Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• 1. Актуальность темы
• 2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты
• 3. Анализ литературных источников
• 3.1 Обзор международных и национальных источников
• 3.2 Обзор локальных источников
• 4. Выбор программного обеспечения
• 5. Векторизация и добавление пространственной и атрибутивной информации
• Заключение
• Список источников

Введение

Донбасс – старейший в восточной Европе бассейн, занимающий 1-е место по промышленному значению и размерам угледобычи. Разработка угольных месторождений представляет собой комплекс взаимосвязанных процессов горного производства по извлечению полезных ископаемых из недр земли. [1]. Однако, вследствие комплекса факторов, данная отрасль промышленности является одним из лидеров загрязнения и негативного влияния на окружающую природную среду всего региона.

1. Актуальность темы

На данный момент не существует ни целостного кадастра, ни систематического учёта техногенных объектов угольной промышленности. Отрасли, которая по факту является одной из наиболее развитых в регионе, а также, одной из наиболее серьёзных источников экологического загрязнения. Во время планирования мероприятий по улучшению экологической обстановки региона, ответственные за это лица вынуждены основываться на локальных или неполных данных, что чревато возможной нерациональностью и меньшей эффективностью проводимых мер.

Экология – комплексное понятие, а потому и подход при решении различных задач в этой области должен быть тоже комплексным, основанным на исчерпывающих данных, способных достоверно отразить ситуацию в масштабах не только угледобывающего предприятия или города, но и целого региона из нескольких областей.

Упорядоченный кадастр мог бы существенно облегчить принятие верных решений при разработке специальных мер по улучшению состояния природной окружающей среды и представить совокупность данных в более наглядном виде для людей, не имеющих специальных познаний в угледобывающей области.

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Цель работы – разработка концепции создания кадастровой системы техногенных объектов угольной промышленности на территории Донбасса, а также выбор и обоснование решений по экологической оценке территории Донбасса, подверженных негативному влиянию угольных предприятий. В качестве методики исследования было отдано предпочтение сбору и анализу данных о техногенных объектах угольной промышленности, использованию теории баз данных для систематизации информации, визуализации результатов с помощью геоинформационных систем.

Объект исследования – техногенные объекты угольной промышленности.

Предмет исследования – негативное влияние техногенных объектов угольной промышленности на окружающую природную среду.

В данном исследовании выделены следующие задачи:

1. изучение, систематизация и анализ различных данных по техногенным объектам угольной промышленности региона;
2. разработка структуры представления данных об объектах угольной промышленности для пространственной визуализации с помощью ГИС;
3. разработка методики анализа для принятия решений по экологической оценке территории Донбасса.

В качестве конечного результата ожидается получить опытный образец кадастровой системы техногенных объектов угольной промышленности на примере небольшого участка местности, имеющего наибольшее количество негативно влияющих на окружающую среду факторов.

3. Анализ литературных источников

Тема анализа техногенного влияния угольной промышленности на экологию Донбасса географически привязана к территории восточной Украины и Ростовской области Российской федерации. По этой причине имеющиеся исследования в этой области в подавляющем большинстве также принадлежат украинским и российским учёным. Тем не менее, проблема разрушения экологического баланса угледобычей является актуальной при разработке любого угольного бассейна, независимо от страны или континента. Исследователи других государств уже давно проявили интерес к вопросам использования современных геоинформационных систем для мониторинга и анализа экологической ситуации. Следовательно, имеется возможность опираться на опыт европейских и азиатских разработок.

3.1 Обзор международных и национальных источников

Согласно исследованиям Чумаченко Ф.А. [2] одним из наиболее негативно влияющих явлений на окружающую природную среду является реструктуризация угольной промышленности Донбасса и ликвидация угледобывающих шахт. Этого же вывода придерживается и Косов О.И. [3], разработавший в процессе своих исследований систему комплексного геоэкологического мониторинга на территориях горных отводов ликвидируемых шахт, включающую подсистемы гидрогеологического мониторинга; гидрологического мониторинга; газового мониторинга; геодинамического мониторинга; мониторинга земельных ресурсов; мониторинга технических работ.

Также, по данным Зубова А.А. [4], ещё одним критически важным источником негативного влияния на окружающую среду являются породные отвалы угольной промышленности, которые являются объектами повышенной техногенной опасности. Эта опасность исходит, прежде всего, от выделения вредных веществ из-за горения отвалов, а также просачивания различных минералов и элементов в грунтовые и наземные воды. По данным В.И. Бакланова [5] в терриконах Донецка ежегодно сгорает более 30 тыс. т серы и 150 тыс. т угля. Сущность самовозгорания углей или пород, содержащих уголь, по мнению Д.Н. Калюжного и др. [6] заключается в том, что уголь сорбирует на своей поверхности из воздуха молекулярный кислород, который образует с углеродом нестойкое пероксидное соединение. Последнее легко разлагается, выделяя при этом активный кислород, окисляющий уголь и превращающий последний в богатые кислородом стойкие соединения. Так как этот процесс – экзотермический, то он сопровождается повышением температуры, ускоряющим процесс окисления, что, в конечном счете, приводит к самовозгоранию.

