Влияние добычи оловорудного сырья на речной сток малых рек горнопромышленных районов

Введение

Добыча полезных ископаемых является одним из ключевых источников дохода Российской Федерации, но также ведёт к значительному негативному экологическому воздействию. Так, на территории России накоплено уже более 80 млрд т отходов, расположенных на общей нарушенной горными работами площади 1,1 млн га. Ежегодно это число растёт и влечёт за собой снижение ключевых функций лесов, расположенных на местах и вблизи источников добычи и переработки минерального сырья. Создание таких объектов сопровождается сплошной вырубкой, снятием почвенного плодородного слоя и изменениями русел рек и речного стока¹ [1].

При этом состояние лесного массива является важным фактором в процессе формирования речного бассейна из поверхностных стоков, особенно в горнопромышленных районах [2]. М. Е. Ткаченко (1952) рассматривал водоохранную роль леса в более широком смысле и не сводил ее лишь к количественной оценке стока. По его мнению, благотворное влияние леса проявляется не только на поверхностных водах (реках, озерах, водохранилищах), но и на подземных, которые часто являются основным источником водообеспечения населенных пунктов и промышленных предприятий [3].

Согласно концепции всеобщей увлажняющей роли лесов леса характеризуются как экосистемы, способствующие накоплению влаги на водосборах и вследствие этого увеличивающие годовой суммарный сток [4]. Но существует и противоположная точка зрения, в которой лес рассматривается как мощный испаритель влаги, и поэтому увеличение лесистости уменьшает сток в реках [5]. В работе О.И. Крестовского на примере южной тайги установлено, что при сплошной рубке составляющая испарения значительно ослабляется и снижается на 20–40%. В результате ухудшается режим стока: в половодье объёмы жидкого стока увеличиваются, а в межень реки мелеют [6]. Техногенное воздействие приводит не только к изменению условий формирования различных видов стока [7–9], но и к трансформации характеристик диффузного загрязнения, влияя на качество поверхностных водоёмов [10], особенно при наличии токсичных элементов в виде тяжёлых металлов и мышьяка, что приводит к угнетению и гибели лесных насаждений в связи с их распространением в природных и техногенных компонентах окружающей среды [11].

Таким образом, формирование речного стока может зависеть от следующих факторов:

1. Природно-климатические условия могут влиять на объём годового речного стока и его распределение за счёт общего количества и характера осадков, их распределения по территории и во времени, температуры и влажности воздуха, а также скорости ветра, которые обусловливают потери стока вследствие испарения [4, 12];
2. Рельеф местности, а именно крутизна склонов и уклонов русел формируют условия для инфильтрации талых и дождевых вод в почву, склонового и подповерхностного стока, питания грунтовых горизонтов [13];
3. Почвенно-гидрологические условия, характеризующиеся большей водопроницаемостью пород и более мощными отложениями, формируют большую подземную ёмкость и её регулирующую способность, и, следовательно, и более равномерный сток в течение года [14];
4. Растительный покров влияет на интенсивность снеготаяния и скорость стекания воды по земной поверхности, тем самым оказывает воздействие и на водный режим [13];
5. Размер и форма водосборной площади имеют прямую корреляцию с равномерностью стока за счёт изменения доли подземного (грунтового) питания [15];
6. Озёрность и заболоченность водосбора способствуют снижению речного стока, так как из-за сильно обводненных водораздельных озерно-болотных массивов или низинных болот сток более зарегулирован и амплитуда колебаний водности менее значительна [16];
7. Антропогенное воздействие в виде регулирования и перераспределения речного стока, забора и сбросов воды в промышленности и сельском хозяйстве, мелиорации земель и др. приводит к кардинальному изменению естественного режима речного стока [17];
8. Лесистость территории является одним из ключевых факторов, регулирующих водный баланс, так как лесной массив способствует инфильтрации осадков и поддержанию меженного стока. Вырубка лесов снижает задержание влаги, что усиливает сезонные колебания водности рек [18];
9. Нарушение почвенного покрова путём удаления корнеобитаемого слоя ведёт к снижению водоудерживающей способности почвы [19];
10. Горнопромышленные объекты в виде хвостохранилищ и отвалов горных пород изменяют фильтрационные свойства водосборов, а загрязняющие вещества могут менять химический состав воды [20, 21].

Хвостохранилища Солнечного ГОКа являются объектами экологической и техногенной опасности, источниками загрязнения грунтовых и поверхностных вод, почвы, растительности и атмосферы при пылении с его поверхности [14, 22, 23]. Цель исследования – оценить воздействие горнодобывающего предприятия на формирование речного стока и снижение водности малых рек в речном бассейне р. Силинки. В рамках указанной темы были поставлены следующие задачи: 1 – анализ литературных данных по факторам, влияющим на формирование речного стока малых рек; 2 – характеристика нарушенной территории, занимаемой оловорудным предприятием; 3 – оценка лесистости и водоохранной функции лесов в границах влияния Солнечного ГОКа.

