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.

3. 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

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 σ_сж, сопротивление на растяжение σ_р.

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

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.

2. 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.

3. 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.

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)

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.

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.

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.

УДК 622.27

DOI 10.24411/2413-046Х-2020-10509

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВНЕДРЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ БОРЬБЫ С ОСЛОЖНЕНИЯМИ В СИСТЕМЕ СБОРА И ТРАНСПОРТИРОВКИ НЕФТИ

FEASIBILITY STUDY FOR THE IMPLEMENTATION OF A COMPREHENSIVE TECHNOLOGY TO COMBAT COMPLICATIONS IN THE OIL COLLECTION AND TRANSPORTATION SYSTEM

Козлов Антон
Вадимович, Пермский
национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь

Вотинова Алена
Олеговна, Пермский
национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь

Kozlov A.V., anton.kozlov@girngm.ru

Votinova A.O., votinova_alena@mail.ru

Аннотация.
В
данной работе рассмотрена проблема возникновения комплексных осложнений,
состоящих из образования органических отложений и высоковязких эмульсий (ВВЭ) в
линейных трубопроводах при перекачке флюида, характеризующегося высоким
содержанием асфальтено-смолистых
веществ и парафинов. Предложена комплексная технология, включающая в себя
дозирование ингибитора через блок подачи реагента и путевой подогрев
перекачиваемого флюида, позволяющая снизить интенсивность образования
органических отложений и предотвратить образование ВВЭ. Проведены лабораторные
исследования, подтверждающие высокую технологическую эффективность предлагаемой
технологии, и представлены результаты сравнения накопленных затрат при
внедрении предлагаемой технологии и текущего состояния на рассматриваемом
трубопроводе, а именно проведение промывочных мероприятий с помощью рабочего
агента, в качестве которого выступает горячая вода с добавлением углеводородного
растворителя.

Summary. In this paper, we consider the problem of complex
complications, consisting of the formation of organic deposits and
high-viscosity emulsions (HVE) in linear pipelines when pumping a fluid
characterized by a high content of asphaltene-resinous substances and
paraffins. A complex technology has been proposed, which includes dosing of the
inhibitor through the reagent supply unit and path heating of the pumped fluid,
which allows reducing the intensity of organic deposits formation and preventing
the formation of HVE. Laboratory studies confirming the high technological
efficiency of the proposed technology have been carried out, and the results of
comparing the accumulated costs of implementing the proposed technology and the
current state of the pipeline in question, namely, carrying out flushing
activities using a working agent, which is hot water with the addition of a
hydrocarbon solvent, are presented.

Ключевые слова:
осложнения при сборе нефти,
технологическая эффективность, высоковязкие эмульсии, асфальтосмолопарафиновые отложения,
комплексные технологии.

Key words: complications in the collection of oil, technological efficiency, high-viscosity emulsions,
asphalt-tar-paraffin deposits, accumulated costs.

1. Введение

Основным способом транспортировки
углеводородов на территории Российской Федерации, которым транспортируется
около 95% добываемых флюидов, является трубопроводный транспорт [1]. Однако в
использовании трубопроводного транспорта есть свои достоинства и недостатки.
Одним из серьезных недостатков является образование органических отложений, в
частности асфальтосмолопрафиновых отложений (АСПО), представляющих собой
углеводородные отложения, которые не растворяются и не диспергируются сырой
нефтью при нормальных условиях [2].

Причиной практически каждой пятой
аварии на линейных трубопроводах является образование АСПО, а именно рост
объема органических отложений внутри трубопровода и, как следствие, уменьшения
гидравлического радиуса и повышения давления в трубопроводе. При борьбе с данными
отложениями наиболее серьезными проблемами являются выбор наиболее рациональных
и оптимальных методов и средств борьбы с образующимися отложениями, повышение
эффективности очистки и снижение экономических затрат на их проведение [3].

Различные методы борьбы с АСПО применяются
при различных технологических условиях добычи или физико-химических и
реологических свойствах добываемого флюида. Существуют различные методы борьбы
с данными отложениями в трубопроводах, причем обычно их дифференцируют на две группы
методов: предупреждение образования АСПО и удаление существующих отложений. К
первой группе методов относятся: технологии химизации (применение
реагентов-ингибиторов, деэмульгаторов и т.д.), применение гладких (защитных)
покрытий, воздействие физических полей (магнитного, ультразвукового, электрического,
вибрационного, акустического), тепловые методы (применение путевых
подогревателей, греющих кабелей) [4]. Ко второй группе методов относятся:
тепловые методы (промывочные мероприятия горячей водой, нефтью или моющими
составами), механические методы (применение различных видов скребков),
химические методы (применение углеводородных растворителей) [5]. Наиболее
перспективными из представленных методов являются технологии химизации с целью
предотвращения образования органических отложений в линейных трубопроводах.

Однако необходимо отметить тот факт,
что как только температура перекачиваемой жидкости в трубопроводе опускается
ниже температуры начала кристаллизации парафина (ТНКП) и кристаллы парафина,
образовавшиеся в потоке перекачиваемой нефти, начинают осаждаться, поведение
флюида начинает отклоняться от ньютоновского течения к неньютоновскому [6, 7]. Так
же на основании данных, приведенных в работах [8-10] можно отметить, что
процесс образования водонефтяных эмульсий зависит от температуры
перекачиваемого флюида, исходной вязкости, содержания во флюиде
асфальтено-смолистых веществ (АСВ), парафинов и водной фазы. Из приведенных
выше фактов следует, что образование органических отложений в трубопроводах при
транспортировке тяжелых нефтей с высоким содержанием парафинов и АСВ так же
ведет к интенсификации повышения вязкости и образованию ВВЭ. Так же стоит
отметить, что интенсивность образования органических отложений увеличивается
при образовании в трубопроводе ВВЭ ввиду снижения скорости потока флюида и
включения в объем отложения эмульгированной воды [11, 12]. Данный факт
подтверждается тем, что на территории Пермского края самыми распространенными
осложнениями при транспортировке флюидов линейными трубопроводами являются
образование АСПО и ВВЭ.

