Исходные данные для курсового проекта

Основной задачей курсовогопроектирования является разработка проекта биологической рекультивации конкретного объекта, представленного нарушенным земельным участком.

Все мероприятия должны проектироваться с учётом современных научно-практических достижений и передового опыта различных направлений биологической рекультивации земель.

Курсовой проект выполняется на основе выдаваемого преподавателем индивидуального задания с исходными данными для проектирования:

– географическое расположение объекта;

– его основные характеристики (категория нарушенных земель, размеры, состав и др.);

– направление рекультивации;

– дополнительные сведения.

Этапы процесса рекультивации земель

Рекультивация земель – это комплекс работ, направленных на восстановление продуктивности и хозяйственной ценности нарушенных и загрязненных земель, а также на улучшение условий окружающей среды [4].

Рекультивации подлежат все категории нарушенных земель, а также прилегающие к ним земельные участки, полностью или частично утратившие продуктивность. Рекультивация должна проводиться с учетом местных почвенно-климатических условий, степени нарушения, загрязнения и ландшафтно-геохимической характеристики конкретного участка, а также требований соответствующих инструкций. Это позволит значительно удешевить проектные и практические работы по биологической рекультивации техногенных образований [10-17].

Рекультивация – сложный и длительный процесс, в котором выделяют три основных этапа (подготовительный, технический и биологический), представляющих собой последовательно выполняемые комплексы работ по восстановлению нарушенных земель [8].

Подготовительный этап предполагает проведение работ, связанных с обследованием нарушенных земель с целью определения направления рекультивации, ее технико-экономическим обоснованием и подготовкой проекта.

Технический этап включает работы по подготовке рекультивируемых земель для последующего целевого хозяйственного использования. Он предусматривает планировку, формирование откосов, снятие, транспортировку и нанесение почв и потенциально плодородных пород на рекультивируемые земли, устройство гидротехнических и мелиоративных сооружений, захоронение токсичных вскрышных пород, а также проведение других работ.

Биологический этап, завершающий формирование культурного ландшафта на нарушенных землях, включает комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, направленных на активизацию процесса почвообразования и воспроизводство биоценозов.

После завершения всех этапов рекультивируемые земли и прилегающая к ним территория должны представлять собой оптимально организованный и экологически сбалансированный устойчивый ландшафт [4, 10].

В соответствие с дальнейшим использованием рекультивируемых земель, выделяют пять направлений биологической рекультивации: сельскохозяйственное, лесохозяйственное, рекреационное, рыбо- и водохозяйственное. Однако, исходя из будущей профессиональной деятельности студентов, заданием предусмотрено разработка проекта по одному из двух направлений – лесохозяйственному или рекреационному.

Разработка проекта рекультивации объекта

Подготовительный этап

Поскольку проект рекультивации разрабатывается в рамках учебного процесса и не предполагает натурное обследование нарушенных земель, то основу подготовительного этапа составляет детальное и всестороннее изучение природных условий местоположения объекта. Это позволит соблюсти при разработке проекта рекультивационный режим, т.е. определенную совокупность требований по повышению эффективности восстановления компонентов природы, а также правильно оценить лесорастительные условия объекта рекультивации.

5.1.1 Географическое местонахождение объекта рекультивации. В данном подразделе приводятся сведения о крупных населенных пунктах, расположенных в непосредственной близости от объекта рекультивации. Прежде всего, следует охарактеризовать:

– особенности географического положения;

– главные отрасли экономики;

– транспортная инфраструктура;

– численность населения.

Правильный анализ данной информации позволит более грамотно выполнить проект, учтя в нем географические и экологические особенности района расположения объекта рекультивации.

Пример

Ачинск – город краевого подчинения, районный центр Красноярского края, значительный промышленный и культурный центр, транспортный узел.

Город располагается на юго-востоке западной Сибири низменность у подножия хребта Арга – отрога Восточного Саяна, на реке Чулым, его течения, 160 км к западу от промышленного центрального города Красноярска.

В соответствии со схемой территориального планирования Красноярского края Ачинск входит в состав Западного макрорайона Красноярского края. В административном отношении Западный макрорайон представлен 11 муниципальными районами (Ачинский, Балахтинский, Боготольский, Большеулуйский, Козульский, Новоселовский, Шарыповский, Ужурский) и 4-мя городскими округами (Ачинск, Боготол, Назарово и Шарыпово).

Город Ачинск фактически делится федеральной осью железных и автомобильных дорог на две зоны – северную и южную. Южная зона является более развитой в промышленном и сельскохозяйственном отношении. Северная макрозона, в свою очередь, относится к старолесопромышленной, и ее экономическое положение характеризуется как депрессивное.

