Еколого-геоморфологічний аналіз середньої частини басейну Сіверського Дінця

Размещено на http://www.allbest.ru/

Луганський державний педагогічний університет імені Тараса Шевченка

УДК 551.4.013(477.61):574

ЕКОЛОГО-ГЕОМОРФОЛОГІЧНИЙ АНАЛІЗ

СЕРЕДНЬОЇ ЧАСТИНИ БАСЕЙНУ СІВЕРСЬКОГО ДІНЦЯ

11.00.04 - геоморфологія і палеогеографія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

Кисельов Юрій Олександрович

Луганськ - 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Луганському державному педагогічному університеті імені Тараса Шевченка Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор геолого-мінералогічних наук, професор Фісуненко Олег Петрович, Луганський державний педагогічний університет імені Тараса Шевченка, завідувач кафедри географії

Офіційні опоненти: доктор географічних наук, професор Мельничук Іван Васильович, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, завідувач кафедри геоморфології і палеогеографії;

кандидат географічних наук, доцент Чемерис Михайло Петрович, Волинський національний університет імені Лесі Українки, доцент кафедри фізичної географії

Провідна установа: Харківський національний університет імені В.Н.Каразіна, геолого-географічний факультет

Захист відбудеться 3 липня 2001 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К.35.051.08 у Львівському національному університеті імені Івана Франка (79000, м.Львів, вул. Дорошенка, 41)

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Львівського національного університету імені Івана Франка (79005, м.Львів, вул. Драгоманова, 5)

Автореферат розісланий 31 травня 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Волошин П.К.



АНОТАЦІЯ

Кисельов Ю.О. Еколого-геоморфологічний аналіз середньої частини басейну Сіверського Дінця. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за спеціальністю 11.00.04 - геоморфологія і палеогеографія. - Луганський державний педагогічний університет імені Тараса Шевченка, Луганськ, 2001. денудація геоморфосфера ерозія вуглевидобувний

Вперше для східної частини України як регіону з надзвичайною порушеністю геоморфосфери, що впливає на життя і здоров'я населення, здійснено регіональний еколого-геоморфологічний аналіз. В основу його проведення було взято ступінь ураженості геоморфосфери негативними природними чинниками (особливо ерозією) та рівень антропогенно-техногенного навантаження на земну поверхню, викликаного головним чином вуглевидобувною діяльністю. Удосконалено методику регіонального еколого-геоморфологічного аналізу, зокрема, розроблено засіб визначення шару підземної техногенної денудації. Визначено рівень впливу природних чинників та антропогенно-техногенного навантаження на геоморфосферу та її елементи, обчислено інтегровані показники еколого-геоморфологічної небезпеки регіону, складено серію картосхем. Виконано еколого-геоморфологічне районування досліджуваної території, обґрунтовано напрямки оптимізації природокористування та складено схему заходів, спрямованих на поліпшення еколого-геоморфологічної ситуації в регіоні.

Ключові слова: геоморфосфера, природна або нормальна ерозія, відхилення від норми змиву, деградація водотоків і річкових систем, антропогенно-техногенне навантаження, підземна техногенна денудація, еколого-геоморфологічна небезпека, еколого-геоморфологічне районування, оптимізація природокористування.



Киселёв Ю.А. Эколого-геоморфологический анализ средней части бассейна Северского Донца. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата географических наук по специальности 11.00.04 - геоморфология и палеогеография. - Луганский государственный педагогический университет имени Тараса Шевченко, Луганск, 2001.

В диссертационной работе содержатся результаты эколого-геоморфологического анализа, проведённого впервые для восточной части Украины. Природные условия и связанные с ними виды природопользования определили высокий потенциал развития неблагоприятных геоморфологических процессов в регионе.

В работе охарактеризованы экологические последствия широко распространённых на исследуемой территории эрозионных процессов. Составлена серия картосхем, рассчитан ряд показателей эрозионной опасности, вошедших в интегрированный показатель эколого-геоморфологической опасности.

Проведён анализ процессов деградации водотоков и речных систем региона на протяжении последнего столетия. В результате анализа выявлено уменьшение количества водотоков и их суммарной длины. Эколого-геоморфологическое значение данного явления обусловлено влиянием эрозионных процессов на эволюцию гидросети и ухудшение гидрогеоморфологической ситуации.

Проанализирована эколого-геоморфологическая роль оползневых и карстовых процессов в регионе. Подчёркуто, что под влиянием антропогенно-техногенного фактора эти интразональные в прошлом процессы стали типичными для исследуемой территории.

Для угольного бассейна в пределах региона рассчитаны значения мощности слоя подземной техногенной денудации, на основании чего построена соответствующая изолинейная картосхема. Выполнен сопряжённый анализ картосхемы подземной техногенной денудации и картосхемы проседания дневной поверхности над шахтными выработками. Выявленное отсутствие полного соответствия между этими процессами объясняется сложностью и разнообразием геолого-тектонического строения и различной глубиной и объёмом подземных выработок.

Впервые осуществлён географический анализ проявления опасных явлений на шахтах Луганской области, составлена картосхема всех видов подземных катастроф и потенциальной опасности возникновения катастрофических явлений на шахтах региона.

Проанализированы социальные аспекты проблем, связанных с закрытием шахт.

Установлено, что угольная промышленность существенно влияет на геоморфосферу, а через неё - на все компоненты природной среды, создавая экологические проблемы, решение которых должно иметь комплексный характер.

Проанализировано влияние на элементы геоморфосферы других видов природопользования - сельскохозяйственного, строительного и транспортного освоения территории.

На основе анализа и оценки природных факторов и антропогенно-техногенных нагрузок создана система показателей, которая содержит группу данных о природной составляющей, группу данных о действии средостабилизирующих факторов и группу данных, которые характеризуют антропогенно-техногенное воздействие на геоморфосферу региона.

