Влияние разработки песчаных грунтов на состояние термокарстовых озер

XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Влияние разработки песчаных грунтов на состояние термокарстовых озер

Кусаева А.А. 1Сторожук Д.А. 1
1МБОУ Тазовская СОШ
Кунин С.А. 1Семенова О.С. 1
1МБОУ Тазовская СОШ
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Исследуемые объекты и их состояние

Исследование состояние термокарстовых озёр, расположенных на въезде в село Газ-Сале ведётся с 2012 года.

Объекты исследований находятся по дороге на въезде в село Газ-Сале Тазовского района Ямало-Ненецкого автономного округа, расположены в 155 километрах к северу от Полярного Круга в зоне чистой тундры. Исследуемые озера образуют каскад термокарстовых озёр, которые активно деградируют в последнее время.

В нашем регионе существует два научных центра по изучению состояния вечной мерзлоты: Тюменский институт криосферы Земли Российской Академии Наук и кафедра экологии и природопользования Югорского Государственного университета город Ханты- Мансийск.

Учёные Сибири ведут космический мониторинг состояния термокарстовых озёр на Ямале. Наблюдается прогрессивная динамика деградации термокарстовых озёр.

Проводится многоступенчатый анализ криогенных ландшафтов и криогенных процессов на основе дистанционного исследования количественных закономерностей динамики термокарстовых озер на территории Западной Сибири.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Выбор тестовых участков для исследования термокарстовых процессов в зависимости от ландшафтного и геокриологического районирования территории Западной Сибири.

2. Разработка методики оценки временных изменений площадей термокарстовых озер с использованием данных дистанционного зондирования и средств современных геоинформационных систем (ГИС) и ГИС-технологий.

3. Разработка методических вопросов оценки точностей измерения площадей озер на оптических и радиолокационных снимках.

4. Формирование базы данных о площадях термокарстовых озер по результатам спутниковых наблюдений и проведение количественного анализа динамики числа и площадей термокарстовых озер в зависимости от особенностей ландшафтного и геокриологического районирования территории Западной Сибири.

В диссертации Н.А. Брыксиной [6] (2011 г.) указывается, что в северных районах под действием глобального потепления происходит сокращение озер на 61-68% и идет образование новых термокарстовых озер на 20-25%.

Но это общее исследования, которые не дают локальной картины процессов деградации. Поэтому, представленная работа будет посвящена локальному исследованию выбранного объекта.

Фото 1. Карта 2012 года.

На карте 2012 года желтым цветом указаны береговые линии термокарстовых озер.

За период с 2000 по 2016 годы каскад термокарстовых озер потерял около 65% своей поверхности: из 58,4 км² осталось 38,1 км.² Этот факт еще раз подтверждает выводы доцента кафедры экологии и природопользования Югорского университета о том, что на севере Западной Сибири термокарстовые озера уже потеряли 61-68% своей поверхности

Площади озёр можно посчитать по космическим снимкам, используя программу SAS-Planet, по которой рассчитываются средние диаметры озёр, а затем их площади.

Фото 2. Карты 2019 года

Антропогенный фактор – это влияние человека и/или его деятельности на биосферу, ландшафт, природу.

На сегодняшний день в районе села Газ Сале ведутся активные разработки нефтегазоносных месторождений. Для их обустройства требуются значительное количество строительного материала в том числе песка. Для этой цели песок берут из рядом расположенных исследуемые нами термокарстовых озёр, с помощью земснаряда.

Рис. 1.Схема гидронамыва.

Добыча песка ведется гидронамывным способом со дна термокарстовых озер. Основное судно-земснаряд, с помощью мощного гидронасоса (помпы), забирает со дна озера воду с песком и подает по проложенным рукавам водно-песчаную смесь на берег. Где образуется песчаный отвал после схода воды.

Цель и задачи исследования

Цель: исследование деградации и влияния разработки песчаных грунтов на состояние термокарстовых озер.

Задачи:

Провести анализ климатических условий определяющих деградацию термокарстовых озёр.

