Основы экологии
.pdfтехническом этапе предусматривается проведение следующих видов работ: снятие и складирование почвенно-плодородного слоя; утилизация строительного мусора, бытовых отходов; выполаживание эрозионно опасных склонов (в некоторых случаях их террасирование), планировка поверхности; ликвидация просадочных явлений; создание гидрозащитных сооружений; нанесение почвенно-плодородного слоя; устройство временных подъездных дорог. Определение объемов земляных работ и выполнение других мероприятий осуществляет с учетом «Временных указаний по разработке рабочих проектов рекультивации нарушенных (нарушаемых) земель» и «Указаний по разработке рабочих проектов по выполаживанию и засыпке оврагов при землеустройстве».
Для технического этапа восстановительных работ можно использовать теплоизоляционные материалы, позволяющие регулировать процессы теплообмена почвы с атмосферой и защищать почвы от промерзания протаивания.
На участки, лишенные растительности или почвы, наносят теплоизоляционные материалы или покрытия двух видов: естественные (опилки, щепа, хвоя, листья, настилы из веток и бревен, мох, торф) и искусственные (пенопластовые плиты). Покрытие из пенопластов оказывает влияние на глубину промерзания оттаивания намного больше, чем другие виды теплоизоляции или деревянные отмостки.
В качестве покрытий применяют материалы естественного происхождения (настил из кустарника, досок, бревен) и полимерные материалы (пенопластовые щиты). Толщина теплоизоляционного покрытия должна полностью исключать сезонное протаивание грунта под ним. Настил из бревен диаметром 0,16 0,2 м позволяет восстановить глубину сезонного протаивания практически до естественного уровня. При заделке бревенчатого настила мхом глубина протаивания уменьшается до 0,12 0,14 м. Глубина протаивания под пенопластовыми щитами толщиной 7 см составляет 0,15 0,25 м, 10 см 0,2 м; 20 см 0,06 0,1 м.
Земляные и строительно-монтажные работы на пересеченной местности, особенно на берегах водоемов при строительстве подводных переходов, нередко являются причиной активизации эрозионных и оползневых процессов, что обусловливает необходимость проведения превентивных и защитных мероприятий по повышению устойчивости склонов.
Противоэрозионные мероприятия включают в себя следующие операции: закрепление грунтов, устройство сооружений организационного
стока поверхностных вод. Дня закрепления склонов осуществляют посев трав, одерновку и посадку кустарников. Среди трав наиболее эффективны костер безостый, мятлик луговой, овсяница красная, клевер белый, донник белый и др. Одерновку выполняют сплошным покровом или в шахматном порядке с посевом трав на смежных с дерном клетках.
Большую опасность для трубопроводов, прокладываемых в условиях пересеченного рельефа, представляют оползни. Оползанию подвержены склоны, сложенные глинистыми породами, при их переувлажнении, нагружении, подрезе, вибрировании и т.д. Цель мероприятий по повышению устойчивости склонов предотвращение возникновения оползня на еще неподвижном склоне или прекращение смещения оползающих масс. К их числу относятся:
20.переустройство склонов и откосов выполаживание, срезка верхней части, террасирование, уменьшение мощности оползня;
21.механическое удержание оползающих масс путем устройства стенок, забивки свай;
22.регулировка поверхности стока путем перехвата нагорными канавками поверхностных вод до их поступления на оползневые организации стока по лоткам и быстротокам; сокращение инфильтрации заделкой трещин;
23.укрепление склонов и откосов одерновкой, посевом трав, посадкой кустарников или деревьев, мощением, покрытием грунтобетоном или черными вяжущими.
Выбор конкретного мероприятия или их комбинации зависит от совокупности факторов: тип склона и оползневого процесса, стадия его развития, характеристика пород, состояние растительного покрова, расположение водоносных горизонтов, уровень нагружения склона.
Для предупреждения процессов термоэрозии на откосы сторон площадок и дорог наносят торфопесчаную грунтосмесь (с примесью щебня до 30 %) с последующим посевом трав. Для защиты почв и грунтов от эрозии используют синтетические материалы высокомолекулярные соединения с добавками натурального каучука, фракции талого масла, растворимые фосфаты. Дисперсии способны поглощаться песчаными и глинистыми почвами с образованием корки, устойчивой к изменению погоды, осадкам и др.