При оценке эколого-геоморфологической опасности был использован метод индексации базовых показателей, который позволил их сравнить и дать с определённой степенью точности экспертную интегрированную оценку выделенных факторов.

Полученные интегрированные показатели послужили основой для эколого-геоморфологического районирования территории Луганской области. Обосновано выделение пяти эколого-геоморфологических районов, для которых составлены комплексные характеристики. Наинизший уровень эколого-геоморфологической опасности характерен для Левобережно-Придонецкого эколого-геоморфологического района (центральная часть области). Наиболее высокий (катастрофический) уровень эколого-геоморфологической опасности свойственный Севернокряжевому эколого-геоморфологическому району (северный макросклон Донецкого кряжа).

Разработаны три основных направления оптимизации эколого-геоморфологической ситуации в регионе - экологическое, экономическое, социальное, а также по видам природопользования, характерных для исследуемого региона. Даны рекомендации по осуществлению оптимизационных мероприятий в разрезе выделенных эколого-геоморфологических районов.

Ключевые слова: геоморфосфера, природная или нормальная эрозия, отклонение от нормы смыва, деградация водотоков и речных систем, антропогенно-техногенная нагрузка, подземная техногенная денудация, эколого-геоморфологическая опасность, эколого-геоморфологическое районирование, оптимизация природопользования.



Kyselov Yu.O. Ecological and geomorphological analysis of the middle part of the Siversky Donets river basin. - Manuscript.

The dissertation thesis for getting a scientific degree of candidate of geographical sciences, specializing index 11.00.04 - geomorphology and paleogeography. - Luhansk State Pedagogical University named after Taras Shevchenko, Luhansk, 2001.

It is for the first time the regional ecological and geomorphological analysis for the Eastern Ukraine as the region with an extremal transgression of geomorphosphere, that influences people's wellness, is analysed. The basic criteria of analysis implementation were the extent of geomorphosphere affected by negative natural factors (especially by erosion) and the level of anthropogenic and technogenic load on the earth's surface that is caused mainly by mining activity. Methodics of regional ecological and geomorphological analysis has been improved, in particular the method of defining a stratum of subterranean technogenic denudation. The level of natural factors influence and anthropogenic and technogenic load on geomorphosphere and its elements is defined in the thesis. Integral indices of ecological and geomorphological jeopardy of the region have been calculated and a set of schematic maps has been made. An ecological and geomorphological division into districts of the studied territory has been carried out. The main directions of optimization of a natural utilization are based and the scheme of measures aimed at ecological and geomorphological situation improvement in Ukraine is set in the proposed dissertation thesis.

Key words: geomorphosphere, natural or normal erosion, deflection from the discharge norm, degradation of currents and river systems, anthropogenic and technogenic load, subterranian technogenic denudation, ecological and geomorphological jeopardy, ecological and geomorphological division into districts, optimization of a natural utilization.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Еколого-геоморфологічний аналіз є одним з новітніх напрямів у науці про рельєф, яка у своїй класичній формі вивчала геоморфосферу, геоморфологічні системи та форми рельєфу, їх будову, розвиток, динаміку, видозміни в природних умовах. Але дедалі зростаючий вплив господарської діяльності людини на довкілля, зокрема літогенний компонент і рельєф, зумовив виникнення нової галузі в геоморфологічній науці - екологічної геоморфології. Тому одночасно з традиційним геоморфологічним аналізом певної території постала необхідність здійснювати й еколого-геоморфологічний [Ковальчук, 1997], спрямований на вивчення взаємозв'язків і наслідків взаємодій між різними компонентами геосистем та чинниками їх функціонування - літогенними, гідрокліматогенними, педобіогенними, антропогенними, а також екологічних наслідків взаємодії природної й техногенної підсистем.

Високим ступенем перетвореності геоморфосфери відзначається обраний нами регіон дослідження - середня частина басейну Сіверського Дінця, тобто Луганська область. Антропогенно-техногенний пресинг на природне середовище, зумовлений особливостями видів природокористування, в структурі якого переважає вугільна промисловість, призвів до суттєвого погіршення екологічного стану всіх його компонентів, зокрема літогенного. Науковим підґрунтям пошуку шляхів відтворення екологічної рівноваги в геоморфосфері є еколого-геоморфологічний аналіз, який для східного регіону України проводиться вперше.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Обраний напрям досліджень тісно пов'язаний з тематикою робіт кафедри географії Луганського педуніверситету. Тема дослідження відповідає Державній науково-технічній програмі Міністерства освіти і науки України 0.1 “Екологічна безпека України”, змістові державних програм Управління екології та природних ресурсів у Луганській області. Основні результати здійснених автором досліджень тісно пов'язані з “Планом дій з охорони довкілля, раціонального використання природних ресурсів та забезпечення екологічної безпеки в Луганській області” (1999-2005 рр.), затвердженим розпорядженням голови облдержадміністрації №575 від 29 липня 1999 року; вони використані при розробці концепції екологічного оздоровлення басейну р.Сіверський Донець (довідка Державного управління екології та природних ресурсів у Луганській області №530 від 7 лютого 2001р.).

Метою роботи є виявлення чинників та оцінка наслідків прояву несприятливих геоморфологічних явищ і процесів, аналіз екологічної ситуації, спричиненої геоморфологічним, ландшафтним та соціально-економічним чинниками, еколого-геоморфологічне районування регіону та обґрунтування системи оптимізаційних заходів, спрямованих на зниження еколого-геоморфологічної ситуації та підвищення ефективності природокористування.

Для досягнення мети вирішувалися такі завдання: 1) удосконалити наукові засади і методику еколого-геоморфологічних досліджень регіону; 2) створити базу даних основних показників, що відображають стан геоморфосфери і тенденції його змін упродовж ХХ ст.; 3) оцінити вплив природних та антропогенних чинників на зміну стану геоморфосфери; 4) розрахувати показники еколого-геоморфологічної небезпеки та провести еколого-геоморфологічне районування території; 5) визначити першочерговість і характер заходів щодо відновлення стійкості геоморфосфери; 6) обґрунтувати практичні рекомендації, спрямовані на оптимізацію стану геоморфосфери.

