close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Восстановление техногенно-трансформир...(ПЗ 05.04.06)

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет
имени Г.Ф. Морозова»
Кафедра экологии, защиты леса и лесного охотоведения
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ТЕХНОГЕННО-ТРАНСФОРМИРОВАННЫХ
ЛАНДШАФТОВ
Методические указания к практическим занятиям для студентов
по направлению подготовки
05.04.06 – Экология и природопользование
1
Воронеж 2016
УДК 502.4
Капитонов Д.Ю. Восстановление техногенно-трансформированных ландшафтов [Электронный ресурс]: методические указания к практическим занятиям
для студентов направлению подготовки 05.04.06 – Экология и природопользование / Д.Ю. Капитонов. – Воронеж: ФГБОУВО «ВГЛТУ», 2016. – 65 с.
Курс «Восстановление техногенно-трансформированных ландшафтов»
предназначен для слушателей магистратуры направления подготовки 05.04.06
– экология и природопользование. В настоящее время очень важное место начинают занимать вопросы разрушения ландшафтов и их воссоздания, а также
проблема деградации почв и их рекультивации. Важность этой проблемы определяется тем, что без преодоления процесса деградации почв и сохранения
почвенного покрова путем проведения рекультивационных работ невозможно
сохранить ни растительный и животный мир, ни чистоту воды и воздуха, ни в
целом нормальное функционирование биосферы, в том числе и педосферы. В
методических указаниях содержатся разработки к практическим занятиям.
Печатается по решению УМС ВГЛТУ (протокол № 9 от 16 мая 2016 г.)
Рецензент: директор ВНИИЛГиСбиотех, канд. биол. Корчагин О.М.
2
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №1.
Состав процессов при выполнении работ на биологическом этапе
рекультивации
При выборе способа рекультивации карьеров залесением руководствуются теми же соображениями, что и при проведении рекультивации под сельскохозяйственные угодья. Возможность рекультивации залесением используют в тех случаях, когда сельскохозяйственное или иное использование территории карьера сопряжено с определенными трудностями, например плохое
качество почвы, отдаленное расположение карьера от населенных пунктов,
неудовлетворительный микроклимат для выращивания сельскохозяйственных
культур и др.
После завершения работ по горнотехническому этапу рекультивации
карьеров приступают к биологическому.
Рекультивацию карьеров залесением проводят в следующей последовательности. Вначале выравнивают дно карьера и выполаживают откосы до значений m = 1,5 и более, а при глубине карьера более 5-6 м на откосах устраивают бермы шириной около 3 м через каждые 5 м по высоте склона.
В целях повышения плодородия почво-грунтов вносят удобрения, проводят известкование. Технология послойного известкования приведена в таблице 1.
Таблица 1. Технология послойного известкования почв
Основные агротехнические и
технологические требования
Создание необходимого запаса;
своевременная доставка; обесДоставка известковых
печение сохранности; защита от
материалов
сырости
Вид работ
Средства механизации
3
При расстояниях транспортирования: до 70-100 км – автосамосвалы; до 25 км – тракторные прицепы; до 10-25 км – разбрасыватели
удобрений на базе автомобилей
Норма внесения 2-6 % массы Разбрасыватель удобрений (РУМмелиорируемого слоя (2-10 8, РУП-8 и трактор – Т 150К или
т/га) в зависимости от рН
РУМ-16 к трактору К-701)
На глубину 0,1м или на поло- Борона дисковая тяжелая (БДТ-3 и
вину пахотного слоя
трактор ДТ-75)
Разбрасывание 50%-й
дозы известковых материалов
Перемешивание извести с верхним слоем
почвы
Вспашка с оборотом На глубину 0,2 м или пахотного Плуги общего назначения (ПЛН-6пласта
слоя
35 и трактор Т-150К)
Основные агротехнические и
Средства механизации
технологические требования
Разбрасывание остав- Норма внесения 2-6 % массы
Разбрасывание 50% -и дозы изшихся 50 % дозы из- мелиорируемого слоя (2-10
вестковых материалов
вестковых материалов т/га) в зависимости от рН
Вид работ
Перемешивание
во На глубину 0, 1 м или на поло- Борона дисковая тяжелая (БДТ-3 и
втором перевернутом вину пахотного слоя
трактор ДТ-75)
слое почвы
4
Минеральные удобрения в соотношении К2О – 50%, Р2О5 – 30 %, NO3 –
20 % вносят машинами МВУ-8Б. Обычная доза внесения минеральных удобрений составляет около 0,5 т/га. Вносимые в почву удобрения заделывают
дисковыми боронами на глубину до 0,06 м.
