Реферат за темою випускної роботи

Зміст

• Вступ
• 1. Актуальність теми
• 2. Мета і завдання дослідження, плановані результати
• 3. Аналіз літературних джерел
• 3.1 Огляд міжнародних і національних джерел
• 3.2 Огляд локальних джерел
• 4. Вибір програмного забезпечення
• 5. Векторизация і додання просторової і атрибутивної інформації
• Висновок
• Список джерел

Вступ

Донбас – найстаріший в східній Європі басейн, що займає 1-е місце за промисловим значенням і розмірами вуглевидобутку. Розробка вугільних родовищ є комплексом взаємопов'язаних процесів гірничого виробництва з вилучення корисних копалин з надр землі. [1]. Однак, внаслідок комплексу факторів, ця галузь промисловості є одним з лідерів забруднення і негативного впливу на навколишнє природне середовище всього регіону.

1. Актуальність теми

На даний момент не існує ані цілісного кадастру, ані систематичного обліку техногенних об'єктів вугільної промисловості. Галузі, яка за фактом є однією з найбільш розвинених в регіоні, а також, однією з найбільш серйозних джерел екологічного забруднення. Під час планування заходів щодо поліпшення екологічної обстановки регіону, відповідальні за це особи змушені грунтуватися на локальних або неповних даних, що загрожує можливою нераціональністю і меншою ефективністю проведених заходів.

Екологія – комплексне поняття, а тому і підхід при вирішенні різних завдань в цій області повинен бути теж комплексним, основаним на вичерпних даних, здатних достовірно відобразити ситуацію в масштабах не тільки вугледобувного підприємства або міста, а й цілого регіону з декількох областей.

Упорядкований кадастр міг би значно полегшити прийняття вірних рішень під час розробки спеціальних заходів щодо поліпшення стану природного навколишнього середовища і представити сукупність даних в більш наочному вигляді для людей, які не мають спеціальних знань у вуглевидобувній галузі.

2. Мета і задачі дослідження, плановані результати

Мета роботи – розробка концепції створення кадастрової системи техногенних об'єктів вугільної промисловості на території Донбасу, а також вибір і обгрунтування рішень з екологічної оцінки території Донбасу, схильних до негативного впливу вугільних підприємств. У якості методики дослідження було віддано перевагу збору і аналізу даних про техногенні об'єкти вугільної промисловості, використання теорії баз даних для систематизації інформації, візуалізації результатів за допомогою геоінформаційних систем.

Об'єкт дослідження – техногенні об'єкти вугільної промисловості.

Предмет дослідження – негативний вплив техногенних об'єктів вугільної промисловості на навколишнє природне середовище.

В даному дослідженні виділено такі задачі:

1. вивчення, систематизація та аналіз різних даних про техногенні об'єкти вугільної промисловості регіону;
2. розробка структури представлення даних про об'єкти вугільної промисловості для просторової візуалізації за допомогою ГІС;
3. розробка методики аналізу для прийняття рішень з екологічної оцінки території Донбасу.

В якості кінцевого результату очікується отримати дослідний зразок кадастрової системи техногенних об'єктів вугільної промисловості на прикладі невеликої ділянки місцевості, яка має найбільшу кількість факторів, що негативно впливають на навколишнє середовище.

3. Аналіз літературних джерел

Тема аналізу техногенного впливу вугільної промисловості на екологію Донбасу географічно прив'язана до території східної України і Ростовської області Російської федерації. З цієї причини наявні дослідження в цій області в переважній більшості також належать українським і російським вченим. Проте, проблема руйнування екологічного балансу вуглевидобутком є ​​актуальною при розробці будь-якого вугільного басейну, незалежно від країни або континенту. Дослідники інших держав вже давно проявили інтерес до питань використання сучасних геоінформаційних систем для моніторингу та аналізу екологічної ситуації. Отже, є можливість спиратися на досвід європейських і азіатських розробок.

3.1 Огляд міжнародних і національних джерел

Згідно з дослідженнями Чумаченко Ф.А. [2] одним з найбільш негативно впливаючих явищ на навколишнє природне середовище є реструктуризація вугільної промисловості Донбасу і ліквідація вуглевидобувних шахт. Цього ж висновку дотримується і Косів О.І. [3], який розробив в процесі своїх досліджень систему комплексного геоекологічного моніторингу на територіях гірничих відводів шахт, які ліквідуються, що включає підсистеми гідрогеологічного моніторингу; гідрологічного моніторингу; газового моніторингу; геодинамічного моніторингу; моніторингу земельних ресурсів; моніторингу технічних робіт.