Площадь территории Ачинска составляет более 61 тыс. м² – предпоследнее место среди других макрорайонов края, однако по численности населения (около      460 тыс. чел.) рассматриваемая территория в регионе уступает лишь Красноярской агломерации, что предопределило и высокие показатели плотности населения, опять же уступающие только центральному макрорайону.

5.1.2 Рельеф и геологическое строение.Данные факторы оказывают большое влияние на степень проявления эрозионных процессов, которые могут в значительной степени осложнять рекультивационные работы.

Так, например, преобладание в естественном рельефе склоновых поверхностей способствует развитию водной эрозии, а его выровненный характер при слабом развитии растительности благоприятствует дефляции (ветровой эрозии). Весьма активно оба вида эрозии протекают и в условиях формирующегося техногенного рельефа. При этом преобладание в нем склоновых поверхностей определяет наиболее сильное проявление водной эрозии, особенно если слагающие их горные породы имеют легкий гранулометрический состав.

Кроме того, влияния на степень подверженности эрозии, гранулометрический состав и другие свойства горных пород в значительной мере определяют их пригодность для биологической рекультивации, а также особенности лесорастительных условий, формирующихся на нарушенных землях.

Пример

Участок города Ачинска представлен надпойменной террасой реки Чулым с относительно ровной увлажненной, иногда заболоченной и заросшей тальником, березой и болотной растительностью поверхности.

Город Ачинск расположен в острогах Ачинского хребта и географически в пределах Чулымско-Енисейской области. Среднесибирского плоскогорья с абсолютными отметками поверхности 300-500 м.

Особенностью почвенного покрова района резкая смена свойств почв на небольших расстояниях, что обусловлено влиянием нанорельефа.

Наиболее распространенными почвами являются оподзоленные черноземы, для которых характерен четко дифференцированный профиль. Верхний гумусовый горизонт А1 темноокрашенный с хорошо выраженной комковато-зернистой структурой и кремнеземистой присыпкой снизу.

Нижняя часть А1 часто выделяется как А2В. Иллювиальный горизонт В коричневого цвета, уплотнен, с ореховатой структурой, имеет кремнеземистую присыпку, отчетливо наблюдающуюся при подсыхании почвы. Карбонатный слой залегает, начиная с глубины 100-120 см. Внизу профиля часто наблюдаются признаки оглеения.

5.1.3 Гидрологические условия.Под гидрогеологическими условиями понимаются характеристики и свойства грунтов, грунтовых вод и среды, в которых производятся рекультивационные работы.

При близком залегании сильноминерализованных грунтовых вод отмечается переувлажнение верхних поверхностных слоев техногенных образований, что затруднит проведение рекультивационных работ, а также негативно скажется на росте и развитии создаваемых здесь насаждений. Исходя из этого, для территории расположения объекта проектирования необходимо привести сведения о химическом составе и степени минерализации грунтовых вод, а также глубине их залегания в различные периоды года.

Пример (фрагмент описания)

Гидрологическая сеть района представлена рекой Чулым с рядом более мелких притоков. Реки имеют равнинный характер, смешанное питание, быстрый подъем во время весеннего половодья. Правый берег реки имеет полого-увалистый рельеф. В восточной и юго-восточной части развита овражно-балочная сеть. В долине реки Чулым, на правобережье выделяются надпойменные террасы. Первая из них возвышается уступом высотой 4-10 м и распложена выше впадения р. Тептятки (центральная часть города), имея абсолютные отметки около 200 м. Вторая надпойменная терраса (абсолютные отметки – 207-220 м), наибольшая по площади, характеризуется ровной поверхностью, включающей небольшие понижения.

5.1.4 Характеристика вскрышных пород. Состав вскрышных пород во многом определяет содержание элементов питания и влагообеспечивающую способность техногенных субстратов и поэтому является основным фактором, определяющим лесорастительные условия отвалов, а, следовательно, и успешность их искусственного облесения.

Состав вскрышных пород, из которых сформирован объект рекультивации, приводится в задании на курсовое проектирование. Согласно ГОСТ 17.5.1.03-86 [5], их классификация по степени пригодности для биологической рекультивации основана на показателях химического и гранулометрического состава и инженерно-геологической характеристике (таблица 5.1).