При борьбе с высоковязкими
эмульсиями так же существует два направления: предупреждение образования ВВЭ
или разрушение образовавшихся эмульсий. К первому направлению можно отнести
последовательную откачку нефти и воды, нагрев добываемой продукции, разбавление
перекачиваемой продукции маловязкой нефтью, применение технологий химизации
(применение органических растворителей или деэмульгаторов) [13, 14]. Ко второму
направлению относятся технологии подачи деэмульгатора и теплового нагрева
образованной эмульсии, воздействие физических полей (магнитного, акустического,
вибрационного) [15, 16]. Так же стоит отметить, что у всех представленных выше
методов борьбы с осложнениями есть определенные условия, при которых
целесообразно их применение.

Принимая во внимание тот факт, что
на территории Пермского края встречаются месторождения, где существует
необходимость одновременной борьбы как с образованием АСПО в трубопроводе, так
и с образованием ВВЭ, можно заключить, что необходимо внедрение комплексных
технологий, позволяющих эффективно бороться со всеми рассматриваемыми
осложнениями. В данной работе представлено технико-экономическое обоснование
внедрения комплексной технологии дозирования ингибитора при одновременном
подогреве транспортируемого флюида для трубопровода «N» месторождения «Z», а так же сравнение внедрения
данной комплексной технологии и ее составляющих по отдельности.

2. Обоснование необходимости внедрения комплексной технологии борьбы с осложнениями на рассматриваемом технологическом объекте

Для месторождения «Z» характерны нефти, обладающие высокой вязкостью (11,54-20,03 мм²/с), высокой плотностью (861-877 кг/м³), малым содержанием светлых фракций и высоким содержанием смол (31,15 %) и парафинов (3,18 %). На рисунке 1 приведена статистика проведенных промывочных мероприятий на данном трубопроводе с 2017 по 2019 гг.

Анализируя данный рисунок, можно
заключить, что на данном трубопроводе регулярно проводятся промывочные
мероприятия. Исходя из промысловой информации, можно отметить, что данные
очистные мероприятия проводятся горячей водой с применением углеводородного
растворителя. Данный факт, а также наличие пиков количества очистных
мероприятий в зимние и весенние месяцы года означают, что на данном
трубопроводе существует проблема образования АСПО, а применение текущей
технологии борьбы является неэффективной ввиду наличия значительных экономических
затрат и низкого значения межочистного периода. Экономические затраты на
проведения очистных мероприятий складываются из высокой стоимости растворяющего
агента и необходимости остановки трубопровода на время проведения очистного
мероприятия. Средняя стоимость проведения одного очистного мероприятия составляет
4 у.е.

Внедрение предлагаемой комплексной
технологии дозирования ингибитора при одновременном подогреве транспортируемого
флюида позволит эффективно бороться как с образованием АСПО, так и с повышением
вязкости перекачиваемого флюида, вызванным образованием ВВЭ. Технологический
эффект от внедрения технологии химизации, а именно реагентов-ингибиторов АСПО
обусловлен тем, что данные химические вещества – это зачастую агенты
смачивающего действия, обладающие деэмульгирующим действием и способные к
адсорбции на металлической поверхности с постоянно возобновляемой и устойчивой
ее гидрофилизацией по пленочному механизму. Это локализует фрагменты АСПО
непосредственно в потоке жидкости без устойчивого отложения на металлической
поверхности. Так же данные реагенты могут быть диспергирующего,
модификационного или депрессионного действия, что также позволит им уменьшать
интенсивность образования органических отложений за счет воздействия на процесс
кристаллизации твердых компонентов нефти, снижения склонности кристаллов к
объединению и присоединению к стенкам трубы или адсорбции на кристаллах
парафина, что затруднит способность последних к агрегации и накоплению. Внедрение
технологии путевого подогревания транспортируемого флюида позволяет бороться с
осложнениями, возникающими в данном трубопроводе за счет нагревания
перекачиваемого флюида, что позволит временно предотвратить или снизить
интенсивность образование АСПО, разрушить или уменьшить вязкость образованной водонефтяной
эмульсии. Увеличение технологического эффекта от внедрения комплексной
технологии, состоящей из дозирования реагента-ингибитора и путевого подогрева
перекачиваемого флюида, обусловлено увеличением эффективности применения
ингибитора АСПО ввиду роста интенсивности межмолекулярного взаимодействия,
заключающегося в увеличении числа водородных связей с ростом температуры
флюида. Снижение интенсивности образования АСПО предотвратит изменения
реологических параметров рассматриваемого флюида ввиду отсутствия выделения дисперсной
фазы. Так же дозирование в сырую нефть ингибиторов АСПО способно снизить
динамическую вязкость сырой нефти, что повлияет на реологические свойства
образовываемой этой нефтью водонефтяной эмульсии.

3. Методы проведения лабораторных исследований

Для оценки технологической эффективности внедрения технологии дозирования ингибиторов АСПО с целью предотвращения образования органических осложнений были проведены лабораторные исследования по изучению изменения интенсивности образования органических отложений при дозировании реагентов-ингибиторов и изменении параметров проведения исследований. Данные лабораторные исследования проводились на установке «Холодного стержня», представленной на рисунке 2.