Також, згідно з даними Зубова А.А.[4], ще одним критично важливим джерелом негативного впливу на навколишнє середовище є породні відвали вугільної промисловості, які є об'єктами підвищеної техногенної небезпеки. Ця небезпека виходить, перш за все, від виділення шкідливих речовин через горіння відвалів, а також просочування різних мінералів і елементів в грунтові та наземні води. За даними В.І. Бакланова [5] в териконах Донецька щорічно згорає більш 30 тис. т сірки і 150 тис. т вугілля. Сутність самозаймання вугілля або порід, що містять вугілля, на думку Д.Н. Калюжного та ін.[6] полягає в тому, що вугілля сорбує на своїй поверхні з повітря молекулярний кисень, який утворює з вуглецем нестійке пероксидне з'єднання. Останнє легко розкладається, виділяючи при цьому активний кисень, що окисляє вугілля і перетворює останній в багаті киснем стійкі сполуки. Так як цей процес – екзотермічний, то він супроводжується підвищенням температури, що прискорює процес окислення, що, в кінцевому рахунку, призводить до самозаймання.

Горіння териконів призводить до значної зміни складу атмосферного повітря та випадання кислотних дощів, тому що з одного палаючого відвалу за добу в середньому виділяється в атмосферу 4-5 т оксидів вуглецю і від 600 до 1100 кг сірчистого ангідриду, а також невеликі кількості сірководню, оксидів азоту та інших продуктів горіння [7]. Відвали вугільних шахт піддаються сильній воднії ерозії.

Метою науково-дослідницької роботи Гібкова Є.В. [8], є виявлення просторово-часових закономірностей зміни гідроекологічної ситуації в Східному Донбасі в зв'язку з реструктуризацією вугледобувної промисловості.

На можливість використання ГІС-систем для виконання екологічних наукових і прикладних задач, також увагу звертали не один раз. Ефективність використання геоінформаційних систем доводили в своїх працях Смірніцкая М.М. [9] і Краснощеков А.Н. [10]. Грищенков М.М. [11] звертав увагу на необхідність створення та ефективність використання проблемно-орієнтованих ГІС, і який прийшов до такого важливого загального висновку, що ГІС допомагає створити базову структуру для спільної роботи і спілкування, надаючи загальне поле посилання на дані на основі їх просторового розташування. Тобто з'являється можливість прив'язати до цього розташування (або до що знаходиться в даному місці об'єкту) будь-яку пов'язану з ним інформацію, легко витягувати її і налагодити зручний і швидкий обмін цією інформацією.

Група сербських вчених Р. Станкович, Н. Вуловіч, Н. Ліліч, І. Обрадович, Р. Тошовіц і М. Пешич-Георгіадіс [12] розробила проект кадастру занедбаних шахт на території автономного краю Воєводина в Сербії за допомогою WebGIS технологій.

С. Мондал, Д. Бандайопадхай, Д. Чакраватри [13] досліджували впливу гірничих виробок на навколишнє середовище з використанням геопросторових методів в окрузі Кеонджхар, штату Орісса в Індії. А М. Аніс, А. Ідрус і Х. Аміджая в своїй статті Метод оптимізації на основі ГІС для використання ресурсів вугілля, що залишилися, і планування землекористування після видобутку ... [14] прийшли до висновків стосовно наявних ресурсів для видобутку в подальшому, а також щодо оптимізації використання земель досліджуваної ділянки.

3.2 Огляд локальних джерел

Оскільки Донецьк, а зокрема і ДонНТУ, знаходиться практично в центрі Донецького вугільного басейну, тема впливу вуглевидобутку на навколишнє середовище і розробка методики по його усуненню неодноразово піднімалася як магістрантами, так і викладачами в своїх дослідженнях.

У загальних рисах екологічна обстановка в Донецькій області була освітлена Зубковим Р.М. і Матлак Е.С. [15], що розробили концепцію програми охорони навколишнього середовища і раціонального природокористування області. Над оцінкою і аналізом впливу різних техногенних об'єктів вугільної промисловості працювали Горбачова Є.Ю., Кучерина Є.В., Фалевіч В.В., Волкова Т.П., Бенчарская В.В., Кирилова Л.А.[16-21], а над перетворенням порушених територій і використанням відходів вуглевидобутку працювали Біята Ю.І. та Гладкая А.С.[22,23]. Левицька О.М.[24] у своїй магістерській зосередилася на застосуванні ГІС-технологій при оцінці використання земельних ресурсів регіону. А Кузик І.М. зі співавторами [25] прийшли до висновків, що створення екомережі – це багатоступінчастий і ресурсномісткий процес, проте, який дозволить вирішити цілий ряд проблем техногенних областей і забезпечити умови для життя і здоров'я громадян.

