ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание


1. Общая характеристика работы

Актуальность исследований

Территория проведения исследований парковой зоны «Донбасс-Арены» имеет очень сложное геологическое и тектоническое строение. В связи с чем здесь наблюдается экологические и структурно-геодинамические опасные зоны, которые могут негативно влиять на безопасность жизнедеятельности людей.

Поскольку данный объект имеет важное значение для Украины в связи с Евро-2012, а так же является зоной отдыха в г. Донецке, особенно важным является изучение состояния геологической среды и мониторинг ее состояния во времени.

Связь работы с научными программами, планами, темами.

Рaбота связана с научно-исследовательской работой кафедры ПИ и ЭГ Н8–07; программой научно-технического развития Донецкой области на период до 2020 года; Державною цільовою екологічною програмою проведення моніторингу навколишнього природного середовища (постанова Кабінету Міністрів України від 05.12.2007 №16761).

Цель работы

Установить особенности распределения в пространстве геохимических показателей вод, грунтов и почвенного воздуха на площади парковой зоны стадиона «Донбасс-Арена», определить экологически опасные участки.

Задачи исследований

      1. Исследовать состояние изученности вопроса.

    2. Составить карты распределения геохимических показателей первого водоносного горизонта, определить участки загрязнения.

     3.Составить карты распределения геохимических показателей почво-грунтов, определить участки загрязнения.

    4.Провести экспериментально-полевые исследования свойств грунтов, выявить их современное состояние и влияние на формирование ореолов загрязнения.

  5.Составить карты распределения геохимических показателей почвенного воздуха, выявить экологически неблагоприятные участки.

    6.Провести комплексную оценку ореолов загрязнения.

Объект исследования

Площадь парковой зоны «Донбасс-Арена».

Предмет исследования

Первый горизонт подземных вод, почво-грунты и почвенный воздух.

Методы исследований

Геохимические методы (литогеохимические, гидрогеохимические и атмогеохимические); методы математической статистики обработки данных;геофизические методы исследований.

Научная новизна

По данным карт распространения ореолов загрязнения установлено влияние разломов на очаги загрязнения компонентов геологической среды. Установлено, что максимальные изменения показателей компонентов окружающей среды приурочены к геодинамически активным участкам недр.

Впервые планируется установить изменение физико-химических свойств грунтов в течении года: состава почвенного воздуха, электромагнитных свойств почво-грунтов.

Практическое значение

Учет участков развития и периодов активизации экологически опасных явлений на площади исследований при обустройстве территории.

Личный вклад автора

Построены карты распределения аномалий в почве, подземных водах, планируется построение карт аномалий в почвенном воздухе.Выявлены особенности накопления химических элементов в водоносных горизонтах, почво-грунтах, почвенном воздухе над зонами разломов. Построены эколого-геохимические карты. Установлены участки загрязнения и факторы их формирования.

Планируется проведение полевых геофизических и атмогеохимических исследований, выявление аномалий; установление связи ореолов загрязнения с существующими геодинамическими зонами.

Апробация результатов

Результаты исследований докладывались наvХXIІ Всеукраинской научной конференции аспирантов и студентов «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» (ДонНТУ, 2012); на региональной студенческой конференции «Актуальные проблемы геологии и геоэкологии» (кафедра ПИ и ЭГ ДонНТУ, 2012).

2. Анализ ранее проведенных исследований

В последние десятилетия антропогенное давление на окружающую среду резко возросло. В регионах с интенсивно развитой промышленностью реки загрязняются сточными водами, происходит интенсивное загрязнение почвы и атмосферного воздуха. Нарушение и несоблюдение законов и правил природы, действующих независимо от воли людей, привело к тому, что Украина и, особенно, Донбасс стали регионами, где сложилась весьма напряженная, а местами катастрофическая экологическая ситуация [1].

Донецк относится к наиболее промышленно-развитым городам Украины. На геологическую среду города оказывается постоянное, интенсивное антропогенное воздействие. В связи с этим изучение распространения ореолов загрязнения, причины и закономерности их формирования в парковой зоне «Донбасс-Арена» является актуальным. Алексеенко В. А. в своей работе «Экологическая геохимия» занимался изучением накопления и распределения химических веществ в компонентах геологической среды городских территорий[2].

Современные экологические проблемы регионального и глобального масштаба рассмотрены в работе Вронского В. А. «Прикладная экология» [3].