¹ Государственный (национальный) доклад о состоянии и использовании земель. URL: https://rosreestr.gov.ru/activity/gosudarstvennoe-upravlenie-v-sfere-ispolzovaniya-i-okhrany-zemel/gosudarstvennyy-natsionalnyy-doklad-o-sostoyanii-i-ispolzovanii-zemel-rossiyskoy-federatsii (Дата обращения: 07.11.2024)

Объекты и методы исследования

Объектом исследования послужили нарушенные территории бывшего Солнечного горно-обогатительного комбината (ГОК) в элементарном бассейне р. Силинки Солнечного района Хабаровского края [13, 24]. Солнечный ГОК являлся главным градообразующим предприятием Солнечного района. С 1969 г. накоплено большое количество токсичных отходов, складированных в три хвостохранилища.

В результате отработки открытым и закрытым способами касситеритовых и касситерит-сульфидных месторождений Солнечным горно-обогатительным комбинатом на дневной поверхности остались карьеры, часто значительные по размерам, и отвалы некондиционных руд и вмещающих пород, а также многочисленные штольни, из устья которых на склон сбрасываются вмещающие породы и рудничные воды (рис. 1).

Рис. 1. Карта-схема размещения техногенных объектов в бассейне р. Силинки

Сформированная в Комсомольском оловорудном районе горнопромышленная техногенная система в результате увеличения поверхности соприкосновения агентов выветривания с открытыми поверхностями сульфидных руд и тонкоизмельченными сульфидами хвостов активизирует гипергенные процессы, переходящие в следующую техногенную стадию.

Хвостохранилища Солнечного ГОКа сложены намывными песками серого цвета, иногда окрашенными гидроксидами железа, образующимися за счет окисления сульфидов, в коричневые оттенки. Размерность песчаных частиц в основном менее 0,5 мм. Около 1 % объема (в отдельных слоях – 3 %) занимают фракции более 2 мм, 70–83 % – 0,1–0,5 мм, 13–14 % – менее 0,1 мм (на отдельных горизонтах – 28 %). В вертикальном разрезе распределение песков по крупности зерен неравномерно. Согласно ранее проведённым исследованиям класса опасности отходов осушенные хвосты относятся к высоко опасному классу токсичности [25]. На территории нарушенных земель рекультивация в соответствии с Законом о недрах РФ не проводилась [26].

Первое хвостохранилище расположено напротив посёлка Горный на расстоянии около 100–500 м от обогатительной фабрики. Его площадь составляет 44 га, объём – 10,4 млн т (рис. 2, а).

Рис. 2. Техногенно-нарушенные территории бывшего Солнечного ГОКа:
а – действующая перерабатывающая фабрика АО «Оловянная рудная компания»;
б – поверхность второго хвостохранилища; в – поверхность третьего хвостохранилища;
г – поверхность отстойника месторождения «Фестивальное»

Отходы второго хвостохранилища активно перерабатывает компания ООО «Геопроминвест» с целью производства оловянного и медного концентратов (рис. 2, б).

В настоящее время активы бывшего Солнечного ГОКа, месторождения «Фестивальное» и «Перевальное», находятся под управлением АО «Оловянная рудная компания», которая перезапустила добычу олова и вольфрама и продолжила наполнять третье хвостохранилище (рис. 2, в, г).

Оценка лесистости бассейна р. Силинки проведена посредством расчёта нормализованного разностного индекса растительности (NDVI) с использованием данных Landsat 8 при обработке в QGIS. Согласно ранее проведенным исследованиям [27] определено, что значение индекса NDVI до 0,3 отражает безлесную территорию, выше 0,3 – покрытую лесом площадь.

Эколого-экономическая оценка воздействия работ по разведке и добыче полезных ископаемых не является стандартизированной и не имеет единого методического подхода. В данной работе использованы метод картографического моделирования с применением открытого программного обеспечения QGIS 3.10, а также рекомендации по расчёту экономического ущерба речному стоку через лесистость [28]:

M = −1,02 + 0,068 × Л, (1)

где М – модуль стока с 1 км² водосборного бассейна; Л – лесистость территории.

Результаты и обсуждение

Площадь речного бассейна Силинки составляет 1016 км² [29]. Бассейн реки относится к Дальневосточному таёжному лесному району и расположен в границах двух лесничеств: Комсомольского и Солнечного. На северо-западе расположена охранная зона памятника природы краевого значения «Оползневое озеро Амут», остальная часть лесного массива расположена в зелёной зоне или относится к эксплуатационным лесам.