После завершения этих работ рыхлят уплотненный грунт на дне карьера,
а затем высевают бобовые культуры, способствующие образованию гумуса и
накоплению азота. В последующем закладывают лес, избегая монокультуры.
Одни лишь хвойные породы деревьев не способствуют полному развитию потенциала территории. Их дополняют лиственными породами деревьев, соответствующих местным условиям. При посадке смешанных пород деревьев более полно формируется ландшафт и обеспечивается оздоровление биотопы.
По периметру лесопосадки необходимо обсадить кустарником и деревьями
второй величины, образуя опушку шириной 3- 5 м.
Наряду с сельскохозяйственной и лесохозяйственной рекультивацией
места сухой выемки грунта можно использовать и в других целях – для создания спортивных и игровых площадок, устройства кемпингов и отвода участков под строительство. Не исключается и обратная засыпка выработанного
пространства карьеров неопасными с точки зрения санитарии и сохранения
качества грунтовых вод материалами, например отвальным грунтом после
проходки тоннелей метрополитена, строительными отходами после слома домов и другими безвредными материалами. После заполнения карьера этими
материалами формируют верхний насыпной слой, отсыпаемый из минерального грунта толщиной до 0,5 м и почвенного – не менее 0,15 м, с последующей рекультивацией территории для сельскохозяйственного или иного использования.
Задание:
Ознакомиться с составом работ, проводимом на биологическом этапе
рекультивации. Примерный состав процессов при выполнении работ на биологическом этапе рекультивации необводненных карьеров приведен в таблице
2. Заполнить в таблице пустые колонки: основные агротехнические и технологические требования и применяемые машины.
Исходные данные виды работ.
Таблица 2. Состав процессов при выполнении работ на биологическом
этапе рекультивации нарушенных земель
Основные агротехнические
и технологические требования
Вид работ
Применяемые машины
Дополнительное выравнивание и
планировка после завершения осадок поверхности
Внесение химических мелиорантов
Комплекс работ по первичному освоению с посевом злакобобовых
многолетних трав на 2–3 года:
Внесение удобрений, предпосевная
обработка с заделкой удобрения
Посев травосмесей
Уход за посевами (рыхление, борьба с сорняками, орошение)
Уборка
Введение специального переходного севооборота (на 5-9 лет)
Введение зонального севооборота,
характерного для региона
-
-
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №2.
Рекультивация и обустройство обводненных карьеров
5
Места мокрой выемки грунта – это затопляемые водой карьеры, в которых грунт добывают с глубин, расположенных ниже уровня грунтовых вод.
После завершения выемки грунта такие карьеры становятся затопленными.
Любой затопленный карьер можно превратить в среду обитания животных и
растений и в прекрасное место отдыха.
Затопленные карьеры, выемку грунта в которых вели без надлежащего
контроля, будучи заброшенными, представляют собой опасность, и их интеграция в ландшафт силами самой природы происходит чрезвычайно медленно. Рекультивация и обустройство затопленных карьеров ускоряют этот процесс.
6
Водный режим и глубина водоема. Грунтовую воду в затопленных
карьерах можно считать безупречной с санитарной точки зрения, после завершения выемки грунта она переходит в разряд поверхностных или озерных
вод. В процессе эксплуатации водоема озерная вода может загрязняться не
только за счет внешних загрязняющих веществ, поступающих с прилегающей
территории, но и за счет биологической жизнедеятельности самого водоема,
способствующей уменьшению подпитки грунтовыми водами испаряющейся с
поверхности водоема воды из-за кольматации дна водоема взвешенными частицами, препятствующими непрерывному водообмену. Поддержание качества
воды становится проблемой саморегулирования водоема. Поэтому в состав
работ по рекультивации и обустройству водоема необходимо включать все
возможные мероприятия по нейтрализации загрязнений на подступах к водоему, а развивающаяся водная растительность и животный мир должны обеспечивать чистоту водоема за счет саморегулирования.
