Анотація до роботи:

Долгова Т.І. «Комплексна оцінка стану грунтів в гірничодобувних районах та прогноз наслідків їх техногенної трансформації». – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 21.06.01 – «Екологічна безпека». – Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2005.

Дисертація присвячена рішенню науково-прикладної проблеми підвищення ефективності контролю екологічної безпеки в гірничопромислових районах за станом техногенно трансформованих ґрунтів та наслідками їх зміни. Вирішення цієї проблеми базується на використанні встановлених закономірностей взаємозв’язку між інтегрованим рівнем дії гірничих підприємств на грунти та їх екологічною стійкістю, ступенем мінливості, здатністю до самоочищення та родючистю в умовах техногенного навантаження, а також обгрунтуваних показників комплексної оцінки перебудови грунтів під дією визначених факторів техногенезу, прогнозу її наслідків за рівнем стійкості та критеріїв вибору екологічно доцільних методів їх реабілітації. Для її вирішення використовували сформовану систему екологічного моніторингу грунтів, межуючих з гірничими підприємствами, методичну основу якої складають розроблені методи їх комплексної оцінки, а саме: аналізу їх стану і здатності до самовідновлення, прогнозу наслідків техногенної трансформації і визначення екологічного бонітету, вибору екологічно доцільних методів їх реабілітації, а також дослідження рівня техногенного впливу на них гірничих об’єктів. В процесі створення цих методів застосовували традиційні методи дослідження грунтів (хімічні, фізичні, біохімічні, геохімічні та ін.) для одержання інформації, яку використовували як основу для моделювання, системного аналізу, математичної статистики та ГІС-технологій, що забезпечило переведення їх моніторинга з біоекологічного на геосистемний рівень.

У дисертації, що є завершеною науково-дослідною роботою, сформульована і вирішена науково-прикладна проблема підвищення ефективності контролю екологічної безпеки в гірничопромислових районах за станом техногенно трансформованих ґрунтів та наслідками їх зміни. Ця проблема була вирішена на основі встановлених закономірностей взаємозв’язку між інтегрованим рівнем дії гірничих підприємств на грунти та їх екологічною стійкістю, ступенем мінливості, здатністю до самоочищення та родючистю в умовах техногенного навантаження, а також обгрунтуваних показників комплексної оцінки перебудови грунтів під дією визначених факторів техногенезу, прогнозу її наслідків за рівнем стійкості та критеріїв вибору екологічно доцільних методів їх реабілітації.

Основні наукові і практичні результати, висновки і рекомендації роботи полягають у наступному:

1. Видобування й переробка корисних копалин в Україні, які складають понад 70% всієї маси споживаємих природних ресурсів, є причиною техногенної трансформації грунтів під впливом широкого спектру різних за механізмом дії та кінцевим результатам факторів техногенезу, а також їх сполучень, ефекти від реалізації яких призводять до виникнення екологічно небезпечних ситуацій з маштабною деградацією грунтів, від стійкості яких залежить екологічний стан інших компонентів довкілля, що обумовлює актуальність вирішення науково-прикладної проблеми підвищення ефективності контролю екологічної безпеки в гірничопромислових районах за станом техногенно трансформованих ґрунтів та наслідками їх зміни.

2. Техногенна трансформація грунтів навколо гірничодобувних підприємств залежить не тільки від традиційно враховуємого техногенного навантаження, яке вони спричиняють, але й спектра ініційованих факторів техногенезу, кількості їх реалізуємих сполучень, специфіки дії цих факторів та їх сполучень при певному рівні екологічної стійкості деградованих грунтів. Але через те, що гірниче виробництво перебільшує інші промислові об’єкти з спектру реалізуємих факторів техногенезу, а також набору та характеру проявляємих ефектів, їх глибини та різноманіття, тривалості дії та інтенсивності впливу, саме в гірничопромислових районах виснаження екологічних ресурсів грунтів здійснюється в 2-3 рази інтенсивніше, чим в районах розташування підприємств іншої галузі.

