Московский экономический журнал 10/2020

УДК 631. 95

DOI 10.24411/2413-046Х-2020-10674

БИОРЕСУРСЫ АГРОЭКОСИСТЕМ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

BIORESOURCES OF AGROECOSYSTEM AT VARIOUS
METHODES OF USE

Мязин Николай Георгиевич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры агрохимии, почвоведения и агроэкологии ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет им. императора Петра I» (394087 Россия, г. Воронеж, ул. Мичурина, д. 1), ORCID: http://orcid.org/ 0000-0001-9201-0182, agrohimi@agronomy.vsau.ru

Парахневич Татьяна Михайловна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры агрохимии, почвоведения и агроэкологии ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет им. императора Петра I» (394087 Россия, г. Воронеж, ул. Мичурина, д. 1), ORCID: http://orcid.org/ 0000-0001-7815-3785, tatyana.1701@mail.ru

Стекольникова Нина Викторовна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры агрохимии, почвоведения и агроэкологии ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет им. императора Петра I» (394087 Россия, г. Воронеж, ул. Мичурина, д. 1), ORCID: http://orcid.org/ 0000-0001-9796-759х, stekolnikova-nv@mail.ru

Волошина Елена Викторовна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры агрохимии, почвоведения и агроэкологии ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет им. императора Петра I» (394087 Россия, г. Воронеж, ул. Мичурина, д. 1), ORCID: http://orcid.org/ 0000-0001-8730-8822, lena.volo@mail.ru

Харьковская Элен Вячеславовна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры агрохимии, почвоведения и агроэкологии ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет им. императора Петра I» (394087 Россия, г. Воронеж, ул. Мичурина, д. 1), ORCID: http://orcid.org/ 0000-0003-1194-5635, constance24@yandex.ru

Myazin Nikolay G., doctor of agriculture sciences, professor,  of the Department of Agrochemistry, Soil Science and Agroecology, Federal State Budget Education Institution of Higher Education «Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter the Great», Voronezh, Russian Federation (394087 Russia, Voronezh, st. Michurina, 1), ORCID: http://orcid.org/ 0000-0001-9201-0182, agrohimi@agronomy.vsau.ru

Parakhnevich Tatiana M., candidate of agriculture sciences, associate professor of the Department of Agrochemistry, Soil Science and Agroecology, Federal State Budget Education Institution of Higher Education «Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter the Great», Voronezh, Russian Federation (394087 Russia, Voronezh, st. Michurina, 1), ORCID: http://orcid.org/ 0000-0001-7815-3785, tatyana.1701@mail.ru

Stekolnikova Nina V., candidate of agriculture sciences, associate professor of the Department of Agrochemistry, Soil Science and Agroecology, Federal State Budget Education Institution of Higher Education «Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter the Great», Voronezh, Russian Federation (394087 Russia, Voronezh, st. Michurina, 1), ORCID: http://orcid.org/ 0000-0001-9796-759х, stekolnikova-nv@mail.ru

Voloshina Elena V., candidate of agriculture sciences, associate professor of the Department of Agrochemistry, Soil Science and Agroecology, Federal State Budget Education Institution of Higher Education «Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter the Great», Voronezh, Russian Federation (394087 Russia, Voronezh, st. Michurina, 1), ORCID: http://orcid.org/ 0000-0001-8730-8822, lena.volo@mail.ru

Kharkovskaya Helen V., candidate of agriculture sciences, associate professor of the Department of Agrochemistry, Soil Science and Agroecology, Federal State Budget Education Institution of Higher Education «Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter the Great», Voronezh, Russian Federation (394087 Russia, Voronezh, st. Michurina, 1), ORCID: http://orcid.org/ 0000-0003-1194-5635, constance24@yandex.ru

Аннотация. В статье представлены многолетние результаты (2001-2018 гг.) изучения видового разнообразия биологических ресурсов агроэкосистем и потенциала их использования в условиях Центрального Черноземья. Внимание уделено видовому составу сегетальных растений в одновидовом и бинарном агроценозах озимой пшеницы, интродукции растений, биоразнообразию на разновозрастных залежах. При проведении данной работы применялся стандартный набор методик: фенологические наблюдения и учеты, анализ флористического состава, химико-аналитические и сравнительные методы. Установлено, что сегетальная растительность агроценоза озимой пшеницы представлена 19 видами, относящимися к 9 семействам. Формирование бинарного посева обеспечивает снижение засоренности на 42,5% с сохранением видового разнообразия сегетальных растений и повышением урожайности озимой пшеницы на 19,9% в сравнении с одновидовым посевом. Интродукция окопника лекарственного в агроэкосистемы Центрального Черноземья позволяет расширить ассортимент высокоурожайных кормовых и медоносных растений. Использование его биомассы для мульчирования агроценозов картофеля обеспечивает повышение урожайности данной культуры до 44,4%. Длительные исследования на залежах показали, что с течением времени видовое богатство продуцентов постепенно снижается. При абсолютно заповедном режиме создаются условия для внедрения в травостой древесно-кустарниковой растительности, но, при этом, интенсивность восстановительных сукцессий различна. На 30-летней залежи самой многочисленной и стабильной является группа мезофитной лугово-степной растительности. На более молодой 22-летней залежи отмечена тенденция к сокращению доли луговой флоры и увеличению площади, занятой кленом американским. Следовательно, на залежах целесообразно возобновление сельскохозяйственной деятельности, что позволит предотвратить зарастание необрабатываемых земель древесно-кустарниковой растительностью. Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать вывод о необходимости углубленного изучения биологического разнообразия, его функций в экологических процессах, оказывающих значительное влияние на продуктивность, устойчивое развитие агроэкосистем и повышение уровня безопасности сельскохозяйственного производства.

Summary. The article presents the results of studying (2001-2018 years) the species diversity of biological resources in agroecosystems and the potential for their use in the conditions of the Central Black Soil Region. Attention is paid to the species composition of segetal plants in single-species and binary agrocenoses of winter wheat, plant introduction, biodiversity in uneven-aged abandoned fields. In carrying out this work, a standard set of methods was used: phenological observations and records, analysis of floristic composition, chemical-analytical and comparative methods. It was found that the segetal vegetation of the winter wheat agrocenoses is represented by 19 species belonging to 9 families. The formation of a binary sowing provides a decrease in weediness by 42.5% while maintaining the species diversity of segetal plants and an increase in the yield of winter wheat by 19.9 % ​​in comparison with single-species sowing. The introduction of  Symphytum officinale into the agroecosystems of the Central Black Soil Region makes it possible to expand the range of high-yielding forage and melliferous plants. The use of its biomass for mulching potato agrocenoses provides an increase in the yield of this crop by 44.4%. Long-term studies on abandoned fields have shown that over time, the species richness of producers gradually decreases. Under an absolutely reserved regime, conditions are created for the introduction of trees and shrubs into the herbage, but, at the same time, the intensity of recovery successions is different. On the 30 year old abandoned field, the most numerous and stable group is mesophytic meadow-steppe vegetation. On the 22nd year old abandoned fields, a tendency towards a decrease in the proportion of meadow flora and an increase the area occupied by Acer negundo was noted. Consequently, it is advisable to resume agricultural activity on abandoned fields, which will prevent overgrowth of uncultivated lands with trees and shrubs. Thus, the conducted studies allows to conclude that an immersed study of biological diversity, its functions in ecological processes that have a significant impact on productivity, sustainable development of agroecosystems and an increase in the level of safety of agricultural production, is necessary. 

Ключевые слова: сегетальные растения, бинарные посевы, интродукция, окопник лекарственный, залежь, сукцессия, флористический состав.

Keywords: segetal plants, binary crops, introduction, Symphytum officinale, abandoned field, succession, floristic composition. 

Введение. Биологические ресурсы являются важнейшей  компонентом среды обитания человека. Наиболее значимым ресурсом при ведении сельскохозяйственной деятельности является генетическое разнообразие растений, которое использовалось человечеством в течение многовековой истории своего существования для удовлетворения своих потребностей.

Темпы  утраты  генетических ресурсов в настоящее время  вызывают наибольшую обеспокоенность, так как постоянное снижение биоресурсной базы влечет человечество к потере адаптационного потенциала в современных экологических и  социально-экономических условиях.

Разнообразие видов  живых организмов, связанных между собой многочисленными функциональными и трофическими связями, в итоге определяет устойчивость природных и аграрных экосистем.  

Смещение экологического равновесия в агроэкосистемах, обусловленное снижением видового разнообразия, часто приводит к ослаблению  кибернетических механизмов, в числе которых, уменьшение численности и разнообразия обратных связей, переход к разомкнутым циклам биогенных веществ и энергии, снижение первичной биопродуктивности, смена биотических доминантов, чаще всего, за счет быстро размножающихся популяций вредных насекомых, растений, микроорганизмов, что в конечном итоге приводит к росту темпов  регрессии экосистем [1].

Цель исследований. Изучить видовое разнообразие биологических ресурсов агроэкосистем и определить потенциал их использования в условиях Центрального Черноземья.

Объекты и методы исследований. Для реализации поставленной цели были обобщены результаты многолетних научных исследований (2001-2018 гг.), полученных на кафедре агрохимии, почвоведения и агроэкологии Воронежского ГАУ. Экспериментальные работы были проведены в агроэкосистемах Центрального Черноземья.

Изучение состава сегетального компонента биоценоза проводили в одновидовом и бинарном посеве озимой пшеницы (сорт Безенчукская 380). Бинарный агроценоз создавали за счет подсева весной в агроценоз озимой пшеницы вики мохнатой (озимой) (сорт Глинковская). Норма высева бобового растения составляла 15 кг/га. Предшественник – черный пар.

Анализ количественного и видового состава сегетальных растений изучали с помощью учетных рамок площадью 1 м2 [2].

Увеличение биологического разнообразия агроэкосистем в условиях Центрального Черноземья за счет интродукции изучалось на примере окопника лекарственного (Symphytum officinale L.), семейство Бурачниковые  (Boraginaceae), в агроценозе которого проводили фенологические наблюдения, учет насекомых опылителей и нектарность по общепринятым методикам. Продолжительность и другие показатели цветения определяли путем этикетирования отдельных бутонов [3]. Учет урожая проводили путем взвешивания скошенной зеленой массы с делянки и одновременным отбором снопов для определения выхода сухого вещества и химического анализа.

Химический анализ растений проводили на содержание сырого протеина (ГОСТ 13496.4-93), сырого жира (ГОСТ 13496.15-97),  сырой клетчатки (ГОСТ 13496.2-91), золы и микроэлементов (ГОСТ 26225-95). Содержание кормовых единиц в надземной массе определяли на основании химических анализов и коэффициентов переваримости [4].

Исследования биоразнообразия на разновозрастных залежах проводились в течение 15 лет на территории Новоусманского района Воронежской области. На залежах 1990 г. и 1998  г. были заложены пробные площадки (5мх10м). Флористический состав растительных сообществ залежных экосистем изучали с помощью определителя флоры средней полосы европейской части России П.Ф. Маевского [5]. Названия растений приведены по сводке С.К. Черепанова [6]. Обилие видов оценивали по шкале Браун-Бланке. Жизненные формы растений выделяли по классификации И.Г. Серебрякова [7].

Для определения достоверности полученных результатов использовался дисперсионный анализ [8].

Результаты и обсуждение исследований. Одним из компонентов агроэкосистем являются сегетальные растения, которые в большинстве случаев рассматриваются как фактор ограничивающий урожай сельскохозяйственных культур. Разнообразие сорных растений очень велико, только в условиях Центрального Черноземья распространено более 250 видов, обладающих высокой конкурентностью и способностью приспосабливаться к неблагоприятным экологическим факторам.

В целях уничтожения сегетальных растений используют гербициды, что приводит к нарушению трофической структуры сообщества, функций почвенно-биотического комплекса, химическому загрязнению получаемой продукции, поверхностных и подземных вод и т.д.

С экологической точки зрения небольшая численность сегетальных растений  в составе агроценоза не только не оказывает отрицательного воздействия на культурное растение, но и выполняет ряд  положительных экологических функций [9].

В результате проведенных многолетних исследований установлено, что в составе агрофитоценозов озимой пшеницы Воронежской области в осенний период распространены яровые, зимующие и озимые сорные растения, принадлежащие к 7 семействам. Наибольшее число видов включали семейства Капустные (Brassicaceae) – 4 вида, Злаки (Gramineae) – 3 вида. Семейства Мареновые (Rubiaceae), Амарантовые (Amaranthaceae), Фиалковые (Violaceae), Гвоздичные (Caryophyllaceae) и Астровые (Asteroideae) были представлены по одному виду сегетальных растений.

В состав яровой группы входят просо куриное (Echinochloa crusgalli), звездчатка средняя (Stellaria media (L.) Vill.), подмаренник цепкий (Galium aparine L.), горчица полевая (Sinapis arvensis L.), марь белая (Chenopodium album L.). Зимующие сегеталы представлены ромашкой непахучей (Matricaria perforate L.), фиалкой полевой (Viola arvensis Murray), пастушьей сумкой (Capsella bursapastoris (L.) Medik), яруткой полевой (Thlaspi arvense L.), дескурайнией Софии (Descurainia Sophia L.), а озимые – метлицей обыкновенной (Apera spica venti L.) и кострецом ржаным (Bromus secalinus L.).

Доля зимующих сорных растений в составе сегетального сообщества агроценоза озимой пшеницы в данный период составляла 41,9%, озимых – 26,4%, а яровых – 31,7%.

Состав сегетальных растений в весенний период был представлен семействами Злаки (Gramineae), Амарантовые (Amaranthaceae), Капустные (Brassicaceae), Астровые (Asteroideae), Гречишные (Polygonaceae), Фиалковые (Violaceae), Пасленовые (Solanaceae), Мареновые (Rubiaceae), Гвоздичные (Caryophyllaceae). Доминирующими  являются зимующие и яровые ранние виды.

Изменение структуры агрофитоценоза озимой пшеницы за счет подсева вики мохнатой (озимой) обеспечивало перестройку компонентного состава сегетальной растительности. В бинарном посеве наблюдалось снижение численности  проса куриного (Echinochloa crusgalli L.), щетинника зеленого (Setaria viridis L. Beauv.), пастушьей сумки (Capsella bursapastoris L.), ярутки полевой (Thlaspi arvense L.), ромашки непахучей (Matricaria perforate Merat.), фиалки полевой (Viola arvensis Z.), подмаренника цепкого (Gallium aparine L.), звездчатки средней (Stellaria media L.). Их численность в сравнении с одновидовым посевом уменьшалась на 25,0-61,5%. Марь белая (Chenopodium album L.) и василек синий (Centaurea uganus L.) в агрофитоценозе не обнаружены. Численность сегетальных растений в бинарном агроценозе составляла 50,0 шт/м2 , что меньше чем в одновидовом посеве на 41,2%.

В фазе колошения озимой пшеницы состав сегетального сообщества расширяется за счет яровых поздних растений, таких как бодяк полевой (Cirsium arvense), щирица запрокинутая (Amaranthus retroflexus L.), паслен черный (Solanum nigrum L.). Увеличивается  и численность сорных растений. Однако минимальная она была так же в бинарном агроценозе и составляла 72,0 шт/м2, тогда как в одновидовом посеве 128 шт/м2.

Снижение засоренности в бинарном агроценозе происходит в результате более разнообразных  межпопуляционных взаимодействий между культурными и сегетальными растениями в разные периоды роста и развития.

Урожайность озимой пшеницы в бинарном агроценозе составила в 2016 году – 34,2 ц/га (НСР0,95 2,1), 2017 – 32,5  (НСР0,95 3,2), 2018 – 30,3 ц/га (НСР0,95 1,6) и превышала одновидовой агроценоз на 20,1, 18,3 и 21,4% соответственно.

Следует отметить, что недостаточно изучен вопрос накопления сегетальными растениями тяжелых металлов и радионуклидов. В литературных источниках отмечается, что для фиторемедиации агроэкосистем могут быть использованы такие растения как щирица запрокинутая, одуванчик лекарственный [10].

Для повышения устойчивости и продуктивности агроэкосистем используется интродукция растений. В последние годы особое внимание уделяется введению в состав агрофитоценозов продуцентов, обладающих лекарственными свойствами, которые широко используются в фармакологии. В условиях Центрального Черноземья к таким растениям относится окопник лекарственный [11].  

В ходе исследований было выявлено, что данная культура обладает высокой экологической пластичностью и хорошо развивается в условиях затенения, что является важным признаком для ее размещения вблизи лесных полос, в поймах рек с целью формирования экотонов и энтомологических микрозаказников.

Окопник является типичным раннецветущим энтомофильным растением. Цветение окопника начинается на две недели раньше других нектароносных культур, а высокая нектарность цветков и обилие пыльцы привлекает к цветущему растению большое количество насекомых, а также медоносных пчел.

Наблюдения показали, что наиболее интенсивная посещаемость данной  культуры опылителями приходится на первую половину его цветения. Объясняется это не только ежедневным нарастанием количества цветков в этот период, но и более высокой их нектарностью. Наибольшая посещаемость пчелами  культуры приходится на середину дня, что связано с наибольшим количеством свежераскрывшихся цветков, хорошо выделяющих нектар.

В изучаемых экологических условиях окопник возобновляет вегетацию сразу после схода снега, формируя пригодную к использованию в качестве корма биомассу к началу  мая.  При этом по качеству его зеленая масса не уступает бобовым травам, а по некоторым показателям превосходит их. В связи с чем он с успехом может быть использован для приготовления комбикормов. При благоприятных погодных условиях интродуцент формирует до трех укосов, обеспечивая продуктивность  до 32 т/га.

Анализ химического состава и питательности окопника показал, что наиболее ценным является корм, полученный в первый укос. Так содержание сырого протеина в растениях первого укоса практически в 2 раза превышало данный показатель в растениях в последующих укосах, а  клетчатки – в 2,5 раза.

В одном килограмме натурального корма в растениях с первого укоса содержалось 0,22 к.ед., со второго укоса 0,18 к.ед., с третьего – 0,10 к.ед., т.е.  на 18,2% и 54,5% ниже соответственно; переваримого протеина – 39,5 г, 20,4 г и 13,0 г, то есть более высокой питательностью обладают корма, полученные при первом укосе.

Кроме этого, проведенными исследованиями установлена эффективность применения биомассы окопника в качестве мульчирующего материала в агроценозах картофеля. Так, запасы продуктивной влаги в почве при использовании данного приема увеличивались по отношению к контролю  в фазу всходов на 10,2%, цветения – 11,4%, плодообразования – 4,7%, что в дальнейшем сказалось на увеличении продуктивности картофеля до 44,4%.

Что касается использования данного растения в качестве лекарственного сырья, то научный интерес к его изучению возрос в последние годы. Следует так же отметить, что данное растение может с успехом использоваться для биоремедиации загрязненных почв. Учитывая биологические особенности окопника, его целесообразно выращивать в индивидуальных предприятиях или крестьянско-фермерских хозяйствах.

В настоящее время изучение восстановительных сукцессий растительных сообществ особенно актуально в связи с изменениями экосистем в процессе интенсивного антропогенного воздействия [12]. Залежные экосистемы являются важным источником биологических ресурсов. Они могут использоваться в качестве сенокосов и пастбищ, приносить доход как источники ягод, грибов, лекарственных трав.