Данная лабораторная установка основана на принципе обращённого трубопровода. При проведении лабораторных исследований использовалась методика, опубликованная ранее в работе [17]. В настоящей работе рассматривалось три различных реагента – ингибитора: ФЛЭК-ИП-106, ЭФРИЛ-ИПО417M марка DP, СНПХ-7909. Эффективность данных реагентов оценивалась при трех различных концентрациях (200, 300 и 400 г/т) в диапазоне температур от 20 до 50 . По результатам проведенных лабораторных исследований была рассчитана удельная ингибирующая способность рассматриваемых реагентов. Данная характеристика определялась по выражению (1).

где: К – удельная ингибирующая способность, %; И₁ – интенсивность образования АСПО после добавления ингибитора АСПО, %; И₂ – интенсивность образования АСПО до добавления ингибитора АСПО, %.

Для определения технологической эффективности внедрения путевого подогрева перекачиваемой продукции проведены лабораторные исследования по изучению изменения реологических свойств рассматриваемого флюида. Реологические исследования транспортируемых водонефтяных эмульсий выполнялись на балансовых смесях нефтей и вод рассматриваемого месторождения, приготовленных из проб флюида, отобранного с исследуемого площадного объекта. Лабораторные исследования проводились на ротационном вискозиметре Rheotest RN 4.1, представленном на рисунке 3, при температурах от 5 до 40.

4. Определения технологической эффективности комплексной технологии с применением лабораторных исследований

Технологическая эффективность от внедрения технологии дозирования реагента-ингибитора определялась по методике, представленной в п. 3. Результаты проведения лабораторных исследований представлены на рисунке 4.

Анализируя
данные рисунки, можно отметить, что удельная эффективность рассматриваемых
ингибиторов кратно увеличивается при нагревании исследуемой пробы нефти и
увеличении концентрации ингибитора. Так же необходимо отметить малую, а иногда
и отрицательную эффективность применение данных реагентов при низких
температурах даже с учетом высокой концентрации. Наибольшая удельная
эффективность отмечена при исследовании реагента-ингибитора СНПХ-7909 концентрации 400 г/т при
температуре 50

.

Определение технологической эффективности внедрения путевого подогревателя за счет снижения вязкости перекачиваемой продукции проводилось по методике, представленной в п. 3. Результаты определения реологических свойств рассматриваемого флюида представлены в таблице 1.

Анализируя
данные из представленной таблицы, можно сказать, что вязкость рассматриваемой
пробы значительным образом снижается с увеличением температуры. Так же стоит
отметить, что динамическая вязкость достигает наибольшего значения при объемной
обводненности перекачиваемого флюида 60 %. Так же можно заметить, что наименьшее
значение динамической вязкости водонефтяной эмульсии при температуре 50

 составляет 2,3 мПа·с, которое достигается при
обводненности 80 %, а наибольшее значение динамической вязкости водонефтяной
эмульсии достигается при температуре 5

 при
обводненности 70 % и составляет 4258 мПа·с.

5. Экономическое обоснование внедрения предлагаемой технологии

При внедрении комплексной технологии необходимо оценивать не только технологическую эффективность и фактическую необходимость внедрения технологии, но и оценивать экономические затраты на ее внедрение. В данной работе сравнивались накопленные затраты на борьбу с комплексными осложнениями в рассматриваемом трубопроводе при внедрении на данном трубопроводе в 2017 году предлагаемой комплексной технологии и проведении регулярных промывочных мероприятий, представленных на рисунке 1. При оценке накопленных затрат по внедрению предлагаемой комплексной технологии оценивались капитальные затраты на приобретение, монтаж и пуско-наладочные работы путевого подогревателя и блока дозирования реагента, операционные затраты на электроэнергию, технологическое обслуживание оборудования и амортизационные отчисления. Так же при оценке накопленных затрат учитывалась стоимость приобретения, доставки и заправки реагента-ингибитора в блок подачи реагента. На основании проведенных лабораторных исследований оптимальной температурой подогрева перекачиваемого флюида считается 40 . Предлагается дозирование реагента-ингибитора «ЭФРИЛ-ИПО417M марка DP» с концентрацией 300 г/т. В период с 2017 до 2019 года накопленные затраты на внедрение рассматриваемой технологии сравниваются с затратами, приходящимися на проведение очистных мероприятий на рассматриваемом трубопроводе. Данные затраты складываются из приобретения, доставки, закачки теплоносителя (горячая вода) и углеводородного растворителя. В период с 2019 до 2025 года приводится сравнение линейных прогнозов по изменению накопленных затрат на внедрение рассматриваемой технологии и дальнейшее проведения очистных мероприятий. График изменения накопленных затрат по рассматриваемым технологиям приведен на рисунке 5.

6. Результаты

Оценивая
технологическую эффективность применения рассматриваемой комплексной технологии,
стоит отметить, что, несмотря на высокую технологическую эффективность
внедрения технологии подогрева перекачиваемого флюида, данная технология
создает «временный» эффект, вызванный отдалением места, в котором флюид
достигнет ТНКП, что приведет к началу образования АСПО и повышения вязкости
флюида. Данный факт подтверждается исследованиями, проведенными в работе [18].
Так же, внедрение технологии дозирования ингибитора не представляется
технологически эффективной ввиду низких значений эффективности рассматриваемой
технологии при низких температурах. Анализируя все
вышесказанное, можно сделать вывод, что внедрение составляющих рассматриваемой
комплексной технологии по отдельности не представляется технологически
эффективным. Внедрение комплексной технологии рекомендуется при подогреве
перекачиваемой жидкости до температуры 40

 и дозировании реагента-ингибитора
ЭФРИЛ-ИПО417M марка DP концентрацией 300 г/т. Данная температура обоснована
снижением темпа изменения динамической вязкости рассматриваемого флюида и
незначительным приростом удельной ингибирующей способности реагента-ингибитора
с ростом температуры выше 40

.
Реагент-ингибитор «ЭФРИЛ-ИПО417M марка DP» выбран ввиду наличия наибольшей
эффективности при проведении лабораторных исследований, а заданная концентрация
является оптимальной так как повышение концентрации при заданной температуре не
дало значительного увеличения удельной ингибирующей способности.