Качество воды часто страдает не от количества непосредственных загрязняющих веществ, а из-за общего избытка питательных веществ, возникающего либо за счет притока извне, либо вследствие подкормки рыб и большого скопления водоплавающих птиц. Избыточное накопление питательных
веществ оказывает негативное влияние на застойные, мелководные водоемы,
приводящее к нарушению биологических процессов регенерации.
Глубина водоема также имеет важное значение для саморегенерации и
дальнейшего его использования и формируется в процессе выемки грунта.
Глубина разработки определяется залеганием пригодных грунтов самого месторождения и способом добычи.
Вынимают несвязные и полусвязные грунты в обводненных карьерах
чаще плавучими землесосными снарядами, реже – грейферными экскаваторами, драглайнами, канатно-ковшовыми и канатно-скреперными установками, а
в осушенных карьерах применяют прямые лопаты и скреперы. При выемке
грунта землесосными снарядами обеспечивается глубина разработки до 18-20
м, что способствует образованию достаточно глубоких, биологически стабильных водоемов.
Таким образом, при рекультивации и обустройстве обводненных карьеров
следует руководствоваться тем, что при производстве выемки грунта необходимо создание ровного и плоского дна, а для того чтобы впоследствии водоем
можно было использовать длительное время без значительного ухудшения качества воды, его минимальная глубина должна составлять не менее 2 м при
минимальном сезонном уровне колебания воды.
Мелкие водоемы быстро загрязняются и зарастают водными растениями,
становясь непригодными для использования.
Требования к форме, размерам и берегам при обустройстве водоемов.
Чем больше размеры карьера, тем больше возможностей для последующего
использования его как водоема. В небольших водоемах, образовавшихся в
карьерах площадью до 3 га, наиболее вероятен экологический дисбаланс, и их
рекультивация менее эффективна по сравнению с рекультивацией водоемов,
образуемых в крупных карьерах.
Обустройство и формирование ландшафта будущего водоема зависят от
придаваемой в плане формы карьерной выработки и уровня залегания грунтовых вод. Из условий производства работ по добыче грунтового материала
карьерам стараются придать в плане, как правило, прямоугольную форму с
соотношением сторон L-2B, где L и В – длина и ширина карьера, с отведением
по его периметру полосы земли для складирования в кавальерах вскрышного
слоя почвы и защиты соседних земельных участков.
При глубоком залегании уровня грунтовых вод после выемки фунта в таких карьерах образуются высокие и сухие склоны, недостаточно устойчивые
к эрозионным процессам. Внешний вид склонов и форма их очертания плохо
удовлетворяют условиям формирования ландшафта водоема. После завершения работ в таких карьерах необходимы устройство плавных сопряженных
плоскостей откосов и горизонтов выработки с естественной поверхностью
земли и придание овальных форм береговой линии (рис. 1).
Рис. 1. Карьерные разработки:
7
а – форма (прямоугольная) разработки карьера в плане;
б – формирование извилистой береговой линии при выемке грунта в карьере
Очертание откосов карьеров определяется их устойчивостью и возможностью использования выработанного пространства в качестве искусственного водоема. Для обеспечения устойчивости берегов водоема необходимо создание пологих склонов. Крутые склоны менее устойчивы и более подвержены
эрозионным процессам, затруднено их озеленение, что препятствует интеграции карьера в структуру ландшафта.
Пологие склоны должны создаваться в процессе выемки грунта в карьере. Любая доработка по превращению крутых откосов в пологие после окончания работ в карьере значительно дороже. Особенно трудно дорабатывать
пологие склоны ниже уровня воды. На форму очертания откосов карьера также влияет запланированное целевое использование его как водоема; например, для водоемов, предназначенных для купания и отдыха, рекомендуется
создавать более пологие склоны по сравнению с водоемами, используемыми
для рыбной ловли, гребно-парусного спорта или другого назначения. Возможные профили склонов искусственных водоемов в карьерах показаны на
рисунке 2.