Согласно итогам Всероссийской сельскохозяйственной переписи 2016 г. в Воронежской области площадь залежи составила 50193 га [13]. В то же время, проведенные И.Е. Смелянским исследования показали, что в 2010 г. фактическая площадь залежей на территории Воронежской области составляла 448,259 тыс. га [14]. Такое несоответствие данных обусловлено тем, что в некоторых субъектах РФ большая часть неиспользуемых земель не переводилась в другие угодья и согласно земельной статистике формально продолжает считаться пашней.

Выход из сельскохозяйственного оборота земель в таких масштабах с одной стороны имеет негативные социальные и экономические последствия, а с другой – из сельскохозяйственного оборота частично выпадают малоплодородные и деградированные почвы. При определенных условиях, на залежах происходит восстановление плодородия почв, нормализуется водный режим, повышается биоразнообразие и стабильность агроландшафта.

В ходе длительных исследований в Новоусманском районе на залежах разного возраста было установлено, что восстановительная сукцессия проходит по следующей схеме: бурьянистая → корневищная → корневищно-рыхлокустовая → древесно-кустарниковая стадии [15].

На ранней бурьянистой стадии зарастания залежей господствуют сорные однолетние и многолетние растения: осот полевой (Sonchus arvensis L.), ромашка непахучая (Tripleurospermum inodorum L.), икотник серый (Berteroa incana), бодяк полевой (Cirsium arvense L.), мелколепестник канадский (Erigeron canadensis L.), лебеда раскидистая (Atriplex hastata L.), татарник колючий (Onopordum acanthium L.), клевер пашенный (Trifolium arvense L.), коровяк метельчатый (Verbascum lychnitis L.), латук компасный (Lactuca serriola L.), крестовник Якова (Senecio jacobaea L.), одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale F.H. Wigg.), гулявник Лезеля (Sisymbrium loeselii L.), цикорий обыкновенный (Cichorium intybus L.), донник лекарственный (Melilotus officinalis (L.) Pall.) [16].

На данной стадии сукцессии, в фитоценозах преобладают вредные и ядовитые растения, которые животными не поедаются. Следовательно, сформированная биомасса поступает в детритную пищевую сеть, обогащая почву органическим веществом, обеспечивая повышение активности ПБК. Органическая масса, поступившая на поверхность почвы, способствует восстановлению почвенного плодородия. Растения бурьянистой стадии обеспечивают снегозадержание, тем самым улучшая водный режим в весенне-летний период.

Следует отметить, что одуванчик лекарственный и донник лекарственный в современных условиях используются для фиторемедиации почвенного покрова, загрязненного тяжелыми металлами. Донник также широко применяется в агроценозах в качестве сидеральной культуры.     

На корневищной стадии сукцессии преобладают следующие виды: репешок обыкновенный (Agrimonia eupatoria L.), василек луговой (Centaurea jacea L.), горошек мышиный (Vicia cracca L.), молочай прутьевидный (Euphorbia virgata Waldst. & Kit.), пырей ползучий (Elytrigia repens L.), тысячелистник обыкновенный (Achillea millefolium L.), полынь горькая (Artemisia absinthium L.), ястребинка волосистая (Hieracium pilosella L.), зверобой продырявленный (Hypericum perforatum L.), пижма обыкновенная (Tanacetum vulgare L.), полынь обыкновенная (Artemisia vulgaris L.), цмин песчаный (Helichrysum arenarium (L.) Moench.), вьюнок полевой (Convolvulus arvensis L.), клевер луговой (Trifolium pratense L.), клевер ползучий (Trifolium repens L.), земляника зеленая (Fragaria viridis Weston.), вероника дубравная (Veronica chamaedrys L.), подмаренник настоящий (Galium verum L.), вязель разноцветный (Coronilla varia L.), лядвенец рогатый (Lotus corniculatus L.), люцерна серповидная (Medicago falcata L.), стальник полевой (Ononis arvensis L.), лапчатка серебристая (Potentilla argentea L.), синеголовник плосколистный (Eryngium planum L.) [17].

На данной стации сукцессии разнообразие популяций растений существенно возрастает. Увеличивается участие бобовых растений, таких как горошек мышиный, клевер ползучий, лядвенец рогатый, люцерна серповидная, которые занимают нижний ярус фитоценоза и характеризуются незначительным проективным покрытием. Будучи азотофиксирующими продуцентами, они обогащают почву биологическим азотом, существенно улучшая условия для роста и развития растений. Данные бобовые растения введены в культуру, селекционным путем получены их высокопродуктивные сорта, которые используются для создания сенокосов и пастбищ, а также кормовых севооборотов. Многие из перечисленных растений залежей являются лекарственными (репешок обыкновенный, тысячелистник обыкновенный, подмаренник настоящий, полынь обыкновенная, зверобой продырявленный, стальник полевой и др.) и используются в фармакологии.

На корневищно-рыхлокустовой стадии наряду с разнотравьем доминирующее положение начинают занимать дерновинные злаки: мятлик луговой (Poa pratensis L.), вейник наземный (Calamagrostis epigeios (L.) Roth.), тимофеевка степная (Phleum phleoides (L.) Karst.), лисохвост луговой (Alopecurus patensis L.), кострец безостый (Bromopsis inermis Leyss.), овсяница луговая (Festuca pratensis Huds.). Все они введены в культуру и широко используются в сельском хозяйстве.

Древесно-кустарниковая стадия характеризуется преобладанием следующих видов: клен американский (Acer negundo L.), яблоня лесная (Malus sylvestris Mill.), ясень обыкновенный (Fraxinus excelsior L.), вяз гладкий (Ulmus laevis Pall.), шиповник собачий (Rosa canina L.), терн (Prunus spinosa L.), спирея иволистная (Spiraea salicifolia L.) [15].

Результаты исследований показали, что с течением времени видовое богатство залежей постепенно снижается. При отсутствии хозяйственной деятельности создаются условия для внедрения в травостой древесно-кустарниковой растительности. Причем, интенсивность восстановительных сукцессий на изучаемых залежах различна. На залежи 1990 г. преобладает мезофитная лугово-степная растительность и видовой состав относительно стабилен. Залежь 1998 г., несмотря на большое количество травянистых многолетников, перешла в древесно-кустарниковую стадию сукцессии. Здесь присутствуют относительно взрослые особи клена американского, но, при этом, сохранились признаки предыдущей корневищно-рыхлокустовой стадии. В данном случае определяющим фактором стало наличие клена американского в составе лесополос и его способность к активной инвазии на залежи с изреженным травянистым покровом.

Следует отметить, что на залежах, наряду с последовательной сменой доминирующих жизненных форм растений, будет претерпевать изменения и гетеротрофная часть биоценозов. При переходе агроценозов в залежи формируются благоприятные условия обитания, что приводит к возрастанию численности животных, изменению видовой, половой и возрастной структуры популяций.

Заключение.  В ходе проведенных исследований, установлено, что формирование бинарного посева обеспечивает снижение засоренности на 42,5% с сохранением видового разнообразия сегетальных растений и повышением урожайности озимой пшеницы на 19,9% в сравнении с одновидовым посевом. Интродукция окопника лекарственного в агроэкосистемы Центрального Черноземья позволяет расширить ассортимент кормовых и медоносных культур. Использование его биомассы для мульчирования агроценозов картофеля обеспечивает повышение его урожайности до 44,4%. Видовое богатство залежей с течением времени постепенно снижается. При абсолютно заповедном режиме создаются условия для внедрения в травостой древесно-кустарниковой растительности, однако интенсивность восстановительных сукцессий различна. На залежи 1990 г. самой многочисленной и стабильной является группа мезофитной лугово-степной растительности. На более молодой залежи 1998 г. отмечена тенденция к сокращению доли луговой флоры и увеличению площади, занятой кленом американским. Следовательно, на залежах целесообразно возобновление сельскохозяйственной деятельности, что позволит предотвратить их зарастание древесно-кустарниковой растительностью и будет способствовать повышению устойчивости агроэкосистем.

Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать вывод о необходимости углубленного изучения биологического разнообразия, его функций в экологических процессах, оказывающих значительное влияние на продуктивность, устойчивое развитие агроэкосистем и повышение уровня безопасности сельскохозяйственного производства.

Литература

  1. Харьковская Э.В. Видовое разнообразие продуцентов, как критерий состояния экосистем // Опыт и проблемы природопользования при реализации президентских программ в Центральном Черноземье России. Воронеж: Воронежский государственный аграрный университет, 2006. С. 228-232.
  2. Исаев В.В. Прогноз и картографирование сорняков. М.: Агропромиздат, 1990. 192 с.
  3. Пономарева Е.Г. Кормовая база пчеловодства и опыление сельскохозяйственных растений. М.: Колос, 1980. 255 с.
  4. Ничипорович А.А. Теоретические основы повышения продуктивности растений. М.: ВИНИТИ, 1977. 134 с.
  5. Маевский П.Ф. Флора средней полосы европейской части России. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2014. 635 с.
  6. Черепанов С.К. Сосудистые растения России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР). СПб: Мир и семья, 1995. 804 с.
  7. Серебряков И.Г. Экологическая морфология растений. М.: Высшая школа, 1962. 378 с.
  8. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта: с основами статистической обработки результатов исследований. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.
  9. Житин Ю.И., Стекольникова Н.В. Использование бинарных посевов для повышения активности почвенно-биотического комплекса и продуктивности культур // Вестник российской сельскохозяйственной науки. 2019. № 1. С. 49-52.
  10. Соколов О.А., Черников В.А. Атлас распределения тяжелых металлов в объектах окружающей среды. Пущино, 1999. 164 с. 
  11. Житин Ю.И., Волошина Е.В. Влияние прилегающих экосистем на агроценозы окопника // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2017. №2 (53). С. 50-58.
  12. Luzuriaga A.L., Escudero A. What determines emergence and net recruitment in an early succession plant community? Disentangling biotic and abiotic effects // J. Veget. Sei. 2008. Vol. 19. № 4. P. 445-456.
  13. Основные итоги Всероссийской сельскохозяйственной переписи 2016 года по субъектам Российской Федерации: кн. 2. Т.1. М.: ИИЦ «Статистика России», 2018. 711 с.
  14. Смелянский И.Е. Сколько в степном регионе России залежей? // Степной Бюллетень. 2012. № 36. С. 4-7.
  15. Парахневич Т.М., Кирик А.И. Структура и динамика растительного покрова на разновозрастных залежах // Вестник ОрелГАУ. 2017. № 4 (67). С. 43-50.
  16. Житин Ю.И., Парахневич Т.М. Влияние различных режимов хозяйственного использования на состав почвенного и растительного покрова в ходе сукцессии // Агроэкологические проблемы современности. Курск: КГСХА, 2001. С. 12-18.
  17. Парахневич Т.М. Особенности динамики восстановительных сукцессий на разновозрастных залежах // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2008. № 3-4 (18-19). С. 13-18. 

References

  1. Khar’kovskaya, E.V. (2006). Vidovoye raznoobraziye produtsentov, kak kriteriy sostoyaniya ekosistem [Species diversity of producers as a criterion for the state of ecosystems]. Opyt i problemy prirodopol’zovaniya pri realizatsii prezidentskikh programm v Tsentral’nom Chernozem’ye Rossii. Voronezh: Voronezh State Agrarian University, pp. 228-232.
  2. Isayev, V.V. (1990). Prognoz i kartografirovaniye sornyakov [The forecast of weed and their mapping]. Moscow: Agropromizdat, 192 p.
  3. Ponomareva, Ye.G. (1980). Kormovaya baza pchelovodstva i opyleniye sel’skokhozyaystvennykh rasteniy [Fodder base for beekeeping and pollination of agricultural plants]. Moscow: Kolos, 255 p.
  4. Nichiporovich, A.A. (1977). Teoreticheskiye osnovy povysheniya produktivnosti rasteniy [Theoretical basics for increasing plant productivity]. Moscow: VINITI, 134 p.
  5. Mayevskiy, P.F. (2014). Flora sredney polosy yevropeyskoy chasti Rossii [Flora of the middle zone of the european part of Russia]. Moscow: Partnership of scientific publications KMK, 635 p.
  6. Cherepanov, S.K. (1995). Sosudistyye rasteniya Rossii i sopredel’nykh gosudarstv (v predelakh byvshego SSSR) [Vascular Plants of Russia and Neighboring States (within the former USSR)]. SPb: World and family, 804 p.
  7. Serebryakov, I.G. (1962). Ekologicheskaya morfologiya rasteniy [Ecological morphology of plants]. Moscow: Vysshaya shkola, 378 p.
  8. Dospekhov, B.A. (1985). Metodika polevogo opyta: s osnovami statisticheskoy ob-rabotki rezul’tatov issledovaniy [Field experiment technique: with the basics of statistical processing of research results]. Moscow: Agropromizdat, 351 p.
  9. Zhitin, YU.I. & Stekol’nikova, N.V. (2019). Ispol’zovaniye binarnykh posevov dlya povysheniya aktivnosti pochvenno-bioticheskogo kompleksa i produk-tivnosti kul’tur [The use of binary crops to increase the activity of the soil-biotic complex and crop productivity]. Vestnik rossiyskoy sel’skokhozyaystvennoy nauki, no 1, pp. 49-52.
  10. Sokolov, O.A. & Chernikov, V.A. (1999). Atlas raspredeleniya tyazhelykh metallov v ob”yektakh okruzhayushchey sredy [Atlas of the distribution of heavy metals in environmental objects]. Pushchino, 164 p.
  11. Zhitin, YU.I. & Voloshina, Ye.V. (2017). Vliyaniye prilegayushchikh ekosistem na agrotsenozy okopnika [The influence of adjacent Ecosystems on agrocoenosis of Symphytum officinale]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, no 2 (53), pp. 50-58.
  12. Luzuriaga, A.L. & Escudero, A. (2008). What determines emergence and net recruitment in an early succession plant community? Disentangling biotic and abiotic effects. Veget. Sci., vol. 19, no 4, pp. 445-456.
  13. ISC, Statistics of Russia (2018). Osnovnyye itogi Vserossiyskoy sel’skokhozyaystvennoy perepisi 2016 goda po sub”yektam Rossiyskoy Federatsii [The main results of the All-Russian agricultural census of 2016 for the constituent entities of the Russian Federation]. Moscow: ISC, Statistics of Russia, book 2, vol. 1, 711 p.
  14. Smelyanskiy, I.Ye. (2012). Skol’ko v stepnom regione Rossii zalezhey? [How many abandoned fields are in the steppe region of Russia?]. Stepnoy Byulleten’, no 36, pp. 4-7.
  15. Parakhnevich, T.M. & Kirik, A.I. (2017). Struktura i dinamika rastitel’nogo pokrova na raznovozrastnykh zalezhakh [The structure and dynamics of vegetation cover on different ages abandoned fields]. Vestnik OrelGAU, no 4 (67), pp. 43-50.
  16. Zhitin, YU.I. & Parakhnevich, T.M. (2001). Vliyaniye razlichnykh rezhimov khozyay-stvennogo ispol’zovaniya na sostav pochvennogo i rastitel’nogo pokrova v khode suktsessii [The influence of different regimes of economic use on the composition of soil and vegetation cover during succession]. Agroekologicheskiye problemy sovremennosti. Kursk: KGSKHA, pp. 12-18.
  17. Parakhnevich, T.M. (2008). Osobennosti dinamiki vosstanovitel’nykh suktsessiy na raznovozrastnykh zalezhakh [Features of the dynamics of recovery successions on abandoned fields of different ages]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, no 3-4 (18-19), pp. 13-18.




Московский экономический журнал 9/2020

УДК 622.1:622.271

DOI 10.24411/2413-046Х-2020-10640

Определение элементов залегания трещин с применением БПЛА

Determination of crack occurrence elements using UAVs

Боос Иван Юрьевич, Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»

Руденко Екатерина Александровна, Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»

Разин Антон Игоревич, Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»

Гришин Арсений Александрович, ООО НИП «Сибмаркпроект», геолог

Гуща Дмитрий Игоревич, Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», ассистент

Абдуллаева Анна Анатольевна, Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»

Boos Ivan Yurievich, Institute of mining, Geology and geotechnologies, SIBERIAN Federal University

Rudenko Ekaterina, Institute of mining, Geology and geotechnologies, SIBERIAN Federal University

Razin Anton Igorevich, Institute of mining, Geology and geotechnologies, SIBERIAN Federal University

Grishin Arseny Aleksandrovich, OOO “NIP Sibmarkproekt”, geologist

Grounds Dmitry Igorevich, Institute of mining, Geology and geotechnologies of the Federal STATE Autonomous educational institution “Siberian Federal University”, assistant

Abdullayeva Anna A., Institute of mining, Geology and geotechnologies, SIBERIAN Federal University

Аннотация. При разработке полезных ископаемых открытым способом в скальных массивах, трещиноватость является одним из важнейших факторов, оказывающих влияние на устойчивость бортов и уступов карьера. В данной работе была опробована инновационная методика, основанная на комбинированном применении БПЛА и методов фотограмметрии для картирования и анализа трещиноватости откосов бортов карьеров. В качестве инструмента измерений был использован квадракоптер DJI PHANTOM 4 с установленной на нем системой ТЕОКИТ производителя TEODRONE® позволяющей определять точные положения центров снимков. Была построена 3D модель экспериментального участка борта карьера «Эльдорадо», на которой непосредственно выделялись плоскости трещин. Далее методами аналитической геометрии вычислены углы падения и простирания каждой плоскости. Построены диаграммы трещиноватости. По результатам данного исследования была изучена возможность успешного внедрения БПЛА для решения горно-геомеханических задач на предприятиях. Разработанная методика имеет ряд преимуществ по сравнению с классическими способами выполнения аналогичных работ.

Summary. When mining open-pit minerals in rock massifs, fracturing is one of the most important factors affecting the stability of the sides and ledges of the quarry. In this work, we tested an innovative technique based on the combined use of UAVs and photogrammetry methods for mapping and analyzing the fracturing of the slopes of the sides of quarries. As a measurement tool, the DJI PHANTOM 4 quadrocopter was used with the TEODRONE® TEOKIT system installed on it, which allows determining the exact positions of the image centers. A 3D model of the experimental section of the side of the Eldorado quarry was built, on which the crack planes were directly distinguished. Further, the angles of incidence and strike of each plane are calculated using analytical geometry methods. Fracture diagrams are constructed. Based on the results of this study, the possibility of successful implementation of UAVs for solving mining and geomechanical problems at enterprises was studied. The developed method has a number of advantages in comparison with the classical methods of performing similar work.

Ключевые слова: трещина, геомеханика, борт карьера, карьер, TEODRONE.

Keywords: crack, geomechanics, quarry Board, quarry, TEODRONE.

При разработке месторождений полезных ископаемых, для решения технологических задач важным условием является наличие актуальных и точных геометрических данных о поверхности карьера, включая структурно-тектонические характеристики прибортового массива.

Так, например, в скальных массивах при разработке полезных ископаемых открытым способом трещиноватость является одним из важнейших факторов, оказывающих влияние на устойчивость бортов и уступов карьера. Поэтому для оценки устойчивости бортов и уступов одними из обязательным работ является изучение структурно-тектонических нарушений и трещиноватости.

На данный момент съёмка трещиноватости классическим способом (рисунок 1) (с помощью горного компаса, и мерных лент) имеет множество недостатков:

  • Опасность выполнения работ, специалисту приходится находиться в непосредственной близости от откоса уступа;
  • Трудоёмкость полевых работ;
  • Человеческий фактор, при производстве измерений;
  • Необходимость вести в поле большое количество абрисов, схем, зарисовок, записей;
  • Невозможность в полной мере охватить весь откос уступа по высоте
  • Ограниченное количество замерных станций;
  • Малое количество измерений на станциях, не достаточное для качественного статистического анализа;
  • Трудоёмкость точной плановой привязки трещиномерных станций;
  • Трудоёмкость камеральной обработки данных;

Невозможность быстрого получения результата делает прогнозирование устойчивости не актуальным.