Для закрепления склонов оврагов и берегов, нарушенных почв и грунтов используют разные способы крепления, искусственные покрытия, посев трав, одерновку, травяные ковры (в том числе армированные),
укрепление грунтами, глиной, глинобетоном, вяжущими материалами. Для улучшения условий существования почвенно-растительного
слоя в условиях Севера предложен способ «рекультивационный отстойник». Последний состоит из трех слоев, расположенных последовательно (снизу вверх): отложений или шлака, дренирующего материала (гальки или гравия) и почвенно-растительного покрова. После накопления слоя ила требуемой величины отстойник осушают путем сброса воды, затем размещают слой гальки (дренаж) и почвеннорастительный покров мощностью 0,2 м.
При строительстве земляных сооружений в качестве теплозащитного слоя применяют насыщенный раствор хлоридов. Для этого осуществляют рыхление в примороженном состоянии и вносят разрыхленный грунт с хлоридными солями, в текучем состоянии его укладывают в слой насыпи, делают отсыпку сверху последнего слоя мерзлого грунта, уплотняют ее и вновь обрабатывают хлоридными слоями, а затем выдерживают до равномерного промораживания по всей высоте. Все это позволяет возводить качественные земляные насыпи.
Для исключения нарушений берегоукреплений от естественной осадки насыпного грунта необходимо капитальное строительство берегоукреплений. Его осуществляют через 1 2 года после окончания земляных работ в приурезных частях рек. Берега усиливают только ранее снятым грунтом. Берегоукрепляющие конструкции должны быть гибкими и давать возможность прорастать травяному покрову и кустарнику.
Являясь формой зонального проявления эрозии почв и грунтов в результате воздействия концентрированных водотоков на поверхностный слой криолитозоны, термоэрозия (как и эрозия немерзлых почв) влечет за собой преобразование ландшафтов, особенно активно в районах инженерно-хозяйственной деятельности человека.
Север Тюменской области территория интенсивного развития овражной эрозии, особенно на склонах речных долин, сложенных песчаными грунтами. Техногенные воздействия изменяют положение местных базисов эрозии, поверхностный сток, микроили мезорельеф, почвенно-растительный покров. Причинами зарождения и развития оврагов чаще всего являются дорожные колеи, придорожные кюветы, канавы, открытые траншеи трубопроводов. В районах хозяйственного освоения территорий развитие оврагообразования приводит к разрушению инженерных сооружений и коммуникаций, что приносит значительный материальный ущерб.
Для укрепления грунтов применяют:
искусственные теплоизоляционные покрытия для промерзающих
ипротаивающих грунтов (полимерные и металлизированные пленки, быстротвердеющие полимерные пены, пенопластовые плиты); естественные теплоизоляционные покрытия (древесные отходы, бревенчатые настилы, дерн, отсыпки);
механические отходы уплотнение талых грунтов укаткой, тромбованием, вибрацией, рыхлением, экскавацией, обезвоживанием гравитационным дренажом, фильтрационно-игловое оттаивание с гидрооткачкой;
физические методы искусственное замораживание хладоносителем, осушение и упрочнение грунта путем обработки постоянным электрическим током;
физико-химические методы диспергация, агрегация, гидрофобизация, солонцевание грунтов, полимерная стабилизация грунтов путем инъекций, упрочнение грунтов синтетическими полимерными смолами, силикатизация грунтов с применением жидкого стекла, цементизация грунтов портландцементами, известкование грунтов с добавками извести;
изменение температуры промерзающих протаивающих пород локальным способом отвода или притока теплоты;
создание защитного почвенно-растительного слоя после технической рекультивации;
регламентированное использование транспортных и строительномонтажных средств.
На этапе технической рекультивации осуществляют также
проектирование и строительство защитных сооружений противооползневых и противоселевых.
К противооползневым сооружениям относятся:
системы регулирования поверхностного стока талых и дождевых вод в оползневой зоне;
дренажные системы;
грунтовые контрбанкеты и контрфорсы;
удерживающие сооружения (типа «стена в грунте» и др.);
берегозащитные и руслорегулирующие сооружения.
Кроме того, осуществляют противооползневые мероприятия:
искусственное изменение рельефа с уменьшением крутизны склонов, их террасирование, удаление оползней, замену оползневых
грунтов песчано-гравийным или каменным материалом;устройство фильтрующих и водопроницаемых покрытий на
откосах и террасах, частичное или полное заполнение оврагов грунтом, лесомелиорацию.