Рис. 2. Возможные профили склонов искусственных водоемов, образуемых в карьерах (размеры в м):
а и б – высокий и невысокий надводные склоны выработки; в – мелководный участок
с подводным уступом и невысоким надводным склоном; г – песчаный пляж; 1 – уровень
воды в водоеме; 2 – берма с окружной дорогой; 3 – промежуточная берма; 4 – плавное сопряжение склона с рельефом местности
8
На границе водного пространства склоны должны быть особенно пологими, чтобы предотвратить несчастные случаи на воде и обеспечить развитие
растительности, служащей для укрепления берегов. Крутизна берега в этом
месте должна быть не менее т – 3-10о на расстоянии не менее 1,5-2,0 м от минимального уровня воды в зависимости от целевого назначения всего водоема
или его части. На большей глубине склоны могут иметь большую крутизну,
оставаясь устойчивыми длительное время.
Выше уровня воды береговой склон переходит в берму, устраиваемую
шириной не менее 3 м на высоте не менее 1 м над максимальным уровнем воды, которую затем сопрягают с естественной поверхностью земли.
По условиям производства работ в глубоких карьерах откосы, как правило, выполняют более крутыми, с заложением т ~ 1,5-2. В таких карьерах откосы, расположенные выше уреза воды, как правило, сухие, а при заложении
т - 2 и более устойчивы по сравнению с откосами, имеющими заложение
m = 1,5 и менее, при отсутствии на них сплошной древесной растительности.
Поэтому откосы в глубоких карьерах, расположенные выше уреза воды,
должны иметь заложение т = 2 и более, а при большой протяженности их
прерывают бермами шириной не менее 3 м через каждые 5 м по высоте склона.
Верхние края выемок на всех склонах округляют для плавного перехода
в естественную поверхность земли.
При выемке грунта в карьерах землесосными снарядами образуются крутые откосы с заложением, равным откосам естественного обрушения. Формирование береговых откосов проектных размеров и заложения землесосными
снарядами практически невозможно. Поэтому при формировании откосов
проектных размеров с учетом последующего использования выработанного
пространства в качестве водоема грунт в береговой зоне вынимают экскаваторами, перемещая пригодный грунт в зону последующей разработки части
карьера землесосными снарядами (рис. 3).
9
Рис. 3. Формирование пологих береговых откосов при выемке грунта землесосами в мокрых карьерах:
а – формирование пологого откоса экскаватором; б – нанесение слоя почвенного грунта перед повышением уровня воды; 1 – формируемый пологий откос; 2 –уровень грунтовых вод; 3 –
вынутый минеральный грунт при формировании пологого откоса экскаватором; 4 – экскаватор; 5 –
временный кавальер почвенного грунта; 6 – бульдозер; 7 – частичное понижение уровня грунтовых
вод в пределах забоя экскаватора; 8 – нанесение слоя почвенного грунта на сформированный откос;
9 – часть грунтового массива, разрабатываемого земснарядом
Склоны, которым придана окончательная форма, покрывают слоем почвенного грунта, снятым перед началом разработки карьера, толщиной не менее 0,15 м. Почвенным грунтом покрывают и подводные склоны в местах высадки водной растительности. При выемке грунта в карьере экскаваторами
можно получить береговые откосы практически любых размеров и заложения.
После завершения формирования откосов и нанесения на них почвенного слоя проводят работы по озеленению с целью укрепления откосов (посадка
растительности на линии уровня воды, а также и на высоких крутых склонах).
В противном случае возможны эрозия и абразия(разрушение откосов под ударами волн).
Задание:
Ознакомиться с составом работ, проводимом при формировании берегового профиля. В соответствии с источниками информации изобразить фрагмент рекультивации и обустройства водоема, образованного в карьере, как
показано на рисунке 4.
Рис. 4. Внешний вид водоема, образованного в карьере после проведения
его рекультивации и обустройства территории:
1 – акватория водоема; 2 – залужение; 3 – древесно-кустарниковая растительность
10
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3.
Формирование растительного покрова на отвалах и
искусственных водоемах
Наиболее удобный и дешевый вид освоения рекультивируемых территорий отвалов – лесохозяйственное. Лесная рекультивация доминирует в боль-
шинстве стран. На первых этапах рекультивации важно быстро озеленить отвалы и устранить вредное влияние их на окружающую среду. Озеленять отвалы
можно еще до начала укладки складируемого материала. Территорию, отводимую под отвал, окаймляют полосой насаждений. При складировании отходов,
препятствующих росту растительности, и невозможности создания плодородного слоя почвы, например отвалы пустой породы при добыче калийных солей и
других полезных ископаемых, полоса насаждений является единственной возможностью обустройства таких отвалов. Полоса насаждений по периметру отвала эффективна лишь при ее ширине не менее 5 м.