Наряду с этим, для оценки лесорастительных свойств вскрышных пород можно также использовать классификацию, разработанную Л.П. Баранником [10] для искусственного облесения нарушенных земель. Она лучше соответствует природно-климатическим условиям Сибири и, помимо приведенных в ГОСТ17.5.1.03-86 [5] критериев, учитывает еще и такой важный экологический фактор, как увлажнение местообитаний. Соотношение степени плодородия грунтов и их увлажнения, в значительной мере определяющих характер лесорастительных условий, в данной классификации предполагается обозначать цифровыми индексами: плодородные сухие – I₁, свежие – I₂, влажные – I₃ , сырые – I₄; потенциально-плодородные – соответственно II₁, II₂, II₃, II₄; ограниченно пригодные – IV₁, IV₂, IV₃, IV₄ (таблица 5.2).

Пример

Вскрышные породы – это горные породы, покрывающие и вмещающие полезные ископаемые, подлежащие выемке и перемещению, как отвальный грунт в процессе открытых горных разработок.

В геологическом отношении участок располагается в пределах распространения пород верхнепротерозойско-нижнекембрийского комплекса, представленных порфиритами и их туфами, алевролитами и аргиллитами.

Полезная толща представлена щебеночным материалом коры выветривания коренных пород с суглинистым заполнением и трещиноватыми породами (порфиры, туфы, алевролиты), имеют мощность до 10 м. Вскрыша представлена почвенно-растительным слоем мощностью от 0,1 до 0,4 м.

5.1.5 Климатические условия.Климат является одним из главных факторов, определяющих многие важнейшие аспекты биологической рекультивации, особенно ее лесохозяйственного и рекреационного направлений. Исходя из этого, студент должен привести исчерпывающую характеристику климата района расположения рекультивируемого объекта, используя данные ближайшей метеостанции.

Пример

Климатические условия района проектирования обусловлены расположением в глубине континента и особенностями рельефа. Климат резко континентальный. Его основные показатели приведены в таблице 5.3.

Осень продолжительная, относительно холодная, с затяжными дождями. Весна поздняя, короткая с резкими колебаниями суточных температур и большим количеством ветров, средняя скорость которых колеблется от 1,8 до 3,6 м/с.

Наибольшая глубина промерзания почвы составляет 2,3 м Оттаивание почвы проходит медленно, даже в июне на глубине до 1 м встречается мерзлота, а в сильно заболоченных долинах и ложбинах она сохраняется, как правило, в течение всего года.

Сумма осадков колеблется от 344 до 440 мм, что обеспечивает нормальный рост и развитие древесной растительности.

Таблица 5.1 – Классификация вскрышных пород по пригодности для биологической рекультивации [5]

Продолжение таблицы 5.1

Таблица 5.2 – Классификация грунтов по лесопригодности [10]

Снегопады начинаются в первой декаде октября. В конце месяца, снеговой покров приобретает устойчивый характер, сохраняющийся до апреля. Окончательно снег сходит в первой декаде мая. Наибольшая высота снежного покрова (около 60 см) наблюдается в марте.

К неблагоприятным факторам, отрицательно сказывающимся на росте и развитии древесной растительности, следует отнести:

– поздние весенние и ранние осенние заморозки, вызывающие повреждение и гибель всходов, побегов;

– глубокое промерзание и медленное оттаивание почвы, затрудняющее проведение лесовосстановительных работ и снижающее прирост древесины;

– частые сильные ветры в засушливые периоды, создающие условия для возникновения и распространения лесных пожаров;

– неравномерное распределение осадков в течение года и вегетационного периода.

Таблица 5.3 – Основные климатические показатели района расположения объекта рекультивации

Ветровой режим местности характеризуют по данным ближайшей метеостанции (таблица 5.4).

Таблица 5.4 – Повторяемость направления ветра, %

В целом, климатические условия территории лесничества, вполне благоприятны для произрастания древесной растительности.

Прежде всего, при анализе климата района расположения объекта должны учитываться те климатические показатели, которые являются определяющими при подборе ассортимента древесно-кустарниковой растений и разработке схем их размещения, а также планировании сроков посадки. К таким показателям можно отнести годовую сумму осадков и их распределение по сезонам года, температуру и влажность воздуха, высоту снежного покрова, глубину промерзания почвы и ветровой режим.

Используя данные о температуре воздуха, определяют оптимальные сроки проведения весенних и осенних лесопосадочных работ, а также начало, окончание и продолжительность следующих периодов: тёплого, активной вегетации и большого цикла вегетации [14].

Промежуток между датами перехода среднесуточных температур воздуха через 0 °С весной и осенью определяет теплый период времени, через 5 °С – период большой вегетации. Период активной вегетации протекает при среднесуточных температурах воздуха выше 10 °С.