Состояние различных сред обитания (атмосфера, гидросфера, педосфера, биота), их основные характеристики и принципы функционирования, приоритетность определения загрязняющих веществ рассмотрена в работе Крупской Л. Т. «Мониторинг среды обитания» [4].

Принципы экологического картографирования в экологической геологии и применение методов экологической геологии для решения природоохранных проблем рассматриваются в работе Абалакова А. Д. «Экологическая геология» [5].

Общие вопросы экологии Донецкой области освещены в работах Панова Б. С.с соавторами («Современные проблемы экологии Донецкого бассейна», «О техногенном влиянии на геологическую среду на примере Донецкого бассейна») и др. [1, 8].

Формирование ореолов загрязнения вблизи горящих породных отвалов, причины и распределение ореолов загрязнения в почвах города и области рассматривал в своих работах Выборов С. Г. [6].

Влияние геологических и ландшафтных факторов на загрязнение почво-грунтов поля шахты «Южно-Донбасская» №3 изучали Кучерина Е. В. и Алехин В. И. [7].

Данные работы брались в качестве примера, для анализа закономерности распределения химических веществ в почво-грунтах Донецка.

Наформирование ореолов загрязнения могут влиять как техногенные, так и природные факторы.

Негативное влияние на компоненты геологической среды в пределах исследуемой площади оказывают крупные промышленные предприятия города. Например, Донецкий металлургический завод, горные выработки шахты им. Калинина.

Автомобильные дороги, ограничивающие территорию исследований, детская железная дорога, стихийные свалки бытового мусора, располагавшиеся до реконструкции на площади проведения работ так же оказывали негативное воздействие на загрязнения почво-грунтов и подземные воды.

Среди природных факторов следует отметить такие как рельеф, литологический состав недр территории, тектонические факторы и др.

Связь активных тектонических нарушений с образованием геохимических барьеров в своей работе отмечал Алексеенко В. А. [2].

Проблемы влияния разломов на состав почв рассматривались в работах М. В. Пристинской, П.В. Койнаша, В. И. Алехина[12]. В. И. Алехина, Б. С. [13].

При рассмотрении данных вопросов авторами было установлено, что некоторые геохимические аномалии в почвах контролируются разрывными структурами. При этом в почвах площади исследований обнаружены экологически опасные аномалии многих химических элементов: цинк, мышьяк, кобальт, никель и многие др.

Для выявления и оценки современной активности тектонических структур используются методы структурно-геодинамического картирования (СГДК) разработаны в 70–е годы двадцатого века. Основоположниками методов являются Ю. С. Рябоштан и Е. П. Тахтамиров. Среди комплекса данных методов можно выделить – электромагнитный азимутальный. Для изучения энергомассопереноса исследования данным методом были проведены В. И. Алехиным [10, 11].

Им было установлено, что вдоль тектонически активных структур происходит сток энергии и глубинного вещества, отмечается формирование месторождений и рудопроявлений эндогенного генезиса различного возраста. Из чего можно сделать предположение, что в местах тектонических активных структур возможно формирование не только месторождений, но и ореолов загрязнения различных химических компонентов.

В пределах Донецка геофизические исследования методом СГДК–А проведены в недостаточном объеме. На исследуемой площади парковой зоны «Донбасс-Арена» такие исследования ранее проводились на отдельных участках.

Обзор литературы дает возможность сделать вывод о том, что проблеме формирования и распределения ореолов загрязнения геологической среды уделяется много внимания, но, не смотря на все это, она остается недостаточно исследованной. Особенно мало изучены вопросы изменения параметров ореолов во времени в связи с цикличными процессами в природе.

Весьма актуальным является рассмотрение данных с целью выявления причин образования ореолов загрязнения и возможной их взаимосвязи с тектоническими процессами.

3. Методика исследований

На площадке проведения работ, ранее организацией УКРНИИНТИЗ ДГП «Донбасстройизыскания» проводились геохимические работы, в частности по отбору литогеохимических проб и гидрогеохимических проб, их лабораторный анализ, а так же атмогеохимические исследования.

Геофизические исследования планируется проводить в весенне&-летний период на участке парковой зоны близь стадиона «Донбасс-Арена» с помощью метода структурно-геодинамического картирования азимутальным способом (СГДК–А).