При лесохозяйственной рекультивации на первых этапах используют быстрорастущие породы: тополя и ивы. Приживаемость и рост лесных пород зависят главным образом от гранулометрического состава породы и ее рН. Оптимальное значение рН: для хвойных пород – 4,5-6,0 и для лиственных – 6,0-7,5.
По гранулометрическому составу породы распределяются в следующей убывающей по плодородию последовательности: суглинки – глины – пески. Опыт
облесения отвалов показывает, что посев древесных пород семенами непригоден. Наиболее рациональна посадка лиственных пород однолетними саженцами,
а хвойных пород – двулетними. Виды пород подбирают экспериментально. Породы лесных культур, используемых для облесения отвалов, представлены в
таблице 3.
Таблица 3. Виды лесных пород, используемых для облесения отвалов
зависимости от пригодности территории к биологическому освоению, токсичности грунтосмеси и назначения лесных культур
11
Оценка
пригодности территории к
биологическому освоению
Полностью
пригодные
Преобладающий
тип
грунтосмеси по
токсичности
Потенционально плодородные не
токсичные
Лесные породы
Назначение
лесных
культур
Хозяйственномелиоративное
главные
Дуб черешчатый, лиственница сибирская, сосна
обыкновенная, береза
бородавчатая,
тополя
сопутствующие
Липа мелколистная, груша
лесная, ольха
серая, клен
остролистный,
вяз обыкновенный
кустарники
Вишня степная,
лещина, смородина золотистая,
жимолость татарская, боярышник,
ивы, акация желтая, клен татарский, терн
Оценка
пригодности территории к
биологическому освоению
Преобладающий
тип
грунтосмеси по
токсичности
Пригодные
Малотоксичные
Малопригодные
Среднетоксичные
Непригодные
Лесные породы
Назначение
лесных
культур
главные
сопутствующие
Хозяйственномелиоративное
Сосна обыкновенная, тополя, береза
бородавчатая
Ольха серая,
вяз обыкновенный, клен татарский и ясенелистный (на
склонах)
Мелиоративноподготовительное*
Тополя, береза бородавчатая, ольха серая
Ольха серая,
акация желтая
Сильнотоксич–
–
–
ные
* Посадка возможна только после химической обработки.
кустарники
Вишня степная,
лещина, смородина золотистая,
жимолость татарская, боярышник,
ивы, акация желтая, клен татарский, терн
Смородина золотистая
–
12
Если создать мощный покровный слой невозможно и сам материал, образующий рекультивируемую поверхность, должен стать субстратом для растений, то возникают биолого-экологические проблемы озеленения таких земель. Для этого проводят мероприятия по активации бедной почвы. Процесс
восстановления почвенного покрова в естественных условиях длится от нескольких десятков лет до многих веков, поэтому приходится сжимать его до
короткого промежутка времени.
Предварительное условие успешной активации бедной почвы – тщательное изучение местных условий и оценка факторов, препятствующих развитию растений. Следовательно, для этого необходимы подробные химические и биологические предварительные исследования, после чего принимают
целенаправленные меры по улучшению условий для развития растений, которые можно подразделить на три группы: улучшение физической структуры
бедной почвы; улучшение химических условий для роста растений; биологическая активация.
Перечисленные мелиоративные мероприятия направлены на обеспечение растений достаточным количеством питательных веществ и на устранение
всех факторов, препятствующих их развитию.
На уплотненных почвах целесообразно механическое рыхление в сочетании с заделкой в почву вносимых удобрений и химических мелиорантов.
Последние связывают содержащиеся в почве токсичные элементы и вещества;
уменьшают избыточную кислотность или, что бывает реже, избыточное содержание оснований; мобилизуют имеющиеся и вносят недостающие питательные вещества.
После создания достаточно гармоничных почвенных условий повышают
биологическую активность за счет внесения в почву гумуса и почвенных бактерий или мульчирования органическими и неорганическими материалами.
Мелиоративные мероприятия (химические, физические и биологические) являются лишь подготовкой к озеленению, определяемому принципами
фитосоциологии. Растительность на бедных почвах развивается по определенным стадиям, конечной из которых является лес.