Определить динамику таяния термокарста от количества выпавших осадков.

Провести космический мониторинг состояния разрабатываемых термокарстовых озер.

Рассчитать экономический эффект от использования гидронамывного способа от открытого способа разработки песчаного грунта.

А нализ климатических условий определяющих деградацию термокарстовых озёр.

График 1. График среднегодовых температур с 1996 года по 2019 год.

Для определения динамики деградации термокарстовых озер бы построен график средних годовых температур за последние 24 года. При построении графика брали данные с Тазовской метеостанции.

П о этим данным наблюдается устойчивое изменение климата в сторону потепления, что не может не сказаться на состоянии деградации термокарстовых озер.

График 2. График зимних температур с 1996 года по 2019 год.

За последние 24 года зимы в Тазовском районе в среднем потеплели на 10°С. Это значительным образом сказывается на таянии многолетней мерзлоты.

Определение динамики таяния термокарста от количества выпавших осадков.

Диаграмма 1. Диаграмма зависимости таяния многолетней мерзлоты на территории тундры от количества выпавших летних осадков.

Таяние мерзлоты зависит не только от увеличение среднегодовых температур, но и от количества средних летних осадков.

График 3.Высота снежного покрова на территории п. Тазовский в период с 2000 по 2019 годы.

Высота снежного покрова за последние 20 лет увеличилась. Осадки выпадающие в зимнее время года неизбежно тают при наступлении тепла. Повышенное количество зимних осадков увеличивает объем талых вод, которые способствуют ускоренному таянию термокарста.

Совокупность роста среднегодовых температур и увеличение количества осадков ускоряют таяния термокарста, способствуют его понижению и динамики деградации озер, несмотря на значительное увеличение количества осадков.

Дно бывшего термокарстового озера является плодородной площадкой для произрастания новых видов растительности, в том числе и деревьев.

Фото 3. Фото дна истекшего термокарстового озера.

Растения, произрастающие на дне истекших термокарстовых озёр: кукушкин лён, осока, багульник, болотный куст, куст ивы, торфяной мох. Они могут обитать на закисленной, переувлажненной почве.

Мониторинг состояния разрабатываемых термокарстовых озер в районе села Газ-Сале.

А нализ предыдущих исследований и результатов полученных в этом году указывает на то, что на исследуемом участке существуют полностью деградированные озера без остатка водоемов, озера продолжающие деградировать с усеченной поверхностью и озера подвергшиеся прямой урбанизации с увеличенной площадью.

Фото 4. Карта 2012 год. Фото 5. Карта 2019 год.

Основные причины активной деградации озер.

Основная причина деградации озёр на урбанизированных территориях - интенсивное таяние термокарста в результате обильных осадков в летнее время и повышенние среднегодовых температур. Рядом расположенные производства и сам населенный пункт, дополнительно вносят положительную температурную нагрузку на термокарстовые озера.

В этом случае происходит подпочвенный сход вод термокарстовых озер вниз по обозначившемуся водоразделу. При этом термокарст, игравший до этого роль озерного гидроизолятора, перестает быть таковым. Стоит заметить, несмотря на высокие летние температуры, при малом количестве осадков, термокарст тает незначительно, что позволяет снизить динамику деградации озёр.

Таким образом, совокупность климатических факторов, а это увеличение среднегодовых температур и увеличение осадков, будут определять дальнейшую динамику деградации озёр на севере Западной Сибири.

Озера подвергшиеся прямой урбанизации.

Р асчёт поверхностей термокарстовых озёр, подверженным урбанизации.

Фото 6. Карта 2018 года.

Площади термокарстовых озёр рассчитываем по их средним диаметрам, используя космические карты.

Площадь первого термокарстового озера определится как:

S1 18=(D1/2 + D2/2)2×π (1)

гдеS118площадь поверхности первого озера в 2018 году, рассчитанная по среднему диаметру, в м; D1 максимальный диаметр в м;D2 минимальный диаметр в м; π =3,14,постоянная величина.