Об'єктом дослідження є фрагмент геоморфосфери середньої частини басейну Сіверського Дінця, що виступає середовищем життя й господарювання людини, і природні та антропогенні рельєфоутворюючі процеси, що впливають на стан природно-техногенних об'єктів, життєдіяльність людини, напругу еколого-геоморфологічної ситуації, умови природокористування.

Предметом дослідження є суб'єкт-об'єктні взаємодії в системі “геоморфосфера - людина”, зокрема, механізми перетворення рельєфу антропогенними чинниками, динаміка спектру й інтенсивності геоморфологічних процесів, їх екологічні наслідки тощо.

Методологічною основою дослідження є закони і принципи геоекології. Стрижневою методологічою засадою є комплексний і системний підходи.

Новизна роботи полягає в удосконаленні методики еколого-геоморфологічних досліджень та її апробації на прикладі одного з унікальних регіонів Лівобережної України, який зазнав надмірного впливу інтенсивного господарського освоєння, що пов'язано з розробкою родовищ кам'яного вугілля; еколого-геоморфологічній оцінці ролі ерозійно-акумулятивних та інших екзогенних процесів у формуванні геоекологічної ситуації в регіоні; вперше здійсненій оцінці масштабів порушення геоморфосфери в межах регіону внаслідок гірничовидобувної діяльності, оцінці небезпеки техногенних аварій і катастроф, пов'язаних з особливостями природокористування, зокрема, з вуглевидобутком; комплексній характеристиці впливу природних та антропогенно-техногенних чинників на стан геоморфосфери регіону; проведенні (вперше для регіону) оцінки еколого-геоморфологічної небезпеки, еколого-геоморфологічного районування території та обґрунтуванні системи природозахисних рішень.

Практичне значення одержаних результатів. З урахуванням причин виникнення та особливостей географії несприятливих еколого-геоморфологічних процесів і ситуацій, тенденцій зміни їх напруги оцінено параметри антропогенного навантаження на геоморфосферу в межах середньої частини басейну Сіверського Дінця, що є передумовою конструктивно-геоморфологічного обґрунтування комплексної схеми заходів, спрямованих на відновлення екологічної рівноваги на ділянках геоморфосфери, покращення екологічної ситуації, підвищення ефективності природокористування.

Особистий внесок здобувача полягає в тому, що ним уперше здійснений регіональний еколого-геоморфологічний аналіз для східної частини України в межах середньої частини басейну Сіверського Дінця - території з інтенсивним та різнобічним розвитком промислового та сільськогосподарського виробництва, у структурі господарства якої переважає вугільна промисловість. Зокрема: 1) оцінено вплив на геоморфосферу домінуючих видів природокористування; 2) проіндексовано види та визначено рівень гірничопромислового, сільськогосподарського тощо навантаження на геоморфосферу; 3) здійснено аналіз деградації гідромережі регіону під впливом змін природних умов та розвитку несприятливих процесів у природних комплексах; 4) розроблено методику визначення показника деградації літосфери - шару підземної техногенної денудації; 5) на підставі фондових і статистичних даних створено серію карт екологічної небезпеки (за ерозійним потенціалом, антропогенно-техногенними змінами земної поверхні тощо); 6) вперше для басейну Сіверського Дінця отримано інтегровані показники впливу природних чинників та антропогенного навантаження на геоморфосферу і визначено рівень екологічної небезпеки, на підставі чого здійснено еколого-геоморфологічне районування досліджуваної території; 7) розроблено схему впровадження заходів з оптимізації еколого-геоморфологічної ситуації у виділених еколого-геоморфологічних районах.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідалися та обговорювалися на міжнародній конференції “Українська геоморфологія: стан і перспективи” (Львів, 1997), Всеукраїнській конференції “Ландшафт як інтегруюча концепція ХХІ сторіччя” (Київ, 1999), Всеукраїнській науковій конференції студентів та аспірантів “Географічні дослідження в Україні на межі тисячоліть” (Київ, 2000), VIII з'їзді Українського Географічного товариства (Луцьк, 2000), Міжнародній науково-методологічній конференції “Ландшафт як основа науки. Проблеми постнекласичних методологій” (Вінниця, 2000), Міжнародній науково-практичній конференції до 50-річчя кафедри геоморфології і палеогеографії Львівського національного університету імені Івана Франка “Геоморфологічні дослідження в Україні: минуле, сучасне, майбутнє” (Львів, 2000), щорічних підсумкових наукових конференціях Луганського державного педагогічного університету імені Тараса Шевченка (1998-2001рр).

Публікації. За темою дисертації автором опубліковано 13 праць, у т. ч. 3 - у виданнях, рекомендованих ВАК України.

Обсяг і структура роботи. Текст дисертації викладений на 146 сторінках і складається із вступу, шістьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Загальний обсяг роботи становить 223 сторінки, в т. ч. ілюстрації й таблиці - на 69 сторінках (33 рисунки й 36 таблиць), список використаних джерел на 23 сторінках (236 найменувань) та 13 додатків на 20 сторінках.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ І РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

У першому розділі дисертації проводиться історичний аналіз розвитку еколого-геоморфологічного напрямку географічних досліджень та його теоретико-методологічне обґрунтування, а також характеризуються основні методи здійснення еколого-геоморфологічного аналізу регіону. Джерелами виникнення екологічної геоморфології стали такі наукові напрямки, як регіональний геоморфологічний аналіз [Дмітрієв, 1936; Кашменская, 1980; Cимонов, 1972; Соколовський, 1973; Цись, 1961 та ін.], антропогенна геоморфологія [Молодкин, 1973, 1976, 1986 та ін.], динамічна геоморфологія [Ласточкин, 1987, 1991 та ін.], інженерна геоморфологія [Палиенко, 1978; Рудько, 1996 та ін.] тощо.