Противоселевые защитные сооружения выбирают к применению по ряду признаков:
по назначению берегоукрепительные, селепроводящие, селезадерживающие и специальные (селегасящие, селеотбойные, стабилизирующие, сопрягающие, селеулавливающие, селеотводящие и др.);
по сроку службы постоянные, временные, разовые и др.;
по конструкции береговые одежды, дамбы, стенки, селедуки, лотки, селеспуски, трубы, селехранилища, русловые отстойники, селеуловители, пороги, барражи, опояски, наброски, перепады, селегасители, прорези, прокопы и др.;
по характеру воздействия на поток пассивного действия, не изменяющие содержание твердой фазы селя (продольные дамбы, стенки, береговые одежды, селедуки, лотки, селеспуски, прорези, проколы, пороги, опояски, наброски, перепады и т.п.); активного действия, изменяющие содержание твердой фазы селя (селехранилища, русловые отстойники, барражи, селеуловители, селегасители и т.п.);
по условиям работы сплошные, сквозные, с переливом, без перелива;
по роду применяемых материалов каменнонабросные,
бетонные, железобетонные, металлические, земляные, смешанные и др. При циклическом характере проявления оползневых и селевых
процессов строительство защитных сооружений должно проводиться в периоды относительной стабильности. С учета этих периодов планируется продолжительность строительства всего комплекса защиты и каждого из сооружений и мероприятий. Подробно об этих работах и сооружениях можно прочитать в дополнительной литературе.
Содержание работ биологического этапа стабилизации и рекультивации нарушенных земель тундровой зоны
Рассмотрим вопросы биологической стабилизации и рекультивации нарушенных земель только для тундровой зоны, так как в других регионах эти работы подразделениями отрасли не выполняются.
Естественное зарастание нарушенных участков тундры происходит медленно. Общее покрытие почвы растениями не превышает 30 40 %. С учетом нарушений, возникающих при строительстве объектов, целесообразно проведение специальных мероприятий по искусственному формированию растительного покрова, в котором травянистые ассоциации заменяют естественный мохово-лишайниковый покров. Один из видов таких мероприятий биологическая рекультивация, целью которой является снижение или предотвращение последствий техногенных нарушений, предупреждение или ликвидация развития криогенных процессов, закрепление грунтов от ветровой и водной эрозии, создание зеленых ландшафтов, необходимых для жизни людей и животного мира.
Биологическая рекультивация осуществляется путем активизации естественного зарастания или специального посева многолетних трав. Активизация естественного зарастания проводится в местах, где частично сохраняется почвенный слой и отдельные участки травяного покрова. Ее применяют на супесчаных и суглинистых грунтах.
Предложена и апробирована следующая технология. После полного оттаивания верхнего минерального слоя (на глубину 30 40 см) и подсыхания почвы проводится дискование его тракторной бороной БДТ- 2,5 или фрезерование, которое осуществляют в разных направлениях 3 4 раза. При этом вся растительная масса и торфянистый слой измельчаются, хорошо перемешиваются с минеральной массой почвы и заделываются на глубину 10 12 см. После обработки в почвы вносят органические (не менее 80 100 т/га) и полные минеральные удобрения, известь (6 8 т/га) с помощью машин РУМ-3, 1-РМГ4. С этой целью используют метод закрепления поверхности химически активными композициями типа ПАВ, минеральными связывающими типа МФ и ЭПД смол. Семена наносят на поверхность НСМ и высевают методом раскатки. После их прорастания и развития корневой системы ткань разрушается, остается только армирующая сетка.
По другой технологии для восстановления растительного покрова рекомендуется вносить в почву минеральные (азотные, фосфорные, калийные) удобрения: аммиачную селитру (0,2 т/га), суперфосфат (0,3 т/га), калийные удобрения (0,2 т/га), а также проводить известкование (3 5 т извести на 1 га). Все удобрения, кроме азота, вносят в один прием с помощью разбрасывателя РТТ-4 или вручную в начале вегетационного периода. Азот рекомендуется вносить в течение сезона 2 3 раза. Удобрения стимулируют разрастание местных корневищных злаков и
способствуют образованию за короткий срок сомкнутого травяного покрова.