Анализируя
график, представленный на рисунке 5, можно отметить, что предлагаемая комплексная
технология обладает высокими капитальными затратами, однако операционные
затраты являются относительно невысокими, по сравнению с проведением
промывочных мероприятий углеводородными растворителями. Таким образом, несмотря
на высокие капитальные затраты при внедрении предлагаемой технологии,
накопленные затраты при проведении очистных мероприятий горячей водой с
углеводородными растворителями превысят накопленные затраты по предлагаемой
технологии по прошествии 3.5 лет. Причем по прошествии 7 лет накопленные
затраты на внедрение предлагаемой технологии превышают затраты на проведения
очистных мероприятий на 26,7 %.

7. Заключение

На
основании анализа промысловых данных и научной литературы был сделан вывод о
наличии комплексной проблемы образования органических отложений и высоковязких
эмульсий в трубопроводе «N» месторождения «Z». Анализируя результаты ранее
проведенных лабораторных исследований по определению технологической
эффективности предлагаемой комплексной технологии и исследования, приведенные в
научной литературе, можно заключить, что внедрение компонентов предлагаемой
комплексной технологии отдельно не представляется целесообразным ввиду резкого
снижения их технологической эффективности. С экономической точки зрения, накопленные
затраты на внедрение предлагаемой комплексной технологии станут меньше
накопленных затрат на проведение очистных мероприятий с применением в качестве
теплоносителя горячей воды с углеводородным растворителем через 3 года и 5
месяцев. 

Литература

1. П.Ю.
   Илюшин, А.В. Лекомцев, Т.С. Ладейщикова, Р.М. Рахимзянов. Оценка эффективности
   метода «холодный поток» в борьбе с асфальтеносмолопарафиновыми отложениями
   //Вестник Пермского национального исследовательского политехнического
   университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. – 2018. – Т. 18. – №. 1. –
   С. 53.
2. Towler B. F., Jaripatke O., Mokhatab
   S. Experimental investigations of the mitigation of paraffin wax deposition in
   crude oil using chemical additives //Petroleum Science and Technology. – 2011.
   – Т. 29. – №. 5. – С. 468-483.
3. Хасанова
   К.И., Дмитриев М.Е., Мастобаев Б.Н. Повышение эффективности применения средств
   и методов борьбы с асфальтосмолопарафиновыми отложениями в процессе транспорта
   нефти по магистральным трубопроводам // Транспорт и хранение нефтепродуктов.
   2013. №3.
4. Акрамов
   Т. Ф., Яркеева Н. Р. Борьба с отложениями парафиновых, асфальтосмолистых
   компонентов нефти //Нефтегазовое дело. – 2017. – Т. 15. – №. 4. – С. 67-72.
5. Иванова
   Л. В., Буров Е. А., Кошелев В. Н. Асфальтосмолопарафиновые отложения в
   процессах добычи, транспорта и хранения //Сетевое издание «Нефтегазовое дело».
   – 2011. – №. 1. – С. 268-284.
6. Rønningsen H. P. Rheology of petroleum
   fluids //Annual Transactions of the Nordic Rheology Society. – 2012. – Т. 20. – С. 11-18
7. Li H., Zhang J. Viscosity prediction
   of non-Newtonian waxy crude heated at various temperatures //Petroleum science
   and technology. – 2014. – Т. 32. – №.
   5. – С. 521-526.
8. Литвинец
   И. В., Небогина Н. А., Прозорова И. В. Формирование асфальтосмолопарафиновых
   отложений в эмульсиях высокопарафинистых нефтей //Вестник Пермского
   национального исследовательского политехнического университета. Химическая
   технология и биотехнология. – 2017. – №. 4.
9. Вяткин,
   К. А., Д. Ю. Соловьев, Ю. А. Баранова, and Т. С. Ладейщикова.
   “Исследование реологических свойств водонефтяных эмульсий и их применение
   в гидравлических расчетах.” Master’s Journal 2 (2015): 146-155.
10. Шарифуллин
    А. В., Хуснуллин Р. Р., Шарифуллин В. Н., Байбекова Л. Р. Особенности
    турбулентного течения нефтяных эмульсий // Вестник Казанского технологического
    университета. 2013. №21.
11. Lei Y., Han S., Zhang J. Effect of
    the dispersion degree of asphaltene on wax deposition in crude oil under static
    conditions // Fuel processing technology. – 2016. – V. 146. – P. 20-28.
12. Прозорова
    И. В., Кирбижекова Е. В., Юдина Н. В. Влияние температуры и степени
    обводнённости нефти на состав асфальтосмолопарафиновых отложений //
    Нефтепереработка и нефтехимия. Научно-технические достижения и передовой опыт.
    – 2011. – №. 3. – С. 18-21.
13. Майер
    А.В., Магомедшерифов Н.И., Валеев М.Д. Технология снижения вязкости обводненной
    нефти в промысловых трубопроводах //Известия Высших учебных заведений «Нефть и
    газ». – 2017. – №. 3. – С. 49-53.
14. Матиев
    К.И., Агазаде А.Д., Алсафарова М.Э., Акберова А.Ф. Подбор эффективного
    деэмульгатора для разрушения водонефтяной эмульсии и исследования по
    определению совместимости c базовым деэмульгатором //  НАУЧНЫЕ ТРУДЫ НИПИ НЕФТЕГАЗ
    ГНКАР. – 2018. – №1. – С. 75-82.
15. Лоскутова
    Ю. В., Юдина Н. В. Влияние магнитного поля на структурно-реологические свойства
    нефтей //Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг
    георесурсов. – 2006. – Т. 309. – №. 4.
16. Васильев
    Н. И. и др. Повышение эффективности разделения водонефтяной эмульсии
    акустическим воздействием //Оборудование и технологии для нефтегазового
    комплекса. – 2016. – №. 2. – С. 47-49.
17. Вяткин
    К. А., Козлов А. В. Изучение, влияющих на интенсивность парафинообразования факторов
    в лабораторных условиях // Проблемы разработки месторождений углеводородных и
    рудных полезных ископаемых. – 2019. – Т. 1. – С. 96-98
18. П.А.
    Ревель-Муроз, Н.Р. Гильмутдинов, М.Е. Дмитриев, Б.Н. Мастобаев Использование
    асфальтосмолопарафиновых отложений в качестве тепловой и антикоррозионной
    изоляции нефтепроводов // Транспорт и хранение нефтепродуктов. 2016. №3.