3.1. Методика геохимических исследований

При геохимических исследованиях изучают рассеянное в средах химическое вещество и геохимическую обстановку пород, химический и газовый составы компонентов геологической среды. Такие комплексные исследования позволяют выделить ореолы загрязнения химическими веществами.

Литогеохимическая съемка на площади исследований осуществлялась с бурением неглубоких (до 30–40 м) скважин (по керну).

Гидрогеохимические исследования проводились при бурении скважин. Пробы на анализ отбирались путем опытных откачек, после длительной прокачки воды в скважинах для ее очистки от примесей.

Весь комплекс анализов проводился согласно установленным ГОСТам.

На участке парковой зоны планируются атмогеохимические исследования – измерение углекислого газа и метана в почвах. Работы будут проводится с использованием шахтного интерферометра ШИ-10 и газового анализатора метана французского производства – МХ2100.

Измерение газов будет производится по профилям, которые будут задаваться на местности после детального изучения геологического строения площади и по результатам геофизических работ.

Обработка геохимических данных проводилась с помощью программного пакета SPSS. Предварительно формировались выборки по компонентам геологической среды. Далее выполнялись статистические расчеты параметров распределения и превышения допустимых концентраций химических веществ в почво-грунтах и подземных водах. Нормирование содержания компонентов проводится по ПДК и региональному фону.

Для построения карт распространения ореолов загрязнения в грунтовых водах использовались данные полученные при расчете показателя загрязнения. Показатель загрязнения выражает степень опасности загрязнения подземных вод и определяется для каждого из элементов, по которым было установлено превышение ПДК в отобранных пробах.

Показатель загрязнения рассчитывается по формуле:

ПЗ = С / ПДК, где

С – содержание элемента в пробе;

ПДК – предельно допустимая концентрация этого элемента.

Также был рассчитан суммарный показатель загрязнения территории Zc.

Построение карт ореолов загрязнения осуществлялось по средствам компьютерной программы SURFER, а так же с помощью таких программ как MapInfo и Photoshop CS5. Были построены моноэлементные карты в изолиниях, а также карты геохимических аномалий.

3.2. Методика геофизических исследований

Полевых геофизические исследования планируется проводить методом структурно-геодинамического картирования азимутальным способом (СГДК–А). Данный метод предназначен для картирования геодинамических зон, которые влияют на формирование ореолов загрязнения. Структурно-геодинамическое картирование прошло проверку в различных странах, является легким, оперативным и экономически выгодным методом.

Азимутальная съемка будет проводится с помощью прибора ЭФА – электронного фиксатора анизотропии. ЭФА является горизонтальной малобазовой установкой с жестким креплением магнитных диполей, прибор рассчитан на работу в горной среде. Установка относится к разряду индикаторных средств измерения.

С помощью ЭФА осуществляется оперативное определение геодинамических зон по изменению анизотропии электропроводности в покровных отложениях. Наблюдения проводятся по профилям на открытых площадках радиусом около 1,5 м. Помехи при проведении измерений создают объекты, обладающие собственным сильным электромагнитным полем (например, ЛЭП). Техногенные покрытия (асфальт, бетон), а также природные (лед, снег), не препятствуют работе, если их мощность не превышает 2 м [16] .

Цель исследований заключается в выявлении и регистрации азимутальной неоднородности электрических свойств горных пород поверхностного горизонта на геофизических пикетах. Съемку планируется проводить по профилям, которые будут заданы исходя из анализа геологического строения территории и по данным геохимических исследований в местах выявления ореолов загрязнения.

4. Основные результаты работ

Площадка, выбранная для проведения исследований, в административном отношении находится в Киевском районе города Донецка, она лежит в пределах существующего парка им. Ленинского Комсомола, в 350м к северо-востоку от пересечения улицы Челюскинцев и проспекта Мира, на свободной от застройки территории (рис. 4.1) [14] .

Космоснимок места проведения работ

Рис. 4.1. Космоснимок места расположения стадиона и его парковой зоны

Для выявления элементов-загрязнителей в почво-грунтах и подземных водах парковой зоны «Донбасс-Арены» были проведены аналитические исследования более 100 проб почво-грунтов и 40 проб подземных вод.

В пробах были исследованы содержания следующих элементов и веществ: в подземных водах – аммоний, хлориды, сульфаты, нефтепродукты, фенолы, Ni, Hg, Cu, Cr, Pb, Cd, Zn, цианид; в почво-грунтах – Cd, Cr, Cu, Pb, Ni, Zn, Hg, сульфаты, нефтепродукты.