Посев рекомендуется проводить механизированным способом (гидросеялкой или зерновой сеялкой), а на труднодоступных участках откосов насыпей вручную. Для высева предлагаются травосмеси (в %): волосенец сибирский 70, овсяница красная 20, мятлик 10; лисохвост луговой 80, мятлик 10, овсяница овечья 10; бекмания обыкновенная 70, овсяница красная и луговая соответственно 20 и 10. Общая норма высева 30 40 кг/га.
Впоследнее время для северных районов рекомендуется гидропосев
один из способов биологической рекультивации. Компоненты, входящие в гидросмесь (латексная эмульсия, минеральные удобрения, мульчирующие материалы, диамид, вода, семена трав) образуют на укрепленном участке временный защитный слой, который препятствует смыву и выдуванию семян. Гидропосев осуществляется гидросеялкой Д716.
При нанесении смеси на поверхность образуется волокнистое покрытие, обеспечивающее закрепление семян многолетних трав и создающее благоприятные условия для развития семян. В дальнейшем клеящие вещества служат питанием для трав. Наиболее благоприятными для высева являются морозостойкие сорта трав: костер безостый, лисохвост луговой, бекмания обыкновенная, волоснец сибирский, пырей бескорневищный и сизый. Выявлены виды трав, генотип которых не может гарантировать благополучной перезимовки: райграс пастбищный, овсяница луговая, клевер красный, розовый и белый, эспарцет, люцерна.
Ямальская сельскохозяйственная опытная станция перед посадкой трав рекомендует проводить рыхление почвы дисковой бороной с последующим фрезерованием. После обработки почвы дисковой бороной или фрезой выполняется боронование участка боронами «зигзаг». Обработку почвы осуществляют за год до посева. В качестве органического удобрения используют торф, который заготовляют за год до
внесения в почву. Органические удобрения (50 60 т/га) заделывают в почву вместе с известью тяжелой листовой бороной. Для посева рекомендуются приведенные травосмеси.
Посев осуществляют с 23 июня до 1 июля сеялкой СЗТ-3,6 на глубину 3 4 см с последующим прикатыванием катком ЗККМ-6.
Для воссоздания травянистого покрова рекомендуется наносить на спланированный участок равномерным слоем (10 см) торфопесчаную
смесь. Торф должен быть нарублен мелкой крошкой и просеян через грохот или сито. Полученную крошку компостируют с известью и фрезеруют с песком. После выравнивания растительной почвы неглубоким боронением вносят минеральные удобрения. Вспашку и дальнейшую обработку почвы осуществляют с помощью малогабаритных тракторов с зубодисковыми боронами, культиваторами и зубовыми боронами типа «зигзаг». Перекрестной обработкой легкими боронами и прикатыванием катками массой 75 100 кг добиваются измельчения почвы до гранул размером не более кукурузного зерна.
Посев производят осенью (предосенний). Недостаточно влажные почвы увлажняют на глубину 10 см. Семена заделывают в почву легкими боронами или шинами и щетками на глубину 0,5 1 см. Для больших площадей рекомендуется гидропосев или посев из бункера, подвешенного
квертолету. Для посева используют следующие виды растений:
злаковые щучка дернистая, северолюбка рыжеватая, дюпония Фишера, вейник пурпурный, наземный, хольма, овсяница красная, лисохвост альпийский, мятлик арктический, живородящий;
осоковые осока кругловатая, пушица узколистая, Шейкцара рыжеватая, осока арктосибирская и прямостоячая;
разнотравтье крестовик скученный, щавель арктический, камнеломка поникающая, лютик гиперборейский, ожика путаная, трехреберник темноголовый, синюха северная, гвоздика ползучая, пижма дваждыпыриестая, армерия морская, песчанка злаколистая, горец Лаксмана, яскола луговая, кошачья лапка ворсоносная.
После схода снега, по мере высыхания засеянной почвы, производят полив с помощью дождевальных установок. Почву увлажняют на глубину
20 см. В среднем расход воды на 1 га площади 20 30 м3.
В условиях Севера эффективна также следующая технология проведения биологического этапа рекультивации. На спланированную отсыпную песком поверхность наносят мелкоизмельченный торф. С помощью фрезерной машины песок перемешивают с торфом в соотношении 1:3. Данная смесь наиболее приемлема, так как обеспечивает нормальный тепловой, воздушный и питательный режимы и при этом способствует более быстрому оструктуриванию гумусового горизонта. В качестве химических мелиорантов используют известь или доломитовую муку. Дозы химических мелиорантов определены с учетом кислотности плодородного слоя, используемого на восстановление. По данным анализов РН верхних горизонтов оторфованных почв составляет от 4,8 до
5,3. Доза извести в этом случае для слоя 0 10 см равна 2,5 т/га.