3. Кожне гірниче підприємство має свій перелік ініційованих ним факторів техногенезу, що викликають екологічно небезпечну трансформацію грунтів, специфічну в кожному конкретному випадку, але весь спектр деградаційних змін цих екосистем в межах впливу основних типів гірничопромислових об’єктів є наслідком реалізації їх одинадцяти найбільш суттєвих видів: вилучення і деформації грунтів, зниження рівня водоносних горизонтів, порушення технологій водовідведення, фільтраційного забруднення, скидання високомінералізованих і стічних вод без очищення, газовиділення, пиловиділення, комплексного пилогазовиділення під час буропідривних робіт, кислотного стікання з поверхні зовнішніх відвалів, їх вилуговування, а також горіння шахтних відвалів.

4. Відсутність методів, необхідних для рішення всіх поставлених в роботі задач, а також обмежені можливості існуючих аналогів є причиною додаткової розробки методів комплексної оцінки цих екосистем та прогнозу наслідків їх техногенної трансформації. При їх створенні на базі традиційних методів використовували елементи моделювання, ГІС-технологій, системного аналізу та математичної статистики, що забезпечило переведення екологічного моніторингу грунтів з біоекологічного на геосистемний рівень. Вперше були розроблені методи, рекомендовані до використання при дослідженні грунтів як об’єкту оцінки впливу, що дозволяє не тільки підвищити ефективнвсть контролю екологічної безпеки в гірничих районах, але й підійти до оптимізації управління якістю грунтів, а через них і екологічним станом довкілля:

4.1. Метод визначення рівня техногенного впливу гірничодобувних об’єктів на грунти (T_k), що не має на цей час аналогів, дозволяє не тільки проводити оцінку рівня техногенного впливу гірничих підприємств будь якого типу на ценози грунтів, виходячи із суми коефіцієнтів техногенної дії всіх факторів техногенезу, які вони ініціюють, але й визначати вклад кожного із цих факторів в антропотехногенну трансформацію грунтів.

4.2. Метод визначення рівня самовідновлення грунтів (АПГ), які опинилися під дією гірничих комплексів, рекомендовано для визначення резерву їх мінливості при дії на них факторів техногенезу, що відповідає потенційній здатності цих грунтів до самоочищення.

4.3. Метод комплексної оцінки ступеня мінливості грунтів (К) рекомендовано для визначення їх реакціїї на сумарний техногенний вплив, що не тільки дозволяє абстрагуватися від кількості діючих факторів техногенезу, їх спектра, сполучень і специфіки реалізації, але й оцінювати спрямованість процесів їх трансформації, виходячи з того, що збільшення ступеня мінливості цих екосистем свідчить про зростання екологічної небезпеки процесів їх перебудови.

4.4. Метод прогнозної оцінки наслідків дії гірничого виробництва на грунти (Е), що адекватно відображає рівень їх екологічної стійкості до техногенного навантаження, рекомендовано використовувати для визначення напрямку, згідно з яким необхідно проводити реабілітацію грунтів та оцінювати екологічну доцільність обраних для цього методів.

4.5. Метод визначення екологічного бонітету грунтів (Б_е), на відміну від традиційних розробок, рекомендовано використовувати для аналізу не теоретично можливої, а реальної родючість грунтів в умовах конкретного техногенного навантаження за рахунок оцінки екологічної дестабілізації параметрів, що приймають участь у формуванні їх потенційної родючості.

5. Для вибору екологічно доцільних методів реабілітації грунтів вперше рекомендовано спосіб, що базується на послідовній реалізації низки етапів, в кожному з яких використані розроблені методи комплексної оцінки цих грунтів: 1) визначення послідовності проведення робіт з відновлення грунтів шляхом аналіза рівня впливу на них діючих факторів техногенезу; 2) аналіз напрямку, за яким доцільно проводити реабілітацію грунтів (реконструкція, відновлення, стимуляція самовідновлення), виходячи з рівня їх екологічної стійкості; 3) пошук методів рекультивації грунтів, адекватних обраному напрямку їх реабілітації (1…n); 4) оцінка відповідності обраних методів (1…n) необхідному напрямку відновлювальних робіт шляхом послідовного зіставлення розрахованого рівня екологічного потенціалу грунтів, які можна відновити за цими методами (Е_а¹…E_aⁿ), з рівнем стійкості їх регіонального аналога (Е_р); 5) вибір із проаналізованих методів варіанта з максимальним наближенням Е_а^х до Е_р, який і буде доцільним в конкретних екологічних умовах.