4. Вибір програмного забезпечення

Як інструменти для виконання даної роботи розглядалися два програмних пакета, що мають необхідним функціоналом в обробці і редагуванні як растрових, так і векторних даних: ArcGIS і Digitals.

У пакеті Digitals до безпосередньо необхідних функцій для виконання дослідження належать такі:

• Завантаження супутникових знімків з Google Maps і Virtual Earth;
• Вставка в карту і зшивання багатьох растрів;
• Розвинені засоби редагування карт і планів [26].

Однак, вже в самому процесі виконання з'ясувалося, що робота в цій програмі ускладнюється наступними факторами:

1. Великий обсяг скачуваних даних. Оскільки площа для якої потрібні картографічні або супутникові дані дуже велика (4 області: Донецька, Дніпропетровська, Луганська та Ростовська), вкрай складно і незручно оперувати такою кількістю інформації (рис. 1).



Рисунок 1 – Демонстрація обсягу завантажуваних даних

2. Високі вимоги до апаратного забезпечення при одночасній обробці великої кількості растрової інформації.
3. Растрові дані, які вдавалося завантажити і відобразити, були незадовільної якості для проведення даного дослідження.

ArcGIS не має можливості скачувати з спеціалізованих сервісів, на зразок Yandex maps або Google maps, растрову інформацію. Однак, дана програма має хорошу альтернативу - використовуючи підключення до інтернету, є можливість вивести на робоче поле інтерактивну ГІС-карту, що має схожі можливості з аналогами з Google і інших, не втрачаючи при цьому в точності.

Таким чином, порівнюючи обидва програмних пакета, автор прийшов до висновку про доцільність застосування пакету ArcGIS, так як він забезпечує повний набір необхідних інструментів, функціональність і практичність.

5. Векторизация і додання просторової і атрибутивної інформації.

Вихідними даними в даній частині роботи є просторова, фізико-географічна інформація з редагованої онлайнової карти Wikimapia. На даний момент, в ній зосереджений найбільш повний набір даних з опублікованих у вільному доступі у всесвітній мережі інтернет.

Шари векторних даних, використовувалися наступного типу:

• шар Districts – полігональний;
• шар DonbassBassein – полігональний;
• шар Coal mines (mark) – точковий;
• шари Зона 1–Зона 5 – полігональний;
• шар Лінія розмежування – лінійний.

Застосування ArcGIS (версія 10.3.1) дозволяє вивести на робоче поле програми інтерактивну ГІС-карту, що дозволяє вибирати необхідну для дослідження територію, не втрачаючи в точності.

Застосування програми дозволило сформулювати послідовно:

1. шар Districts, на якому розміщені адміністративно-територіальні одиниці чотирьох досліджуваних областей;
2. взаємне розміщення шарів Districts і DonbassBassein, кордонів областей і меж донецького кам'яновугільного басейну;
3. взаємне розміщення шарів Districts, DonbassBassein і Coal mines (mark) – кордонів областей, кордонів вугільного басейну і точкового шару, де кожна мітка відповідає за розташування окремої шахти;
4. побудова зони густини вугільних шахт.

На карту було нанесено 397 вугільних шахт, розташованих на досліджуваній території, а також створена атрибутивна таблиця (рис. 2), в яку заносилися дані щодо області, в якій підприємство розташоване, назви, номери, поточного статусу і власника (табл. 1).

На жаль, внаслідок сучасної військово-політичної ситуації на досліджуваній території не завжди є можливість інформацію підтвердити. Непрацюючі підприємства зобов'язані бути включені як об'єкти дослідження, оскільки навіть після закриття та ліквідації залишаються продукти промислової діяльності, які безпосереднім чином впливають на навколишнє природне середовище.

Рисунок 2 – Атрибутивна таблиця шару Coal mines (mark)

Застосування програми дозволяє впорядкувати за атрибутам з таблиці шару візуальну інформацію. Ця функція дала можливість відобразити і розділити вугільні шахти на мапі відповідно до їхнього поточного статусу (рис. 3).