Для получения оптимального растительного покрова важное значение имеет создание нормального режима питания растений. Учитывая низкую обеспеченность плодородного слоя нитратными азотом и обменным калием и отсутствие подвижного фосфора на фоне обязательного известкования, следует вносить повышенные дозы нитроаммофоски с соотношением питательных веществ 1:1:1 (содержание азота, фосфора, калия до 17,5 %).
Восстановление нарушенного участка только за счет восстановления травостоя не даст желаемого результата, если не будут предусмотрены работы по посадке защитных лесонасаждений.
Развитие лесомелиорации на Севере тесно связано с охраной полярной границы лесов, лесных островков в тундре, которые обладают большими климаторегулирующими защитными свойствами. В настоящее время установлено, что на месте уничтожения северных лесов комплекс экологических условий изменяется столь резко, что самовосстановления лесов на этой территории уже не происходит. Здесь формируются тундровые экосистемы, интенсифицируются почвенные криогенные процессы, почвы растрескиваются, вспучиваются, вымораживаются, т.е. условия для растительности становятся жестче.
Цель лесомелиоративных мероприятий восстановление параметров прежних разрушенных экосистем и существенное улучшение условий среды. Однако выращивание новых лесов всегда сопряжено с большими затратами и трудностями, тем более в условиях Крайнего Севера. В настоящее время накопилось большое количество материалов, которые позволяют сделать вывод о перспективности лесомелиорации в тундре.
Для определения породного состава, пригодного к использованию в регионах Тюменского Севера, необходимо выявить северные границы произрастания древесных и кустарниковых пород. В Западно-Сибирской субаркгике действительные границы лесотундровых редколесий отстают от своих возможных тепловых пределов на 200 250 км. Эти расчетные пределы примерно совпадают с северной границей кустарниковых тундр (на п-ве Ямал эта граница проходит на широте примерно 69°). Здесь на плакорах встречаются заросли ольхи кустарниковой, для роста и развития которой нужно столько же теплоты и такой же вегетационный период, как для лиственницы сибирской.
Установлено, что лиственные леса с примесью ели, леса IV и V класса бонитетов могут расти на почвах, температура которых равна +
(34 °С), при оттаивании почвы на глубину 40 50 см. Эти тепловые потенциальные пределы для лиственницы сибирской и ольхи кустарниковой находятся в 150 200 км севернее границы лесотундры. Лесомелиоративные насаждения в виде полос куртин, кулис, групп, рядов, сплошных посадок в регионах Крайнего Севера являются базой для образования стабильных биотопов. Эти насаждения изменяют ветровой режим и тем самым способствуют снегозадержанию, предохраняют почву от выхолаживания в летнее время, улучшают баланс теплоты и влаги в приземном слое воздуха. Снегозадержание в зимнее время предохраняет почву от интенсивного зимнего промерзания, а многолетние травы от вымерзания.
Посадки древесно-кустарниковой растительности в сочетании с травянистой растительностью могут способствовать деградации мерзлоты: ежегодная глубина оттаивания будет превышать глубину промерзания, тогда сезонное промерзание не будет смыкаться с вечной мерзлотой.
Лесные полосы регулируют поверхностный сток, предотвращают рост оврагов, закрепляют почвы, способствуют задержанию откосов и накоплению макро- и микроэлементов в почве.
Искусственно созданные лесонасаждения, являясь источниками обсеменения, будут способствовать распространению древеснокустарниковых пород и содействовать естественному зарастанию тундры.
2. Словарь понятий
Комплекс природовосстановительных работ на нарушенных нефтегазовым строительством территориях два основных природных компонента: земли с нарушенным почвенно-растительным покровом и верхними горизонтами грунтов, а также – поверхностные воды – водоемы
иводостоки, в том числе временные.
3.Материалы, используемые в процессе обучения
3.1. Материалы к лекции
Возможен следующий план лекции:
1)Нарушение почвенно-растительного покрова и рельефа местности при прокладке магистральных трубопроводов
2)Содержание работ биологического этапа стабилизации и