Горение терриконов приводит к значительному изменению состава атмосферного воздуха и выпадению кислотных дождей, т.к. из одного горящего отвала за сутки в среднем выделяется в атмосферу 4-5 т оксидов углерода и от 600 до 1100 кг сернистого ангидрида, а также небольшие количества сероводорода, оксидов азота и других продуктов горения [7]. Отвалы угольных шахт подвергаются сильнейшей водной эрозии.

Целью научно-исследовательской работы Гибкова Е.В. [8], является выявление пространственно-временных закономерностей изменения гидроэкологической ситуации в Восточном Донбассе в связи с реструктуризацией угледобывающей промышленности.

На возможность использования ГИС-систем для выполнения экологических научных и прикладных задач, также внимание обращали не один раз. Эффективность использования геоинформационных систем доказывали в своих трудах Смирницкая Н.Н. [9] и Краснощёков А.Н. [10]. Грищенков Н.Н. [11] обращал внимание на необходимость создания и эффективность использования проблемно-ориентированных ГИС, и который пришёл к такому важному общему выводу, что ГИС помогает создать базовую структуру для совместной работы и общения, предоставляя общее поле ссылки на данные на основе их пространственного местоположения. То есть появляется возможность привязать к этому местоположению (или к находящемуся в данном месте объекту) любую связанную с ним информацию, легко извлекать ее и наладить удобный и быстрый обмен этой информацией.

Группа сербских учёных в лице Р. Станкович, Н. Вуловича, Н. Лилича, И. Обрадовича, Р. Тошовица и М. Пешич-Георгиадис [12] разработала проект кадастра заброшенных шахт на территории автономного края Воеводина в Сербии с помощью WebGIS технологий.

С. Мондал, Д. Бандайопадхай, Д. Чакраватры [13] исследовали воздействия горных выработок на окружающую среду с использованием геопространственных методов в округе Кеонджхар, штата Ориссы в Индии. А М. Анис, А. Идрус и Х. Амиджая в своей статье Метод оптимизации на основе ГИС для использования оставшихся ресурсов угля и планирования землепользования после добычи… [14] пришли к выводам касаемо имеющихся ресурсов для добычи в дальнейшем, а также на счёт оптимизации использования земель исследуемого участка.

3.2 Обзор локальных источников

Поскольку Донецк, а в частности и ДонНТУ, находится практически в центре Донецкого угольного бассейна, тема влияния угледобычи на окружающую среду и разработка методики по его устранению неоднократно затрагивалась как магистрантами, так и преподавателями в своих исследованиях.

В общих чертах экологическая обстановка в Донецкой области была освещена Зубковым Р.М. и Матлак Е.С. [15], разработавшими концепцию программы охраны окружающей среди и рационального природопользования области. Над оценкой и анализом воздействия различных техногенных объектов угольной промышленности трудились Горбачёва Е.Ю., Кучерина Е.В., Фалевич В.В., Волкова Т.П., Бенчарская В.В., Кириллова Л.А. [16-21], а над преобразованием нарушенных территорий и использованием отходов угледобычи работали Бията Ю.И. и Гладкая А.С. [22,23]. Левицкая Е.М. [24] в своей магистерской сосредоточилась на применении ГИС-технологий при оценке использования земельных ресурсов региона. А Кузык И.Н. с соавторами [25] пришли к выводам, что создание экосети – это многоступенчатый и ресурсоёмкий процесс, тем не менее, который позволит решить целый ряд проблем техногенных областей и обеспечить условия для жизни и здоровья граждан.

4. Выбор программного обеспечения

В качестве инструментов для выполнения данной работы рассматривались два программных пакета, обладающих необходимым функционалом в обработке и редактировании как растровых, так и векторных данных: ArcGIS и Digitals.

В пакете Digitals к непосредственно необходимым функциям для выполнения исследования относятся следующие:

• Загрузка спутниковых снимков из Google Maps и Virtual Earth
• Вставка в карту и сшивка множества растров
• Развитые средства редактирования карт и планов [26]

Однако, уже в самом процессе выполнения выяснилось, что работа в данной программе осложняется следующими факторами:

1. Большой объём скачиваемых данных. Поскольку площадь для которой требуются картографические или спутниковые данные очень велика (4 области: Донецкая, Днепропетровская, Луганская и Ростовская), крайне сложно и неудобно оперировать таким количеством информации (рис. 1).