Для всех проб с помощью пакета программ SPSS были рассчитаны описательные статистики среднего и максимального значения, превышение ПДК и регионального фона по элементам и веществам.

Для подземных вод установлено превышение ПДК для сульфатов (в 34 пробах), свинца (в 21 пробе).

Карта загрязнения вод первого водоносного горизонта свинцом представлена на рисунке 4.2.

Карта-схема

Рис. 4.2. Карта-схема загрязнения первого водоносного горизонта свинцом

На территории исследований обработаны анализы 40 проб почв (на глубине до 1 м) и рыхлых отложений(на глубине 3-5м).

В почвах на глубине до 1м изучены 14 химических элементов и соединений, построены карты их распределения по площади, выявлены аномалии, проведена оценка их экологической опасности относительно регионального фона и ПДК. За региональный фон приняты значения, полученные Приазовской геологосъемочной партии в процессе геохимических исследований участков степной зоны Приазовья, не подверженных антропогенному влиянию. Региональный фон по этим данным составляет: для хрома –98,2 мг/кг; для свинца –19,8 мг/кг. Фоновое содержание сульфат-иона в почвах по некоторым данным составляет 300 мг/кг.

В результате проведенных исследований установлено, что три показателя(хром, свинец и сульфат-ион) в почвах и рыхлых отложениях в некоторых точках превышают как региональный фон, так и ПДК. Концентрация хрома в почвах местами достигает 700 мг/кг, что более чем в 7 раз превышает фоновые значения и в 7 раз больше значения ПДК для этого элемента. Свинец превышает фоновые концентрации в некоторых точках в 1,5–2 раза, но не превышает ПДК для почв. Содержания сульфат-иона в почвах участка незначительно превышают фоновый уровень лишь в нескольких точках опробования.

Карта суммарного показателя загрязнения почв в районе «Донбасс-Арена» представлена на рисунке 4.3.

Анализ пространственного распределения аномалий химических веществ в почвах показал, что большинство аномалий, превышающих фоновые концентрации в 2 и более раз, установлены вблизи выходов к дневной поверхности разломов, их ответвлений и пересечений. В целом аномалии протягиваются вдоль зон влияния Французского и Коксового надвигов в юго-восточном направлении, захватывая стадион «Донбасс-Арена». Наблюдаются также локальные участки ураганных концентраций загрязняющих веществ. Один из таких участков, например, отмечен в зоне лесонасаждений северо-восточной части площади.

Карта распределения ореолов загрязнения в почвах

Рис. 4.3. Карта суммарного показателя загрязнения почв

Часть парковой зоны располагается в лесопосадке, уходящей практически до железнодорожного полотна детской железной дороги. До начала реконструкции парковой зоны здесь отмечались небольшие свалки различных отходов, поэтому логично предположить, что образование некоторых локальных участков ураганного загрязнения могут быть связаны с такими свалками.

Проведен анализ состава рыхлых отложений в зоне водонасыщения на глубинах 3-5м. Наибольшие концентрации, превышающие фон в этой зоне характерны для сульфат-иона (в 10 пробах зафиксированы концентрации в 700–1000 мг/кг). Такое положение вещей может быть обусловлено наличием сероводородного барьера. Обычно сероводородный барьер возникает в грунтах, когда подземные воды встречают на пути своего движения выходы глубинных вод, обогащенных сероводородом, выделение газа H2S за счет разложения органических веществ и других факторов. Подпитка глубинными водами возможна в зоне влияния Французского и Коксового надвигов, здесь же ранее отмечались интенсивные газовые аномалии. Не исключены и утечки в грунты городских канализационных стоков, создающих сероводородную обстановку. Ниже парковой зоны в сторону реки Кальмиуса нами наблюдались выходы таких стоков на дневную поверхность. Схема образования сероводородого барьера представлена на рисуке 4.4.

рисунок 4.4.

Рисунок 4.4. – Схема образования геохимических барьеров в близи тектонических нарушений (1 – Контур стадиона; 2 – Коксовый надвиг; 3 – Французский надвиг; 4 – Осадки, 5 – Выход газа вблизи тектоничнних нарушений; 6 – Глеевая обстановка; 7 – Места локализации геохимических барьеров)

Планируются геофизические исследования. Их проведение даст возможность установить изменение физико-химических свойств грунтов в течении года: состояние почвенного воздуха, электромагнитные свойства грунтов.