Период от даты перехода средней суточной температуры через 5 °С до даты перехода через 10 °С является лучшим временем для весенних посадок, а осенью их рекомендуют проводить в промежуток между датами перехода температур через 10 и 5 °С. Результаты заносят в таблицу 5.5.

Пример

Таблица 5.5 – Сведения о периодах с различным температурным режимом и оптимальные сроки лесопосадочных работ

Влагообеспеченность территории за соответствующий период определяют по гидротермическому коэффициенту. Вычисляют как отношение суммы осадков за вегетационный период (за май, июнь, июль, август месяцы) к утроенной сумме средних месячных температур:

ГТК= ∑О/∑Т×3,                  (5.1)

где ∑О – сумма осадков за период со среднесуточной температурой воздуха выше     10 ^оС, мм;

∑Т – сумма температур за этот же период, ^оС.

ГТК=(36+47+55+69)/[(8,2+15,1+18,0+15,1)×3]=1,2

Исходя из рассчитанного значения ГТК, территорию относят к влажной зоне, умеренно влажной подзоне, природной зоне лесостепи.

Коэффициент водного баланса территории по В.Н. Сукачеву определяется отношением суммы осадков за год к сумме положительных среднемесячных температур за год:

Гв.б.= ∑Ог/∑Т,                    (5.2)

где  ∑Ог – суммы осадков за год, мм;

  ∑Т – сумма положительных среднемесячных температур за год, ^оС.

К.в.б.=(13+10+10+16+36+47+55+69+41+35+24+18)/(8,2+15,1+18,0+15,1+8,7)=5,7

На основании полученного значения коэффициента водного баланса территорию города Ачинска относят к зоне лесостепи.

5.1.6 Растительность. Как правило, лесохозяйственное направление биологической рекультивации преобладает в районах лесной зоны, где в результате открытых горных разработок уничтожены большие площади лесов. Однако благодаря заносу семян из оставшихся лесных массивов расположенные вблизи них нарушенные земли зарастают не только травянистыми, но и древесными видами.

В связи с этим при разработке проекта лесной рекультивации необходимо учитывать не только лесорастительные свойства самих отвалов, но и особенности процесса их естественного зарастания. Знания видового состава и особенностей развития формирующейся естественной растительности, с одной стороны, позволяют решить вопрос об эффективности искусственного облесения объекта без предварительного улучшения его лесорастительных условий, а с другой – сделать правильный выбор ассортимента пород для рекультивации. При этом в случае сопоставимой требовательности к эдафическим условиям нескольких видов более перспективными для искусственного облесения отвалов являются представители местной флоры, поскольку ее экологические требования в большей степени соответствуют климатическим условиям района проектирования.

Пример (фрагмент)

В растительном покрове господствуют темнохвойные леса, состоящие из пихты ели и кедра (черневая тайга). На возвышенностях и по долинам рек встречаются сосновые боры. Также довольно распространены мелколиственные леса (береза, осина) с редкой примесью сосны. Среди подлесочных видов преобладают черемуха, ольха, боярышник, тальник, малина.

Технический этап

На основании анализа результатов работ подготовительного этапа устанавливают соответствующие требования к последующим этапам рекультивации, начиная с технического (таблица 5.6).

Таблица 5.6 – Требования к техническому этапу рекультивации

Продолжение таблицы 5.6

5.2.1 Общие требования к техническому этапу рекультивации земель, нарушенных при добыче полезных ископаемых открытым способом.Рекультивация земель, нарушенных открытой разработкой полезных ископаемых, должна выполняться с целью быстрого и эффективного их возврата в хозяйственный оборот. Исходя из этого, в процессе ведения добычных и рекультивационных работ необходимо:

·  предварительное снятие и складирование плодородного слоя почв, селективная разработка потенциально плодородных пород, а также их укладка в отвалы в объемах, необходимых для создания рекультивационного слоя соответствующих параметров;

· проведение мероприятий по организации стока ливневых и технических вод путем устройства специальных гидротехнических сооружений (водосборных лотков, бетонных водовыпусков и т.д.);

· строительство отводных каналов или специальных устройств для пропуска воды естественных водотоков и перехвата склонового стока при размещении породных отвалов в балках и оврагах;

· устройство обвалований, нагорных канав, водоотводов и других простейших гидротехнических сооружений при размещении отвалов и карьеров на склонах;

· формирование бортов карьерных выемок и откосов отвалов, устойчивых к оползням и осыпям, а поверхности отвалов – к просадкам;

· обеспечение мероприятий по регулированию водного режима в рекультивационном слое, особенно, если он сложен породами, обладающими неблагоприятными водно-физическими свойствами;