Рисунок 1 – Демонстрация обёма скачиваемых данных

2. Высокие требования к аппаратному обеспечению при одновременной обработке большого количества растровой.
3. Растровые данные, которые удавалось загрузить и отобразить, были неудовлетворительного качества для проведения данного исследования.

ArcGIS не имеет возможности скачивать со специализированных сервисов, вроде Yandex maps или Google maps, растровую информацию. Однако, данная программа имеет хорошую альтернативу – используя подключение к интернету, есть возможность вывести на рабочее поле интерактивную ГИС-карту, имеющую схожие возможности с аналогами из Google и других, не теряя при этом в точности.

Таким образом, сравнивая оба программных пакета, автор пришёл к выводу о целесообразности применения пакета ArcGIS, так как он обеспечивает полный набор необходимых инструментов, функциональность и практичность.

5. Векторизация и добавление пространственной и атрибутивной информации.

Исходными данными в данной части работы является пространственная, физико-географическая информация из редактируемой онлайновой карты Wikimapia. На данный момент, в ней сосредоточен наиболее полный набор данных из опубликованных в свободном доступе во всемирной сети интернет.

Слои векторных данных, использовались следующего типа:

• слой Districts» – полигональный;
• слой DonbassBassein – полигональный;
• слой Coal mines (mark) – точечный;
• слои Зона 1–Зона 5 – полигональный;
• слой Линия разграничения – линейный.

Применение ArcGIS (версия 10.3.1) позволяет вывести на рабочее поле программы интерактивную ГИС-карту, позволяющую выбирать необходимую для исследования территорию, не теряя в точности.

Применение программы позволило сформулировать последовательно:

1. слой Districts, на котором размещены административно-территориальные единицы четырёх исследуемых областей;
2. взаимное размещение слоёв Districts и DonbassBassein, границ областей и границ донецкого каменноугольного бассейна;
3. взаимное размещение слоёв Districts, DonbassBassein и Coal mines (mark) – границ областей, границ угольного бассейна и точечного слоя, где каждая метка отвечает за местоположение отдельной шахты;
4. построение зоны плотности угольных шахт.

На карту было нанесено 397 угольных шахт, расположенных на исследуемой территории, а также создана атрибутивная таблица (рис. 2), в которую заносились данные относительно области, в которой предприятие расположено, названия, номера, текущего статуса и владельца (табл. 1).

К сожалению, вследствие современной военно-политической ситуации на исследуемой территории не всегда имеется возможность информацию подтвердить. Неработающие предприятия обязаны быть включены как объекты исследования, поскольку даже после закрытия и ликвидации остаются продукты промышленной деятельности, которые непосредственным образом влияют на окружающую природную среду.

Рисунок 2 – Атрибутивная таблица слоя Coal mines (mark)

Применение программы позволяет отсортировать по атрибутам из таблицы слоя визуальную информацию. Эта функция дала возможность отобразить и разделить угольные шахты на карте согласно их текущему статусу (рис. 3).

Рисунок 3 – Использования инструментов ArcGIS для сортировки объектов по атрибуту

Используя встроенные в пакет ArcGIS инструменты по созданию поверхностей, было создано несколько поверхностей плотности с разными параметрами и выбрана оптимальная.

Рисунок 4 – Последовательная векторизация и геоанализ
(анимация: 6 кадров, 8 циклов повторения, 136 килобайт)

Построенная совмещённая карта позволяет установить, что наибольшая плотность расположения угольных шахт приходится на участок Донецк-Снежное-Красный луч. Именно эти регионы наиболее подвержены негативному влиянию.

Заключение

Проведённые исследования и полученные практические результаты позволили сформировать следующие выводы:

• с помощью программного пакета ArcGIS разработаны совместные поверхности расположения зон влияния угольных шахт Донбасса;
• оценка экологической ситуации на исследуемых территориях позволяет определить наиболее загруженные и нарушенные зоны (Донецко-Макеевско-Торецкий районы Донбасса).
• благодаря совмещению поверхности плотности с точечным слоем Coal mines (mark) выявлена зона (Донецк-Снежное-Красный луч) наибольшей плотности расположения шахт и сделан вывод о том, что эта территория подвержена максимальному негативному экологическому влиянию.

Выполненная работа является началом комплекса исследования по оценке экологической ситуации на территории Донбасса и позволит разработать направления по снижению негативного техногенных объектов угольной промышленности на ОПС и обосновать технологические решения.

В качестве конечного результата ожидается получить опытный образец кадастровой системы техногенных объектов угольной промышленности на примере небольшого участка местности, имеющего наибольшее количество негативно-влияющих на окружающую среду факторов.

Во время написания реферата исследование еще не закончено. Окончательные результаты будут представлены в июне 2018 года на защите магистерской работы.

Список источников

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.)