Диаметры термокарстовых озёр рассчитываем используя масштабные коэффициенты спутниковой карты.

S1 18=(D1/2 + D2/2)2×π=(53×300/2×10 + 32×300/2×10)2×3,14=(795+480)2×3,14= (1275)2×3,14= 5 104 462,5 м2

Фото 7. Карта 2018 года.

S2 18=(D1/2 + D2/2)2×π=(24×300/2×10 + 20×300/2×10)2×3,14=(360+300)2×3,14= (660)2×3,14= 1 367 784м2

Таблица площадей обрабатываемых термокарстовых озёр 2018г.

Таблица 1

Озёра

Максимальный диаметр, м

Минимальный диаметр, м

S озёр, м2

Озеро 1

1899

1021

26 589 834

Озеро 2

851

644

7 017 978,5

Озеро 3

1328

681

12 673 294,3

Озеро 4

1559

1222

24 284 637,5

Таблица площадей обрабатываемых термокарстовых озёр 2019г.

Таблица 2

Озёра

Максимальный диаметр, м

Минимальный диаметр, м

S озёр, м2

Озеро 1

1911

996

26 535 037

Озеро 2

816

558

5 927 930,64

Озеро 3

1262

662

11 623 576,6

Озеро 4

1510

1263

24 145 121,1

Антропогенный фактор влияющий на деградацию термокарстовых озёр.

При этом увеличивается глубина термокарстовых озер и объем их водоизмещения. С точки зрения экологии с увеличением глубины озер возрастают нерестовые условия для рыб. Глубокие ямы позволяют рыбам спокойно перезимовать. С увеличением глубины воды увеличивается большая хладоёмкость, снижается таяние термокарста под озерами и по береговой линии.

На местах где человек работает, занимается различной промышленностью такие как: нефтепереработка, газ и т.д. В этих местах температура воздуха (атмосферы вокруг) выше, чем на остальных территориях. В следствии чего многолетняя мерзлота оттаивает, озера испаряются, перетекают в другие, загрязняются, земля проседает. Вскоре на высушенных озёрах вырастает различная растительность.

Экологическое обоснование и экономический эффект от использования гидронамывного способа от открытого способа разработки песчаного грунта.

Экономическая эффективность определится по разнице выполнения земляных работ при полной заморозке неподготовленного грунта и разработке заранее подготовленного грунта бульдозером-рыхлителем.

Расчёт экономической эффективности двумя технологиями разработки грунта.

Таблица 3.

№ п/п

Технологический состав землеройной техники

Стоимость машиносмены, руб.

Кол-во машин

Количество машиносмен

Цена производства работ за 9 месяцев, руб

Разработка грунта по традиционной технологии открытым способом

1

Тяжелый бульдозер с рыхлителем

17000

1

120д*3смены

6 120 000

2

Экскаватор с ковшем 1,25 куб.м

13000

1

120д*3смены

4 680 000

3

Средний бульдозер

9600

1

120д*3смены

3 456 000

4

Автосамосвал

8650

8

120д*3смены

24 912 000

Всего:

39 168 000

Разработка грунта гидронамывным способом

1.

Доставка земснарядов

1 257 000

1

1

1 257 000

2.

Арендная стоимость выполнения работ

150 руб./ м²

1

1500м³/сутки*120д* 3 смены

540000

3.

Экскаватор с ковшем 1,25 куб.м

13000

1

120д*3смены

4 680 000

4.

Средний бульдозер

9600

1

120*3смены

3 456 000

5.

Автосамосвал

8650

8

120 *3смены

24 912 000

Всего:

34 845 000

Стоимость разработки грунта по традиционной технологии открытым способом составляет 39 168 000 рублей. Стоимость разработки грунта гидронамывным способом 34 845 000 рублей. Экономический эффект составит 4 323 000 рублей.

Экологическое обоснование.

При разработке грунта открытым способом образуются высокие уступы рельефа. Грунт представляет собой слабо связанную смесь пылеватого песка и осадочной (вторичной) глины. Этот грунт быстро размывается внешними осадками, образуя огромные промоины.