У перший період розвитку екологічної геоморфології (1987-1992) розроблялися переважно її загальні теоретико-методологічні засади. Екологічна геоморфологія була, по суті, методом виявлення впливу геоморфологічних об'єктів на довкілля та, навпаки, навколишнього середовища на ці об'єкти. Еколого-геоморфологічний аналіз, таким чином, був у той час певною мірою одним з методів інженерної геоморфології, як це відзначає В.В.Стецюк [1997]. Наукові засади та практичну реалізацію еколого-геоморфологічного аналізу здійснили Д.А.Тимофєєв [1991] та І.П.Ковальчук [1992, 1997]. І.П.Ковальчук першим в Україні здійснив апробацію теоретичних положень екологічної геоморфології на прикладі конкретного регіону, розпочавши таким чином другий, сучасний етап у розвитку екологічної геоморфології. Регіональні еколого-геоморфологічні дослідження території України цілеспрямовано провадилися на цей час лише в західному та південному її регіонах; у східній частині вони не здійснювались, що й зумовило наш вибір об'єкта еколого-геоморфологічного аналізу.

Для цього було використано різноманітну інформаційну базу, зокрема, картографічні джерела (топокарти масштабів від 1:200000 до 1:25000 різних років зйомки), фондові, статистичні матеріали, результати власних польових досліджень.

Для виконання поставлених завдань широко використовувалися традиційні методи, деякі прийоми було вдосконалено або розроблено автором, наприклад, методику визначення показника відхилення реальних втрат ґрунту при площинному змиві від теоретично розрахованих.

Уперше для вугільного регіону були здійснені розрахунки щодо масштабів утворення підземних порожнин внаслідок гірничовидобувної діяльності. Нами запропоновано поняття “шар підземної техногенної денудації”, розроблена методика його визначення та складено відповідну картосхему.

Оцінка еколого-геоморфологічної ситуації здійснювалася на підставі розрахованих інтегрованих показників еколого-геоморфологічної небезпеки територїї за природними чинниками (крутизна схилів, лісистість території, питома вага угідь середовищестабілізуючого призначення тощо) та рівнем антропогенно-техногенного навантаження (щільність шахт, відсоток земель під відвалами, кар'єрами тощо). При цьому було використано метод групування та індексації базових показників, який дозволив їх співставити та дати з певною мірою точності експертну оцінку виділених чинників.

У другому розділі висвітлюються природні передумови формування геоморфосфери регіону. Їх аналіз свідчить про значний потенціал розвитку несприятливих геоморфологічних процесів. Доказом цього є розраховані автором морфометричні показники рельєфу, зокрема крутизни схилів (45,2% угідь приурочено до схилів крутизною понад 2°), горизонтального (до 1-2 км/км²) та вертикального (до 200-300 м) розчленування території.

Геолого-тектонічна будова Донецького кряжа зумовлює специфічні риси рельєфу, що сприяють концентрації поверхневого стоку, та, як наслідок, інтенсивному розвитку ерозійних процесів. Поширення в регіоні родовищ корисних копалин зумовлює утворення в місцях їх видобутку різноманітних форм антропогенно-техногенного рельєфу, деформацію літосфери та пов'язаних з цим негативних екологічних наслідків.

Негативний вплив на еколого-геоморфологічну ситуацію здійснює також низький рівень лісистості території (8,6% від площі регіону).

Вагому роль у змінах стану геоморфосфери відіграє кліматичний чинник, зокрема, режим опадів, та протиерозійні властивості ґрунтів і ґрунтозахисні - рослинного покриву.

У третьому розділі характеризуються сучасні рельєфоутворюючі процеси регіону та їх вплив на формування еколого-геоморфологічної ситуації. Особливе місце у спектрі несприятливих природних процесів займають водна ерозія, карстові та зсувні процеси, які в умовах інтенсивних промислових навантажень набули антропогенно-техногенного характеру. Як наслідок, сільськогосподарські угіддя в Луганській області еродовані на 66,1%, а площа еродованої ріллі за останні 35 років зросла з 54,7 до 65,5%, що більш ніж удвічі перевищує загальноукраїнський рівень [Шикула, 1968]. Надмірна розораність земельного фонду Луганської області (61%) призвела до зниження рівня протиерозійної стійкості ґрунтів і рельєфу.

Територіальний і часовий аналіз прояву площинної ерозії в межах досліджуваного регіону свідчить, що загальною закономірністю є більша ураженість площинним змивом території правобережної частини Луганської області, де сконцентрована майже вся промисловість, особливо гірничовидобувна, і землі зазнають більшого навантаження. За нашими розрахунками, тут щорічний змив ґрунту становить понад 10 т/га, а максимальні модулі ерозії сягають 15,7 т/га за рік. Підраховано, що загалом область щорічно втрачає через площинний змив близько 10 млн т ґрунтової маси. При цьому 64,1% від цієї величини змивається зі схилів крутизною понад 3°. Такий темп ерозії є чи не головною причиною катастрофічного рівня еколого-геоморфологічної небезпеки.

Для характеристики еродованості земель та її екологічної оцінки на підставі фондових матеріалів Інституту захисту ґрунтів від ерозії УААН було обчислено ряд показників. За методикою М.М.Заславського [1971] підраховано модуль площинного змиву, що становить 4 м³/га/рік. Шар змитого ґрунту становить 0,54 мм, що вдвічі перевищує швидкість ґрунтоутворення для чорноземів, розраховану М.Є.Бельгібаєвим та М.І.Долгилевичем [1970].