УДК
659

DOI 10.24411/2413-046Х-2020-10419

ВЛИЯНИЕ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ
ЭНЕРГЕТИКИ НА РАЗВИТИЕ ЭКОНОМИКИ ГОСУДАРСТВА И ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

INFLUENCE
OF ALTERNATIVE POWER ENGINEERING ON THE DEVELOPMENT OF THE STATE’S ECONOMY AND
THE ENVIRONMENT

Сайфудинова Назиля Зарифовна, старший преподаватель кафедры «Менеджмент», Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, E-mail: nazilya_sf@mail.ru

Мамалимов Камиль Маратович, Казанский государственныйэнергетический университет, г. Казань, E-mail: mamalimov.kamil91@gmail.com

Сабирзянов Адель Ирекович, Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, E-mail: adel.sabirzyanov.00@mail.ru

Байгутлин Айдар Ильгизович, Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, E-mail: dhuddhd@gmail.com

Петунин Егор Игоревич, Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, E-mail: egorpetunin1999@gmail.com

Saifudinova Nazilya Zarifovna, senior lecturer of the Department of management, Kazan state power engineering university, city of Kazan, E-mail: nazilya_sf@mail.ru

Mamalimov Kamil Maratovich, Kazan state power engineering university, city of Kazan, E-mail: mamalimov.kamil91@gmail.com

Sabirzyanov Adel Irekovich, Kazan state power engineering university, city of Kazan, E-mail: adel.sabirzyanov.00@mail.ru

Baigutlin Aidar Ilgizovich, Kazan state power engineering university, city of Kazan, E-mail: dhuddhd@gmail.com

Petunin Egor Igorevich, Kazan state power engineering university, city of Kazan, E-mail: egorpetunin1999@gmail.com

Аннотация.
Статья направлена на общее понимание того, как внедрение альтернативной
энергетики влияет на развитие экономики государства и в первую очередь на
окружающую среду. Подробно были рассмотрены такие нетрадиционные виды
электрических станций, как ГЭС, СЭС и ВЭС. В статье рассмотрены такие отрасли
экономики, которые затрагивает альтернативная энергетика. Кроме того, затронута
проблема ограниченности таких важных ресурсов как нефть, газ и уголь.
Показана
проблема влияния нетрадиционных видов электрических станций на окружающую
среду, а именно: какой вред может нанести их строительство и функционирование
на экологию. В результате работы был выявлен наиболее оптимальный
на сегодняшний день альтернативный вид выработки электрической энергии.

Summary. The article is aimed at a General understanding of how the introduction of alternative energy affects the development of the state’s economy and, first of all, the environment. Such non-traditional types of power plants as hydroelectric power stations, SES and wind farms were considered in detail. The article deals with such sectors of the economy that are affected by alternative energy. In addition, the issue of the limited availability of such important resources as oil, gas and coal was raised. The problem of the impact of non-traditional types of power plants on the environment is shown, namely: what harm can their construction and operation cause to the environment. As a result of the work, the most optimal alternative type of electric power generation has been identified to date.

Ключевые
слова: гидроэнергетика; солнечная энергетика; ветровая
энергетика; место энергетики в государстве, в экономике, в окружающей среде;
альтернативный источник энергии, альтернативная энергетика.

Keywords: hydropower industry; solar power engineering; wind power engineering;
the importance of energy in the state, in the economy, in the environment;
alternative energy source; alternative power engineering.

Экономика любого государства в
преобладающей степени зависит от топливно-энергетического комплекса (ТЭК).
Поскольку ТЭК является основным поставщиком как топлива и энергии, так и
налоговых и денежных поступлений, поэтому необходима ориентация политики
государства в долгосрочной перспективе на ТЭК.

Топливно-энергетический комплекс
связывает отрасли по добыче и производству первичных
энергетических ресурсов, их переработке в другие виды топлива и
преобразованию в другие виды энергии, а также осуществляет транспортировку и
распределение по потребителям. Это обеспечивает население
и экономику всеми видами энергии и обеспечивает бюджет страны за счёт экспорта
энергоресурсов, в первую очередь нефти и газа, от которых зависит главным
образом экономика страны.

На
электростанции различных типов и электрические сети
приходится главный потенциал отрасли ввиду того, что электроэнергетика является
крупнейшим потребителем топлива, затрачивая около 27 процентов от внутреннего
потребления энергоресурсов.