За период с 2012 по 2024 г. площадь всей территории нарушенных земель в бассейне р. Силинки от горнопромышленной деятельности увеличилась с 341,5 га до 430,8 га (рис. 3).

Рис. 3. Карта-схема расположения техногенно-нарушенных территорий: а – первое хвостохранилище;
б – второе хвостохранилище; в – третье хвостохранилище; г – отстойник месторождения «Фестивальное». Примечание: синий – граница объекта в 2012 г., красный – граница объектов в 2024 г., фиолетовый – общая граница 2012 и 2024 гг.

Согласно геоинформационным исследованиям с использованием расчёта нормализованного разностного индекса растительности (NDVI) в QGIS из данных спутников программы Landsat в бассейне р. Силинки максимальное значение индекса не превышает 0,494, что можно отнести к средней степени развития лесной биомассы (рис. 4).

Рис. 4. Карта-схема бассейна р. Силинки с учётом нормализованного разностного индекса растительности (NDVI). Примечание: красный – граница исследуемого участка речной сети

По результатам анализа полученных растровых изображений (табл. 1, рис. 5) выявлено, что лесистость бассейна р. Силинки в местах размещения нарушенных территорий Солнечного ГОКа изменилась в зависимости от увеличения площади техногенных образований (рис. 6). Расчёт лесистости через вегетационный индекс показал снижение на 14,8 %.

Таблица 1

Параметры лесистости при расчёте с использованием NDVI в границах бассейна рек, на которых расположены техногенные объекты исследуемых горных предприятий

Рис. 5. Расчёт лесистости с использованием NDVI в границах бассейна рек, на которых расположены техногенные объекты исследуемых горнодобывающих предприятий (а – 2012, б – 2024). Примечание: чёрные пиксели отображают территорию, не покрытую лесом

Рис. 6. Зависимость лесистости на исследуемой территории от площади нарушенных земель в бассейне р. Силинки

Согласно рекомендациям по расчёту экономического ущерба речному стоку через лесистость (1) модуль стока с 1 км² водосборного бассейна для исследуемой территории на 2012 г. составил 3,978 тыс. м³. На 2024 г. – модуль речного стока составляет 2,9726 тыс. м³.

Налоговая ставка за 1 тыс. м³ из поверхностных вод водных объектов бассейна р. Амура (Дальневосточный регион) в пределах установленных квартальных лимитов водопользования равняется 264 руб. При заборе воды сверх установленных квартальных лимитов налоговые ставки устанавливаются в 5-кратном размере. Кроме того, налоговые ставки в 2024 г. применяются с коэффициентом 1,1.

Таким образом, стоимость 1 тыс. м³ воды на 2012 и 2024 гг. составляла 5776,05 и 4314,76 руб. соответственно.

Капитализированная стоимость исследуемой территории² равна 57760,5 и 43147,6 руб. соответственно.

Таким образом, снижение стоимости исследуемой территории, выполняющей водоохранную функцию в бассейне р. Силинки на 1 км² площади, можно определить как разность между капитализированной стоимостью исследуемого бассейна р. Силинки на 2012 и 2024 гг.

По результатам расчётов определено снижение средней стоимости 1 км² исследуемой территории в результате деятельности горнопромышленного предприятия на 14612,9 руб., что составляет около 25 %.

² Приказ "Об утверждении методики исчисления размера ущерба от загрязнения подземных вод" от 11.02.1998 № 81. Государственный комитет Российской Федерации по охране окружающей среды. 1998.

Заключение

Согласно проведенным исследованиям с использованием геоинформационных систем по расчёту нормализованного разностного индекса вегетации (NDVI) отмечается снижение лесистости речного бассейна в районе деятельности бывшего Солнечного горно-обогатительного комбината на 14,8 % относительно исследуемого водосборного бассейна р. Силинки на 2012 г., что подтверждает деградацию водорегулирующих функций растительного покрова. В результате снижения лесистости отмечается уменьшение модуля речного стока на 1,0064 тыс. м³, что эквивалентно снижению водности на 25 %. Расчёт средней стоимости 1 км² исследуемой территории на 2024 г. в результате деятельности горнопромышленного предприятия показал снижение на 14612,9 руб. горнопромышленных районов. Таким образом, процесс извлечения полезных ископаемых в виде оловорудного сырья в бассейне р. Силинки Солнечного района Хабаровского края приводит к снижению лесистости, что обуславливает прямо пропорциональное снижение водности малых рек.