Еродованість земель може бути виразно охарактеризована запропонованим нами показником відхилення (?L) реальних втрат ґрунтового покриву (L_p) від “нормального” [Литвин, 1998] змиву (L_n), або швидкості відновлення ґрунту, який визначався за формулою: ?L = L_p - L_n . Виявлено, що найбільші параметри перевищення реальних втрат ґрунту над теоретично розрахованими притаманні Перевальському та Лутугинському районам (рис.1), землі яких розташовані на крутосхилах Донецького кряжа. Аналіз просторової приуроченості одержаних показників (усі - зі знаком “--”) дає підстави для визначення ступеня небезпеки використання земель для сільськогосподарських потреб у межах відповідних ділянок.

Змив ґрунту зі схилових орних земель супроводжується винесенням розчинних та завислих речовин, у т.ч. компонентів мінеральних добрив і пестицидів, важких металів, радіонуклідів, які нагромаджуються в підземних та поверхневих водах, донних відкладах, погіршуючи гідроекологічний стан водойм і річок.

Картометричними дослідженнями встановлено, що на території Луганської області нараховується 9106 ярів довжиною понад 100 м з сумарною протяжністю 3059 км. З них на схилові припадає 98,4% від загальної кількості і 88,8% від сумарної довжини усіх ярів.

У географічному розподілі ярів на території досліджуваного регіону чітко простежуються відмінності. Так, якщо в лівобережній частині Луганської області щільність ярів становить 0,36 од./км², а густота форм яружної ерозії - 0,2-0,5 км/км² , то на Донецькому кряжі - відповідно 1,0-2,0 од./км² та 1-2 км/км?. Ерозійна небезпека на Правобережжі підсилюється розвитком вторинної, донної, ерозії, що пояснюється впливом таких чинників, як геологічні умови, морфоструктурні особливості рельєфу, палеогеографічні умови. Екологічне значення донних ярів Правобережжя підсилюється тим, що вони дренують верхні водоносні горизонти палеозойських порід, забруднені шахтними водами, які збільшують концентрацію завислих і розчинених речовин, що їх постачає шахтне господарство.

За фондовими даними 1984 р., площа ярів у Луганській області за 60 років збільшилася у 12,2 рази, тобто щорічний приріст становив 375 га. Наші розрахунки цей показник фактично підтвердили (за період від 1982 по 1997 р. приріст площі ярів становив 373га/рік). Ймовірно, що за найближчі 50 років площа ярів збільшиться у 1,8 разів (у випадку, якщо не буде здійснено належних протиерозійних заходів). Загальна площа земель Луганської області, виведених з використання лише ярами, становить на наш час 1,54% від площі області.

Діючі яри є причиною загострення екологічних проблем регіону, бо вони виступають в якості каналів, якими переміщуються ґрунтові маси, що насичені хімікатами, пестицидами, важкими металами тощо. За нашими розрахунками, об'єм ґрунту, що виноситься через яри, складає 8,71 м?/га. Таким чином, лише через них щорічно з площі області зноситься близько 3 млн. т ґрунту, який відкладається поблизу місцевих базисів ерозії. Відтак, результатом розвитку ерозійних процесів є еродованість сільськогосподарських угідь, в т.ч. ріллі, замулення річищ і заплав малих річок, водоймищ, зменшення довжин водотоків, зміна їх порядків. Яри створюють екологічні проблеми при використанні їх як місця для сміттєзвалищ. Ерозійне розчленування території порушує екологічну рівновагу в природному середовищі, збільшуючи довжину та об'єм потоків речовини та енергії. Врізання водотоків у поверхню Донецького кряжа призводить до збільшення енергії рельєфу, а відтак - до подальшої інтенсифікації денудаційних процесів.

Таким чином, процеси ерозії виступають активними регуляторами екологічного стану геоморфосфери. Охарактеризовані показники ерозійних процесів свідчать про дуже напружений, місцями катастрофічний стан геоморфосфери регіону, її інтенсивне антропогенне перетворення. Одержані дані також пояснюють процеси деградації басейнових систем і водотоків, дають основу для розробки та обґрунтування комплексу протиерозійних заходів.

У четвертому розділі аналізується еколого-геоморфологічне значення різних видів природокористування, поширених у межах середньої частини басейну Сіверського Дінця. Одним з визначальних чинників перетворення геоморфосфери є розвинута гірничовидобувна промисловість, яка здійснює прямий і непрямий вплив на довкілля.

Гірничовидобувна промисловість здійснює негативний вплив на природне середовище, зокрема на літогенну основу ландшафтів, що проявляється в переміщенні гірських мас, утворенні антропогенно-техногенних форм рельєфу, порушенні земель і вилученні їх зі сфери господарського використання, інтенсифікації негативних рельєфоперетворюючих процесів та появі пов'язаних з видобутком і збагаченням вугілля несприятливих екологічних наслідків, зокрема, забруднення водних джерел і порушення балансу поверхневих і підземних вод.

У регіоні в різні часи функціонувало понад 300 шахт. Густота нині діючих шахт становить 7 од./100 км². Максимальна глибина шахт сягає 1300 м, що в умовах складної тектонічної будови території спричиняє значні різнобічні порушення літосфери. На денну поверхню щорічно викидається близько 12 млн.т породних відходів. Складені ними відвали й терикони часто є тліючими. Контур впливу гірничих робіт охоплює територію площею понад 1300 км? на правобережжі Сіверського Дінця.

Внаслідок надзвичайної складності гірничо-геологічних умов реальна та потенційна аварійна небезпека в шахтах досягає катастрофічних розмірів. Складена картосхема небезпечності гірничих робіт за газоносністю, раптовими викидами вугілля та газу, вибухонебезпечністю за пилом та газом, підземними пожежами та силікозністю. Географія небезпечних явищ свідчить про їх приуроченість до тектонічних розломів та супутніх їм зон подріблення. Лише підземні пожежі, які мають не лише природне походження, поширені повсюдно. Кількість людських жертв під час окремих підземних катастроф сягає 80. Для аналізу й оцінки порушення літосфери нами розраховано потужність шару підземної техногенної денудації, або утворених підземних порожнин, за формулою:

де - шар підземної техногенної денудації; - щільність вугілля; - щільність “порожньої” породи; - cepeдньорічний об'єм видобутого вугілля (м?); - середньорічний об'єм вийнятої “порожньої” породи (м?); Т_1-n - тривалість функціонування шахти з певною виробничою потужністю; - площа шахтного поля.