Стремительное развитие БПЛА (Беспилотные летательные аппараты) привело в свою очередь к совершенствованию методов фотограмметрии и аэрофотосъёмки, что позволило активно применять их на горных предприятиях для решения разного рода горно-геометрических задач.

Предлагаемая методика основана на применении БПЛА и методов фотограмметрии для картирования и анализа трещиноватости откосов бортов карьеров.

Объектом изучения являлся карьер «Эльдорадо» в Североенисейском районе Красноярского края. В качестве инструмента измерений использовался квадракоптер DJI PHANTOM 4 с установленной на него системой ТЕОКИТ производителя TEODRONE® позволяющей определять точные положения центров снимков.

Экспериментальным участком являлась северо-западная часть борта карьера месторождения «Эльдорадо». Построение 3D модели участка в виде «облака точек» (рисунок 2) осуществлялось в программной среде Agisoft Metashape Professional.

На экспериментальном участке борта было выделено 166 плоскостей трещин (рисунок 3). Затем методами аналитической геометрии были вычислены элементы залегания каждой плоскости, угол падения и простирания.

По полученным данным были построены решетки трещиноватости (рисунок 4).

Далее на диаграммах были выделены системы трещин. На данном экспериментальном участке выделяется две системы трещин:

Первая система трещин представляет собой согласно падающую сланцеватость с простиранием параллельным откосу (рисунок 5). Простирание α = 315° падение δ=60°.

Вторая система трещин перпендикулярна сланцеватости (рисунок 5) и образует блочность: Простирание α = 234° падение δ=86°.

Полученные результаты согласуются с ранее выполненными исследованиями.

В результате данного исследования были получены следующие выводы:

  1. Возможно успешное применение БПЛА на горных предприятиях для картирования и анализа трещиноватости откосов бортов карьеров.
  2. Интегрируя методы БПЛА, фотограмметрии, и аналитической геометрии, возможно определить элементы залегания систем, и выделять системы трещин.
  3. Описанная методика обладает рядом преимуществ перед классическими способами. Значительно растет безопасность и производительность труда, в результате обработки получается 3D модель откосов месторождения что позволяет производить более глубокий анализ структурных нарушений.

Литература

  1. Фисенко Г. Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов. Москва.: Недра, 1965. 378 с.
  2. Демин А. М. Устойчивость открытых горных выработок и отвалов. Москва.: Недра, 1973. 232 с.
  3. Шпаков П. С., Поклад Г. Г., Ожигин С. Г., Долгоносов В. Н. Выбор прочностных показателей пород для расчета параметров устойчивых откосов // Маркшейдерия и недропользование. 2002. № 2. С. 37–41.
  4. Попов В. Н., Шпаков П. С., Юнаков Ю. Л. Управление устойчивостью карьерных откосов: учеб. для вузов. Москва.: Горная книга, 2008. 683 с.
  5. Попов Ю.В., Пустовит О.Е. Методика изучения и анализа трещиноватости. Часть 2 графические методы изображения замеров ориентировки трещин и анализ трещиноватости: учеб.пособие для вузов. Ростов-на –Дону, 2009. 35 с.
  6. Патачаков И.В., Фуртак А.А., Боос И.Ю «Определение прочностных свойств горных пород методом обратных расчетов в условиях Горевского свинцово-цинкового месторождения» // Маркшейдерия и недропользование. 2018 №1(93). 41 с.
  7. Mark D. Zoback. Reservoir Geomechanics. Cambridge University Press, 2010. 449 p.
  8. Ameen, Mohammed S. Operational Geomechanics – A Rock-Based Science for Environmental, Energy, and Engineering Applications. EAGE Publication, 2018. 327 p.
  9. Kianoosh Taghizadeh, Gael Combe, Stefan Luding. ALERT Doctoral School 2017 – Discrete Element Modeling. The Alliance of Laboratories in Europe for Education, Research and Technology, 2017. 218 p.
  10. P. TURNER, R.R. HILLIS, M.J. WELCH. GEOLOGICAL SOCIETY SPECIAL PUBLICATION NO. 458. Geomechanics and Geology. Geological Society of London. Geomechanics and Geology, 2017, 458 p.
  11. François Henri Cornet, Université de Strasbourg. Elements of Crustal Geomechanics. Cambridge University Press, 2015, 490 p.
  12. Гальперин, А.М. Геомеханика открытых горных работ: учебник для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки дипломирования специалистов «Горное дело». – Москва. Горная книга, 2012. – 480 с.
  13. Попов В.Н., Шпаков П.С., Юнаков Ю.Л., Управление устойчивостью карьерных откосов: Учебник для вузов. – Издательство Московского государственного горного университета, издательство «Горная книга». 2008. – 683 с.
  14. Livinskiy I. S., Mitrofanov A. F., Makarov A. B. Complex geomechanical modeling: structure, geology, reasonable sufficiency. Gornyi Zhurnal. 2017. No. 8. pp. 51–55. DOI: 10.17580/gzh.2017.08.09
  15. Ляшенко В. И. Развитие научно-технических основ мониторинга состояния горного массива сложноструктурных мес то рожде ний. Сообщение 2 // ГИАБ. 2017. № 3. С. 123–141.
  16. Курленя М.В. Научная школа. Геомеханика и технологии освоения недр. Новосибирск: Наука, 2016. 268 с.
  17. Козырев А. А., Рыбин В. В. Геомеханическое обоснование рациональных конструкций бортов карьеров в тектонически напряженных массивах // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. 2015. Т. 2. № 2. С. 245–250.
  18. Левин Е. Л., Половинко А. В. Влияние неопределенности физико-механических свойств пород прибортового массива на коэффициент запаса устойчивости борта карьера, вероятность его обрушения и оценка зоны развала обрушившихся масс // Горный журнал. 2016. № 5. С. 14–20
  19. Semenyutina, A., Choi, M., & Bugreev, N. (2020). Evaluation of woody plants of Juniperus L. for urban greening in sparsely wooded regions . World Ecology Journal, 10(1), 97-120. https://doi.org/10.25726/worldjournals.pro/WEJ.2020.1.5
  20. Belyaev, A., Repnikov, B., Semenyutina, A., Solonkin, A., & Khuzhakhmetova, A. (2020). Scientific substantiation of formation of a selection-seed-breeding center for wood and agricultural plants. World Ecology Journal, 10(2), 3-17. https://doi.org/10.25726/worldjournals.pro/WEJ.2020.2.1

References

  1. Fisenko G. L. Ustojchivost` bortov kar`erov i otvalov. Moskva.: Nedra, 1965. 378 s.
  2. Demin A. M. Ustojchivost` otkry`ty`x gorny`x vy`rabotok i otvalov. Moskva.: Nedra, 1973. 232 s.
  3. Shpakov P. S., Poklad G. G., Ozhigin S. G., Dolgonosov V. N. Vy`bor prochnostny`x pokazatelej porod dlya rascheta parametrov ustojchivy`x otkosov // Markshejderiya i nedropol`zovanie. 2002. № 2. S. 37–41.
  4. Popov V. N., Shpakov P. S., Yunakov Yu. L. Upravlenie ustojchivost`yu kar`erny`x otkosov: ucheb. dlya vuzov. Moskva.: Gornaya kniga, 2008. 683 s.
  5. Popov Yu.V., Pustovit O.E. Metodika izucheniya i analiza treshhinovatosti. Chast` 2 graficheskie metody` izobrazheniya zamerov orientirovki treshhin i analiz treshhinovatosti: ucheb.posobie dlya vuzov. Rostov-na –Donu, 2009. 35 s.
  6. Patachakov I.V., Furtak A.A., Boos I.Yu «Opredelenie prochnostny`x svojstv gorny`x porod metodom obratny`x raschetov v usloviyax Gorevskogo svinczovo-cinkovogo mestorozhdeniya» // Markshejderiya i nedropol`zovanie. 2018 №1(93). 41 s.
  7. Mark D. Zoback. Reservoir Geomechanics. Cambridge University Press, 2010. 449 p.
  8. Ameen, Mohammed S. Operational Geomechanics – A Rock-Based Science for Environmental, Energy, and Engineering Applications. EAGE Publication, 2018. 327 p.
  9. Kianoosh Taghizadeh, Gael Combe, Stefan Luding. ALERT Doctoral School 2017 – Discrete Element Modeling. The Alliance of Laboratories in Europe for Education, Research and Technology, 2017. 218 p.
  10. P. TURNER, R.R. HILLIS, M.J. WELCH. GEOLOGICAL SOCIETY SPECIAL PUBLICATION NO. 458. Geomechanics and Geology. Geological Society of London. Geomechanics and Geology, 2017, 458 p.
  11. François Henri Cornet, Université de Strasbourg. Elements of Crustal Geomechanics. Cambridge University Press, 2015, 490 p.
  12. Gal`perin, A.M. Geomexanika otkry`ty`x gorny`x rabot: uchebnik dlya studentov vuzov, obuchayushhixsya po napravleniyu podgotovki diplomirovaniya specialistov «Gornoe delo». – Moskva. Gornaya kniga, 2012. – 480 s.
  13. Popov V.N., Shpakov P.S., Yunakov Yu.L., Upravlenie ustojchivost`yu kar`erny`x otkosov: Uchebnik dlya vuzov. – Izdatel`stvo Moskovskogo gosudarstvennogo gornogo universiteta, izdatel`stvo «Gornaya kniga». 2008. – 683 s.
  14. Livinskiy I. S., Mitrofanov A. F., Makarov A. B. Complex geomechanical modeling: structure, geology, reasonable sufficiency. Gornyi Zhurnal. 2017. No. 8. pp. 51–55. DOI: 10.17580/gzh.2017.08.09
  15. Lyashenko V. I. Razvitie nauchno-texnicheskix osnov monitoringa sostoyaniya gornogo massiva slozhnostrukturny`x mes to rozhde nij. Soobshhenie 2 // GIAB. 2017. № 3. S. 123–141.
  16. Kurlenya M.V. Nauchnaya shkola. Geomexanika i texnologii osvoeniya nedr. Novosibirsk: Nauka, 2016. 268 s.
  17. Kozy`rev A. A., Ry`bin V. V. Geomexanicheskoe obosnovanie racional`ny`x konstrukcij bortov kar`erov v tektonicheski napryazhenny`x massivax // Fundamental`ny`e i prikladny`e voprosy` gorny`x nauk. 2015. T. 2. № 2. S. 245–250.
  18. Levin E. L., Polovinko A. V. Vliyanie neopredelennosti fiziko-mexanicheskix svojstv porod pribortovogo massiva na koe`fficient zapasa ustojchivosti borta kar`era, veroyatnost` ego obrusheniya i ocenka zony` razvala obrushivshixsya mass // Gorny`j zhurnal. 2016. № 5. S. 14–20
  19. Semenyutina, A., Choi, M., & Bugreev, N. (2020). Evaluation of woody plants of Juniperus L. for urban greening in sparsely wooded regions . World Ecology Journal, 10(1), 97-120. https://doi.org/10.25726/worldjournals.pro/WEJ.2020.1.5
  20. Belyaev, A., Repnikov, B., Semenyutina, A., Solonkin, A., & Khuzhakhmetova, A. (2020). Scientific substantiation of formation of a selection-seed-breeding center for wood and agricultural plants. World Ecology Journal, 10(2), 3-17. https://doi.org/10.25726/worldjournals.pro/WEJ.2020.2.1




Московский экономический журнал 9/2020

УДК 622.1:622.271

DOI 10.24411/2413-046Х-2020-10639

Использование спутниковых GNSS приёмников для наблюдения за сдвижениями на Кия-Шалтырском месторождении

The use of satellite GNSS receivers to monitor the displacements on cue-Altercom field

Патачаков Игорь Витальевич, кандидат технических наук, доцент, Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»

Гришин Арсений Александрович, ООО НИП «Сибмаркпроект», геолог

Еретнов Николай Валерьевич, Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», специалист по организационному обеспечению

Абдуллаева Анна Анатольевна, Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»

Разин Антон Игоревич, Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» 

Анашкин Никита Александрович, Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»

Putchkov Igor V., candidate of technical Sciences, associate Professor, Institute of mining, Geology and geotechnologies, SIBERIAN Federal University

Grishin Arseny Aleksandrovich, OOO “NIP Sibmarkproekt”, geologist

Erenow Nikolay V., Institute of mining, Geology and geotechnologies, SIBERIAN Federal University, organizational support specialist

Abdullayeva Anna A., Institute of mining, Geology and geotechnologies, SIBERIAN Federal University

Razin Anton Igorevich, Institute of mining, Geology and geotechnologies, SIBERIAN Federal University

Anashkin Nikita, Institute of mining, Geology and geotechnologies of the Federal STATE Autonomous educational institution “Siberian Federal University”

Аннотация. Сдвижение горных пород – это длительный и многостадийный процесс деформирования массивов пород, в результате которого происходят перемещения массива или его части в сторону выработанного пространства. Наиболее распространенным методом для наблюдений является классический метод. Однако, в последние годы всё большее значение в области пространственных измерений занимают GNSS технологии. В данном исследовании, в классический метод наблюдений за сдвижением горных пород на Кия-Шалтырском нефелиновом руднике были внедрены спутниковые технологии. Представлены результаты измерений, полученные с использованием GNSS технологий и инструментальной съемки. Посредством сравнения полученных результатов сделан вывод о возможности успешного интегрирования GNSS приемников в маркшейдерско-геодезическом методе.

Summary. Rock displacement is a long and multi – stage process of deformation of rock massifs, as a result of which the mass or part of it moves towards the developed space. The most common method for observations is the classical method. However, in recent years, GNSS technologies have become increasingly important in the field of spatial measurement. In this study, satellite technologies were introduced into the classical method of observing the movement of rocks at the Kiya-Shaltyrsky nepheline mine. The results of measurements obtained using GNSS technologies and instrumental survey are presented. By comparing the results obtained, a conclusion is made about the possibility of successful integration of GNSS receivers in the surveying and geodesic method.

Ключевые слова: сдвижение, наблюдательных станций, нивелирование, GNSS, Кия-Шалтырское месторождение, оседания, горизонтальные деформации.

Keywords: displacement, observation stations, leveling, GNSS, Kiya-Shaltyrskoye field, subsidence, horizontal deformations.

Сдвижение горных пород – это длительный и многостадийный процесс деформирования массивов пород, в результате которого происходят перемещения массива или его части в сторону выработанного пространства. Данный процесс оказывает негативное влияние на производство горных работ, транспортные коммуникации, здания и сооружения, может вызывать аварийные ситуации, представляет большую опасность для человеческой жизни.

Поэтому изучение характеристик процесса сдвижения остается актуальной задачей на всех стадиях развития горного предприятия. Для получения характеристик процесса сдвижения, данных о геомеханическом состоянии массива горных пород и его изменении во времени проводятся маркшейдерские наблюдения. Фиксацию деформаций прибортового массива производят на специальных наблюдательных станциях, представляющих собой системы реперов.

На сегодняшний день существует большое количество методик инструментальных наблюдений за развитием процесса сдвижения на реперах наблюдательных станций. Классические методы представляют собой наблюдения нивелированием высокого класса и измерением интервалов мерными компарированными лентами. Однако, в последние годы всё большее значение в области пространственных измерений занимают GNSS технологии.

При использовании спутниковой аппаратуры для наблюдений за сдвижением земной поверхности необходимо выполнение следующих требований:

  • Радиовидимость на всех определяемых пунктах должна быть только удовлетворительной (R=1);
  • Должен быть применен только способ непосредственных измерений (могут быть использованы как два, так и три приемника);
  • Может быть использована только двухчастотная аппаратура;
  • Небольшая удалённость определяемых пунктов от исходных.

Удовлетворительными условиям радиовидимости следует считать такие, при которых одновременно выполняются следующие требования:

  • Фактор, характеризующий геометрию созвездия спутников и выражаемый через коэффициент GDOP;
  • Отношение “сигнал/шум” не менее 6;
  • Качество радиосигнала более 90%;
  • Отсутствие потерь целых циклов при приеме радиосигнала.

Спутниковая аппаратура имеет ряд ограничений в использовании, и не является панацеей при проведении наблюдений за состоянием прибортового массива. Поэтому, для контроля измерений, совместно с GNSS измерениями нами были использованы традиционные способы определения положения реперов наблюдательных линий.

В данном исследовании была изучена возможность интеграции классического метода с применением спутниковых GNSS технологий для наблюдений за сдвижением горных пород на Кия-Шалтырском нефелиновом руднике. Первый способ подразумевает использование тахеометра, нивелира и компарированной мерной ленты для определения превышений и выполнения линейных измерений между реперами, расположенными на борту карьера, под вторым использование спутниковых GNSS приёмников для наблюдения за сдвижением реперов, расположенных на уступах, а также контроля стабильности опорных реперов.

Целью исследования являлись инструментальные наблюдения на пунктах станций мониторинга за деформационными процессами в зоне непосредственного влияния горных работ и в периферийной зоне для определения параметров процесса сдвижения и деформаций бортов, установления параметров процесса сдвижения. Для этого на карьере были заложены наблюдательные станции по нескольким профильным линиям, на которых производились наблюдения на протяжении 4 циклов, каждый цикл из которых составляет 30 календарных дней.

При использовании этих методов все работы можно подразделить на:

  • Линейные измерения коротких расстояний с помощью стальных рулеток и жестких отвесов и линейные измерения расстояний от 30 м и больше с помощью светодальномера;
  • Геометрическое нивелирование горизонтальных участков профильных линий;
  • Тригонометрическое нивелирование по наклонной части.
  • Угловые измерения с помощью высокоточных теодолитов (тахеометров);
  • Спутниковые GNSS измерения.

Схема расположения наблюдательных станций на карьере Кия-Шалтырского нефелинового рудника приведена на рисунках 1 и 2.

Для исследования использовались многочастотные ГЛОНАСС/GPS геодезические спутниковые приемники. На протяжении всех четырех циклов наблюдений на всех наблюдательных станциях выполнялось определение величин сдвижения реперов в горизонтальной и вертикальной плоскостях по результатам инструментальных наблюдений. [3]

Для получения наиболее качественных результатов измерений при высокоточной GNSS-съемке наблюдения производились с соблюдением ряда условий:

Метод позиционирования – статическое относительное позиционирование по фазе несущей.

Угол отсечки (маска высоты) –15º.

Продолжительность сеансов – 60 минут.

Интервал регистрации (эпоха) – 15 сек.

Способ учета метеоданных – не учитывались.

Геометрический фактор GDOP – <5.

Эфемериды – бортовые.

Количество сеансов – не менее двух.[3]

Обработка результатов измерений выполнялась в три этапа:

  1. Предварительная обработка – разрешение неоднозначностей при определении расстояний до наблюдаемых спутников.
  2. Оценка точности геодезических построений.

При просмотре файлов данных с приемников производился непосредственный контроль качества записанной информации, т.е. проверялись допуски дисперсии, СКО, отношения векторов. Вектора обсчитывались с допустимыми значениями этих параметров. Контроль полноты осуществлялся методом предобработки результатов спутниковых измерений. При этом фиксировались как факты недостатка информации, так и факты ее избыточности.

  1. Уравнивание и трансформация полученных координат в принятую систему координат.