Карьеры обычно разрабатывают на возвышенностях. Оставшиеся части холмов, подвергаются агрессивной водной эрозии, из за потепления климата и массового таяния верхнего слоя термокарста.

В настоящее время на исследуемом карьере с 2018 года разработка грунта запрещена.

Фото 8. Заброшенный карьер 2019 год.

Заброшенных карьеров на территории Тазовского района достаточное количество. Для их консервации необходимо проводить рекультивацию земель. Это дорогостоящие затраты, которые не учитываются в производственных экономических расчетах.

Несмотря на небольшой экономический эффект от внедрения разработки грунта гидронамывным способом, эта технология имеет ряд экологических преимуществ перед открытым способом изъятия грунта:

Углубление дна деградирующих термокарстовых озер позволяет увеличить нерестовые угодья для воспроизводства рыб, в том числе сиговых пород.

Резко снижается возможность полной деградации этих озер, при дальнейшем таянии верхнего слоя мерзлоты.

Песчаные откосы, расположенные по береговой линии озер в меньшей степени влияют на эрозийные процессы.

В углубленном дне термокарстового озера возникают устойчивые процессы сохранения ледяной линзы дна озера.

Выводы по исследовательской работе:

Климатические изменения в сторону потепления, способствуют ускоренному таянию, многолетней мерзлоты. Оттаявший термокарст не способен удержать объем воды из озер. Вода по оттаявшему грунту стекает по слону рельефа в низину.

Совокупность климатических факторов, а это увеличение температур в зимнее время и увеличение среднегодовых осадков, будут определять дальнейшую динамику деградации озёр в Западной Сибири.

Гидронамывной способ изъятия донного грунта в термокарстовых озерах, способствует сохранению их в период массовой деградации тундровых водоемов.

Несмотря на небольшой экономический эффект от внедрения разработки грунта гидронамывным способом. Технология гидронамывного способа имеет ряд экологических преимуществ:

- углубление дна деградирующих термокарстовых озер позволяет увеличить нерестовые угодья для воспроизводства рыб,

- резко снижается возможность полной деградации этих озер,

- песчаные откосы, расположенные по береговой линии озер в меньшей степени влияют на эрозийные процессы,

- в углубленном дне термокарстового озера возникают устойчивые процессы сохранения отрицательных температур.

Литература:

Брыксина Н.А., Полищук Ю.М./ «Анализ сезонных изменений площадей термокарстовых озер в зоне вечной мерзлоты Западной Сибири с использованием снимков ERS-2 и ENVISAT» / Изд-во «Наука». – Москва, 2008. – С.

Брыксина Н.А., Кирпотин С.Н., Полищук Ю.М./ «Динамика площадей термокарстовых озер в сплошной и прерывистой криолитозонах Западной Сибири в условиях глобального потепления». // Вестник Томского государственного университета. – Томск, 2008.

Брыксина Н.А., Полищук Ю.М./ «Дистанционное исследование изменений площадей термокарстовых озер в зоне сплошной мерзлоты западной Сибири под влиянием глобального потепления климата». / ИХН СО РАН, ЮГУ//Международный симпозиум «Контроль и реабилитация окружающей среды: КРОС-2008»

Брыксина Н. А. Диссертация: «НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ДИНАМИКИ ТЕРМОКАРСТОВЫХ ЛАНДШАФТОВ ЗАПАДНО - СИБИРСКОЙ РАВНИНЫ». Томск. 2011г.

Исследование динамики термокарстовых озер в различных районах криолитозоны России по космическим снимкам. Географический факультет. Родионова Татьяна Васильевна. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ТЕРМОКАРСТОВЫХ ОЗЕР В РАЗЛИЧНЫХ РАЙОНАХ КРИОЛИТОЗОНЫ РОССИИ ПО КОСМИЧЕСКИМ СНИМКАМ. 25.00.33 – картография. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук. Москва 2013г.

ссылка: http://www.netess.ru/

Просмотров работы: 34