· создание экрана из капилляропрерывающих или изолирующих материалов (песок, камень, гравий, пленка и т. д.) при наличии в основании рекультивационного слоя токсичных пород;

· минимальные отметки поверхности внутренних отвалов должны быть выше прогнозируемого уровня грунтовых вод на величину, зависящую от направления рекультивации и гранулометрического состава пород; если отметка внутренних отвалов окажется ниже, должны быть предусмотрены мероприятия, исключающие заболачивание рекультивируемой поверхности;

· формирование отвалов из пород, подверженных горению, должно производиться по технологической схеме, исключающей их самовозгорание; при этом рекультивационный слой отвалов должен создаваться из пород, пригодных для биологической рекультивации.

5.2.2 Состав работ и требования к техническому этапу при лесохозяйственном направлении рекультивации:

– создание рекультивационного слоя на поверхности откосов и берм отвалов из мелкоземистого нетоксичного материала, благоприятного для выращивания леса.

При преобладании в составе объекта проектирования горных пород, непригодных для искусственного облесения, должен создаваться рекультивационный слой с пригодными для лесовыращивания свойствами.

– определение мощности и структуры рекультивационного слоя в зависимости от свойств горных пород, характера водного режима и типа лесонасаждений.

Мощность и структура рекультивационного слоя определяются, исходя из свойств горных пород, типа водного режима, который установится после окончания планировочных и мелиоративных работ, а также планируемых лесных насаждений. При отсыпке многоярусных отвалов поверхностный слой откосов и берм необходимо формировать из мелкозернистого нетоксичного материала, пригодного для произрастания травянистой, древесной и кустарниковой растительности.

– планировка участков, не допускающая развитие эрозионных процессов и обеспечивающую безопасное применение почвообрабатывающих, лесопосадочных машин и машин по уходу за посадками;

Участки, подготавливаемые для посадки леса, должны быть полностью или частично спланированными, откосы отвалов стабильными. В зависимости от условий отвалообразования и целей облесения может производиться сплошное выполаживание откосов отвалов и бортов выемок или их террасирование; в случае необходимости должен производиться ремонт рекультивированных площадей.

При создании лесонасаждений эксплуатационного типа рельеф поверхности рекультивируемых отвалов должен быть равнинно-волнистым, без замкнутых понижений, умеренно расчлененным с углами откосов, не допускающими развития эрозионных процессов и позволяющими применять почвообрабатывающие, лесопосадочные и другие машины.

– организация противопожарных мероприятий.

В лесопосадках, особенно расположенных вблизи населенных пунктов и сельскохозяйственных угодий, необходимо предусматривать противопожарные мероприятия, в частности, создание насаждений смешанного типа. В крупных массивах хвойных и лиственных культур проводятся противопожарные мероприятия, общепринятые в лесном хозяйстве.

Участки траншей, не заполненных отвальными породами после отработки карьерных полей, должны быть использованы под противопожарные водоемы с оборудованием водозаборных зон и подъездов к ним.

5.2.3 Состав работ и требования к техническому этапу земель при рекреационном направлении рекультивации:

– вертикальная планировка территории с минимальным объемом земляных работ, сохранение существующих или образованных в результате производства работ форм рельефа на стадии технического этапа;

– обеспечение стабильности грунтов при строительстве сооружений для отдыха и занятий спортом.

При создании рекреационных объектов (зон) должна быть обеспечена устойчивость формирующихся природно-антропологических комплексов и комфортные условия для отдыха, а также обоснована их социально-географическая (медико-географическая) целесообразность, определяемая путем сравнительной оценки фактической обеспеченности и нормативной потребности населения в местах отдыха.

На стадии технического этапа при рекреационном направлении рекультивации должна осуществляться планировка нарушенной территории с минимальным объемом земляных работ, сохранением существующих или образованных в результате производства горных работ форм рельефа.

– проектирование, строительство и эксплуатация зон рекреации водных объектов для организованного массового отдыха и купания должны проводиться в соответствии с требованиями ГОСТ 17.1.5.02-80 [2] и с учетом требований стандарта.

5.2.4 Планировочные работы.Данный вид работ предусмотрен практически всеми направлениями биологической рекультивации и заключается в выравнивании поверхности нарушенных земель в соответствии с последующим их хозяйственным использованием. При этом согласно ГОСТ 17.5.1.01-83 [8] выделяются следующие виды планировки:

– сплошная планировка (выравнивание поверхности с уклонами, допустимыми для сельскохозяйственного или механизированного лесохозяйственного освоения);

– частичная планировка (выборочное выравнивание поверхности, обеспечивающее создание благоприятных условий для целевого освоения земель);

– выполаживание откосов (может быть сплошным или террасным и представляет собой работы с целью уменьшения углов откосов отвалов и бортов карьерных выемок) (приложение В).