Рисунок 3 – Використання інструментів ArcGIS для сортування об'єктів за атрибутом

Використовуючи вбудовані в пакет ArcGIS інструменти зі створення поверхонь, було створено кілька поверхонь густини з різними параметрами і обрана оптимальна.

Рисунок 4 – Послідовна векторизация і геоаналіз
(анімація: 6 кадрів, 8 циклів повторень, 136 кілобайт)

Побудована поєднана карта дозволяє встановити, що найбільша щільність розташування вугільних шахт доводиться на ділянку Донецьк-Сніжне-Красний луч. Саме ці регіони найбільш схильні до негативного впливу.

Висновок

Проведені дослідження та отримані практичні результати дозволили сформувати такі висновки:

• за допомогою програмного пакету ArcGIS розроблені спільні поверхні розташування зон впливу вугільних шахт Донбасу;
• оцінка екологічної ситуації на досліджуваних територіях дозволяє визначити найбільш завантажені та порушені зони (Донецько-Макіївської-Торецький райони Донбасу).
• завдяки поєднанню поверхні густини з точковим шаром Coal mines (mark) виявлено зона (Донецьк-Сніжне-Красний луч) найбільшої щільності розташування шахт та зроблено висновок про те, що ця територія схильна до максимального негативному екологічному впливу.

Виконана робота є початком комплексу дослідження з оцінки екологічної ситуації на території Донбасу та дозволить розробити напрямки щодо зниження негативного техногенних об'єктів вугільної промисловості на ОПС та обгрунтувати технологічні рішення.

В якості кінцевого результату очікується отримати прототип кадастрової системи техногенних об'єктів вугільної промисловості на прикладі невеликої ділянки місцевості, що має найбільшу кількість негативно-які впливають на навколишнє середовище факторів.

Під час написання реферату дослідження ще не закінчено. Остаточні результати будуть представлені в червні 2018 року на захисті магістерської роботи.