6. Визначивши відносний рівень дії кожного із факторів техногенезу, джерелом яких є певне гірниче підприємство, у загальному рівні його впливу на грунти, можна не тільки зорієнтувати проведення реабілітаційних заходів на ті елементи виробництва, які в реальних умовах представляють максимальну екологічну небезпеку для екосистем грунтів, але й надати оцінку кінцевим екологічним ефектам плануємих робіт:

6.1 Екологічно небезпечна ситуація в гірничодобувних районах Дніпропетровської області виникає, в основному, через реалізацію наступних факторів техногенезу: комплексного пилогазовиділення під час буропідривних робіт, фільтраційного забруднення, порушення технологій водовідведення, вилучення і деформації грунтів, а також скидання високомінералізованих і стічних вод без очищення. На долю цих факторів припадає від 50,0 до 80,0% всього об’єму деструктивного впливу гірничих об’єктів на прилеглі до них грунти, реабілітація яких, спрямована саме на ці фактори, дозволить збільшити екологічну стійкість вказаних екосистем на 20,0-45,0%.

6.2. При проведенні буропідривних робіт рекомендовано перехід на безтротилові вибухові речовини із зниженням потужності зарядів ВР, що дозволить зменшити рівень впливу на грунти цього техногенного фактора в середньому на 20%, підвищивши при цьому їх екологічну стійкість більше чим на 11%.

6.3. При підземній розробці вугілля в Західному Донбасі негативна трансформація грунтів здійснюється, в основному, за рахунок їх прямих втрат при осіданні й деформації земної поверхні з порушенням її суцільності, порушення технологій водовідведення та скидання мінералізованих та стічних вод без очищення, на долю яких припадає в середньому 16, 23 та 12% відповідно від загального рівня впливу вказаного підприємства на грунти. Встановлено, що перехід цього вугледобувного комплекса на технології з закладенням виробленого простору дозволить зменшити його техногенний вплив на грунти на 70-80%.

7. Техногенна трансформація грунтів під дією гірничого виробництва є причиною погіршення фітосанітарної та санітарно-гігієнічної обстановки на територіях, що межують з цими підприємствами. Встановлено, що під впливом цих техногенних об’єктів достовірно знижується продуктивність рослинних спільнот на 5-10% та зростає захворюваність населення на 15-20%.

8. Розробка науково-методичних основ підвищення ефективності контролю над техногенною перебудовою грунтів під дією гірничодобувних підприємств включає системний підхід до цієї проблеми з використанням відповідного алгоритму: аналіз стану грунтів – аналіз їх екологічної стійкості – аналіз ступеня екологічної небезпеки напрямку їх трансформації – визначення рівня техногенного впливу на грунти гірничих підприємств – визначення послідовності проведення відновлювальних робіт – вибір напряку, за яким доцільно проводити відновлення грунтів – вибір екологічно доцільних методів відновлення грунтів. Реалізація цього підходу базується на застосуванні створених методів комплексної оцінки трансформованих грунтів, прогнозу наслідків їх техногенної перебудови, оцінки рівня впливу на них гірничих об’єктів та способа вибору екологічно доцільних методів їх відновлення, а також традиційних методів аналізу – математичного моделювання, ГІС-технологій, математичної статистики та ін.

Проведені лабораторні дослідження, наступна аналітична обробка одержаних результатів, а також апробація рекомендованих методичних розробок підтвердили коректність пропонуємих наукових та організаційних рішень. Вони реалізовані в рекомендаціях та пропозиціях, зокрема, в розробленій системі регіонального екологічного моніторинга (СЕМ «Придніпров’є»), при підготовці проекта системи моніторинга території міста Жовті Води, при складанні екологічної карти Дніпропетровської області, а також в методах, які забезпечують основні етапи контролю екосистем грунтів в районах локалізації гірничодобувних підприємств та становлять теоретичну основу рішення задач прикладного характеру, в тому числі: проведення екологічного аудіту, експертизи та інспектування, підготовки материалів ОВОС, планування екологічно обгрунтованого рівня техногенного навантаження на території, прилеглі до гірничопромислових підприємств, розробки територіальних схем розвитку та розміщення виробничих об’єктів, розробки територіальних комплексних схем охорони довкілля та ін.