По очередности проведения различают грубую и чистую планировку. Первая составляет основной объем земляных работ и заключается в предварительном выравнивании поверхности. Она осуществляется силами горнодобывающего предприятия в процессе отвалообразования для обеспечения равномерной усадки вскрышных пород, после завершения которой (через 1-1,5 года после отсыпки отвала) проводится чистовая планировка. Ее цель заключается в окончательном выравнивании поверхности и исправлении микрорельефа при незначительных объемах земляных работ. К проведению чистовой планировки нередко привлекаются специалисты лесного хозяйства, завершающие процесс биологической рекультивации объекта путем его искусственного облесения.

В случае появления неровностей рельефа, возникающих в результате усадки пород или эрозионных процессов, должен быть проведен ремонт рекультивируемых земель. Эти работы необходимо выполнить до нанесения на поверхность плодородного слоя почвы или проведения лесопосадок.

Кроме того, необходимым мероприятием является удаление крупнообломочного материала, лежащего на поверхности или в толще рекультивационного слоя, который затрудняет, а иногда и исключает выполнение необходимых агротехнических процессов, вызывает непроизводительные затраты по эксплуатации машин и орудий, ухудшает лесорастительные свойства земель (таблица 5.7).

Таблица 5.7 – Классификация обломочного материала и причиняемый вред

Пример

Планировка отвалов

Включает выравнивание поверхности нарушенных земель, в соответствии с последующим хозяйственным использованием. В нашем случае, исходя из рекреационного направления, выбираем частичную планировку, обеспечивающую создание благоприятных условий для отдыха людей. Графическое изображение гидроотвала представлено на миллиметровой бумаге с указанием границ и размеров проектируемых террас.

Морфометрические параметры техногенного рельефа после завершения технического этапа рекультивации земель, нарушенных открытыми разработками, приведены в таблице 5.8.

Определяем R и d отвала, условно принимая, что его основание – круг. Тогда, если площадь отвала 20 га, то по крутизне он относится к категории крутых) по формуле 5.3:

                      D²=S/0,7854=d=√d²                            (5.3)

D²=20000/0,7854=25464,73;

D=√25464,73=504 м – диаметр основания первого отвала

Определяем S террас по формуле 5.4:

                         S (террасы) = π · (R²– r²)                           (5.4)

S_{1(террасы)}=3,14 · (249² – 244)² =7740 м²;

S_{2(террасы)}= 3,14 · (244² – 239)²= 7583 м²;

Площадь верхнего стола определяется по формуле 5.5:

                        S_{(верхнего стола)} =πd²/4;                              (5.5)

S_{3(верхнего стола)}= 478² · 3,14/4 = 190000 м²;

Затем проводим расчет протяженности террас по формуле (3.6):

                                   L=πd:                                     (5.6)

1. L₁=3,14·249=781,86 м;

2. L₂=3,14·244=766,16 м;

3. L₃=3,14·478=1500,92м;

Нарезка террас шириной 2,5-3,0 м производится террасерами ТС-2,5 и ТР-2А, а более широких (3,5-5,0м) – террасером Т-4У или бульдозерами типа Д-533С. Террасы разбивают строго по горизонталям нивелиром, намечая их на местности вешками.

Подготовку террас целесообразно начинать летом предшествующего посадке года, чтобы в осенне-зимний период получить дополнительное увлажнение. После нарезки на террасах производят глубокое безотвальное рыхление, а затем – культивацию [14].

Технологические карты на устройство террас (ширина – 5 м; уклон полотна – обратный, 3-5 градусов; протяженность – 3049 м; площадь полотна – 22,82 га) и защитной полосы приведены в следующих таблицах5.9 и 5.10.

Таблица 5.8 – Морфометрические параметры техногенного рельефа после завершения технического этапа рекультивации земель

Таблица 5.9 – Технологическая карта на устройство террас

Таблица 5.10 – Технологическая карта на устройство защитной лесной полосы

Биологический этап

После выполнения всех горнотехнических работ объекты, передаваемые для завершающего биологического этапа рекультивации, должны соответствовать следующим требованиям:

· отвалы должны быть стабильными, основные процессы их усадки завершены;

· отметки подготовленной поверхности внутренних отвалов должны быть выше или не менее чем 1-2 м господствующего уровня грунтовых вод в прилегающих к карьеру зонах;

· планировка поверхности должна выполняться с учетом требований применения сельскохозяйственной техники или машин для посадки леса;

· поверхность отвалов должна быть покрыта почвенным слоем при сельскохозяйственном направлении рекультивации и почвообразующими породами при лесохозяйственном;

· все инженерные мероприятия по борьбе с эрозией рекультивируемых участков, а также исключающие заболачивание и подтопление должны быть завершены;

· к отвалам должны быть проложены подъездные пути.