В течение 4 циклов с периодичностью 30 дней проводился анализ профильных линий Пр-(-V), Пр-(-IV) на Северо-Восточном борту карьера и Пр-(0), Пр-(+I) на Юго-Западном борту карьера (рисунки 1,2).[2]

По результатам наблюдений определялись следующие параметры, характеризующие процесс деформирования прибортового массива:

  • горизонтальные смещения реперов (мм);
  • вертикальные смещения (мм);
  • полный вектор смещений (мм);
  • горизонтальные деформации интервал между реперами за период между двумя сериями наблюдений;
  • скорость полного вектора смещения (мм/сутки) за период наблюдений.

Для того, чтобы убедиться в достоверности GNSS измерений, были посчитаны разности превышений реперов, полученных GNSS измерениями и геометрическим нивелированием. Результаты сравнения GNSS измерений и геометрического нивелирования за 1 и 4 циклы исследований представлены в таблице 1. [2]

Из таблицы видно, что разница между превышениями не выходит за рамки допустимой ошибки измерений, что говорит о возможном применении GNSS технологий для наблюдения за деформациями.

В результате проводимых в течение 4 циклов с периодичностью 30 дней измерений, для реперов расположенных на уступах вычислены оседания, плановые смещения и полный вектор смещения между циклами (таблица 2).

На основании анализа таблицы 2 можно сделать вывод, что абсолютные горизонтальные деформации (ξ) и оседания (ŋ) близки к нулю, что говорит об отсутствии деформаций на участках, захваченных данными профильными линиями наблюдательных станций.

В результате проделанного исследования были получены следующие выводы:

  • по итогу циклов наблюдений получены характеристики процесса сдвижения, данные о геомеханическом состоянии массива горных пород и его изменениях во времени;
  • обоснована возможность совместного использования маркшейдерско-геодезического метода и экспериментального способа наблюдений с помощью спутниковой аппаратуры, по средствам сравнения разности превышений GNSS измерений и геометрического нивелирования.

Литература

  1. Инструкция по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработка мероприятий по обеспечению их устойчивости. // Л., ВНИМИ, 1971, – 187 с.
  2. Итоговый технический отчет о результатах наблюдений по договору РА-Д-19-053 от 17.01.19. «Маркшейдерские наблюдения по профильным линиям наблюдательной станции» // Красноярск, ООО НИП «СИБМАРКПРОЕКТ», 2019, 47 с.
  3. Инструкция по развитию съемочного обоснования и съемки ситуации и рельефа с применением глобальных навигаций спутниковых систем ГЛОНАСС и GNSS ГКИНП (ОНТА)-02-262-02. // Москва, 2002г
  4. Методические указания по наблюдениям за деформациями бортов разрезов и отвалов, интерпретации их результатов и прогнозу устойчивости. // Изд. ВНИМИ, Л., 1987, – 116 с.
  5. Антонович, К.М. А11 Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии. В 2 т. Т. 2. Монография / К.М. Антонович; ГОУ ВПО «Сибирская государственная геодезическая академия». – М.: ФГУП «Картгеоцентр», 2006. – 360 с.: ил.
  6. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых» // Москва «ЗАО НТЦ ПБ», 2018
  7. Пустовойтова Т.К., Кагермазова СВ. Влияние структуры массива скальных пород на устойчивость бортов карьера.- В сб. статей №51. Л.: ВНИМИ, 1964, с.161-174.
  8. Фисенко Г.Л. Устойчивость бортов железорудных карьеров КМА -Горный журнал, 1969, №4, с.41-43.
  9. Белоусов В.В. Основные вопросы тектоники.- М.: Госгеолтехиздат, 1962, с.608.
  10. Окатов Р.П., Попов И.И., Попов В.Н. Некоторые вопросы учета трещи¬новатости горных пород.- Изв. вузов, Горный журнал, 1970, №3, с.21-29.
  11. Окатов Р.П. Исследование устойчивости приконтурных уступов (на примере Карагайлинского карьера).- Автореферат дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. М.: МГИ, 1972, с. 16.
  12. Рыжов П.А. Математическая статистика в горном деле.- М.: Высшая школа, 1973, 286 с.
  13. Окатов Р.П., Попов И.И., Попов В.Н. О прогнозировании параметров уступов на Карагайлинском карьере.- Изв. вузов, Горный журнал, 1971, №9, с.33-42.
  14. «Исследование и обоснование устойчивых параметров откосов уступов и бортов карьера Кия-Шалтырского нефелинового рудника при отработке месторождения на полную глубину». Отчет по НИР. ФГАОУВПО СФУ, 2011. – 200с.
  15. «Геомеханическое обоснование параметров устойчивости откосов бортов, уступов и отвалов на Кия-Шалтырском нефелиновом руднике» . Отчет по НИР. ООО «НЕДРАПРОЕКТПЛЮС» , 2017. – 107с.
  16. Kruzhilin, S. N., & Mishenina, M. P. (2019). Substantiation of rejuvenating tree pruning of representatives of the genus Рopulus l. In the urban city aglomerations. World Ecology Journal, 9(2), 1-20. https://doi.org/10.25726/worldjournals.pro/WEJ.2019.2.1
  17. Tereshkin, A. V., Kalmykova, A. L., & Andrushko, T. A. (2019). Relevance of enrichment of landscaping plantings with lianas in the conditions of urban ecosystems of the Saratov region. World Ecology Journal, 9(2), 21-38. https://doi.org/10.25726/worldjournals.pro/WEJ.2019.2.2

References

  1. Instrukciya po nablyudeniyam za deformaciyami bortov, otkosov ustupov i otvalov na kar`erax i razrabotka meropriyatij po obespecheniyu ix ustojchivosti. // L., VNIMI, 1971, – 187 s.
  2. Itogovy`j texnicheskij otchet o rezul`tatax nablyudenij po dogovoru RA-D-19-053 ot 17.01.19. «Markshejderskie nablyudeniya po profil`ny`m liniyam nablyudatel`noj stancii» // Krasnoyarsk, OOO NIP «SIBMARKPROEKT», 2019, 47 s.
  3. Instrukciya po razvitiyu s“emochnogo obosnovaniya i s“emki situacii i rel`efa s primeneniem global`ny`x navigacij sputnikovy`x sistem GLONASS i GNSS GKINP (ONTA)-02-262-02. // Moskva, 2002g
  4. Metodicheskie ukazaniya po nablyudeniyam za deformaciyami bortov razrezov i otvalov, interpretacii ix rezul`tatov i prognozu ustojchivosti. // Izd. VNIMI, L., 1987, – 116 s.
  5. Antonovich, K.M. A11 Ispol`zovanie sputnikovy`x radionavigacionny`x sistem v geodezii. V 2 t. T. 2. Monografiya / K.M. Antonovich; GOU VPO «Sibirskaya gosudarstvennaya geodezicheskaya akademiya». – M.: FGUP «Kartgeocentr», 2006. – 360 s.: il.
  6. Federal`ny`e normy` i pravila v oblasti promy`shlennoj bezopasnosti «Pravila bezopasnosti pri vedenii gorny`x rabot i pererabotke tverdy`x polezny`x iskopaemy`x» // Moskva «ZAO NTCz PB», 2018
  7. Pustovojtova T.K., Kagermazova SV. Vliyanie struktury` massiva skal`ny`x porod na ustojchivost` bortov kar`era.- V sb. statej №51. L.: VNIMI, 1964, s.161-174.
  8. Fisenko G.L. Ustojchivost` bortov zhelezorudny`x kar`erov KMA -Gorny`j zhurnal, 1969, №4, s.41-43.
  9. Belousov V.V. Osnovny`e voprosy` tektoniki.- M.: Gosgeoltexizdat, 1962, s.608.
  10. Okatov R.P., Popov I.I., Popov V.N. Nekotory`e voprosy` ucheta treshhi¬novatosti gorny`x porod.- Izv. vuzov, Gorny`j zhurnal, 1970, №3, s.21-29.
  11. Okatov R.P. Issledovanie ustojchivosti prikonturny`x ustupov (na primere Karagajlinskogo kar`era).- Avtoreferat diss. na soisk. uch. step. kand. texn. nauk. M.: MGI, 1972, s. 16.
  12. Ry`zhov P.A. Matematicheskaya statistika v gornom dele.- M.: Vy`sshaya shkola, 1973, 286 s.
  13. Okatov R.P., Popov I.I., Popov V.N. O prognozirovanii parametrov ustupov na Karagajlinskom kar`ere.- Izv. vuzov, Gorny`j zhurnal, 1971, №9, s.33-42.
  14. «Issledovanie i obosnovanie ustojchivy`x parametrov otkosov ustupov i bortov kar`era Kiya-Shalty`rskogo nefelinovogo rudnika pri otrabotke mestorozhdeniya na polnuyu glubinu». Otchet po NIR. FGAOUVPO SFU, 2011. – 200s.
  15. «Geomexanicheskoe obosnovanie parametrov ustojchivosti otkosov bortov, ustupov i otvalov na Kiya-Shalty`rskom nefelinovom rudnike» . Otchet po NIR. OOO «NEDRAPROEKTPLYuS» , 2017. – 107s.
  16. Kruzhilin, S. N., & Mishenina, M. P. (2019). Substantiation of ejuvenating tree pruning of representatives of the genus Ropulus l. In the urban city aglomerations. World Ecology Journal, 9(2), 1-20. https://doi.org/10.25726/worldjournals.pro/WEJ.2019.2.1
  17. Tereshkin, A. V., Kalmykova, A. L., & Andrushko, T. A. (2019). Relevance of enrichment of landscaping plantings with lianas in the conditions of urban ecosystems of the Saratov region. World Ecology Journal, 9(2), 21-38. https://doi.org/10.25726/worldjournals.pro/WEJ.2019.2.2




Московский экономический журнал 9/2020

УДК 622.1:622.271

DOI 10.24411/2413-046Х-2020-10638

Изменчивость интенсивности трещиноватости с глубиной на удерейском месторождении

Variability of fracture intensity with depth at Ozereyka field

Боос Иван Юрьевич, ассистент, Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»

Патачаков Игорь Витальевич, кандидат технических наук, доцент, Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»

Гришин Арсений Александрович, ООО НИП «Сибмаркпроект», геолог, arseniy.grishin.2012@mail.ru

Абдуллаева Анна Анатольевна, Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»

Разин Антон Игоревич,  Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» 

Актелова Анастасия Юрьевна, Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»

Boos Ivan Yurievich, assistant, Institute of mining, Geology and geotechnologies of the Federal STATE Autonomous educational institution “Siberian Federal University”

Putchkov Igor V., candidate of technical Sciences, associate Professor, Institute of mining, Geology and geotechnologies, SIBERIAN Federal University

Grishin Arseny Aleksandrovich, Sibmarkproekt NIP LLC, geologist, arseniy.grishin.2012@mail.ru

Abdullayeva Anna A., Institute of mining, Geology and geotechnologies, SIBERIAN Federal University

Razin Anton Igorevich, Institute of mining, Geology and geotechnologies of the Federal STATE Autonomous educational institution “Siberian Federal University”

Akalova Anastasiya, Institute of mining, Geology and geotechnologies of the Federal STATE Autonomous educational institution “Siberian Federal University”

Аннотация. В процессе обоснования устойчивых параметров бортов карьеров Удерейского месторождения были проведены исследования зависимости интенсивности трещиноватости от глубины. Материалом изучения являлись геологическое описание керна восьми скважин, пробуренных с целью изучения геомеханических свойств массива для проектирования карьера, а также структурно-геологические разрезы по данным скважинам. Была определена зависимость интенсивности трещиноватости по интервалам глубины. Установлено уменьшение количества трещин по мере углубления в массив, это позволит обосновать более экономически выгодные параметры бортов на нижних горизонтах.

Summary. During the study of the stable parameters of pit Udereysk field studies have been conducted based on the intensity of fracturing with depth. The study material was a geological description of the core of eight wells drilled to study the geomechanical properties of the massif for quarry design, as well as structural and geological sections based on these wells. The dependence of the fracture intensity on the depth intervals was determined. A decrease in the number of cracks as they go deeper into the massif is established, which will allow us to justify more cost-effective parameters of the sides at the lower horizons.

Ключевые слова: трещиноватость, глубина, коэффициент структурного ослабления, физико-механические свойства, месторождение «Удерейское», скважина, керн.

Keywords: fracturing, depth, structural attenuation coefficient, physical and mechanical properties, Udereyskoye field, well, core.

При проектировании карьера, важное значение имеют углы откоса его бортов. Заниженные параметры приводят к увеличению коэффициента вскрыши, что снижает экономические показатели разработки, завышенные параметры, в свою очередь, могут привести к нарушению устойчивости бортов в виде оползней и обрушений. Поэтому важной задачей при проектировании карьеров является обоснование рациональных устойчивых параметров бортов карьеров.

Для обоснования устойчивости откосов уступов и бортов карьеров необходимо знать прочностные свойства горных пород и структурно-тектонические особенности прибортового массива. К первым относятся плотность γ, сцепление κ, угол внутреннего трения ρ. сопротивление на сжатие σсж, сопротивление на растяжение σр.

Обычно физико-механические параметры определяются в лабораторных условиях на породных образцах. Но существует проблема перехода от физико-механических характеристик в образце к характеристикам в массиве. В частности, показатель сцепления κ в массиве в сотни раз меньше, чем в образце, это связано с нарушенностью массива трещинами разного генезиса.

Для перехода к физико-механическим характеристикам в массиве используют коэффициент структурного ослабления в массиве (λ) [2, 9].

Н – глубина залегания пород, м;

l – средний размер элементарного структурного блока, м;

а – коэффициент, зависящий от прочности пород в монолитном образце и характера трещиноватости.

Размер элементарных структурных блоков «1» зависит от интенсивности и направленности систем трещин в массиве. Поэтому очень важно анализировать трещиноватость массива при проектировании карьеров.

Объектом изучения являлось месторождение «Удерейское» расположенное в Мотыгинском районе Красноярского края. Материалом изучения являлись описание керна восьми скважин, пробуренных с целью изучения геомеханических свойств массива для проектирования карьера, а также структурно-геологические разрезы по данным скважинам. Целью изучения являлось изучение зависимости интенсивности трещиноватости от глубины.

Исходя из анализа материалов описания керна была составлена таблица, отражающая распределение трещин в керне по глубине для каждой из скважин (таблица 1).

По данным вышележащей таблицы были построены графики с линиями тренда, показывающие изменение распределения трещин по глубине по каждой из скважин (Рисунок 1-8).

Анализ результатов инженерно-геологической документации керна скважин Удерейского золото-сурьмяного месторождения показывает, что число трещин уменьшается по мере углубления в массив. Это позволит завысить угол откосов и высоту уступов на нижних горизонтах карьера, за счёт уменьшения коэффициента структурного ослабления (λ) при проектировании бортов карьеров и геомеханическом обосновании.

Литература

  1. Шпаков П.С., Юнаков Ю.Л., Шпакова М.В. Расчет устойчивости карьерных откосов по программе STABILITY ANALYSIS. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2011. № 8. С. 56-63.
  2. John Read, Peter Stacey Guidelines for open pit slope design/editors, CSIRO, 2009, Reprinted with corrections, 2010, Published exclusively in Australia. 544 p.
  3. Козырев А. А., Рыбин В. В. Геомеханическое обоснование рациональных конструкций бортов карьеров в тектонически напряженных массивах // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. 2015. Т. 2. № 2. С. 245–250.
  4. Козлов Ю.С., Мочалов А.М., Пушкарев В.И., Сапожников В.Т., Фисенко Г.Л. Методические указания по определению углов наклона бортов, откосов уступов и отвалов строящихся и эксплуатируемых карьеров. – Ленинград., ВНИМИ, 1972г.165 с.
  5. Фисенко Г. Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов. Москва.: Недра, 1965. 378 с.
  6. Демин А. М. Устойчивость открытых горных выработок и отвалов. Москва.: Недра, 1973. 232 с.
  7. Mark D. Zoback. Reservoir Geomechanics. Cambridge University Press, 2010. 449 p.
  8. Попов В.Н., Шпаков П.С., Юнаков Ю.Л., Управление устойчивостью карьерных откосов: Учебник для вузов. – Издательство Московского государственного горного университета, издательство «Горная книга». 2008. – 683 с.
  9. Kianoosh Taghizadeh, Gael Combe, Stefan Luding. ALERT Doctoral School 2017 – Discrete Element Modeling. The Alliance of Laboratories in Europe for Education, Research and Technology, 2017. 218 p.
  10. P. TURNER, R.R. HILLIS, M.J. WELCH. GEOLOGICAL SOCIETY SPECIAL PUBLICATION NO. 458. Geomechanics and Geology. Geological Society of London. Geomechanics and Geology, 2017, 458 p.
  11. François Henri Cornet, Université de Strasbourg. Elements of Crustal Geomechanics. Cambridge University Press, 2015, 490 p.
  12. Гальперин, А.М. Геомеханика открытых горных работ: учебник для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки дипломирования специалистов «Горное дело». – Москва. Горная книга, 2012. – 480 с.
  13. Ameen, Mohammed S. Operational Geomechanics – A Rock-Based Science for Environmental, Energy, and Engineering Applications. EAGE Publication, 2018. 327 p.
  14. Livinskiy I. S., Mitrofanov A. F., Makarov A. B. Complex geomechanical modeling: structure, geology, reasonable sufficiency. Gornyi Zhurnal. 2017. No. 8. pp. 51–55. DOI: 10.17580/gzh.2017.08.09
  15. Ляшенко В. И. Развитие научно-технических основ мониторинга состояния горного массива сложноструктурных месторождений. Сообщение 2 // ГИАБ. 2017. № 3. С. 123–141.
  16. Шпаков П. С., Поклад Г. Г., Ожигин С. Г., Долгоносов В. Н. Выбор прочностных показателей пород для расчета параметров устойчивых откосов // Маркшейдерия и недропользование. 2002. № 2. С. 37–41.
  17. Левин Е. Л., Половинко А. В. Влияние неопределенности физико-механических свойств пород прибортового массива на коэффициент запаса устойчивости борта карьера, вероятность его обрушения и оценка зоны развала обрушившихся масс // Горный журнал. 2016. № 5. С. 14–20.
  18. Semenyutina, A., Sapronova, D., & Khuzhakhmetova, A. (2020). Adapting the seasonal rhythms of development on the example of dendrological collection of the federal scientific center of agroecology of the russian academy of sciences . World Ecology Journal, 10(2), 75-87. https://doi.org/10.25726/worldjournals.pro/WEJ.2020.2.4
  19. Khuzhakhmetova, A., Lazarev, S., & Semenyutina, V. (2020). Ecological and biological assessment of climbing shrubs for landscaping residential areas. World Ecology Journal, 10(2), 88-109. https://doi.org/10.25726/worldjournals.pro/WEJ.2020.2.5