В
эру индустриализации человечество не достаточно исследовала приносимый им урон
экологии всего мира. Значительную долю вреда имеет производство электроэнергии
и сопутствующие с ним отрасли, которые сейчас входят в состав ТЭК. Указанные
ниже экологические проблемы альтернативной энергетики прямо или косвенно будут
влиять на экономику государства, поэтому необходима ориентировка экономики на
альтернативную энергетику, чтобы предотвратить масштабную экономическую и
экологическую катастрофу. Однако использование альтернативных источников
энергии не исключает нанесения ущерба окружающей среде, а иногда их вред даже
больше, чем от традиционных методов выработки электроэнергии путем сжигания
топлива. На сегодняшний день оценки того, на
сколько лет хватит топливных ресурсов в мире, являются не утешительными: нефти
осталось лет на 40, газа на 60 и более лет, а угля минимум на 270 лет при
потреблении и добыче в настоящее время. Положение после их израсходования
приведет к серьезнейшим экономическим последствиям даже раньше, чем количество
энергетических запасов приблизится к нулю. Это послужило осознанию
необходимости пересмотра эффективности использования традиционных источников
энергии в настоящее и ближайшее время. Сильнее всего
пострадает ТЭК, так как по факту перестанет выполнять свои функции, потеряв и
рынок сбыта, и производственные мощности. В связи с тем,
что запасы угля превышают запасы нефти и газа и после их завершения потребление
угля в энергетике значительно возрастет, что приведет к резкому увеличению выбросов
углекислого газа, серы и сажевые соединения. Это серьезная
проблема в случае возникновения экологической катастрофы, решения которой
потребует огромных материальных и человеческих ресурсов, что способно
экономически дестабилизировать государство и экономически поставить его в
тупик. Развитие альтернативной энергетики позволит ТЭК и экономике государства
“выжить” в период, когда основные энергетические ресурсы такие как
газ, нефть и уголь начнут заканчиваться. Для этого ТЭК “должен выработать
иммунитет” для существования стабильной
экономики и человечества даже в условиях острой нехватки нефти, газа и угля.

Для
предотвращения проблем, а именно экономических, связанных с утратой ископаемых
энергетических ресурсов и ухудшением состояния окружающей среды, так как
последним останется уголь и его потребление увеличится, ТЭК должен начать
развивать направления энергетики, связанные с использованием альтернатив
традиционным способам выработки электроэнергии, осуществить переход к отраслям с высокой долей передела и ориентацией на выпуск наукоёмкой
продукции. К тому же, тяжело восстановимая окружающая среда начнет
меньше получать вреда от деятельности человека. Необходимы поиск и развитие в
энергетике альтернатив привычным способам выработки электроэнергии. Направления
связанные с поиском, развитием, изучением, производством и внедрением способов
выработки электроэнергии с использованием возобновляемых ресурсов с наименьшим
вредом экологии получили название альтернативная энергетика.

На сегодняшний день существуют множество понятий альтернативной энергетики. Рассмотрим некоторые из них в таблице 1.

Таким образом, альтернативная энергетика – это направление в
использовании видов энергии, которые не возможно каким-либо образом истощить и
их использование не вредит экологии.

Альтернативная энергетика во многих странах занимает значительное место в деятельности топливно-энергетического комплекса, которая затрагивает отрасли, связанные с добычей и производством первичных энергоресурсов, их переработкой в другие виды энергии (электрическая, тепловая энергия), а также распределением по потребителям. Благодаря этому ТЭК способен, развивая отрасль альтернативной энергетики, обеспечивать население и экономику всеми видами энергии. Необходимость развития альтернативной энергетики подтверждается тем фактом, что с нынешними темпами развития технического производства органическое топливо (нефть, уголь, газ, и торф) со временем не будет способно полностью обеспечить потребности мировой энергетики как в количестве, так и в качестве. Это также приоритетно в плане выгодности их использования при низком риске причинения ущерба окружающей среде.

В
перспективе для государства переход на альтернативные источники энергии нужен
по следующим причинам: это позволит сберечь привычные нам источники энергии и
держать их в качестве запаса или отправлять их на экспорт в развивающиеся
страны. Развитие
науки в этой области сделает возможным повышение научного потенциала страны и
ее значимость на мировой арене. Учитывая то, что доставить электричество в
труднодоступные районы с небольшим населением не выгодно, можно сделать вывод,
что экономически будет целесообразным, чтобы население имело возможность купить
быстро возводимое и мобильное альтернативное устройство, генерирующее
электрическую энергию. Благодаря мобильности ветровых
установок и солнечных панелей их можно располагать в труднодоступных местах,
тем самым выполняются требования, упомянутые до этого.

Альтернативная энергетика позволит перейти к малоотходным способам выработки электроэнергии, что важно для страны по капитальным затратам и экологическим соображениям. Это позволит в полной мере использовать имеющиеся ресурсы. Развитие альтернативной энергетики напрямую способно улучшить экономическую ситуацию как региона, так и страны в целом. Возрастет экологическая безопасность и качество окружающей среды. Все эти факторы при правильном их использовании способствуют региону в улучшении своей экономической способности. Однако, вследствие того, что альтернативные источники энергии получили относительно позднее развитие, они требуют больших капиталовложений. Это главная проблема, которая тормозит развитие альтернативной энергетики. Размещение какого-либо производства требует детального изучения экономических ресурсов и возможностей регионов. Следовательно, целью региональной экономики является грамотное использование доступных экономических ресурсов для развития альтернативной энергетики. Этому препятствуют трудности с налаживанием серийного производства требуемых компонентов оборудования и профильным обучением требуемых кадров, низким КПД таких установок. Решение этих проблем способствует развитию инфраструктуры региона, путем повышения уровня жизни и занятости населения региона. Серийное производство необходимо для того, чтобы государство имело возможность приобрести по приемлемым ценам продукцию и использовать ее. Это особенно важно для регионов, которые разделяются по географическому положению и уровню урбанизации. Также внедрение альтернативных источников энергии в частном секторе позволит снизить нагрузку на общую электросеть и стоимость их обслуживания и ремонтных работ. Достоинством альтернативной энергетики является отсутствие необходимости в замене каких-либо механических деталей, то есть, в данной ситуации не применяется плановый ремонт, который требует вывода оборудования из эксплуатации.