В разделе биологической рекультивации проекта должны быть освещены следующие вопросы:

· продолжительность биологического этапа рекультивации (мелиоративного периода);

· состав и чередование сельскохозяйственных культур по годам биологической рекультивации;

· нормы и периодичность внесения органических и минеральных удобрений, извести и т.д.;

· нормы высева семян сельскохозяйственных культур;

· агротехника возделывания и уборки сельскохозяйственных культур;

· мероприятия, направленные на ускорение почвообразовательного процесса, повышение влагообеспеченности, снижение эрозионных процессов, и другие.

5.3.1 Лесная рекультивация.Лесохозяйственное направление предусматривался в случаях, когда экономически нецелесообразно проводить сельскохозяйственную рекультивацию или создание лесонасаждений является приоритетным (в рекреационных или санитарно-гигиенических целях).

Возможность биологического освоения территорий без нанесения на них слоя почвы, а лишь с применением в отдельных случаях биологической или химической мелиорации, обеспечивает более широкую популярность лесной рекультивации.

Назначение искусственных лесных насаждений на восстанавливаемых территориях различно. В зависимости от местных условий может предусматриваться создание хозяйственных, эксплуатационных, противоэрозионных, водорегулирующих, ветрозащитных насаждений, а также насаждений охотничьих хозяйств, лесов паркового типа и др.

В районах с недостаточной влажностью искусственные лесопосадки служат источником регулирования водного режима, в малолесных районах – увеличивают лесистость, а также выполняют функцию полезащитных насаждений на рекультивируемых в сельскохозяйственных целях террито­риях, создавая живые изгороди вокруг полей. Необходимость проведения лесной рекультивации во многих случаях обусловлена резким уменьшением лесопокрытой площади в районах деятельности горных предприятий.

Как правило, основной целью лесной рекультивации в промышленных районах является создание лесов озеленительного назначения для улучшения неблагоприятных условий окружающей среды. Перевод таких насаждений в категорию промышленных возможен только в более отдаленной перспективе.

Лесохозяйственное направление целесообразно применять в лесной зоне при рекультивации отвалов, сложенных пригодными и малопригодными породами. В последнем случае перед лесопосадками проводят мелиорацию пород, улучшающих их физико-химические свойства, и специальные агротехнические мероприятия.

К настоящему времени в мировой литературе опубликовано достаточно большое число данных, освещающих вопрос лесной рекультивации отвалов разных типов. Преобладающая часть работ выполнена на отвалах, образованных при добыче угля, меньшая – железной руды, руд цветных металлов и отвалах нерудных ископаемых. Независимо от цели создания искусственных лесопосадок и от типа отвалов, на которых планируется проведение этих работ, исследователи сталкиваются с необходимостью решения общих вопросов. Из них в первую очередь – оценка лесопригодности грунтов, складируемых в отвалы, подбор ассортимента видов древесных и кустарниковых растений в зависимости от свойств пород, формы и высоты отвалов, крутизны и экспозиции склонов и других условий.

В районах с недостаточным количеством атмосферных осадков следует предусматривать полив насаждений, не допуская смыва отвальных пород и нанесенного плодородного слоя почвы и потенциально плодородных пород. Одновременно с поливом необходимо подкармливать растения азотом и фосфором.

5.3.2 Мелиоративная подготовка территорий.Характер мелиоративных мероприятий, направленных на подготовку территорий для проведения лесной рекультивации, определяется типом грунтов и их смесей, складированных в отвалы. Лесопригодность грунтов вскрыши различных месторождений (фосфоритных, песчаных, угольных, железорудных и т. д.) неодинакова и определяется как показателями их химического состава, так и физическими свойствами. Однако, как правило, грунты, малопригодные для выращивания требовательных к условиям почвенного питания сельскохозяйственных культур, во многих случаях могут быть использованы для лесовыращивания без проведения коренной мелиорации.