Деревья и кустарники, водные растения и тростник способствуют восстановлению полноценной и стабильной природной среды и обеспечивают
долговременную защиту берегов и откосов от разрушения. Правильное расположение растительного покрова способствует поддержанию чистоты воды в
водоеме и достижению живописного и разнообразного пространственного
расчленения прибрежной территории. Примеры возможного озеленения искусственных водоемов показаны на рисунке 5.
13
Рис. 5. Примеры закрепления береговых склонов искусственных водоемов озеленением:
а, б и в – рекультивация неглубоких, средней глубины и глубоких карьеров; 1 – тростник; 2 – дернина; 3 – ивняк; 4 – отдельные деревья; 5 – древеснокустарниковые насаждения
После завершения мокрой выемки грунта и проведения работ по рекультивации и обустройству карьер превращается в непроточный водоем искусственного происхождения. В зависимости от сезонного колебания уровня
воды в искусственных водоемах и размеров береговых склонов можно вы делить четыре пояса, характеризующиеся различными условиями для развития
растительности:
1. Подводный пояс – часть берегового склона, постоянно покрытая водой.
2. Пояс переменного уровня – часть берегового склона, периодически затопляемая водой водоема. Степень увлажненности почв в этом поясе меняется
в зависимости от сезонного колебания воды в водоеме и наката волн.
3. Первый надводный пояс – часть берегового склона, расположенная выше максимального уровня воды в водоеме, почвы которого недосягаемы воздействию наката волн, но находятся под влиянием воздействия капиллярного поднятия грунтовых вод.
4. Второй надводный пояс – часть берегового склона, расположенная
выше первого надводного пояса, почвы которого недосягаемы воздействию
грунтовых вод.
Размеры каждого из поясов определяются природными условиями конкретного объекта рекультивации.
Задание:
14
Ознакомиться с видами лесных пород, используемых для облесения отвалов зависимости от пригодности территории к биологическому освоению,
токсичности грунтосмеси и назначения лесных культур.
Изучить пример закрепления береговых склонов искусственных водоемов озеленением как показано на рисунке 5. В виде рисунка и описания к
нему представить пример закрепления береговой линии искусственных водоемов. При этом необходимо опираться на следующую информацию.
Особое внимание при выполнении работ по закреплению береговых
склонов карьера озеленением необходимо придавать формированию растительного покрова в поясе переменного уровня воды, так как эта зона наиболее
подвержена воздействию волн. Озеленение в этой зоне выполняют, применяя
специальные методы формирования ландшафта, создавая в первую очередь
полосу тростника в прибрежной зоне, которая обеспечивает требуемую есте-
ственную защиту берега, создает условия для биологической регенерации водоема и формирует среду обитания для водоплавающих и болотных птиц.
Ширина тростниковой полосы зависит от крутизны берегового склона. Более
широкую полосу тростника формируют на пологих склонах. На крутых подводных откосах тростник выращивают на узкой полосе. Как правило, при создании защитной зоны из тростника растения высаживают на узкой прибрежной полосе у кромки воды, откуда тростник распространяется в обе стороны,
но более интенсивно – в сторону воды.
Часть берегового склона, расположенную выше уровня воды, закрепляют инженерно-биологическим способом – укладкой хворостяных прутьев в
виде выстилок с последующей присыпкой слоем почвенного грунта. Впоследствии хворостяные прутья, находясь в зоне действия грунтовых и поверхностных вод, прорастают, образуя заросли прибрежного ивняка.
Береговой склон, расположенный выше зоны прибрежного ивняка, крепят залужением – посевом трав по слою нанесенного по верху склона почвенного грунта и посадкой отдельных деревьев. При недостаточном количестве
питательных веществ в почвах, образованных после разработки песчаных и
гравийных карьеров, низкое расположение уровня грунтовых вод ограничивает выбор видового состава. В качестве посадочного материала используют
саженцы дуба и березы. Водой в этом поясе растения снабжаются лишь за
счет поверхностных вод атмосферных осадков.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4.
Рекультивация земель, нарушенных при подземных горных работах
15
При добыче полезных ископаемых земли нарушаются не только за счет
создания на них породных отвалов, шламохранилищ и хвостохранилищ, но и
образования вследствие подземной разработки месторождения отрицательных
форм рельефа земной поверхности в виде провалов, прогибов, воронок, углубления рельефа и т. д.