References

  1. Shpakov P.S., Yunakov Yu.L., Shpakova M.V. Raschet ustojchivosti kar`erny`x otkosov po programme STABILITY ANALYSIS. Gorny`j informacionno-analiticheskij byulleten` (nauchno-texnicheskij zhurnal). 2011. № 8. S. 56-63.
  2. John Read, Peter Stacey Guidelines for open pit slope design/editors, CSIRO, 2009, Reprinted with corrections, 2010, Published exclusively in Australia. 544 p.
  3. Kozy`rev A. A., Ry`bin V. V. Geomexanicheskoe obosnovanie racional`ny`x konstrukcij bortov kar`erov v tektonicheski napryazhenny`x massivax // Fundamental`ny`e i prikladny`e voprosy` gorny`x nauk. 2015. T. 2. № 2. S. 245–250.
  4. Kozlov Yu.S., Mochalov A.M., Pushkarev V.I., Sapozhnikov V.T., Fisenko G.L. Metodicheskie ukazaniya po opredeleniyu uglov naklona bortov, otkosov ustupov i otvalov stroyashhixsya i e`kspluatiruemy`x kar`erov. – Leningrad., VNIMI, 1972g.165 s.
  5. Fisenko G. L. Ustojchivost` bortov kar`erov i otvalov. Moskva.: Nedra, 1965. 378 s.
  6. Demin A. M. Ustojchivost` otkry`ty`x gorny`x vy`rabotok i otvalov. Moskva.: Nedra, 1973. 232 s.
  7. Mark D. Zoback. Reservoir Geomechanics. Cambridge University Press, 2010. 449 p.
  8. Popov V.N., Shpakov P.S., Yunakov Yu.L., Upravlenie ustojchivost`yu kar`erny`x otkosov: Uchebnik dlya vuzov. – Izdatel`stvo Moskovskogo gosudarstvennogo gornogo universiteta, izdatel`stvo «Gornaya kniga». 2008. – 683 s.
  9. Kianoosh Taghizadeh, Gael Combe, Stefan Luding. ALERT Doctoral School 2017 – Discrete Element Modeling. The Alliance of Laboratories in Europe for Education, Research and Technology, 2017. 218 p.
  10. P. TURNER, R.R. HILLIS, M.J. WELCH. GEOLOGICAL SOCIETY SPECIAL PUBLICATION NO. 458. Geomechanics and Geology. Geological Society of London. Geomechanics and Geology, 2017, 458 p.
  11. François Henri Cornet, Université de Strasbourg. Elements of Crustal Geomechanics. Cambridge University Press, 2015, 490 p.
  12. Gal`perin, A.M. Geomexanika otkry`ty`x gorny`x rabot: uchebnik dlya studentov vuzov, obuchayushhixsya po napravleniyu podgotovki diplomirovaniya specialistov «Gornoe delo». – Moskva. Gornaya kniga, 2012. – 480 s.
  13. Ameen, Mohammed S. Operational Geomechanics – A Rock-Based Science for Environmental, Energy, and Engineering Applications. EAGE Publication, 2018. 327 p.
  14. Livinskiy I. S., Mitrofanov A. F., Makarov A. B. Complex geomechanical modeling: structure, geology, reasonable sufficiency. Gornyi Zhurnal. 2017. No. 8. pp. 51–55. DOI: 10.17580/gzh.2017.08.09
  15. Lyashenko V. I. Razvitie nauchno-texnicheskix osnov monitoringa sostoyaniya gornogo massiva slozhnostrukturny`x mestorozhdenij. Soobshhenie 2 // GIAB. 2017. № 3. S. 123–141.
  16. Shpakov P. S., Poklad G. G., Ozhigin S. G., Dolgonosov V. N. Vy`bor prochnostny`x pokazatelej porod dlya rascheta parametrov ustojchivy`x otkosov // Markshejderiya i nedropol`zovanie. 2002. № 2. S. 37–41.
  17. Levin E. L., Polovinko A. V. Vliyanie neopredelennosti fiziko-mexanicheskix svojstv porod pribortovogo massiva na koe`fficient zapasa ustojchivosti borta kar`era, veroyatnost` ego obrusheniya i ocenka zony` razvala obrushivshixsya mass // Gorny`j zhurnal. 2016. № 5. S. 14–20.
  18. Semenyutina, A., Sapronova, D., & Khuzhakhmetova, A. (2020). Adapting the seasonal rhythms of development on the example of dendrological collection of the federal scientific center of agroecology of the russian academy of sciences . World Ecology Journal, 10(2), 75-87. https://doi.org/10.25726/worldjournals.pro/WEJ.2020.2.4
  19. Khuzhakhmetova, A., Lazarev, S., & Semenyutina, V. (2020). Ecological and biological assessment of climbing shrubs for landscaping residential areas. World Ecology Journal, 10(2), 88-109. https://doi.org/10.25726/worldjournals.pro/WEJ.2020.2.5




Московский экономический журнал 9/2020

DOI 10.24411/2413-046Х-2020-10618

Разработка комплекса природоохранных мероприятий на основе ландшафтно-экологической оценки земель (на примере Пуровского района ЯНАО)

Development of a set of environmental measures based on landscape and environmental assessment of land (on the example of the Purovsky district of the Yamal-Nenets Autonomous district)

Запевалов Владимир Николаевич, старший преподаватель, Тюменский индустриальный университет, Российская Федерация, г. Тюмень

Zapevalov Vladimir, senior lecturer, Tyumen industrial University, Tyumen, Russian Federation

Аннотация. Цель статьи – анализ научных и нормативных подходов к функционированию природно-территориальных комплексов и формированию особо охраняемых природных территорий на землях муниципального района в целях разработки комплекса природоохранных мероприятий на основе ландшафтно-экологической оценки земель.

В статье проведен анализ территории Пуровского района на основе ландшафтно-экологического подхода. Рассмотрены природно-территориальные и ландшафтные условия. Проведена оценка экологического состояния, осуществлено ландшафтно-экологическое зонирование, а также разработан и обоснован комплекс природоохранных мероприятий для устойчивого развития территории на основе формирования особо охраняемых природоохранных зон.

Summary. The purpose of the article is to analyze scientific and regulatory approaches to the functioning of natural and territorial complexes and the formation of specially protected natural territories on the lands of a municipal district in order to develop a set of environmental measures based on landscape and environmental assessment of land.

The article analyzes the territory of the Purovsky district based on the landscape-ecological approach. Natural-territorial and landscape conditions are considered. An assessment of the ecological state was carried out, landscape and ecological zoning was carried out, and a set of environmental measures for the sustainable development of the territory was developed and justified on the basis of the formation of specially protected nature protection zones.

Ключевые слова: природно-территориальный комплекс,ландшафтно-экологическая оценка земель, природоохранные мероприятия, особо охраняемые природные территории, муниципальный район.

Keywords: natural-territorial complex, landscape-ecological assessment of land, nature protection measures, specially protected natural territories, municipal district.

1. ВВЕДЕНИЕ

В современных условиях освоение северных территорий Западной Сибири, разрешение экологической ситуации и сохранение природной среды от негативного антропогенного воздействия становятся важнейшими задачами государственного и муниципального управления. При этом возникает необходимость сокращения загрязнений водного и воздушного бассейнов, сохранения почв и, прежде всего, земель сельскохозяйственного назначения, эффективного использования рекреационных зон, создания особо охраняемых природных территорий. Поэтому необходимо подробное ландшафтно-почвенное и зоолого-ботаническое изучение природно-территориальных комплексов с выработкой специальных природоохранных рекомендаций и проектных решений по сохранению природной среды.

Анализ специфики развития различных территорий принято проводить на основе рассмотрения их через призму понятия «природно-территориальный комплекс» и его особенности.

В общем понимании под природно-территориальным комплексом (ПТК) понимается территория, которая обладает определенным единством природы, что обусловлено историей ее развития, общим происхождением и, своеобразием географического положения и действующими в пределах ее границ природными, экологическими, социально-экономическими и другими процессами [2]. 

С позиции физической географии под ПТК понимается некая пространственно-временная система различных географических компонентов и комплексов, взаимообусловленных в своем размещении относительным единством происхождения и развивающаяся как единое целое [3].

Фактически ПТК выступает закономерным сочетанием взаимосвязанных компонентов антропогенной среды и природы на определенной территории. При этом все природные компоненты, входящие в состав комплекса (почва, солнечная радиация, географическая широта местности, климат, рельеф, животный и растительный мир), неразрывно и тесно связаны друг с другом. В общем случае в иерархии ПТК следует различать три главных уровня (ранга): глобальный, региональный и локальный [4]. Составляющими ПТК выступает ряд компонентов (рисунок 1).

На сегодняшний день в результате деятельности человека значительное количество ПТК подверглись необратимым изменениям.

  1. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ НА ОСНОВЕ ЛАНДШАФТНО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ЗЕМЕЛЬ ПУРОВСКОГО РАЙОНА

На основе проведенных исследований и анализа территории Пуровского района при применении ландшафтно-экологического подхода, можно провести формирование природного каркаса рассматриваемой территории.

При формировании природного каркаса территории данного района необходимо выделить следующие структурные блоки: основные ядра или узлы каркаса, которые способствуют сохранению экологического равновесия рассматриваемой территории, поддерживают способности экосистемы к саморегуляции, а также вспомогательные элементы, которые связывают в единую сеть ядра и участки, усиливающие их функциональную роль [1].

Ядра и узлы каркаса представляют собой обширные ПТК, внутри которых, благодаря их высокому уровню и размерам биоразнообразия, протекают различные природные процессы, которые стабилизируют экологический баланс на значительных территориях. Такими ядрами каркаса могут выступать охраняемые территории, которые призваны решать задачи сохранения биологического и ландшафтного разнообразия, поддержания экологического баланса и наиболее важных природных процессов, сбережения уникальных природных объектов, создания рекреационных зон, защиты территорий традиционного природопользования в сложившихся условиях  [6].

Вспомогательными элементами природного каркаса территории Пуровского района, связующими в единую сеть ядра и участки, усиливающие их функциональную роль, выступают водоохранные зоны и зелено-защитные зоны вдоль железных, автомобильных дорог, населенных пунктов. Экологические коридоры создают возможность для свободной миграции между экологическими ядрами и узлами и играют ведущую роль в сохранении биоразнообразия. В таблице 1 отражены элементы природного каркаса территории Пуровского района.

Ведущую природоохранную и стабилизирующую функцию в природном каркасе территории Пуровского района выполняет сеть ПТК с определенным режимом использования.

При разработке и обосновании комплекса природоохранных мероприятий для устойчивого развития территории Пуровского района необходимо исходить из того, что на сегодняшний день на территории района нет особо охраняемых природных территорий (ООПТ) ни федерального, ни регионального, ни местного значения. Согласно же схемы природного каркаса территории Пуровского района именно природоохранные зоны на базе заказников регионального значения «Ево-Яхинский» и «Тыдды-Оттинский» выступают важнейшими узлами природного каркаса. Вместе с тем, на территории Ямала функционируют 13 ООПТ.

Важно отметить, что согласно Стратегии социально-экономического развития ЯНАО до 2020 года [7] определено, что нефте- и газодобыча останутся базовым сектором экономики округа. При этом Пуровский район будет лидирующим районом по добыче полезных ископаемых: нефти, газа и газового конденсата. В результате развития отраслей экономики муниципального образования Пуровский район произойдет рост промышленного производства к 2030 году. Планируется, что в промышленности увеличится сектор обрабатывающего производства природных ресурсов и продукции АПК. К 2030 году на полную мощность заработает Новоуренгойский газохимический комплекс.

Дальнейшее социально-экономическое развитие Пуровского района на период до 2030 года приведет к увеличению антропогенной на нагрузки на различные ПТК и может привести к ухудшению экологической ситуации, несмотря на все принимаемые меры со стороны местной администрации. В этой ситуации, по нашему мнению, необходимо формирование ООПТ на базе заказников регионального значения «Тыдды-Оттинский» и «Ево-Яхинский», которые составляют ядро природного каркаса рассматриваемой территории [5].

Для реализации проекта по созданию ООПТ местного уровня на базе региональных заказников «Тыдды-Оттинский» и «Ево-Яхинский» необходимо реализовать ряд последовательных мероприятий:

  1. Проведение комплексного экологического обследования территории, которой предполагается придать статус ООПТ местного значения.
  2. Подготовка научного обоснования образования ООПТ местного значения.
  3. Подготовка пояснительной записки о необходимых затратах, в том числе компенсации убытков, возникающих в связи с изъятием земель и (или) ограничением хозяйственной деятельности.
  4. Подготовка картографических материалов проектируемой ООПТ местного значения (при необходимости и ее охранной зоны).
  5. Подготовка проекта положения об ООПТ местного значения, проведение необходимых кадастровых работ.
  6. Согласование проекта положения об ООПТ местного значения с исполнительными органами государственной власти ЯНАО, органами местного самоуправления, землепользователями и землевладельцами.
  7. Принятие решения об образовании особо охраняемой природной территории местного значения.

В целях защиты ПТК и природных объектов в границах ООПТ местного значения «Тыдды-Оттинский» и «Ево-Яхинский» от неблагоприятных антропогенных воздействий на прилегающих к ним земельных участках, водных поверхностях могут быть созданы охранные зоны с регулируемым режимом хозяйственной деятельности.

Авторский вклад в разработку комплекса природоохранных мероприятий на основе ландшафтно-экологической оценки земель Пуровского района ЯНАО заключается:

  • в оценке экологической ситуации на данной территории;
  • формировании схемы природного каркаса с выделением ядер, узлов и коридоров;
  • обосновании создания ООПТ местного значения на базе региональных заказников «Тыдды-Оттинский» и «Ево-Яхинский» и определении порядка их создания.
  1. ВЫВОДЫ

По результатам рассмотрения теоретических и нормативно-правовых положений по организации природоохранных мероприятий в муниципальном районе установлено следующее:

  1. Под ПТК понимается территория, которая обладает определенным единством природы, что обусловлено общим происхождением и историей ее развития, своеобразием географического положения и действующими в пределах ее границ природными, экологическими, социально-экономическими и другими процессами.
  2. На сегодняшний день в результате антропогенной деятельности значительное количество ПТК подверглись необратимым изменениям. С позиции оценки отдельных факторов антропогенного воздействия, состояния компонентов ПТК, перспектив развития территории важным выглядит проведение картографирования.
  3. ООПТ регионов и муниципальных районов играют важнейшую роль в сохранении и восстановлении ресурсов живой природы ПТК. Они являются наиболее эффективным механизмом поддержания экологического баланса территорий, сохранения естественного биоразнообразия. Особенностью ООПТ муниципального значения является их неполное изъятие из хозяйственного использования, сочетание экономического и природоохранного аспектов в их функционировании.
  4. Нормативно-правовое обеспечение по формированию природоохранных зон муниципального района должно включать разработку соответствующих нормативных актов со стороны органов местной власти муниципальных образований. При формировании муниципальных систем ООПТ основным принципом должен быть приоритет решения природоохранных задач над всеми остальными, в том числе и рекреационными.

В статье проведен анализ территории Пуровского района на основе ландшафтно-экологического подхода, рассмотрены природно-территориальные и ландшафтные условия района, проведена оценка экологического состояния территории, осуществлено ландшафтно-экологическое зонирование территории района.

Установлено, что территория Пуровского района имеет вид низменной равнины с невысокими поднятиями до 150 м высотой к югу. Климат муниципального района суров, что объясняется рядом факторов, такими как положение в высоких широтах и близость Северного Ледовитого океана, проявляющееся в неравномерном поступлении суммарной солнечной радиации в течение года, низких зимних температурах воздуха и больших годовых амплитудах температур.

Русла рек района слабо врезаны и сильно извилисты. На водоразделе рек Пура и Таза расположена одноименная Таз-Пурская возвышенность, имеющая характер относительно приподнятой расчлененной равнины с высотами до 80 м. Основой речной сети Пуровского района является река Пур, образующаяся от слияния рек Пяку-Пур и Айваседо-Пур и впадающая в Тазовскую губу. Бассейн р. Пура сильно заболочен. В бассейне р. Пура насчитывается более 86 тыс. озер.

На территории района осуществляется активная добыча углеводородов, по этому показателю район занимают ключевую позицию в ЯНАО. Во многом это определяет экологические проблемы района – наиболее высокую долю выбросов загрязняющих веществ в атмосферу среди всех муниципальных образований ЯНАО, составляющую 60% (1-ое место среди других муниципальных районов), и загрязнение территорий продуктами добычи углеводородов. Это определяет необходимость постоянного мониторинга за состоянием экологической ситуации, а также разработку программ по охране окружающей среды муниципального образования Пуровский район.

Отсутствие ООПТ на территории Пуровского района выглядит негативным с позиции экологической составляющей и сохранения природных богатств района.

В качестве ландшафтно-экологических зон Пуровского района можно выделить: зоны сельскохозяйственного использования, зоны недропользования, зоны традиционного природопользования, зоны особо охраняемых территорий и объектов, водоохранные зоны, прибрежные полосы, охранные зоны нефтегазовых месторождений, зелено-защитные зоны, рекреационные зоны, зоны утилизации.

На основе результатов ландшафтно-экологической оценки была сформирована схема природного каркаса территории Пуровского района. Территориально природный каркас территории Пуровского района представлен ядрами, узлами и коридорами. Разработанная схема природного каркаса территории Пуровского района позволяет сформировать систему природоохранной деятельности и экологическую безопасности, сократить потери биоразнообразия и деградацию ландшафтов рассматриваемой территории в условиях ее интенсивного хозяйственного использования, а также способствовать восстановлению утраченных от нерациональной хозяйственной деятельности природных территорий.

В данной статье предлагается организация комплекса природоохранных мероприятий для устойчивого развития территории Пуровского района на основе формирования особо охраняемых природоохранных зон муниципального района на базе заказников регионального значения «Ево-Яхинский» и «Тыдды-Оттинский», выступающих важнейшими узлами природного каркаса территории.

Для реализации проекта по созданию ООПТ местного уровня на базе региональных заказников «Тыдды-Оттинский» и «Ево-Яхинский» определен ряд последовательных мероприятий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Большаник, П. В. Геоэкологические проблемы трансформации рельефа урбанизированных территорий (на примере городов Западной Сибири). Монография. / П. В. Большаник, В. Н. Недбай. – Москва: ИНФРА-М, 2017. – 243 с. – Текст: непосредственный.
  2. Волков, С. Н. Землеустройство. Т. 7.: Землеустройство за рубежом / С. Н. Волков. – Москва: Колос, 2005. – 408 с. – Текст: непосредственный.
  3. Волков, С. Н. Землеустройство: учеб. пособие / С. Н. Волков. – Москва: ГУЗ, 2013. – 992 с. – Текст: непосредственный.
  4. Воробьев, А. В. Управление земельными ресурсами / А. В. Воробьев, Е. В. Акутнева. – Волгоград: Волгоградский ГАУ, 2015. – 212 с. – Текст: непосредственный.
  5. Землякова, Г. Л. Ведение государственного кадастра недвижимости как функция государственного управления в сфере использования и охраны земель. Монография / Г. Л. Землякова. – Москва: ИЦ РИОР, НИЦ ИНФРА-М, 2015. – 376 с. – Текст: непосредственный.
  6. Селиверстов, В. Е. Сибирь и ее регионы в экономическом пространстве России: позиционирование, перспективы, институциональные условия / В. Е. Селиверстов // Макрорегион Сибирь: проблемы и перспективы развития: сб. науч. трудов. – Красноярск: СФУ, 2017. – С. 298 – 330. – Текст: непосредственный.
  7. Официальный сайт Правительства Ямало-Ненецкого автономного округа: сайт. – URL: https://www.yanao.ru (дата обращения 20.08.2019). – Текст электронный.