Підраховано, що шар підземної техногенної денудації для всього регіону пересічно становить 10,75 м. Розраховані величини для кожної діючої шахти дали змогу побудувати картосхему підземної техногенної денудації у вугільному регіоні Луганської області (рис. 2). Найбільшою порушеністю літосфера відзначається в старопромислових гірничих районах. Локальні підвищені показники підземної техногенної денудації приурочені до окремих шахт.

З показниками, наведеними на картосхемі підземної техногенної денудації, добре узгоджуються дані про зрушення гірських порід, що на денній поверхні виражаються мульдами просідання, загальна площа яких становить 2,2 тис. км?. Найчастіше амплітуда просідання сягає 0,1-1,2 м. Такі просідання збільшують крутизну схилів, сприяють розвиткові процесів ерозії, зсувів тощо. За матеріалами повторних нівелювань (фонди державного регіонального геологорозвідувального підприємства “Схід-ДРГП”) складено картосхему просідань денної поверхні. Встановлено, що особливо великих значень деформація рельєфу набула у староосвоєних гірничопромислових районах - Антрацитівському, Краснодонському, Краснолуцькому, Свердловському, де шар підземної техногенної денудації майже вдвічі перевищує середнє значення. Кількісні характеристики просідання земної поверхні над шахтними полями не завжди збігаються з величиною підземної техногенної денудації, що пояснюється геолого-тектонічними причинами. Тому прогнозувати подальше поширення явищ просідання денної поверхні та пов'язаних з ними інших геолого-геоморфологічних і гідрогеологічних процесів можна лише за умови проведення спеціальних моніторингових досліджень.

При розривних деформаціях, що виникають внаслідок провалювання шару гірських порід над виробленими порожнинами, відбувається дренаж підземних вод, підроблення поверхневих водотоків і водоймищ. Як наслідок, балкові притоки малих річок Донбасу є недовговічними, більшість з них зникає навіть у періоди нормального природного режиму живлення. Про це свідчить проведений аналіз динаміки гідромережі Донецького кряжа.

Вплив гірничого виробництва на геоморфосферу проявляється також через зміни гідрологічного та хімічного режиму стоку як поверхневих, так і підземних водотоків. Діючі шахти дренують близько 1 млн. м?/добу підземних вод кам'яновугільних відкладів із середньовзваженою мінералізацією 2,83. Основними приймачами шахтних вод є р.Сіверський Донець та її праві притоки, до яких надходить промислових стоків у 2-3 рази більше, ніж об'єм природного стоку в середньобагатоводні роки.

Екологічну ситуацію в регіоні загострюють проблеми, пов'язані з закриттям шахт, яке за останні 20 років вже становить 44%. Після припинення функціонування шахт вироблений простір поступово заповнюється підземними водами, рівень яких значно підвищується, внаслідок чого підтоплюються великі території, збільшується мінералізація води до 10 г/дм?, а місцями сягає 100 г/дм?. За гідрогеологічними даними “Схід-ДРГП”, зона забруднення головної водної артерії області - Сіверського Дінця - займає вже понад 100 км? площі долини і просувається відповідно до ухилу місцевості зі швидкістю 200-310 м/рік. На водозаборах річок утворилися депресійні лійки з максимальною амплітудою зниження рівня до 19 м, які суттєво впливають на рельєф і рельєфоутворюючі процеси. Морфометричні особливості рельєфу зумовлюють і здійснюють перерозподіл стоку шахтних вод, який відображений на відповідній картосхемі.

Поширення відвалів, особливо тліючих (33% від загальної кількості) створює істотну небезпеку для життєдіяльності та здоров'я людини. В межах 500-метрових санітарних зон перебуває понад 550 промислових будівель і споруд, близько 1300 житлових будинків, у яких мешкає понад 5 тис. осіб. Половина житлових будинків зосереджена безпосередньо біля тліючих відвалів.

Підраховано, що загальна площа зони впливу гірничого виробництва складає 0,7% від площі Луганської області, а від площі вугільного регіону - 2%, у той час як на ліси припадає 10,7% від площі області, у вугільному регіоні - 10% від його площі. Таке співвідношення не сприяє стабілізації екологічної ситуації в регіоні.

У п'ятому розділі наводиться інтегрована оцінка еколого-геоморфологічної небезпеки за окремими чинниками геоморфогенезу та результати еколого-геоморфологічного районування території досліджуваного регіону. Створено систему показників, яка містить групу даних про природну складову еколого-геоморфологічної небезпеки, групу даних, які характеризують антропогенно-техногенне навантаження на геоморфосферу та групу даних, що характеризують середовищестабілізуючі чинники. Для кожної групи складено матриці для визначення ваги чинника через коефіцієнти і розраховані інтегровані показники впливу природних та антропогенно-техногенних чинників на стан геоморфосфери за формулою:

де E_i(n,a-m,c) - інтегрований показник еколого-геоморфологічної небезпеки за природними або антропогенно-техногенними чинниками та середовищестабілізуючими факторами; х - базовий показник кожного з видів природокористування; k - коефіцієнт, що визначає величину впливу базового показника на еколого-геоморфологічну ситуацію; п - кількість базових показників.

На підставі одержаних інтегрованих показників за ІІІ групами впливу на докілля було розраховано комплексні показники еколого-геоморфологічної небезпеки, за якими на основі індивідуально-типологічного підходу [Родоман, 1966] здійснено еколого-геоморфологічне районування території Луганської області (середньої частини басейну Сіверського Дінця). Основними принципами при проведенні еколого-геоморфологічного районування були об'єктивність, комплексність, просторова цілісність, адміністративно-територіальний підхід.