При разработке крутопадающих (свыше 45о) штокообразных залежей с
обрушением кровли образуются кольцевые провалы, пластовых залежей средней и большой мощности (более 1,5 м) крутого падения – каньонообразные
провалы, а при разработке пластовых залежей при горизонтальном и пологом
(до 27о) залегании пластов – котловинные провалы.
16
Кольцевые и каньонообразные провалы достигают 5-15 м глубины, котловинные – 1,5-5 м.
При разработке пластовых залежей малой и средней мощности горизонтального и волнистого залегания пологого падения с обрушением кровли образуются западинные прогибы глубиной до 1,5 м.
Восстанавливают отрицательные формы рельефа засыпкой образовавшихся понижений с проведением комплекса планировочных работ.
Для засыпки понижений могут быть использованы рыхлые отложения,
коренные породы, добытые в специальных карьерах или полученные при
вскрышных работах, а также выдаваемая из шахт порода.
Технологию засыпки понижений земной поверхности и оформление
рельефа выполняют для каждого, конкретного случая отдельно в зависимости
от используемого материала. При засыпке провалов породами в качестве
средств механизации используют бульдозеры, которые разрабатывают породы
и транспортируют их на расстояние до 80-100м. При больших расстояниях
применяют прицепные или самоходные скреперы.
При засыпке провалов привозными материалами для погрузки пород
используют экскаваторы, а для их доставки к месту укладки – автомобильный
транспорт. Засыпают провалы послойно, а доставляемый материал на картах
отсыпки разравнивают бульдозерами.
При заполнении провалов выдаваемой из шахт горной породой и другими материалами, склонными к самовозгоранию, необходимо укладывать их,
соблюдая правила противопожарной безопасности, принятые в горнодобывающей промышленности.
При заполнении образовавшихся вследствие подземной разработки отрицательных форм рельефа земной поверхности горными породами следует
также учитывать их химические свойства. Породы, обладающие фитотоксичными свойствами, укладывают в нижнюю часть провалов с последующим перекрытием их потенциально плодородными породами мощностью не менее 22,5 м. При глубине провалов (прогибов) менее 2 м засыпка их непригодными
для биологической рекультивации по химическому составу (токсичными) породами допускается только с проведением работ по коренной химической мелиорации засыпаемых пород и обязательным их перекрытием потенциально
плодородными породами мощностью не менее 0,5 м.
Для предотвращения заболачивания рекультивируемых поверхностей
при выполнении планировочных работ необходимо придавать им уклон в сто-
рону речек или ручьев с целью равномерного распределения поверхностных
вод по площади и отвода их в пониженные места. При опускании земной поверхности за счет подработки земель в процессе производства горных работ
возможны случаи их затопления, вызываемые подъемом уровня грунтовых вод.
В зависимости от гидрогеологического и гидрохимического режимов
грунтовых вод, а также с учетом физико-химических, минералогических, агрохимических и агрофизических показателей горных пород, используемых
для засыпки понижений рельефа, возможно предварительное осушение рекультивируемого участка или использование его в качестве водоема, предназначенного для аккумуляции паводковых вод и последующего использования
их для орошения или технических нужд самого горнодобывающего предприятия. Устройство вертикального дренажа для понижения уровня грунтовых
вод как одного из возможных вариантов показано на рисунке 6.
Рис 6. Схема рекультивации глубокого провала засыпкой горной породой
17
1,2 – формы провала до рекультивации и после его доработки с целью изъятия плодородного слоя почвы и потенциально плодородного грунта; 3 – положение депрессионной
кривой в процессе поддержания провала в осушительном состоянии; 4 – засыпка горной
породой; 5 – уровень грунтовых вод до откачки; 6 – временный отвал потенциально плодородного грунта; 7– легкие иглофильтровые установки; 8 – потенциально плодородный слой
грунта; 9 – плодородный слой почвы; 10 – временный отвал плодородного грунта
При незначительных глубинах затопляемых участков их осушают подсыпкой слоем шахтной породы или другими материалами, превышающими
слой воды на 0,5-1 м, с последующим покрытием слоем потенциально плодородных пород и плодородным почвенным слоем для последующего биологического освоения территории.