Московский экономический журнал 8/2020

УДК 338.23:330.341

DOI 10.24411/2413-046Х-2020-10597

Оптимизации размещения объектов обращения с отходами как фактор экологоустойчивого развития городских агломераций

Optimization of waste management facilities placement as a factor of ecological and sustainable development of urban agglomerations

Цыпкин Юрий Анатольевич, заведующий кафедрой маркетинга, доктор экономических наук, профессор, ФГБОУ ВО «Государственный университет по землеустройству», Российская Федерация, г. Москва, e-mail: tsypkin@valnet.ru

Близнюкова Татьяна Викторовна, старший преподаватель кафедры городского кадастра, ФГБОУ ВО «Государственный университет по землеустройству», Российская Федерация, г. Москва, e-mail: tvblisnukova@yandex.ru

Фомин Александр Анатольевич, профессор кафедры экономической теории и менеджмента, ФГБОУ ВО «Государственный университет по землеустройству», Российская Федерация, г. Москва, e-mail: agrodar@mail.ru

Феклистова Инесса Сергеевна, доцент Высшей школы финансов и менеджмента, Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте РФ, (ВШФМ РАНХиГС), г. Москва, e-mail: Inessa_pakulina@mail.ru

Орлов Степан Владимирович, к.э.н., доцент, заведующий каферой истории общественных жвижений и политических партий исторического факультета, МГУ им. М.В Ломоносова

Tsypkin Yury A., Head of Department of Marketing, State University of Land Use Planning, 15 Kazakova str., Moscow 105064 Russia, e-mail: tsypkin@valnet.ru, ORCID.ORG: orcid.org/0000-0002-0774-485X

Bliznukova Tatiana V., Senior lecturer of the Department of municipal Cadastre, State University of Land Use Planning, 15 Kazakova str., Moscow 105064 Russia, e-mail: tvblisnukova@yandex.ru

Fomin Alexander A., Professor of the Department of Economic theory and management, State University of Land Use Planning, 15 Kazakova str., Moscow 105064 Russia, e-mail: agrodar@mail.ru, ORCID.ORG: 0000-0002-3881-8348

Feklistova Inessa S., Associate Professor of Higher School of Finance and Management of Russian Presidential Academy of National Economy and Public Administration under the President of the Russian Federation (HSFM RANEPA), Prospect Vernadskogo, 84, bldg 2, Moscow 119571, Russia, e-mail: Inessa_pakulina@mail.ru, ORCID.ORG: orcid.org/0000-0003-1870-7795

Orlov Stepan Vladimirovich, Ph. D., associate Professor, head of the Department of history of social movements and political parties, faculty of history, Lomonosov Moscow state University

Аннотация. Авторами статьи обоснована необходимость оптимизации размещения существующих и планируемых объектов обращения с твердыми коммунальными отходами. Доказывается целесообразность применения прогнозных моделей образования отходов городских агломераций как основы разработки практических рекомендаций по оптимизации размещения объектов обращения с отходами в регионе. Для построения трендов отходов городских агломерациях в регионе авторами рекомендуется использовать разработанную в ходе проведенного исследования методику прогнозирования. Доказана целесообразность использования разработанного подхода при планировании на разных уровнях управления.

Summary. The authors of the article substantiate the need to optimize the placement of existing and planned solid municipal waste management facilities. The expediency of using predictive models of waste generation in urban agglomerations as a basis for developing practical recommendations for optimizing the placement of waste management facilities in the region is proved. To build trends in urban agglomerations in the region, the authors recommend using the forecasting methodology developed in the course of the study. The expediency of using the developed approach in planning at different levels of management is proved.

Ключевые слова: коммунальные отходы, экологоустойчивое развитие, городская агломерация, оптимизация, территориальное размещение, прогнозная модель, эффективность.

Keywords: municipal waste, sustainable development, urban agglomeration, optimization, territorial location, forecast model, efficiency.

C каждым годом в России растет количество вывозимых на свалки твердых коммунальных отходов городских агломераций. Объем вывезенных твердых коммунальных отходов увеличивается ежегодно почти на 13 млн. м3. В целом сбором коммунальных отходов охвачено 74% населения городских агломераций. Среди твердых коммунальных отходов увеличивается масса отходов, которые не разлагаются и требуют больших площадей для складирования. В настоящее время 5,8% от свалок перегружены, а 27,8 % – не соответствуют нормам экологической безопасности.

Во многих странах мира всё большее распространение приобретают такие меры обращения с твёрдыми коммунальными отходами, как сортировка мусора, последующая вторичная переработка его, и другие методы утилизации, отличные от складирования и захоронения. По показателям вторичной переработки мусора, сортировки и утилизации Россия пока еще отстает от развитых стран. К сожалению, большинство коммунальных отходов продолжают складировать на полигонах и стихийных свалках. Одними из главных причин такого обращения с отходами является несовершенство правовой базы, слабая регуляторная политика государства и недостаточное в недавнем времени финансирование государственных программ, направленных на развитие иных мер обращения с ТКО, нежели полигоны ТКО, например, сортировки отходов городских агломераций. [1, с. 39].

Однако проведенные исследования показали, что дискуссионными до сих пор остаются вопросы оптимизации размещения существующих и планируемых объектов обращения с отходами как фактора экологоустойчивого развития городских агломераций [2, с. 17].

Целями проведенного нами исследования являлись: 1) обоснование необходимости оптимизации размещения существующих и планируемых объектов обращения с отходами; 2) построение прогнозных моделей образования отходов городских агломераций как основы разработки практических рекомендаций по оптимизации размещения объектов обращения с отходами в регионе.

В процессе исследования нами применялись следующие методы научных исследований: монографический, экономико-статистический, графический, экономико-математического моделирования, экспертных оценок, методы парных сравнений и расстановки приоритетов и другие.

В России удельные показатели образования отходов составляют ориентировочно 220-250 кг/год на одного человека, а в больших городах – 330-400 кг/год. Твердые коммунальные отходы городских агломераций захораниваются на свалках и полигонах [3, с. 36]. И лишь 3,5% твердых коммунальных отходов (ТКО) сжигаются на мусоросжигательных заводах. Около 0,1% коммунальных отходов городских агломераций опасны. Значительную угрозу для окружающей среды и биоты представляют медицинские отходы, содержащие опасные патогенные и условно патогенные микроорганизмы. Биота представляет собой исторически сложившуюся совокупность флоры, фауны и микроорганизмов (не всегда экологически взаимосвязанных, в отличие от биоценоза), которые населяют какую-либо определенную территорию. Ежегодно растет количество вывозимых на свалки твердых коммунальных отходов городских агломераций [4, с. 30]. Объем вывезенных твердых коммунальных отходов увеличивается ежегодно почти на 13 млн. м3. В целом сбором коммунальных отходов охвачено 74% населения городских агломераций. Среди твердых коммунальных отходов (ТКО) увеличивается масса отходов, которые не разлагаются и требуют больших площадей для складирования. В настоящее время 5,8% от свалок перегружены, а 27,8 – не соответствуют нормам экологической безопасности.

Оптимальными путями утилизации ТКО городских агломераций являются следующие: элементный или раздельный сбор ТКО. Он дает возможность решить проблемы городских агломераций, которые возникают при их утилизации и полноценно использовать вторичные ресурсы сырья и материалов; вывоз ТКО в санитарно-промышленные зоны. В таких зонах отходы сортируют для получения вторичного сырья и сжигают в специальных печах для получения энергии; утилизация твердых коммунальных отходов городских агломераций путем захоронения на специальных полигонах.

Действующие свалки ТКО являются одним из наиболее опасных объектов, которые негативно влияют на окружающую среду и здоровье людей городских агломераций [5]. В связи с этим практически во всех городских агломерациях России необходимо найти пути для закрытия свалок ТКО и перехода на другие технологии управления отходами городских агломераций [6, с. 49]. Возможны следующие варианты изменения существующей технологии: новые полигоны ТКО, которые проектируются и эксплуатируются в соответствии с требованиями нормативно-правовых актов РФ, а также позволяют получать энергию из отходов в виде биогаза; мусороперерабатывающие заводы, когда мусор, поступающий после сбора, проходит предварительную стадию разделения, на которой изымают ценные компоненты. На следующей стадии, согласно запроектированному варианту, отходы либо подают на анаэробную обработку, либо сжигают, либо складируют на полигонах ТКО. Также возможно применение различных методов обработки до различных фракций отходов; мусоросжигательные заводы, на которых весь мусор, который поступает из системы сбора, сжигают, а уловленные системой очистки отходящих газов твердые остатки и пыль хранят на полигонах ТКО, в соответствии с классом опасности отходов.

Основными причинами возникновения проблем при обращении с коммунальными отходами в городских агломерациях являются: несовершенная механизм сбора, транспортировки, обработки, хранения, переработки, обезвреживания и захоронения отходов, и, как следствие, увеличение объемов их накопления; отсутствие экологически безопасных методов и средств обращения с мусором, что приводит к повышению техногенных и экологических рисков в городских агломерациях; медленное введение малоотходных технологий и низкие темпы создания инфраструктуры в сфере обращения с отходами городских агломераций, в том числе опасными; несовершенное законодательство и система государственного регулирования в сфере обращения с отходами городских агломераций; отсутствие единого органа, на который возложены функции в сфере обращения с отходами.

В настоящее время проблема рационального обращения с отходами городских агломераций приобрела широкую актуальность. Данная проблема имеет много аспектов, прежде всего, экологический – коммунальные отходы стали фактором ухудшения состояния окружающей среды, а также они являются конечным продуктом нерациональной хозяйственной системы, ориентированной на быстрое истощение природных ресурсов. Также эта проблема является социальной, нанося прямой ущерб огромному количеству людей (через потерю здоровья, комфорта, ухудшение качества жизни). У проблемы есть экономический уровень, который определяется оценкой прямых и косвенных убытков. Многие аспекты проблемы недостаточно изучены и поэтому являются актуальным направлением исследования ученых различных научных направлений. Высоко оценивая вклад ученых в освещении проблем нормативно-правового регулирования сферы обращения с отходами, следует признать, что каждый этап исторического развития страны ставит перед исследователями новые задачи, которые требуют решения.

Управление экологоустойчивым развитием городской агломерации является важнейшим фактором эффективного природопользования территории [7, с. 123]. Экологическая опасность коммунальных отходов городских агломераций обусловлена чрезвычайно низким уровнем эффективности использования природных ресурсов. Наиболее приемлемым способом обращения с коммунальными отходами городских агломераций является рециклинг.

В связи с низким уровнем социокультурного сознания населения относительно экологических угроз (от складирования коммунальных отходов) необходимо разработать рациональную систему обращения с отходами городских агломераций [5].

Вступление в силу новых нормативно-правовых актов по обращению с отходами обеспечило положительные сдвиги в решении проблемы отходов городских агломераций и высветило актуальные проблемы, которые необходимо еще решить [8, с. 57]. Вследствие ненадлежащего функционирования механизмов по обращению с коммунальными отходами городских агломераций, все распоряжения и действия, которые осуществляются на региональном и местном уровнях, внедряются не в полной мере [9, с. 24]. Последствиями таких действий является увеличение объема складирования коммунальных отходов на свалках, что приводит к ухудшению уровня экологической безопасности городских агломераций [10, с. 69]. Поэтому оптимизация размещения существующих и планируемых объектов обращения с отходами является значимым фактором экологоустойчивого развития городских агломераций [11, с. 328].

В ходе проведенного исследования нами были построены прогнозные модели образования отходов городских агломераций как основа разработки практических рекомендаций по оптимизации размещения объектов обращения с отходами в регионе. На региональном уровне для планирования объемов отходов компьютерное программное обеспечение не используется не только при многофакторном корреляционно-регрессионном анализе, но и при построении трендов. Для построения прогнозных моделей рекомендуется использовать специально разработанную надстройку к пакету «Excel».  Целесообразно использовать предложенный методический подход при планировании объемов отходов городских агломераций на разных уровнях управления. Он прост в применении и доступен пониманию практических работников разных уровней управления.

Предлагаемая нами методика прогнозирования была использована при построении трендов отходов городских агломерациях Орловской области, отходов в расчете на одного жителя и ежегодного прогноза до 2021 г. (табл.1).

Оптимальной прогнозной моделью является линейная (рис. 1).

Нами были обобщены результаты прогнозирования величины отходов городских агломераций Орловской области в расчете на одного жителя. Оптимальной прогнозной моделью является степенная (рис. 2).

Эту методику мы использовали и при построении трендов прогнозных моделей населения Орловской области для уточнения моделей отходов. Сравнение показателей фактических отходов городских агломераций с расчётными, учитывающими усредненную динамику численности населения показало высокую тесноту связи и свидетельствует о необходимости использования разработанного нами подхода при планировании на разных уровнях управления. Этот подход доступен пониманию практических работников разных уровней управления и прост в применении.

Выводы. В процессе исследования были получены следующие результаты:

  1. Выявлено, что по показателям вторичной переработки мусора, сортировки и утилизации Россия пока еще отстает от развитых стран. Большинство коммунальных отходов складируют на полигонах или стихийных свалках. Одними из главных причин нерационального обращения с коммунальными отходами является несовершенство правовой базы, слабая регуляторная политика государства и недостаточное в недавнем времени финансирование государственных программ по сортировке отходов городских агломераций. Доказано, что оптимальными путями утилизации ТКО городских агломераций являются следующие: элементный или раздельный сбор ТКО, что дает возможность решить проблемы городских агломераций, которые возникают при их утилизации и полноценно использовать вторичные ресурсы сырья и материалов; вывоз ТКО в санитарно-промышленные зоны, в которых отходы сортируют для получения вторичного сырья и сжигают в специальных печах для получения энергии; утилизация отходов путем захоронения на специальных полигонах.
  2. Обосновано, что с целью сокращения вовлекаемых земельных ресурсов под размещение отходов городских агломераций Орловской области, целесообразно провести инвентаризацию существующих (в том числе фактически эксплуатируемых и неэксплуатируемых) объектов размещения отходов, не включенных в Государственный реестр объектов размещения отходов. Доказано, что основываясь на данных об объемах образования отходов в каждом городской агломерации области, целесообразно провести логистические расчеты для принятия решения о размещении на одном из фактически эксплуатируемом или законсервированном полигоне межмуниципального полигона на два или три муниципальных района. Необходимо учитывать возможность дозагрузки и рекультивации после окончания эксплуатации всех несанкционированных свалок, полигонов в соответствии с действующим природоохранным законодательством страны.
  3. Доказано, что построение прогнозных моделей образования отходов городских агломераций является основой разработки практических рекомендаций по оптимизации их размещения в регионе. Выявлено, что на уровне региона для планирования образования отходов городских агломераций современное компьютерное программное обеспечение не используется не только при многофакторном корреляционно-регрессионном анализе, но и при построении трендов. Это в современных условиях недопустимо. Для построения трендов отходов городских агломерациях Орловской области рекомендуется использовать разработанную в ходе проведенного исследования методику прогнозирования. Доказана целесообразность использования разработанного подхода при планировании на разных уровнях управления, так как сам метод доступен пониманию практических работников разных уровней управления и прост в применении.

Список литературы

  1. Близнюкова, Т.В. Разработка оптимальной схемы обращения с твердыми бытовыми отходами в регионе / Т.В. Близнюкова, Ю.А. Цыпкин, С.Л. Пакулин, Пакулина А.С. // Development of the optimal scheme of solid domestic waste management in the region”. Proceedings of XХV International scientific conference “New look in world science”, Sept 1, 2018. – Morrisville: Lulu Press., 2018. – С. 38–44.
  2. Bliznukova, T.V., Tsypkin, Yu.A., Pakulin, S.L., Feklistova, I.S. Creation of an effective system of solid domestic waste management in the territory. Proceedings of XХV International scientific conference “New look in world science”, Sept 1, 2018. – Morrisville: Lulu Press., 2018. – Pp. 14–21.
  3. Bliznukova, T.V., Tsypkin, Yu.A., Pakulin, S.L., Feklistova, I.S. Ensuring sustainability of the solid domestic waste management system. Proceedings of XХVIІ International scientific conference “New step in science”, Sept 15, 2018. – Morrisville: Lulu Press., 2018. – Pp. 31–38.
  4. Feklistova, I.S., Pakulin, S.L., Bliznukova, T.V., Tsypkin, Yu.A. Optimization of the location of waste treatment facilities as a factor in the ecological and sustainable development of agglomerations. Proceedings of XIV International scientific conference “Science in 2018” (Jan 26, 2018). – Morrisville: Lulu Press, 2018. – Pp. 29–33.
  5. Feklistova, I., Tsypkin, Yu. (2019) “Assessing the efficiency of management and land use in the agrarian sector of municipalities”. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Sci. 274 012089. IOP Publishing. Available at: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/274/1/012089/pdf (accessed 30 August 2019).
  6. Pakulin, S.L., Tsypkin, Yu.A., Pakulina, H.S., Bliznukova, T.V. The formation of the civilized enterprise in the sphere of solid domestic waste. Proceedings of XХV International scientific conference “New look in world science” (Sept 1, 2018). – Morrisville: Lulu Press., 2018. – Pp. 45–51.
  7. Цыпкин, Ю.А. Маркетинг. принципы и технология маркетинга в свободной рыночной системе / Ю.А. Цыпкин, К. Ховард, Н.Д. Эриашвили. – Москва: Банки и биржи, 1998. – 256 с.
  8. Цыпкин, Ю. А. Оценка земельных ресурсов и агробизнеса / Ю.А. Цыпкин, Т.В.Близнюкова, И.С. Феклистова, А.А. Фомин и др. – М.: PRO-Appraiser, 2019. – 446 с.
  9. Цыпкин, Ю.  Роль стимулов в управлении предприятиями / Ю. Цыпкин, А.Костенко, Н. Решитилова // Экономика сельского хозяйства России. – 1997. – № 12. – С. 21-26.
  10. Цыпкин, Ю. А. Оценка земельной собственности в России / Ю.А. Цыпкин, С.Н. Волков, И.Л. Цуканов, А.А. Демченко // Развитие оценочной деятельности и создание «Единой системы оценки собственности» в Российской Федерации : материалы докладов 1-ой Всероссийской конференции «Оценка национального богатства страны». – М., 1997. – С. 69-71.
  11. Цыпкин, Ю. А. Управление проектами пространственного развития / Ю.А.Цыпкин, Т.В. Близнюкова, И.С. Феклистова и др. – Москва: ИП Осьминина Е.О., 2020. – 538 с.