В альтернативной энергетике выделяют множество направлений, среди которых есть как давно известные, так и развивающиеся. Указанные в статье виды представлены на рисунке 1.

Солнечная энергия преобразуется в электрическую двумя способами: первый – это в основном с помощью фотоэффекта, то есть энергия фотонов передается электронам вещества, а те создают электрический ток, второй – это энергия фотонов превращается в потенциальную энергию расширения рабочего тела-пара, который поступает в турбину, вращающую генератор. Примерно такого же мнения Иванова А.Ю., Балабина Л.А., которые считают, что солнечная энергетика связана с преобразованием солнечного излучения в другие технологические виды энергии, используемые человеком для своих нужд.

Энергия ветра используется путем вращения винта генератора, тот в свою очередь расположен на некой мачте на высоте несколько десятков метров. Так же считает Говорушко С.М., что кинетическая энергия движущихся воздушных масс, преобразованная из энергии солнечного преобразуется в электрическую.

Энергия воды превращается в электрическую путем вращения винта
только уже водяной турбины, в большинстве случаев винт с генератором
расположены вместе в основании плотины. Именно так считают
Г. Г. Лапин и В. И. Лелеков, отмечая, что гидроэнергетика это раздел
энергетики, связанный с использованием энергии воды, главным образом, для
производства электрической энергии на гидроэлектростанциях.

Указанные
способы превращения одного вида энергии в другой были выбраны, потому что так
или иначе они являются следующей ступенью к снижению вредного влияния на
окружающую среду. Еще одной причиной выбора альтернативных источников то, что
гидро-, солнечная- и ветроэнергетика может применятся, как портативный источник
энергии в малых масштабах для нужд единичного потребителя. Причем
гидроэнергетика подразумевается как представитель “старой школы”, а
солнечная и ветровая энергетика как современные способы получения энергии.
Гидроэнергетика не совсем является альтернативной и выбрана была, потому что
она из всех ранее развитых вместе с традиционными способами выработки
электроэнергии является самой экологически чистой.

Стоит
отметить, что солнечная энергия является первоисточником всех видов энергии
преобразуемой на земле. Течение рек обусловлено испарением воды с поверхности
рек и выпадением осадков. Ветер вызван не равномерным нагревом воздушных масс.

Альтернативные источники энергии классифицируются по следующим признакам (классификация представлена в таблице 2). Мы провели анализ видов станций по разным пунктам и по каждому из них установили уровни: например, высокий уровень ГЭС по времени работы объясняется тем, что данный вид станции может работать на максимальных нагрузках практически беспрерывно, а СЭС развивает пиковую мощность только в дневное время.

На
основании таблицы 2 можно сделать вывод, что в экономическом плане со стороны
мощности и постоянного характера работы в крупных масштабах гидроэнергетика
более предпочтительна, однако в экологическом плане именно ГЭС уступает другим
видам альтернативной энергетики. На сегодняшний день ветроэнергетика и
солнечная энергетика уже отвечают экологическим требованиям и вопрос, связанный
с малой мощностью и низким КПД должен решиться в ближайшем будущем и тогда они
смогут в равной степени быть конкурентоспособными и востребованными. 

В
любом производстве может возникнуть ряд определенных проблем и нештатные
ситуации-аварии, последняя из которых способна оказывать неблаготворное влияние
на окружающую среду и наносить экономический ущерб. Более того выход из строя
электрических станций может привести к авариям на требующих надежного и
стабильного электроснабжения производствах.

Рассмотрев
понятия альтернативных видов источников электрической энергии, можно привести
примеры того, как процесс производства электроэнергии на станциях способно
влиять на окружающую среду и экономику в целом.

1. Солнечные
   электростанции являются экологически благоприятными со стороны их
   функционирования, но само наличие станции требует больших площадей, что
   приводит к деградации территории, которая является естественным местообитанием
   многих видов животных и насекомых, поддерживающих дикую природу. Частым
   явлением является гибель птиц от сконцентрированных солнечных лучей. При
   производстве солнечных модулей используются опасные для живых организмов
   химические вещества: токсичные газы, взрывоопасные летучие вещества,
   коррозийные жидкости и канцерогены, которые могут вызвать раковые заболевания.
   Также велик риск утечки и увеличения концентрации в воздухе, земле и воде
   реагентов, которые используются для утилизации отработавших модулей. Это
   касается станций, использующих явление фотоэффекта.

В
Калифорнии 23 мая 2016 года на Ivanpah Solar Electric Generating System (ISEGS)
произошла авария только уже тепловой солнечной электростанции, где вместо
солнечных модулей установлены зеркала, направляющие свет на бойлерную вышку.
Из-за сбоя компьютера солнечный свет сфокусировался на арматуре и
вспомогательном оборудовании и расплавило его, что вывело из строя станцию.
Следствием этой аварии был дефицит мощности и резкий рост цен на
электроэнергию. Подобные аварии не желательны для любой станции, так как они
подключены к потребителям, требующим постоянного энергоснабжения.

• Ветровые
  электрические станции устанавливают в местах, где имеется постоянное движение
  воздушных масс. Изъятие части кинетической энергии приводит замедлению воздушных
  масс, вследствие которого происходит изменение климата: летом становится жарче,
  а зимой – холоднее.

Функционирование
станции приводит к возникновению шума и гибели птиц от вращения лопастей.
Например, часто гибнут летучие мыши из-за разрыва капилляров в области низкого
давления вращающихся лопастей. Кроме обычного шума лопасти издают инфразвук,
что также негативно сказывается на живых существах. Существует проблема
визуального характера от мерцания тени лопастей, оказывая психологическое
воздействие на человека.