Виділено п'ять еколого-геоморфологічних районів: 1) Лівобережно-Придонецький із низьким рівнем еколого-геоморфологічної небезпеки; 2) Задонецький із середнім рівнем еколого-геоморфологічної небезпеки; 3) Придонецько-Вододільний із середнім рівнем еколого-геоморфологічної небезпеки; 4) Правобережно-Придонецький із високим рівнем еколого-геоморфологічної небезпеки; 5) Північнокряжевий із катастрофічним рівнем еколого-геоморфологічної небезпеки.

В останньому розділі обґрунтовано шляхи оптимізації еколого-геоморфологічної ситуації в досліджуваному регіоні та структури природокористування. Визначено три основні напрями відновлення екологічно рівноважного стану геоморфосфери - екологічний, економічний, соціальний, а також за видами природокористування, властивими досліджуваному регіонові. В залежності від рівня та характеру еколого-геоморфологічної небезпеки для кожного з виділених районів визначено певний комплекс заходів, спрямованих на оптимізацію екологічного стану геоморфосфери.



ВИСНОВКИ

1. Проблема екологічної інтерпретації та оцінки геоморфологічних явищ і процесів є особливо актуальною для старопромислових регіонів з надзвичайною порушеністю геоморфосфери та негативним впливом антропогенно підсилених екзогенних процесів на умови життєдіяльності населення, чим пояснюється вибір об'єкта дослідження та підходи до регіонального еколого-геоморфологічного аналізу, який проводився з використанням комплексу методів як традиційних, так і розроблених або удосконалених автором.

Інтегрована оцінка екологічного стану геоморфосфери була здійснена на основі обчислених автором показників впливу природних та антропогенно-техногенних чинників, притаманних досліджуваному регіонові.

2. Аналіз природних передумов формування сучасного стану геоморфосфери в досліджуваному регіоні свідчить про їх значний потенціал для розвитку несприятливих геоморфологічних процесів. Доведено, що інтенсивна сільськогосподарська діяльність на тлі сприятливих для розвитку ерозійних процесів природних умов призвела до надзвичайної порушеності ґрунтового покриву в регіоні. Широкомасштабне залучення до сільськогосподарського використання й, зокрема, під ріллю схилів крутизною понад 2-5° спричинило втрати ґрунту, що вдвічі перевищують швидкість ґрунтоутворення. Підраховано, що Луганська область щорічно втрачає через площинний змив близько 10 млн. т ґрунтової маси, при цьому 64,1% від цієї величини змивається зі схилів крутизною понад 3°.

Визначено високий рівень заяруженості території Луганщини. Розраховано, що площа ярів за умови збереження існуючої тенденції в найближчі 50 років збільшиться у 1,8 раза, а загальна площа яружних неугідь - у 7-8 разів, тобто становитиме 5% від загальної площі області.

Встановлено, що через яри виноситься щорічно понад 3 млн. т ґрунту, який відкладається нижче базисів ерозії, замулюючи заплави та водойми і створюючи певні екологічні проблеми для довкілля. Оцінено екологічну роль донних ярів правобережної частини Луганської області, що дренують водоносні горизонти кам'яновугільних порід, забруднених шахтними водами.

Проаналізовано географічні закономірності поширення ерозійних процесів та їх вплив на екологічний стан геоморфосфери. Встановлено, що причинами загальної ерозійної ураженості земель у регіоні виступають надмірна розораність сільськогосподарських угідь, використання під орні землі схилів небезпечної крутизни, порушення норм агротехнологій тощо. Екологічними наслідками є зниження родючості ґрунтів, скорочення площ сільськогосподарських угідь, деградація гідромережі, забруднення через поверхневий стік усіх компонентів ландшафту.

На підставі ряду розрахованих показників еродованості створено серію картосхем, на яких відображено рівень ерозійної небезпеки сільськогосподасрьких угідь. Ці дані були враховані при визначенні інтегрованого показника еколого-геоморфологічної небезпеки.

3. Встановлено, що за останні півсторіччя розвиток зсувних та карстових процесів у регіоні набув значних масштабів у зв'язку з дією техногенних чинників і відіграє суттєву роль у погіршенні екологічного стану геоморфосфери, всіх природних сфер.

4. У регіоні особливо великого рельєфоутворюючого значення набули види природокористування, пов'язані з видобутком кам'яного вугілля. У різні часи тут функціонувало понад 300 шахт, глибина яких зараз перевищує 1300 м. Підраховано, що на денну поверхню щорічно викидається близько 12 млн. т токсичних породних відходів. У межах досліджуваного регіону розташовано близько 570 териконів (47,8% від їх загальної кількості в Донбасі). Відвали й терикони займають 4,18% від площі Луганської області, а наземні споруди та комунікації шахт збільшують цю площу в 13 разів.

У вугільному регіоні співвідношення площі земель, порушених гірничими виробками, та площі лісів становить 1:5, що не сприяє поліпшенню екологічної ситуації.

На підставі архівних та сучасних матеріалів щодо видобутку вугілля за весь час існування шахт розраховано загальний об'єм підземних порожнин, утворених внаслідок гірничих робіт, який становить понад 10 млрд. м³. За розробленою нами методикою визначено шар підземної техногенної денудації області, що пересічно дорівнює 10,75 м. Над шахтними виробками, площа яких щорічно збільшується на 20 км², відбувається просідання денної поверхні. Загальна площа поверхні з просіданнями складає 2,2 тис. км², а їх глибина становить 0,1-1,2 м, в окремих випадках перевищує 10м.

Складено та проаналізовано картосхеми підземної техногенної денудації і просідань земної поверхні.