Основні положення і результати дисертації опубліковані в таких роботах:

1. Экологические основы природопользования / Грицан Н.П., Шпак Н.В., Шматков Г.Г., Шапарь А.Г., Бабий А.П., Долгова Т.И., Нестеренко В.Л., Федотов В.В. – Днепропетровск: ИППЭ НАН Украины, 1998. – 409 с.

2. Долгова Т.И. Шапарь А.Г. Горнодобывающие комплексы и вторичный гидроморфизм почв // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2003. – № 2 – С. 118-121.

3. Долгова Т.И. Дестабилизация почвенного гомеостаза под воздействием техногенной нагрузки (Криворожский регион) // Науковий вісник НГАУ. - 2002. - № 2. - С. 98-101.

4. Долгова Т.И. Особенности эколого-геохимической характеристики почвенных систем Приднепровского региона // Сб. научн. тр. НГА Украины. – 2001. - № 12. – Т. 1. – С. 262-272.

5. Долгова Т.І. Техногенне навантаження на системи грунтів південних районів Дніпропетровської області // Вісник Житомирського інж.-технол. ін-ту. - 2002. - № 3(22). - С. 152-157.

6. Долгова Т.И. Трансформация почвенных систем в районе локализации зон депрессий водоносных горизонтов // Сб. научн. тр. НГА Украины. – 2002. - № 14. - Т.1. - С. 150-159.

7. Долгова Т.И. Преобразование почвенных систем в Приднепровском регионе в результате применения взрывчатых веществ (на примере Криворожского железорудного бассейна) // Екологія і природокористування. – Дніпропетровськ: ІППЕ НАН України, 2002. – Вип.4. – С. 113-118.

8. Шапарь А.Г., Долгова Т.И. Экологическая оценка качества педоценозов // Екологія і природокористування. – Дніпропетровськ: ІППЕ НАН України, 2001. – Вип. 3. – С. 77-87.

9. Долгова Т.И. Деградация почвенных систем под воздействием пыления, инициируемого предприятиями горнодобывающего комплекса // Разработка рудных месторождений. – Кривой Рог: КТУ, 2003. – Вып. 82. – С. 150-159.

10. Долгова Т.И. Экологическая оценка качества почвенных ценозов с учетом степени их засоления // Вісник Нац. техн. ун-ту України. Сер. «Гірництво». – К.: НТУУ «КПІ»: ЗАТ «Техновибух», 2003. – Вип. 8. – С. 147-153.

11. Долгова Т.И. Визначення функцій самовідновлення екосистем грунтів при різних рівнях їх забруднення // Екологія і природокористування. – Дніпропетровськ: ІППЕ НАН України, 2000. – Вип.2. – С. 88-91.

12. Долгова Т.И. Особенности загрязнения педоценозов Днепропетровской области веществами фенольной природы // Науковий вісник НГАУ. - 2001. - № 1. - C. 94-96.

13. Долгова Т.И. Уровень вторичного осолонцевания почв Днепропетровской области // Науковий вісник НГАУ. - 2001. - №. 2 – С. 98-100.

14. Мирошник Г.А., Долгова Т.И. Оценка степени изменчивости почв при мониторинге их загрязнения на примере Днепропетровской области // Сб. научн. тр. НГА Украины. – 2001. - № 11. - Т.1. - С. 123-129.

15. Долгова Т.И. Некоторые аспекты интегральной оценки азотной нагрузки на педоценозы юга степной зоны Украины // Науковий вісник НГАУ.- 2001. - № 3. - С. 102-104.

16. Долгова Т.И. Эффект комбинированного воздействия цианидов и тяжелых металлов на почвенные ценозы промышленных регионов // Науковий вісник НГАУ. - 2001. - № 5. – С. 5-7.

17. Долгова Т.И. Особенности корригирующего влияния поверхностно-активных веществ на тяжелые металлы в почвенных ценозах // Науковий вісник НГАУ. - 2001. - № 6. - С. 98-102.

18. Долгова Т.И., Гринев В.М. Эффекты комбинированного воздействия нитратов и тяжелых металлов на почвенные системы Приднепровья // Науковий вісник НГАУ. - 2002. - № 1. – С. 99-102.

19. Долгова Т.И., Гринев В.М. Некоторые аспекты почвенного мониторинга. Нефть и нефтепродукты в почвах Днепропетровской области // Науковий вісник НГАУ. - 2002. - № 3. - С. 102-105.