Список джерел

1. Электронная Горная энциклопедия [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.mining-enc.ru/ (дата обращения: 19.04.2017 г.).
2. Чумаченко Ф.А., Районирование техногенной нарушенности территории Восточного Донбасса на основе комплексного геоэкологического мониторинга [Текст]: дис. канд. геогр. наук (25.00.36) / Чумаченко Федор Андреевич; РГУ – Ростов-на-Дону, 2005. – 150 с.
3. Косов О.И., Оценка экологической безопасности территорий горных отводов ликвидируемых шахт восточного Донбасса [Текст]: дис. к. т. н. (25.00.36) / Косов Олег Иванович; ТулГУ – Тула, 2010. – 140 с.
4. Зубов А.А., Терриконы – объекты техногенной опасности/Журнал Екологічна безпека / Наукове видання: Кременчуцький державний політехнічний університет ім. Михайла Остроградського. – Кременчук: КДПУ, 2009. – Вип. 4(8). – С. 89–92.
5. Бакланов В.И. Растительные условия терриконов Донбасса: В кн. Интродукция растений и зеленое строительство в Донбассе. – К.: Наукова думка, 1970. – С. 15–25.
6. Калюжный Д.Н., Давыдов С.А., Дукарская Л.Г., Аксельрод М.Б. Загрязнение атмосферного воздуха сернистым газом от шахтных терриконов // Гигиена и санитария. –М.: Медгиз, 1950. – № 5.– С. 19-24
7. Саранчук В.М. Борьба с горением породных отвалов. – К.: Наукова думка, 1978. – 268 с.
8. Гибков Е.В, Эколого-географический анализ и оценка гидроэкологического риска на территории восточного Донбасса в связи с реструктуризацией угольной промышленности [Текст]: дис. канд. геогр. наук (25.00.36) / Гибков Евгений Викторович; ЮФУ – Ростов-на-Дону, 2011. – 152 с.
9. Смирницкая Н.Н., Использование ГИС-технологий в региональных и локальных экологических исследованиях (на примере Калужской обл.)[Текст]: дис. канд. геогр. наук (25.00.36) / Смирницкая Наталья Николаевна; КГУ им. К.Э. Циолковского – Калуга, 2006.
10. Краснощёков А.Н, Оценка экологического состояния территорий в системе кадастра городских земель [Текст]: дис. к. т. н. (25.00.36, 25.00.35) / Краснощёков Алексей Николаевич; ВлГУ – Владимир, 2004. – 160 с.
11. Грищенков Н.Н., Перспективы применения ГИС-технологий при решении задач техногенной и экологической безопасности Донбасса/Электронный архив ДонНТУ (г.Донецк) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ea.donntu.ru:8080/jspui/handle/123456789/4728 (дата обращения: 18.11.2017 г.)
12. Ranka Stankoviс. A WebGIS Decision Support System for Management of Abandoned Mines/ Ranka Stankovi´c, Nikola Vulovi´c, Nikola Lili´c, Ivan Obradovi´c, Radule Tošovi´c and Milica Peši´c-Georgiadis/ Energies.– 2016
13. Sonjay Mondal. Scientific Investigation of the Environmental Impact of Mines Using Geospatial Techniques over a Small Part of Keonjhar District of Orissa/ Mr. Sonjay Mondal, Dr. Jatisankar Bandayopadhyay, Dr. Debashish Chakravatry/ International Journal of Scientific and Research Publications. – Vol 4. – 2014
14. Mohamad Anis. GIS-based optimization method for utilizing coal remaining resources and post-mining land use planning: A case study of PT Adaro coal mine in South Kalimantan/ Mohamad Anis, Arifudin Idrus, Hendra Amijaya, Subagyo/ Journal of Geoscience, Engineering, Environment, and Technology. –Vol 02.-2017
15. Зубков Р.М., Матлак Е.С. Экологическая обстановка в Донецкой области [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://masters.donntu.ru/2011/feht/zaika_a/library/article7.htm (дата обращения: 19.11.2017 г.).
16. Горбачева Е.Ю. Эколого-геохимическая оценка состояния породных отвалов угольных шахт// Магистерская работа ДонНТУ [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://masters.donntu.ru/2012/feht/gorbachova/diss/index.htm (дата обращения: 15.11.2017 г.).
17. 17. Кучерина Е.В. Влияние геологических и ландшафтных факторов на загрязнение почвогрунтов поля шахты "Южно-Донбасская" № 3// Магистерская работа ДонНТУ [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://masters.donntu.ru/2009/ggeo/kucheryna/diss/index.htm (дата обращения: 15.11.2017 г.)
18. Фалевич В.В. Влияние отходов угледобывающего предприятия на окружающую природную среду (на примере ш. Полтавская Г.П. Орджоникидзеуголь)// Магистерская работа ДонНТУ [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://masters.donntu.ru/2008/ggeo/falevich/diss/index.htm (дата обращения: 15.11.2017 г.).
19. Волкова Т.П. Анализ выбросов загрязняющих веществ угледобывающих предприятий/ Волкова Т.П., Фалевич В.В./ Наукові праці ДонНТУ. Серія гірничо-геологічна. – 2008. – Вып. 8 (136). – с. 44–50.
20. Бенчарская В.В. Особенности техногенных изменений ландшафтов на поле шахты им. Калинина и их влияние на экологическое состояние окружающей среды// Магистерская работа ДонНТУ [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://masters.donntu.ru/2014/feht/bencharskaja/diss/index.htm (дата обращения: 15.11.2017 г.).
21. Кириллова Л.А. Методика определения количества вредных веществ, выбрасываемых горящим породным отвалом// Магистерская работа ДонНТУ [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://masters.donntu.ru/2012/igg/kirillova_l/diss/index.htm (дата обращения: 15.11.2017 г.).
22. Бията Ю.И. Рациональное использование техногенно нарушенных земель северного района города Донецка// Магистерская работа ДонНТУ [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.masters.donntu.ru/2013/feht/biata/diss/index.htm (дата обращения: 15.11.2017 г.).
23. Гладкая А.С. Разработка и обоснование проведения эколого-экономических мероприятий для создания ландшафтных парков – рекреационной зоны на территории породных отвалов Донецкого региона на примере шахты Иловайской// Магистерская работа ДонНТУ [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://masters.donntu.ru/2010/feht/gladkaya/diss/index.htm (дата обращения: 15.11.2017 г.).
24. Левицкая Е.М. Применение ГИС-технологий при оценке использования земельных ресурсов региона// Магистерская работа ДонНТУ [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://masters.donntu.ru/2012/igg/levitskaya/diss/index.htm (дата обращения: 15.11.2017 г.).
25. Скрипник О.О. Формування міжрегіональної системи екокоридорів Дніпропетровської та Донецької областей з використанням техногенних відновлювальних елементів/ О.О. Скрипник, С.М. Сметана, І.М.Кузик// Екологія і природокористування:збірник наукових праць Інституту проблем природокористування та екології НАН України.2011.–Випуск14.–С.102-113.
26. Официальный сайт Digitals [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.geosystema.net/digitals (дата обращения: 23.05.2017 г.)