6. Виявлено закономірності та вперше складено картосхему прояву небезпечних явищ, пов'язаних з вуглевидобутком на шахтах Луганської області. Встановлено, що більшість з них приурочено до зон тектонічних порушень літосфери.

7. Аналізом соціальних аспектів проблеми, пов'язаної з закриттям шахт встановлено, що за останні 20 років у регіоні закрито близько 44% шахт, що загострило екологічні проблеми, пов'язані, зокрема, з підвищенням мінералізації підземних вод, перерозподілом підземного стоку, забрудненням поверхневих вод, інтенсифікацією негативних геоморфологічних процесів. Зокрема, в межах шахтних полів закритих шахт відбувається дренування балкових водотоків, що призводить до деградації мережі малих річок регіону.

8. Аналіз сільськогосподарського навантаження на елементи геоморфосфери виявив негативні наслідки перебудови структури земельних угідь. Встановлено, що рівень розораності земель значно перевищує нормативи, внаслідок чого стійкість ділянок геоморфосфери зменшується.

9. При комплексній оцінці еколого-геоморфологічної небезпеки було використано метод групування та індексації базових показників еколого-геоморфологічної ситуації, який дозволив їх співставити та дати з певним рівнем точності експертну інтегровану оцінку виділених чинників.

Виявлена специфіка географічного розподілу впливу природних чинників на екологічний стан геоморфосфери. Так, у лівобережній, землеробській, частині Луганської області поширені головним чином ерозійні процеси, в той час як правобережна, гірничопромислова частина області найбільше потерпає від різноманітних антропогенно-техногенних навантажень.

За обчисленими показниками впливу природних та антропогенно-техногенних чинників на стан геоморфосфери регіону проведено еколого-геоморфологічне районування. Обґрунтовано виділення еколого-геоморфологічних районів, для яких отримано характеристики екологічної небезпеки.

10. Визначено три основні напрямки відновлення екологічної рівноваги в геоморфосфері - екологічний, економічний, соціальний. Складено схему шляхів оптимізації природокористування для всього досліджуваного регіону та виділених еколого-геоморфологічних районів. Розроблено рекомендації щодо забезпечення стійкого розвитку природно-господарських систем, а саме - збільшення лісистості, зменшення площ орних земель, особливо на Правобережжі, яке зазнає надмірного сільськогосподарського навантаження, рекультивація земель, зайнятих відвалами й териконами тощо.



ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНІ В НАСТУПНИХ ПУБЛІКАЦІЯХ

Кисельов Ю.О. Інженерно-геоморфологічні наслідки гірничопромислової діяльності в Донбасі (на прикладі Луганської області). //Укр. геогр. журн. - 2000. - №1. - С. 44-47.

Кисельов Ю.О. Деградація річкових систем північного схилу Донецького кряжа. /Вісник Львівського національного університету імені Івана Франка. Сер. геогр. Вип. 27. - Львів: 2000. - С. 126-130.

Кисельов Ю.О. Аналіз процесів підземної техногенної денудації на вугільних шахтах Луганської області та їх еколого-геоморфологічна роль. /Вісник Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича. Сер. геогр. Вип. 104. - Чернівці: 2001. - С. 166-170.

Кисельов Ю.О. Регіональний еколого-геоморфологічний аналіз як проблема змісту курсу фізичної географії України. // Нові педагогічні технології в контексті сучасних концепцій змісту освіти. Матеріали Всеукр. наук.-метод. конфер. (Луганськ, 17-18 берез. 1998 р.). - Луганськ: 1998. - С. 102-103.

Кисельов Ю.О. Обґрунтування еколого-геоморфологічного аналізу при вивченні ландшафтів Донбасу. //Ландшафт як інтегруюча концепція ХХІ сторіччя. Збірник наук. праць. - К.: 1999. - С. 128-130.

Кисельов Ю.О. Антропогенно-техногенна перетвореність земель Луганщини. //Природа Донецкого бассейна и проблемы её изучения в школе. Материалы научн.-практ. конфер. - Луганск: 1999. - С. 26-29.

Кисельов Ю.О. Аналіз морфометричних характеристик басейну р.Вільхівки //Природа Донецкого бассейна и проблемы её изучения в школе. Материалы научн.-практ. конфер. - Луганск: 1999. - С. 30-32.

Кисельов Ю.О. Види природокористування в Луганській області та їх еколого-геоморфологічні наслідки. //Наука на рубеже столетий. Материалы научн.-практ. конфер. - Луганск: 2000. - С. 95-98.

Кисельов Ю.О. Роль геоморфологічного чинника у прояві ерозійних процесів у Луганській області. //Наука на рубеже столетий. Материалы научн.-практ. конфер. - Луганск: 2000. - С. 121-122.

Кисельов Ю.О. До методики визначення інтегрованого показника антропогенно-техногенного навантаження на екогеоморфосистеми (на прикладі Сходу України). //Україна та глобальні процеси: географічний вимір. Матеріали VIII З'їзду Укр. Геогр. т-ва (29 травня - 2 червня 2000 р.). - У 3-х тт. - Т.2. - К.-Луцьк: Вежа, 2000. - С. 112-113.

Кисельов Ю.О. Еколого-геоморфологічний аналіз Донецького басейну в контексті гуманізації географічних досліджень. // Ландшафти і сучасність. Збірник наук. праць. - К.-Вінниця: Гіпаніс, 2000. - С. 254-256.

Кисельов Ю.О. Агроекологічне районування Луганської області. //Наука на порозі нового тисячоліття. Матеріали наук. конфер. - Луганськ: Альма-матер, 2001. - С. 13-16.

Кисельов Ю.О. Особливості ерозійного розчленування геоморфосистем середньої частини басейну Сіверського Дінця. //Наука на порозі нового тисячоліття. Матеріали наук. конфер. - Луганськ: Альма-матер, 2001. - С. 17-19.

Размещено на Allbest.ru

...