20. Долгова Т.И. Вторичное и комбинированное загрязнение почвенных экосистем с участием нефтепродуктов // Науковий вісник НГАУ. - 2002. - № 5. - С. 101-104.

21. Долгова Т.И. Комбинированные эффекты поверхностно-активных и азотсодержащих веществ в почвах юга степной зоны Украины на примере Днепропетровской области // Науковий вісник НГУ. - 2003. - № 1. - С. 95-97.

22. Шапарь А.Г., Долгова Т.И. Методологические проблемы экологической безопасности // Екологія і природокористування. – Дніпропетровськ: ІППЕ НАН України, 2003. – Вип.5. – С. 31-35.

23. Долгова Т.И. Оценка степени антропогенного воздействия на биологическую активность и плодородие почв по их энзиматической активности: Препр./ АН Украины. Ин-т проблем природопользования и экологии; 92-7. Днепропетровск, 1992. – 51 с.

24. Биоэкологические характеристики в моделировании антропогенеза природных экосистем / Шматков Г.Г., Кораблева А.И., Грицан Н.П., Долгова Т.И., Рязанцева И.А., Федотов В.В.: Препр./ АН Украины. Ин-т проблем природопользования и экологии; 93-1. – Днепропетровск, 1993. – 73 с.

25. Долгова Т.И. Коррекция почвенного гомеостаза предприятиями по добыче и переработке полиметаллических руд в условиях юга степной зоны Украины // Труды научн. симпозиума «Неделя горняка-2003» / Горный информационно-аналитический бюллетень. – М.: МГГУ. – 2003. – № 12. – С. 49-52.

26. Долгова Т.И. Использование отдельных параметров агрохимического модуля в организации службы почвенного мониторинга // Труды Межгосударств. научн.-практ. конф. «Проблемы землепользования в условиях реформирования экономики». – Вып.3. – Киев: СОПС, 1993. – С. 33-35.

27. Долгова Т.И. Пространственная вариабельность тяжелых металлов в почвах Днепропетровской области // Труды Межгосударств. научн. конф. «Современные проблемы охраны земель». – Часть 2. – К.: СОПС: НАН України. – 1997. - С. 238-239.

28. Долгова Т.И. Использование функциональной зависимости оксидазной активности почв от уровня содержания в них нефтепродуктов для определения характера и степени коррекции почвенного гомеостаза // Труди 1V Междунар. конф. «Франція та Україна, науково-практичний досвід у контексті діалогу національних культур». - Том. 2. – Ч. 2. – Дніпропетровськ: ДДУ. – 1997. - С. 31-32.

29. Долгова Т.И. Методы оценки экологического потенциала почв // Труди Міжнар. конф. «Екологія кризових регіонів України». – Дніпропетровськ: РВВ ДНУ. – 2001. – С. 26.

30. Долгова Т.И. Нефтепродукты и опасность вторичного загрязнения почвенных систем // Труды II Междунар. симпоз. «Безопасность жизнедеятельности в XXI веке». - Днепропетровск: МАНЭБ. - 2002. – С. 25.

31. Долгова Т.И. Экологическая оценка качества педоценозов как исчерпаемого природного ресурса // Труди Міжнар. наук.-практ. конф. «Проблеми природокористування, сталого розвитку та техногенної безпеки» – Дніпропетровськ: ІППЕ НАН України, 2001 – С. 100-102.

32. Долгова Т.И., Уварова Л.В. Обоснование выбора методов рекультивации земель (на примере почв, трансформированных под воздействием пыления объектов горнодобывающих предприятий) // Труди Міжнар. наук.-практ. конф. «Оптимізація агроландшафтів: раціональне використання, рекультивація, охорона». – Днепропетровск: ДАУ, 2003. – С. 165-167.

У роботах, написаних у співавторстві, внесок дисертанта такий: [1] – характеристика грунтів та земельних ресурсів Дніпропетровській області, аналіз їх забруднення, ідея та розробка методу визначення екологічного бонітету; [2, 14, 18, 32] – ідея та методика досліджень; [8] – апробація метода, районування территорії області за ступенем їх техногенної трансформацїї; [19] – аналіз наслідків забруднення грунтів нафтою; [22] – ідея міждисциплінарного характеру проблем екологічної безпеки; [24] – аналітична обробка інформації щодо математичного моделювання антропогенезу ґрунтів.