Хорошим
преимуществом ветровых установок является то, что они требуют относительно
малого места и не имеют проблемы с установкой. Изъяном этого вида станций
служит опасность обледенения лопастей и возникновения пожара. Пожар,
случившийся в Нидерландах 29 октября в 2013 году на ветровой установке
свидетельствует этому. Часто такие установки окружены таким хорошо горящим
биологическим материалом, как трава или дерево. В случае возникновения пожара
оперативно потушить его проблематично.

• Использование
  гидроэнергетики в экологическом плане приоритетна ввиду отсутствия вредных
  выбросов при ее функционировании. Только наличие самой плотины негативно
  сказывается на экологической обстановке. Это связано с затоплением больших
  территорий и их заболачиванием, которая связана со снижением проточности.
  Происходит эвтрофикация, связанная с повышенной продуктивностью водоема за счет
  роста биомассы фитопланктонов. Гниение ведет к снижению содержания свободного
  кислорода, выделению органических кислот, фенолов, меркаптанов. Это снижает
  биологическое разнообразие водоемов, то есть приводит к гибели рыбы и
  исчезновению биологических видов, которым эта воды жизненно необходима. Плотина
  перегораживает реку, препятствуя уходу рыбы на нерест. Из-за плотины повышается
  уровень воды и грунтовых вод, что приводит к подтоплению, заболачиванию, а
  также к эрозии берегов и оползням. 

Постройка
Саяно-Шушенская ГЭС привела к значительной трансформации окружающей природной
среды. Произошла смена хвойных пород на лиственные, смена пород в свою очередь
может привести к нарушению лесного фитоценоза, а далее массовое заражение
насаждений короедами и гибели леса. Создание водохранилища привело к изменению
ландшафта, разрушению и выветриванию открывшихся горных пород в Шагонарском плёсе.
Из-за этого произошло засоление земли, которое привело к снижению плодородности
земли.

17
августа 2009 года на Саяно-Шушенской гидростанции произошла авария после чего
возник дефицит электроэнергии и были приостановлены несколько заводов, а также
возросла цена на электроэнергию. Ужаснее всего был с экологической точки зрения
выброс вниз по течению 324,2 тонны маслосодержащей
эмульсии, которая привела к поражению биологической структуры воды и
уменьшению рыбоводного качества воды.  

На основе проведенного анализа подытожим экологическую и экономическую перспективу альтернативной энергетики (таблица 3).

По
данным, приводимым в таблице 3, можно сделать вывод, что гидроэнергетика
является более оптимальным выбором, если учитывать экологические и
экономические аспекты вместе взятых. Это связано с тем, что ГЭС работают на
больших мощностях круглосуточно почти на базовой нагрузке и их эксплуатация не
имеет вредных выбросов в окружающую среду. Наиболее экологически безопасным
можно назвать солнечную энергетику, которая при соблюдении определенных правил
не наносит какого-либо вреда, так как ее функционирование не связано с
каким-либо движением механизмов и работа осуществляется по принципу
фотоэффекта. Экономически она целесообразна только как дополнение к основному
электроснабжению ввиду малого КПД и временного периода работы. Ветроэнергетика
малоперспективна, так как требует наличия постоянного ветра и сама по себе
ветровая установка громоздка. Как и солнечные панели, ветроустановки можно
использовать в качестве дополнительного источника питания.

В
заключение, целью нашего исследования являлось изучение влияния использования
альтернативной энергетики на развитие экономики государства и экологию.
Рассмотрев различные виды источников энергии, можно сделать вывод, что на
сегодняшний день наиболее выгодным для использования является гидроэнергетика.
Это объясняется большой мощностью, высоким КПД, постоянством работы и
приемлемыми экологическими показателями. Огромным потенциалом обладает
солнечная энергетика, но широкое применение солнечных электростанций является
перспективой только на будущее. Отметим также, что использование альтернативных
видов вместо традиционных не исключает негативного влияния на окружающую среду,
но существенно уменьшает нагрузку на экологию. Таким образом, полномасштабное
развитие альтернативной энергетики является важнейшей задачей
топливно-энергетического комплекса в рамках стратегического регионального
планирования на сегодняшний день.

Список литературы

1.
Некрасов А. С., Синяк Ю. В., Топливно-энергетический комплекс (ТЭК), Большая
российская энциклопедия, Москва, 2017.

2.
Alter220.ru, АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ – [Электронный ресурс]. URL:
https://alter220.ru/news/alternativnye-istochniki-energii.html (дата обращения:
08.05.2020)

3.
Суслов К. В., Уколова Ев. В., Уколова Ек. В., Экономика и возобновляемые
источники энергии. Проблемы освоения минеральной базы Восточной Сибири: Сборник
научных трудов, с. 94-98. Вып. 15, Иркутск, 2015.

4.
Земков В. И., Возобновляемые источники энергии в АПК, учебное пособие,
Санкт-Петербург, 2014.

5.
Алексеенко С. В., Нетрадиционная энергетика, Большая российская энциклопедия,
Москва, 2017.

6.
Сибикин Ю.Д., Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии, учебное
пособие, Москва, 2010

7.
Бубенчиков А.А., Нурахмет Е.Е., Молодых В.О., Руденко А.И., Солнечная энергия как
источник электрической энергии, Международный научно-исследовательский журнал –
[Электронный ресурс]. URL:
https://research-journal.org/technical/solnechnaya-energiya-kak-istochnik-elektricheskoj-energii/
(дата обращения: 08.05.2020)

8.
Серебряков Р.А., Доржиев С.С., Базаров Е.Г., Современное состояние, проблемы и
перспективы развития ветроэнергетики, научный журнал «Актуальные проблемы
гуманитарных и естественных наук», Москва, 2016.

9.
Говорушко С. М., Воздействие ветровых электростанций на окружающую среду,
научный журнал «Альтернативная энергетика и экология», Саров, 2011.

10.
Лукутин Б.В., Возобновляемые источники электроэнергии, учебное пособие, Томск,
2008