References

  1. Bliznukova T.V., Tsypkin, Yu.A., Pakulin, S.L., Pakulina, H.S. (2018) Development of the optimal scheme of solid domestic waste management in the region. Proceedings of XХV International scientific conference “New look in world science” (Sept 1, 2018). Morrisville: Lulu Press., pp. 38–44.
  2. Bliznukova T.V., Pakulin S.L., Tsypkin Yu.A., Feklistova I.S. (2018) Creation of an effective system of solid domestic waste management in the territory. Proceedings of XХV International scientific conference “New look in world science” (Sept 1, 2018), Morrisville: Lulu Press., pp. 14–21.
  3. Tsypkin Yu.A., Feklistova I.S., Pakulin S.L., Bliznukova T.V. (2018), Ensuring sustainability of the solid domestic waste management system”. Proceedings of XХVIІ International scientific conference “New step in science” (Sept 15, 2018), Morrisville: Lulu Press., pp. 31–38.
  4. Feklistova I.S., Pakulin S.L., Bliznukova, T.V., Tsypkin, Yu.A. (2018) Optimization of the location of waste treatment facilities as a factor in the ecological and sustainable development of agglomerations. Proceedings of XIV International scientific conference “Science in 2018” (Jan 26, 2018), Morrisville: Lulu Press., pp. 29–33.
  5. Tsypkin, Yu., Feklistova, I. (2019) “Assessing the efficiency of management and land use in the agrarian sector of municipalities”. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Sci. 274 012089. IOP Publishing. Available at: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/274/1/012089/pdf (accessed 30 August 2019).
  6. Pakulin S.L., Tsypkin Yu.A., Pakulina H.S., Bliznukova T.V. (2018) The formation of the civilized enterprise in the sphere of solid domestic waste. Proceedings of XХV International scientific conference “New look in world science” (Sept 1, 2018), Morrisville: Lulu Press., pp. 45–51.
  7. Tsypkin Yu.A., Howard K., Eriashvili N.D. (1998) Marketing. Printsipy i tekhnologiya marketinga v svobodnoy rynochnoy sisteme [Marketing. Principles and technology of marketing in a free market system]. Moscow: Banks and Exchanges. (in Russian)
  8. Tsypkin Yu.A. (ed.), Bliznukova T.V., Fomin A. A., Feklistova I.S. et al. (2019) Otsenka zemel’nykh resursov i agrobiznesa [Assessment of land resources and agricultural business]. Moscow: Pro-Appraiser. (in Russian)
  9. Tsypkin Yu., Kostenko A., Reshetilova N. (1997) Rol’ stimulov v upravlenii predpriyatiyami [The Role of incentives in the management of enterprises]. Economics of agriculture of Russia, no. 12, pp. 21-26.
  10. Tsypkin Yu.A., Volkov S.N., Tsukanov I.L., Demchenko A.A. (1997) Otsenka zemel’noy sobstvennosti v Rossii [Assessment of land ownership in Russia]. Razvitie otsenochnoy deyatel’nosti i sozdanie “Edinoy sistemy otsenki sobstvennosti” [Development of appraisal activity and creation of a “Unified system of property assessment”]. Proceedings of the Otsenka natsional’nogo bogatstva strany: 1st all-Russian conference, Moscow, pp. 69-71.
  11. Tsypkin Yu.A., Bliznukova T.V., Feklistova I.S. et al. (2020) Upravlenie proektami prostranstvennogo razvitiya [Management of spatial development projects]. Moscow: Individual entrepreneur Osminina E.O. (in Russian)




Московский экономический журнал 8/2020

УДК 502:624.131 

DOI 10.24411/2413-046Х-2020-10577

ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ 

BASIC PROBLEMS OF ENVIRONMENTAL SAFETY IN CONSTRUCTION OF THERMAL POWER PLANTS

Брюхань Федор Федорович, доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Инженерные изыскания и геоэкология», Национальный исследовательский  Московский государственный строительный университет, г. Москва

Bryukhan F.F., National Research Moscow State University of Civil Engineering, pniiis-gip@mail.ru 

Аннотация. Рассматриваются основные природные факторы, влияющие на экологическую безопасность тепловых электростанций (ТЭС), изучаемые в рамках инженерных изысканий. Проводится анализ этих факторов и предлагаются меры по компенсации тех из них, которые являются наиболее опасными с экологической точки зрения. Важное значение для обеспечения экологической безопасности окружающей среды имеет оптимальный выбор площадки размещения ТЭС на предпроектной стадии строительства.

Summary. The main natural factors affecting on the environmental safety of thermal pwer pants (TPPs), studied as part of engineering surveys, are examined. An analysis of these factors is carried out and measures to compensate for those that are the most dangerous from the environmental point of view are proposed. The optimal choice of the TPP sites at the pre-design stage of construction is important for ensuring of the environmental safety.

Ключевые слова: тепловая электростанция, окружающая среда, экологическая безопасность, инженерные изыскания.

Keywords: thermal power plant, environment, environmental safety, engineering surveys. 

Среди различных типов электростанций в России и в мире преобладают тепловые электростанции (ТЭС), на которых вырабатывается приблизительно 2/3 общей электрической мощности [1]. При этом большинство ТЭС работают на сжигании угля. Их характерной особенностью является многофакторное воздействие на окружающую среду. Поэтому тепловая энергетика относится к наиболее экологически опасным производствам [2].

Совокупность факторов, представляющих потенциальную опасность для окружающей среды, включает как природные (топографические, климатические, гидрологическими, геологические и др.), так и техногенные условия территорий, на которых намечается строительство ТЭС [1, 2].

К основным факторам техногенных условий относятся:

  • расположение территорий намечаемого строительства ТЭС относительно населенных пунктов, промышленных предприятий, транспортных и иных коммуникаций;
  • технические характеристики ТЭС (мощность, объемы сжигаемого топлива, используемые природные ресурсы [2, 3]).

Многообразие условий, характеризующих комплексное воздействие ТЭС на окружающею среду, определяет необходимость обоснования и разработки мероприятий, обеспечивающих экологическую безопасность ТЭС как на предпроектном, так и на проектных этапах их строительства ТЭС [4].

Предпроектный этап строительства ТЭС. Основные работы на предпроектном этапе строительства ТЭС относятся к инженерным изысканиям. Основное назначение этих работ заключается в деталь­ном изучении природных и техногенных условий территорий намечаемого строительства [2].

В составе комплексных инженерных изысканий выполняют следующие отдельные виды изыскательских работ [1]:

  • инженерно-геодезические изыскания;
  • инженерно-геологические изыскания;
  • инженерно-гидрометеорологические изыскания;
  • инженерно-экологические изыскания;
  • инженерно-геотехнические изыскания;
  • изыскания грунтовых строительных материалов;
  • изыскания источников водоснабжения на базе под­земных вод.

Обоснование экологической безопасности ТЭС обеспечивается результатами инженерно-экологических изысканий, главными задачами которых является получение исходных данных для [1, 2]:

  • экологического обоснования предпроектной и проектной докумен­тации на выбранном вари­анте площадки при нормальном режиме ее эксплуатации, а также при возможных залповых и ава­рийных выбросах и сбросах загрязняющих агентов;
  • подготовки материалов по оценке воздействия ТЭС на окружающую среду (ОВОС);  
  • оценки экологических рисков и разработки раздела проектной документации «Перечень мероприятий по охране окружающей среды» (ПМ ООС).

На предпоектных стадиях также проводится выбор оптимального варианта размещения ТЭС с точки зрения технологической и экологической безопасности. Подобная задача по оптимизации размещения тепловых и атомных электростанций была сформулирована ранее в работах [2].

Техническая документация, обосновывающая экологическую безопасность ТЭС. Основным документом, обосновывающим экологическую безопасность строительства ТЭС, разрабатываемым на предпроектных стадиях строительства, являются материалы ОВОС, в которых предлагаются предложения по реализации природоохранных мероприятий и инженерных решений по защите окружающей среды [2, 5, 6].

На стадии разработки проекта основным документом, относящемся к охране окружающей среды, является ПМ ООС [3]. В ПМ ООС учитываются факторы техногенного воздействия промышленных объектов, коммуникаций и населенных пунктов, находящихся вблизи площадки размещения проектируемой ТЭС. Среди природных факторов учитываются опасные и особо опасные природные процессы и явления (геологические, гидрологические, метеорологические и пр.). Эти процессы и явления ответственны как за технологическую опасность эксплуатации ТЭС, так и опосредованную экологическую опасность в случае нештатных ситуаций и возможных аварий [3]. 

Заключение

  1. Основным источником исходных данных для обоснования экологической безопасности строящихся ТЭС являются материалы о природных и техногенных условиях территорий намечаемого строительства.
  2. Дано описание назначения предпроектной и проектной документации, по обеспечению экологической безопасности ТЭС.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 

  1. Кузьмин В.В. Некоторые вопросы обеспечения экологической безопасности строящихся ТЭС // Инновационная наука. 2016. № 3-4. С. 206-209.
  2. Брюхань А.Ф., Брюхань Ф.Ф., Потапов А.Д. Инженерно-экологические изыскания для строительства тепловых электростанций. – М.: Из-во АСВ, 2010. – 192 с.
  3. Виноградов А.Ю. Концептуальная схема обеспечения экологической безопасности строящихся тепловых электростанций // Научный обозреватель. 2016. № 2. С. 62-63.
  4. Виноградов А.Ю. Об экологической безопасности строящихся тепловых электростанций // Приволжский научный вестник. 2016. № 2. С. 37-39.
  5. Брюхань Ф.Ф. Типовое содержание документов по оценке воздействия на окружающую среду намечаемого строительства тепловых электростанций // Промышленное и гражданское строительство. 2016. № 11. С. 50-53.
  6. Fedor Bryukhan. Unified Structure of Materials of the Environmental Impact Assessment for Thermal Power Plants // Proceedings of 18-th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM-2018, Albena (Bulgaria). Vol. 18. Iss. 5.1. PP. 1011-1016.

LIST OF REFERENCES

  1. Kuz’min V.V. Some Issues of Ensuring of the Environmental Safety of Thermal Power Plants under Construction // Innovative Science. 2016. No. 3-4. PP. 206-209.
  2. Bryukhan A.F., Bryukhan F.F., Potapov A.D. Engineering and Ecological Surveying for Construction of Thermal Power Plants. – Moscow: ASV Publishing House, 2010. – 192 p.
  3. Vinogradov A.Yu. Conceptual Scheme for Ensuring of the Environmental Safety of Thermal Power Plants under Construction // Scientific Observer. 2016. No. 2. PP. 62-63.
  4. Vinogradov A.Yu. On the Environmental Safety of Thermal Power Plants under Construction // Privolzhsky Scientific Bulletin. 2016. No. 2. PP. 37-39.
  5. Bryukhan F.F. Standard Contents of Documents on Assessment of Environmental Impact of Planned Construction of Thermal Power Plants // Industrial and Civil Engineering. 2016. No. 11. PP. 50-53.
  6. Fedor Bryukhan. Unified Structure of Materials of the Environmental Impact Assessment for Thermal Power Plants // Proceedings of 18-th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM-2018, Albena (Bulgaria). Vol. 18. Iss. 5.1. PP. 1011-1016.




Московский экономический журнал 8/2020

УДК 631.86:631.15

DOI 10.24411/2413-046Х-2020-10568

ЭКОНОМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССОВ РЕЦИКЛИНГА ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ В ОБЕСПЕЧЕНИИ УСТОЙЧИВОСТИ АГРАРНОГО СЕКТОРА

ECONOMIC AND TECHNOLOGICAL EFFICIENCY OF ORGANIC WASTE RECYCLING PROCESSES IN ENSURING THE SUSTAINABILITY OF THE AGRICULTURAL SECTOR

Бондаренко А.М., доктор технических наук, профессор, Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет», г. Зерноград, Россия

Качанова Л.С., доктор экономических наук, кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет», г. Ростов-на-Дону, Россия

Bondarenko A.M., Doctor of Technical Sciences, professor, Azov Black Sea Engineering Institute of Don State Agricultural University, Zernograd, Russia

Kachanova L.S., Doctor of Economic Sciences, PhD in Technical Sciences, Asociate professor, Don State Technical University, Rostov-on-Don, Russia 

Аннотация. Произведен мониторинг производства органических отходов животноводства в Ростовской области. Рассмотрены направления рециклинга органических отходов в зависимости от вида исходного сырья. Обоснованы достоинства и недостатки традиционного (пассивного компостирования) и ускоренного микробиологического компостирования рециклинга органических отходов. На примере сельскохозяйственных предприятий Ростовской области рассчитана экономико-технологическая эффективность реализации процессов рециклинга органических отходов животноводства. Выявлена связь между технологическими параметрами реализации процессов рециклинга отходов животноводства, применения органических удобрений в растениеводстве и экономическими показателями. Такие технологические параметры, как объемы производства органических отходов, их разновидность, оказывают влияние на себестоимость производства органических удобрений. Площадь под сельскохозяйственными культурами, объем применяемых органических удобрений, их вид влияют на прирост прибыли и рентабельности от реализации продукции растениеводства.

Summary. The monitoring of the production of organic waste from animal husbandry in the Rostov region has been done. The directions of recycling of organic waste depending on the type of feedstock have been considered. The advantages and disadvantages of traditional (passive) composting and accelerated microbiological composting of organic waste have been substantiated.  On the example of the agricultural enterprises of the Rostov region, the economic and technological efficiency of the implementation of the recycling of organic waste from animal husbandry has been calculated. The article reveals the relationship between the technological parameters of the implementation of recycling processes of animal waste, the use of organic fertilizers in crop production and economic indicators. Such technological parameters as the volume of production of organic waste, their variety affect the cost of production of organic fertilizers. The area for agricultural crops, the amount of the applied organic fertilizers, their type affect the increase in profit and profitability from the sale of crop products.

Ключевые слова: технологический процесс, органические отходы, органические удобрения, экономическая эффективность, прирост прибыли, рентабельность.

Key words: technological process, organic waste, organic fertilizers, economic efficiency, increase in profit, profitability.

Введение. Анализ состояния основных отраслей аграрного сектора позволил выявить снижение почвенного плодородия и его основной составляющей-гумуса, а также сокращение численности сельскохозяйственных животных. Системный подход предусматривает мониторинг состояния двух основных отраслей аграрного сектора как целостного комплекса взаимосвязанных элементов: растениеводство является потребителем органических удобрений, которые производятся из отходов отрасли животноводства. Взаимодействие объектов отраслей настолько тесное, что только эффективное управление совокупностью технологических процессов растениеводства и животноводства даст положительный результат и позволит развиваться отраслям на принципиально новом уровне. Трансформация регионов на производство продукции растениеводства органического происхождения, экологически безопасной продукции предполагает поэтапный отказ от использования минеральных удобрений, средств защиты растений и существенное увеличение использования высококачественных органических удобрений, как основы воспроизводства почвенного плодородия [1-3].

Современные научные исследования, направленные на повышение эффективности технологических процессов переработки органических отходов животноводства и растениеводства и получения высококачественных органических удобрений являются актуальными, представляют теоретико-методологический и практический интерес [4-7].

Цель исследования состоит в обосновании экономической целесообразности и технологической состоятельности реализации процессов рециклинга органических отходов животноводства для повышения эффективности отрасли растениеводства и устойчивости аграрного сектора экономики.

Материалы и методы исследования. В структуре аграрного сектора России Ростовская область занимает одно из ведущих мест. Доля области в общей площади сельскохозяйственных угодий страны занимает 3,9%. По площади сельскохозяйственных угодий и площади посева зерновых Ростовская область занимает второе место в стране, по уровню плодородия почв – десятое. В животноводстве преимущество функционируют сельскохозяйственные предприятия, специализирующиеся по молочному и мясному направлению, свиноводству, овцеводству, коневодству и птицеводству. В последние года наблюдается тенденция сокращения численности сельскохозяйственных животных, что отражается снижением объемов получаемых органических отходов (рисунок 1) [8].

На животноводческих предприятиях, в зависимости от технологий содержания животных, производится жидкий, полужидкий и подстилочный (твердый) навоз. В зависимости от состава исходного продукта производятся различные виды органических удобрений (рисунок 2). На современном этапе развития технологий рециклинга органических отходов выделяют традиционное направление (пассивное компостирование) и направление ускоренного микробиологического компостирования. Пассивное компостирование предполагает рециклинг органических отходов в твердые и жидкие органические удобрения. Направление ускоренного компостирования предусматривает получение твердых и жидких концентрированных органических удобрений, а также концентрированного органического компоста.

Основными организационно-экономическими недостатками технологий рециклинга органических отходов животноводства по традиционному направлению являются следующие.

  1. Низкая эффективность применяемых технологий и технических средств для их реализации.
  2. Высокая стоимость строительной части навозохранилищ.
  3. Значительные производственные издержки, связанные с приобретением большого количества техники и технических средств, предназначенных для реализации технологических процессов рециклинга.
  4. Дозы внесения органических удобрений, произведенных по традиционной технологии, составляют до 40-60 т/га, что определяет большие транспортные издержки, влияющие на себестоимость возделывания сельскохозяйственных культур.

Важнейшими недостатками указанных технологических процессов рециклинга являются высокая энергоемкость процесса, значительные затраты на ГСМ, низкое качество (в первую очередь по питательному составу) произведенных органических удобрений, что существенно снижает эффективность воздействия вносимых органических удобрений на почвенное плодородие и рентабельность растениеводства, а зачастую наносят непоправимый вред окружающей среде.

В качестве положительных аспектов реализации технологических процессов рециклинга по традиционному направлению следует отметить ее круглогодичность и полноту использования местных ресурсно-сырьевых источников без применения каких-либо дополнительных материалов.

Альтернативным направлением рециклинга органических отходов является ускоренное компостирование, в частности прогрессивное его развитие – ускоренное микробиологическое компостирование, сформированное на основе новейших достижений в области микробиологии и генезиса почв, автором которых является ростовский ученый П.И. Короленко [9, 10].

Анализ практического применения технологических процессов ускоренного микробиологического компостирования органических отходов в ряде сельскохозяйственных предприятий Ростовской области выявил их организационно-экономические преимущества:

  • более полное использование производственных площадей, допускается реализация технологических процессов в полевых условиях, что не предусматривает дополнительные материальные затраты на строительство помещений, оборудование площадок и т.д.;
  • упрощение технологий производства удобрений приводит к повышению производительности рекомендуемой ресурсосберегающей технологии рециклинга и позволяет перерабатывать значительные объемы органических отходов за непродолжительные периоды времени;
  • повышение качества получаемого продукта – органических удобрений, что определяется содержанием питательных веществ в них и определяет рост урожайности возделываемых сельскохозяйственных культур.

Однако присутствуют и негативные моменты. Так, микробиологическое ускоренное компостирование предусматривает использование в ряде технологических процессов применение биологически активной добавки, значительная стоимость которой провоцирует увеличение себестоимости произведенных органических удобрений. Также в сельскохозяйственных организациях зачастую отсутствуют квалифицированные кадры, способные обслуживать технологические процессы, связанные с реализацией рециклинга органических отходов по технологии ускоренного микробиологического компостирования.

Результаты исследования и их обсуждение. Представленные направления рециклинга органических отходов внедрены в ряде сельскохозяйственных предприятий Ростовской области. На рисунке 2, где представлен уровень рентабельности производства каждого вида органических удобрений, видно, что значение показателя при традиционном направлении рециклинга (пассивное компостирование) не превышает 35%, тогда как ускоренное микробиологическое компостирование позволяет получить до 60% уровня рентабельности. Таким образом, по организационно-технологическим характеристикам, а также экономическим показателям, прогрессивным является направление рециклинга органических отходов – ускоренное микробиологическое компостирование.

Результаты реализации перспективного направления рециклинга представлены в таблице на примере трех сельскохозяйственных предприятий Ростовской области. Важно отметить, что экономические показатели эффективности внедрения процессов рециклинга органических отходов тесно связаны с технологическими.

Рассмотрев во взаимодействии первую группу экономических и технологических показателей, характеризующих отрасль животноводства, выявили их влияние друг на друга. Объем производства органических удобрений и их разновидность, зависит от выхода и вида органических отходов, которые напрямую зависят от численности и вида животных. Данные показатели регламентируют величину себестоимости органических удобрений. Чем больше численность поголовья одинакового вида животных, следовательно, аналогичные технологии уборки и рециклинга органических отходов, тем ниже значение себестоимости.

Вторая группа показателей относится к эффективности использования органических удобрений в растениеводстве. Чем больше площадь сельскохозяйственных угодий, где применяются удобрения, тем значительнее величина прироста прибыли от реализации продукции растениеводства. В отношении рентабельности возделывания сельскохозяйственных культур прямой пропорциональной зависимости нет, так как относительный показатель зависит от затрат на процессы подготовки и возделывания сельскохозяйственных культур. однако, стоит отметить, что прирост уровня рентабельности возделывания сельскохозяйственных культур выше в организациях, производящих наибольшее количество органических удобрений. То есть, повышение плодородия почв, рост урожайности сельскохозяйственных культур и реализация прибавки урожая перекрывает затраты предприятия на производство и внесение органических удобрений. Данный факт указывает на верный выбор перспективного направления рециклинга органических отходов.