Список использованной литературы

  1. Панов Б. С. Современные проблемы экологии Донецкого бассейна/ Б.С. Панов // Геофизический журнал НАН Украины.– 2003. – №3.
  2. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия / В.А. Алексеенко // М.; Логос. – 2000. –627 с.
  3. Вронский В. А. Прикладная экология/ В.А. Вронский // Учебное пособие для студентов ВУЗов. – Ростов н/Д.: изд-во «Феникс». – 1996. – 501 с.
  4. Крупская Л.Т., Дербенцева А.М. Мониторинг среды обитания/ Л.Т. Крупская, А. М. Дербенцева// Владивосток. – 2007. – 124 с.
  5. Абалаков А. Д. Экологическая геология/ А.Д. Аблакова// Учебное пособие. – Иркутск.: Изд-во Иркут гос-го ун-та. – 2007. – 267 с.
  6. Силин А.А., Выборов С.Г. Формирование ореолов загрязнения вблизи горящих породных отвалов/ А.А. Силин, С.Г. Выборов // Донецкий национальный технический университет. Збірка доповідей ХХ Всеукраїнська наукова конференція аспірантів і студентів. Том 2. – Донецьк. – 2010. – С. 72-73.
  7. Кучерина Е.В., Алехин В.И. Влияние геологических и ландшафтных факторов на загрязнение почво-грунтов поля шахты «Южно-Донбасская» №3/ Е.В. Кучерина, В.И. Алехин // Донецкий Национальный Технический Университет. Охорона навколишнього середовища. – 2009 / Збірник тез VIII Міжнародної наукової конференції аспірантів та студентів 14-16 квітня 2009 року. – Донецьк, ДонНТУ – 2009.
  8. Панов Б. С., Алехин В.И., Леось О. Ю. О техногенном влиянии на геологическую среду на примере Донецкого бассейна/ Б.С. Панов, В.И. Алехин, О.Ю. Леось.
  9. Алехин В. И., Аноприенко А. Я., Анциферов А. В., Купенко В. И. и др. Геодинамическое картирование: методы и аппаратура/ В. И. Алехин, А.Я. Аноприенко, А.В. Анциферов, В.И. Купенко и др. // Донецк: ДонНТУ, Технопарк ДонГТУ «Унитех». – 2007. – С. 144.
  10. Алехин В. И. Энергомассоперенос в геодинамических структурах локального уровня и его практическое значение/ В.И. Алёхин // Проблемы общей и региональной геологии. – Новосибирск: Наука, 1971. – С. 33-36.
  11. Алехин В. И. Проницаемость и неотектоническая активность разломов Приазовского блока Украинского щита в связи с оценкой их рудоносности/ В.И. Алехин // Наукові праці Донецького державного технічного університету. Серія: гірничо-геологічна. Випуск 45. – Донецьк, ДонДТУ, 2002. – С. 38-44.
  12. Пристинская М. В., Койнаш П. В., Алехин В. И. Влияние разломов на формирование экологически опасных аномалий химических элементов в почвах/ М.В. Пристинская, П.В. Койнаш, В.И. Алехин // Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів. Зб. доп. 2 міжнар. наук. конф. аспірантів і студентів. – Том 2. – Донецьк, 2003. – С. 117-118.
  13. Алехин В. И., Панов Б. С., Койнаш П. В., Коренев В.В. Геохимические особенности почв на карбонатных породах в зоне влияния Южно-Донбасского глубинного разлома / В.И. Алёхин, Б.С. Панов, П.В. Койнаш // Наук. Праці ДонНТУ. Серія гірничо-геологічна. Вип. 55. – 2003. – С. 120-125.
  14. Научно-технический отчет об инженерных изысканиях для строительства стадиона "Шахтер" в парке им. Ленинского Комсомола в г.Донецке. Инженерно-геологические изыскания. Том 1./ Под редакцией Бузько В. Н., Бадекина Ю. Н. – Донецк. – 2005.
  15. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Эколого-геохимическая съемка». /Составил: В. И. Алехин. – Донецк, ДонНТУ. – 2006. – 22 с.
  16. Селюков Е. И., Стигнеева Л. Т. Краткие очерки практической микрогеодинамики/ Е.И. Селюков, Л.Т. Стигнеева// СПб.: Питер. – 2010. — 56 с.