В том случае, если слагающие отвалы грунты нетоксичны и пригодны по своим химическим свойствам и физическим показателям для роста древесных растений (лёссовидные суглинки и лёссы), можно проводить лесопосадки непосредственно в эти грунты. В других случаях (например, на песках, меловых и мергелистых породах, средних и тяжелых глинах, сланцах различной степени выветрелости) создание лесных культур возможно при условии применения минеральных удобрений. Положительный опыт такого способа мелиоративной подготовки площадей имеется как в отечественной, так и в зарубежной практике выращивания леса на отвалах разных типов.

На участках с неблагоприятными для лесной растительности условиями первоначально производится коренная мелиорация (известкование, промывка, глубокое рыхление и др.) и создается мелиоративно-подготовительный тип лесных культур. Например, лесная рекультивация территорий, сложенных токсичными грунтами, возможна только при условии коренной химической мелиорации или применения покрытия из почвы или пригодных для освоения растениями грунтов.

На отвалах, сложенных породами, бедными питательными веществами, следует проводить подготовительные мероприятия по созданию условий, обеспечивающих успешный рост и развитие древесных культур, внесение органических и минеральных удобрений, посев сидератов.

5.3.3 Посев почвоулучшающих культур.Для улучшения условий роста древесных культур на отвалах целесообразно засевать междурядья многолетними бобовыми растениями (первые 3-4 года.) Наличие симбиотических отношений между бобовыми травянистыми (клевером, люцерной, донником и другими) и клубеньковыми бактериями способствует улучшению роста растений в неблагоприятных условиях среды промышленных отвалов.

Способ биологической мелиорации путем выращивания люпина многолетнего, широко применяющийся для улучшения лесорастительных свойств подзолистых почв, может быть с успехом применен при создании лесных культур на техногенных ландшафтах.

Использование образующих дернину злаков, которые в силу своей высокой конкурентной способности в начальный период развития культур оказывают на них негативное влияние, может быть признано целесообразным только в случаях необходимого срочного закрепления рыхлых, легко подвергающихся эрозии грунтов.

5.3.4 Подбор древесных пород. Для формирования экологически устойчивых насаждений следует создавать смешанные типы лесокультур с участием главных пород до 70 %, сопутствующих – до 20 %, кустарников – до 10 %. Соотношение может меняться, в зависимости от назначения культур. Виды древесных и кустарниковых насаждений и их соотношение определяются на основе опыта, накопленного в каждом регионе.

Подбор древесных пород для лесонасаждений производится в зависимости от зональных условий, физико-химических; агрохимических и водно-физические свойств почвогрунтов, а также от целевого назначения (Приложения Г и Д).

При рекультивации породных отвалов шахт и обогатительных фабрик, на которых отсутствует термическая активность, и физико-химические свойства пород позволяют использовать их для озеленения, следует создавать на всей поверхности отвалов и в окружающей их защитной зоне лесонасаждения из древесных пород и кустарников, способных произрастать в данных условиях. На первых стадиях освоения таких земель наиболее целесообразно выращивать виды, мало требовательные к питанию и влаге, способные выносить высокие температуры, которые на поверхности отвалов нередко достигают 50 °С и выше (березы, ивы, тополя, ольху и др.).

Изучение возможности создания искусственных лесных насаждений на отвалах открытых разработок фосфоритов, железной руды и бурого угля показало, что для их облесения целесообразно использовать олиготрофные виды, малотребовательные к плодородию (например, сосну обыкновенную и березу бородавчатую). Другими важнейшими характеристиками, имеющими значение при выборе ассортимента видов как для лесной, так и для сельскохозяйственной рекультивации, являются их ксерофитность и солеустойчивость.

При лесопосадках на отвалах в лесной зоне широко применяются сосна обыкновенная, лиственница сибирская, ель обыкновенная и другие виды ценных древесных культур.

Как показали многолетние исследования, наиболее целесообразно кулисное смешение этих пород с мелиоративными кустарниками-азотонакопителями: облепихой крушиновидной, лохом серебристым, бузиной сибирской, смородиной золотистой и др.

Пример

Наиболее часто на рекультивируемых отвалах создаются лесные культуры сосны в смешении с облепихой по схеме 3С2Об (60 % сосны, 40 % облепихи). Смешение этих пород в рядах недопустимо, так как облепиха в первые годы затеняет и угнетает сосну (расстояние между рядами больше в ряду, например, 2,5 и 1,5 м соответственно)

Контакт корневых систем облепихи и сосны улучшает азотное питание последней, в результате чего повышается продуктивность культур. На 3-4 год после посадки облепиха начинает плодоносить, насаждение можно использовать для сбора ягод. Ко времени ее старения (15-20 лет) высота сосен достигает 7-9 м, образуется чистое сосновое насаждение, с небольшой примесью облепихи, где она не подавляется сосной.