Выводы. Мониторинг численности сельскохозяйственных животных и выхода органических отходов на предприятиях Ростовской области выявил сокращение по основным позициям. Незначительно, на протяжении 2014-2018 годов увеличивается объем производства жидкого навоза на фоне некоторого увеличения поголовья свиней.

На фоне сокращения производства органических отходов, которые следует рассматривать как ценное сырье для производства органических удобрений, необходимо применение перспективных технологических процессов рециклинга. Представлены альтернативные направления реализации технологических процессов рециклинга – традиционное или пассивное компостирование и ускоренное микробиологическое компостирование.

В практической деятельности сельскохозяйственных предприятий ускоренное микробиологическое направление рециклинга проявило себя как перспективное, о чем свидетельствует совокупность проанализированных экономико-технологических показателей: объем производства органических отходов и органических удобрений, себестоимость производства удобрений, прирост прибыли и рентабельности от реализации продукции растениеводства, произведенной при использовании органических удобрений.

Библиографический список

  1. Gulyaeva, T.I., Savkin, V.I., Kalinicheva, E.Y., Sidorenko, O.V., Buraeva E.V. Modern Organizational and Economic Aspects and Staffing Issues in Breeding and Seed Production/T.I. Gulyaeva, V.I. Savkin, E.Y. Kalinicheva, O.V. Sidorenko, E.V. Buraeva//Journal of Environmental Management and Tourism. 2018. – Vol. 9 No 8. – P. 1789-1798.
  2. Trukhachev, V.I., Sklyarov, I.Y., Sklyarova, Y.M., Gorlov, S.M., Volkogonova, A.V. Monitoring of efficiency of Russian agricultural enterprises functioning and reserves for their sustainable development/ V.I. Trukhachev, I.Y. Sklyarov, Y.M. Sklyarova, S.M. Gorlov, A.V. Volkogonova, //Montenegrin Journal of Economics. – 4(3). – Р. 95-108.
  3. Оценка взаимосвязи экономических показателей с эффективностью производства /Т.И. Гуляева, И.В. Ильина//АПК: экономика и управление. -2002. -№ 11. -С. 62-67.
  4. Уколова, Н.В. Современные подходы к рециклингу вторичного сырья / Н.В. Уколова, Н.А. Новикова // Научное обозрение: теория и практика. – – № 4. – С. 48–56.
  5. Трухачев, В.И. Стратегическое планирование в сельском хозяйстве. Теория и практика: монография /В.И. Трухачев, Н.В. Банникова, Н.Н. Тельнова. – Ставрополь: АГРУС, 2011. – 128 с.
  6. Sandu I.S. Methodological aspects of social and economic efficiency of the regional activities [Текст] / I.S. Sandu, M.Ya. Veselovsky, A.V. Fedotov, E.I. Semenova, A.I. Doshchanova // Journal of Advanced Research in Law and Economics. Т. 6. № 3. С. 650-659.
  7. Чутчева Ю.В. Технико-технологические инновации в аграрном производстве / Ю.В. Чутчева // Экономика сельского хозяйства. – 2019. -№ 3. – С. 36-39.
  8. Ростовская область в цифрах 2018: Стат.сб./Ростовстат.- Ростов-на-Дону, 2019. – 737 с. Режим доступа: https://rostov.gks.ru/storage/mediabank/!%Ежегодник2018.pdf
  9. Короленко, П.И. Агровит-Кор. Агротехнология / П.И. Короленко. – Ростов-на-Дону: ООО НПО «Нооэкосфера», 2008. – 72 с.
  10. Головко, А.Н., Бондаренко А.М. К вопросу глубокой переработки жидких органических отходов животноводства и птицеводства / А.Н. Головко, А.М. Бондаренко // Вестник аграрной науки Дона – 2018. – №4 (48). – С. 62-68.




Новый беспилотный комбайн TORUM впервые будет показан широкой общественности на «Дне Донского поля»

19-21 августа на крупнейшей региональной выставке-демонстрации достижений агробизнеса «День Донского поля» будет проведен демонстрационный показ беспилотного комбайна компании Ростсельмаш – TORUM 785.
Беспилотная агромашина – это современная разработка — часть инновационного проекта «Автономная ферма», оснащенная широким рядом умных систем. Проект направлен на массовое использование беспилотных технологий и высокоточной навигации в сельском хозяйстве.
Во время работы агромашина с высокой степенью автоматизации двигается по заранее намеченной траектории, придерживаясь заданного маршрута с точностью до 2,5 см, а при обнаружении на пути препятствий автопилот автоматически останавливает машину – предупреждение о помехе отправляется оператору. Автоматизированы также функция управления скоростью, благодаря системе RSM AutoCrop. На беспилотном комбайне полностью автоматизировано управление жаткой: перед въездом в загонку жатка автоматически опускается, а при выезде поднимается. Задача оператора только отслеживать параметры процесса обмолота. В целом, совершенно новый TORUM 785, оснащенный системами автоматизации техпроцесса бережно обмолачивает зерно. Комплекс интеллектуальных систем управления комбайном снижает нагрузку на оператора. Функции машинного зрения обеспечивают новый уровень безопасности и удобства при уборке урожая. Новый беспилотный комбайн TORUM 785 на «Дне Донского поля» будет показан впервые.
Ознакомиться с «умной» новинкой сельхозмашиностроения 20 и 21 августа смогут все посетители выставки. До этого в демонстрационных показах участвовали только специалисты. Также на стендекомпании Ростсельмаш будут представлены: зерноуборочные комбайны RSM 161 и NOVA, кормоуборочный комбайн серии F, тракторы 1000, 2000 и 3000-й серий. Посетители смогут ознакомиться с новейшими образцами производства Ростсельмаш 20 и 21 августа. Беспилотная агромашина TORUM 785, оснащена широким рядом умных систем: Система RSM Router выстраивает наиболее эффективную маршрут передвижения транспортных средств в поле, позволяет производить в срок уборку без потерь и повышает производительность на 15-20%. Система представляет собой алгоритм, который производит расчеты в рамках конкретных характеристик поля и культуры. Основная цель данной системы координировать работу машин через создание карт-заданий и передачу их в бортовой компьютер машины. RSM Optimax предназначена для оказания помощи в выборе наиболее оптимальных настроек комбайна в зависимости от текущих условий. Система при помощи диалоговых окон в процессе «общения» с оператором определяет наиболее оптимальные настройки комбайна. Решение об изменении принимает оператор – система только предлагает. После получения подтверждения от оператора об изменении, система применяет изменения. В последствии предлагаемые настройки будут приходить на бортовую систему одновременно с заданием на работу. На основании информации от установленных в бункере сенсорных датчиков, система RSM Level Control отображает уровень наполнения зерном. Если в бункере более 25% зерна, система не разрешит ему закрыться, что позволит избежать повреждений элементов крепления конструкций в бункере.
В процессе работы при изменении данных – изменении уровня урожайности, более быстром заполнении бункера, система информирует водителей соответствующих машин о перерасчете времени и местах выгрузки и отправляет им обновление посредством GPRS. Благодаря этой системе, логистика оптимизируется на 25% и исключаются простои. Собственная система картирования урожайности RSM Yield Mapping разработана на основе датчиков урожайности и влажности. Система обеспечивает замер намолота в каждой точке поля и создание карт урожайности и влажности. Данные постоянно передаются на сервер платформы Agrotronic, где автоматически анализируются и представляются в виде карт. Пользователь может в любое время посмотреть обработать, выгрузить для дальнейшего использования, в том числе для
создания карт дифференцированного внесения удобрений. Система автовождения RSM AutoDriver и RSM Explorer Plus автоматически управляют траекторией движения комбайна и ведут его параллельно предыдущему проходу, обеспечивая также развороты и управление жаткой. Отличительной особенностью системы является возможность передачи задания в систему автовождения через платформу Agrotronic.
Использование технологии GNSS и RTK позволяют достигнуть точности позиционирования машины до 2,5 см. Оператору при этом необходимо только отслеживать параметры обмолота. Все остальное берет на себя умная система автовождения. В системе RSM Explorer Plus используется машинное зрение, которое обеспечивает остановку перед препятствием, что делает эту систему одной из самых безопасных в мире. В зависимости от загрузки двигателя, наклонной камеры, домолачивающего устройства, ротора и величины потерь система RSM AutoCrop автоматически регулирует оптимальную скорость уборки. Таким образом, обеспечивается стабильный поток массы на входе в МСУ, а это значит – стабильное протекание технологического процесса обмолота и очистки с минимальным уровнем потерь.
Если на пути комбайна возникает препятствие, система RSM Explorer Plus автоматически останавливает машину — предупреждение о помехе отправляется оператору. Такая функция позволяет предотвратить наезд на препятствие и защитить рабочие органы от внешнего воздействия во время уборки, в том числе обезопасить использование машины в беспилотном режиме. Система также может автоматически управлять процессом поднятия жатки перед осуществлением разворота, самим разворотом и опусканием жатки перед началом комбайнирования.




Московский экономический журнал 7/2020

УДК 627.8.059.2

DOI 10.24411/2413-046Х-2020-10532 

ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ И СТЕПЕНИ РИСКА АВАРИИ НИЗКОНАПОРНЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

ASSESSMENT OF THE OPERATING STATE AND THE DEGREE OF RISK OF ACCIDENTS OF LOW-PRESSURE HYDRAULIC ENGINEERING STRUCTURES

Туктаров Ренат Бариевич, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, ведущий научный сотрудник, заведующий отделом, Волжский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации, Саратовская обл., Энгельсский р-н, р.п. Приволжский

Мельникова Валентина Павловна, старший научный сотрудник, Волжский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации, Саратовская обл., Энгельсский р-н, р.п. Приволжский

Пасовец Раиса Дмитриевна, научный сотрудник, Волжский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации, Саратовская обл., Энгельсский р-н, р.п. Приволжский

Греков Дмитрий Алексеевич, младший научный сотрудник, Волжский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации, Саратовская обл., Энгельсский р-н, р.п. Приволжский 

Tuktarov R.B., tuktarov.rb@gmail.com

Melnikova V.P., melnikova_vpi23@mail.ru

Pasovets R.D., raisa.pasovets@yandex.ru

Grekov D.A., greckov.dmitry@yandex.ru

Аннотация. В статье рассматриваются результаты оценки эксплуатационного состояния и степени риска аварии низконапорных гидротехнических сооружений (ГТС) на примере гидроузла Ахмато-Лавровского водохранилища, расположенного в Краснокутском районе Саратовской области. Приведен расчет вероятного вреда при тяжелом и вероятном сценариях возможной гидродинамической аварии на объекте. Согласно параметрам зоны затопления определены коэффициенты опасности аварии, уязвимости ГТС и риска вероятности возникновения чрезвычайной ситуации. Предложены мероприятия для нормального и безопасного функционирования гидротехнических сооружений при их дальнейшей эксплуатации.

Summary. The article discusses the results of assessing the operational state and the degree of risk of an accident of low-pressure hydraulic engineering structures (GTS) on the example of the Akhmato-Lavrovskoye reservoir, located in the Krasnokutsk district of the Saratov region. The calculation of the probable harm in heavy and probable scenarios of a possible hydrodynamic accident at the facility is presented. According to the parameters of the flooded zone, the coefficients of accident hazard, hydraulic engineering structure vulnerability and the risk of the likelihood of an emergency are determined. Measures are proposed for the normal and safe functioning of hydraulic engineering structures during their further operation.

Ключевые слова: гидротехнические сооружения, водохранилище, плотина, волна прорыва, сценарии аварий, коэффициент риска аварии, коэффициент опасности, коэффициент уязвимости.

Keywords: hydraulic structures, reservoir, dam, breakthrough wave, accident scenarios, accident risk coefficient, hazard coefficient, vulnerability coefficient. 

В соответствии со ст. 9 Федерального закона «О безопасности гидротехнических сооружений», «собственник ГТС и эксплуатирующая организация обязаны систематически анализировать причины снижения безопасности ГТС и своевременно осуществлять разработку и реализацию мер по обеспечению технически исправного состояния ГТС и его безопасности, а также по предотвращению аварии ГТС» [1].

Значительное количество водохранилищ в России, созданных в 60-80 годы прошлого века на местных реках с помощью отсыпки плотин, построенных без проектной документации и используемых для орошения земель, обводнения территорий, сельскохозяйственного водоснабжения, находятся преимущественно в муниципальной собственности. Анализ современного состояния использования таких ГТС показывает, что у муниципальных собственников и эксплуатирующих организаций нередко отсутствует возможность осуществления мероприятий, связанных с мониторингом технического состояния гидротехнических сооружений и проведением необходимых изысканий и ремонтных работ, что может привести к снижению их надежности и безопасности.

В настоящее время вопросы оценки эксплуатационного состояния и степени риска аварии низконапорных гидротехнических сооружений, ввиду отсутствия проектной и технической документации на объекты,  являются актуальными, поскольку получаемые сведения необходимы для прогнозирования развития возможных чрезвычайных ситуаций (ЧС) и разработки обоснованных мероприятий по их предупреждению.

Объектом исследований выбраны низконапорные ГТС Ахмато-Лавровского водохранилища, функционирующие с 1939 года и расположенные вблизи г. Красный Кут Краснокутского района Саратовской области.

Методами исследования являются обобщение и анализ материалов натурных обследований, методы оценки уровня риска; моделирование процессов возникновения аварийных ситуаций.

В состав гидроузла водохранилища входят следующие сооружения: водоподпорное сооружение (земляная насыпная плотина); водосбросные сооружения (бетонный быстроток автоматического действия, сифонный водовыпуск); ГТС специального назначения (насосная станция). Плотина – земляная, однородная; отсыпана из местных глинистых грунтов, полутвердой консистенции, проезжая. Отметки гребня плотины колеблются от 58 м до 59 м; ширина плотины по гребню – 10 м; длина плотины по гребню – 640 м; максимальная высота плотины – 11 м.

Водохранилище русловое, сезонного регулирования стока. Объем водохранилища при НПУ составляет 8,4 млн. м3 (полный); площадь зеркала – 3,9 км2. Максимальная глубина у плотины при НПУ составляет 5 м.

Натурные обследования земляной плотины, проведенные в 2020 году, показали, что верховой откос имеет подмывы длиной до 10 м и шириной до 3 м. (рис. 1) [2].

Учитывая техническое состояние сооружений гидроузла для прогнозирования характеристик волны прорыва и масштабов затопления местности при разрушении плотины Ахмато-Лавровского водохранилища были рассмотрены наиболее тяжелый и наиболее вероятный сценарии гидродинамических аварий.

Наиболее тяжелым сценарием аварии на рассматриваемом ГТС является прохождение паводка редкой повторяемости, затор льда в подводящей части водосброса, переполнение водохранилища, перелив воды через гребень плотины на пониженных участках, размыв гребня и тела плотины, образование прорана и затопление территории нижнего бьефа.

– коэффициент опасности для ГТС;

– коэффициент уязвимости ГТС.

По показателю опасности превышения принятых при обосновании конструкции сооружений природных нагрузок и воздействий для ГТС Ахмато-Лавровского водохранилища отсутствует возможность возникновения (развития) потенциально опасных воздействий природного и техногенного характера ввиду длительного (более 80 лет) срока эксплуатации и работоспособного состояния сооружений.

Кроме этого, по нашему мнению, при строительстве ГТС соблюдены технологии возведения и свойства используемых материалов. Проектные решения при возведении сооружений соответствуют современным нормативным требованиям.

В тоже время режим эксплуатации и мониторинг безопасности ГТС не отвечают современным требованиям из-за отсутствия регулярных наблюдений и низкой квалификации эксплуатационного персонала. По данному показателю опасности сооружения соответствуют «малой опасности», то есть «возможна эксплуатация ГТС в штатном режиме с устранением недостатков в рамках текущих ремонтно-восстановительных работ» (устранением подмывов верхового откоса плотины [5], но по размеру материального ущерба при аварии ГТС масштаб возможной ЧС соответствующий «региональному», отвечает уровню «большой опасности» [5].

Интегральный код показателей опасности для наиболее тяжелого сценария аварии составит 0013, а для вероятного сценария аварии – 0113. Для тяжелого сценария аварии коэффициент опасности 𝜆 = 0,2813, для вероятного сценария аварии 𝜆 = 0,3438 [6].

Для тяжелого сценария аварии коэффициент уязвимости подпорного сооружения, соответствующий коду 1011, составит ν = 0,2833. Для вероятного сценария аварии коэффициент уязвимости подпорного сооружения, соответствующий коду 1012, составит ν = 0,35 [5, 6].

В соответствии с полученными коэффициентами опасности 𝜆 и уязвимости ν коэффициент риска аварии на перегораживающем сооружении составляет: для тяжелого сценария аварии Да = 0,079, для вероятного сценария аварии Да = 0,12. ГТС Ахмато-Лавровского водохранилища соответствуют «нормальному уровню безопасности» Да <0,15 [5].

Вероятность возникновения аварии на напорных ГТС определена по формуле, согласно [5]:

– вероятность возникновения аварий;

– вероятностная функция;

– коэффициент вероятности;

– коэффициент риска аварии.

Для тяжелого сценария аварии Ра = 0,00002 = 0,2∙10-4 1/год. Для вероятного сценария аварии Ра = 0,0025 = 2,5∙10-3 1/год.

Согласно классификации уровня риска, риск вероятности возникновения аварии ГТС можно оценить как приемлемый (допустимый), так как полученные значения вероятности возникновения аварий на напорных ГТС IV класса составляют менее 5 ∙ 10-3 1/год [5].

Таким образом можно сделать вывод о том, что в настоящее время ГТС Ахмато-Лавровского водохранилища находятся в работоспособном состоянии. Но для нормального и безопасного функционирования ГТС водохранилища необходимы обеспечение регулярного контроля (мониторинга) показателей состояния гидротехнических сооружений и проведение текущих эксплуатационно-ремонтных работ.

Полученные результаты исследований указывают на приемлемость примененных подходов при проведении оценки и определении степени риска возникновения аварий на низконапорных гидротехнических сооружениях, эксплуатирующихся без проектной и технической документации на объекты.

Литература

  1. Российская Федерация. Федеральный закон «О безопасности гидротехнических сооружений» от 21.07.1997 № 117-ФЗ (в редакции от 29.07.2018 г.) [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.consultant.ru, свободный.
  2. Расчет вероятного вреда, который может быть причинен жизни, здоровью физических лиц, имуществу физических и юридических лиц в результате аварии ГТС Ахмато-Лавровского водохранилища, расположенного в Краснокутском районе Саратовской области [Текст] / ФГБНУ ВолжНИИГиМ. – Красный Кут, 2019. – 53 с.
  3. Методика оперативного прогнозирования инженерных последствий прорыва гидроузлов [Текст]. Стандарт предприятия. – М.: ВНИИГОЧС России, 1997. – 40 с.
  4. Российская Федерация. Правительство РФ. О классификации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера [Электронный ресурс]: постановление Правительства РФ от 21 мая 2007 г. № 304 – Режим доступа: http://www.consultant.ru, свободный.
  5. ГОСТ Р 22.2.09-2015 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Экспертная оценка уровня безопасности и риска аварий гидротехнических сооружений. Общие положения (Переиздание) – Введ. 2016-06-01.- М.: Стандартинформ, 2019. – 23 с.
  6. Розанов, Н.Н. Методические рекомендации по оценке риска аварий на гидротехнических сооружениях водного хозяйства и промышленности [Текст] / Н.Н. Розанов, Н.П. Куранова. – М.: ДАР/ВОДГЕО, 2009. – 60 с.