18
Рекультивация незатопленных, незаболоченных и неглубоких (до 56 м), но значительных по площади провалов, прогибов включает следующий
состав строительных работ. В начале производства планировочных работе
рекультивируемой поверхности снимают плодородный слой почвы и складируют его во временный отвал, располагаемый на ненарушенном участке поверхности. В необходимых случаях устраивают съезды (выезды) в провал,
обеспечивающие движение транспортных средств. Завозимую транспортными средствами (в основном самосвалами) горную массу укладывают в провал послойно (толщиной до 1 м), уплотняя каждый слой катками.
При использовании для заполнения провала непригодных для биологической рекультивации пород после завершения планировочных работ уложенную горную массу перекрывают вначале слоем потенциально плодородных пород, а затем плодородным слоем почвы.
В случае использования для планировочных работ перегоревшей
шахтной породы ее покрывают глинистыми породами слоем 0,25-0,3 м с уплотнением катками или попутными проходами бульдозером в целях профилактики самовозгорания и создания искусственного водоупора. Затем наносят плодородный слой почвы.
Рекультивация нарушенных земель, обводненных или заболоченных в
результате оседания земной поверхности, включает работы по предварительному их осушению. Для этого вначале строят осушительную систему открытого или закрытого дренажа с целью отвода избыточных вод с рекультивируемой территории. В качестве водоприемников в таких случаях могут
служить естественные или искусственные водоемы и водотоки. Далее с поверхности осушенной территории снимают вначале плодородный слой почвы и перемещают его во временный отвал, а затем слой потенциально плодородной почвы и также перемещают его во временный отвал. После этого
проводят капитальную планировку нарушенной территории с послойной засыпкой отрицательных форм рельефа шахтной породой, доставляемой из породных отвалов. По верху спланированной поверхности шахтной породой
отсыпают слой потенциально плодородного грунта, а затем наносят слой
плодородной почвы с равномерным распределением ее по всей площади.
Достаточно часто в местах добычи полезных ископаемых подземным
способом на поверхности шахтного поля остаются небольшие (по размерам)
породные отвалы после проходки разведочных шурфов, фланговых сбоек и
т. п. Восстанавливают нарушенную поверхность в таких случаях в следую-
щей последовательности. Вначале выбирают участок ненарушенной поверхности под резерв вблизи породного отвала. При этом место под резерв предпочтительно отводить в понижениях рельефа местности (рис. 7).
Далее с отведенной под резерв поверхности снимают плодородный
слой почвы и складируют во временный отвал, затем выбирают слой потенциально плодородных пород и также перемещают во временный отвал. В образовавшуюся выемку из породного отвала перемещают горную массу и разравнивают ее бульдозером. После этого на выровненную поверхность заполненного резерва наносят слой потенциально плодородной породы, забираемой из временного отвала, а затем плодородный слой почвы с последующей
планировкой.
Рис. 7. Схема рекультивации нарушенных земель небольшими породными отвалами
1, 2, 9 – направления перемещений соответственно плодородного слоя почвы, потенциально плодородного слоя грунта, породы; 3, 4 – временные отвалы соответственно
плодородного и потенциально плодородного грунтов; 5 – проектное сечение резерва; 6 –
граница потенциально плодородного грунта; 7 – засыпка резерва горной массой из плодородного отвала; 8 – породный отвал; 10 – слой плодородного грунта; 11 – слой потенциально плодородного грунта
19
Для ликвидации незначительных нарушений поверхности вследствие
устройства котлованов для приготовления заиловочного материала, используемого для пожаротушения, и других незначительных по размерам выемок
при отсутствии в непосредственной близости источников горной массы для их
заполнения используют грунт, забираемый из резервов, с выполнением работ
в такой последовательности (рис. 8).
Рис. 8. Схема рекультивации нарушенных земель при устройстве котлованов, карьеров и других незначительных по размерам выемок
1 – плодородный слой почвы; 2 – потенциально плодородный грунт; 3 – положение
плодородного слоя почвы после выполнения планировочных работ; 4 – заиловочный карьер; 5 – направление перемещения потенциально плодородного фунта; 6, 7 – направления
перемещения плодородного грунта; 8 – временный отвал плодородного грунта
Вначале выбирают место резерва, располагаемое на возвышенном участке рельефа местности. Далее с площади резерва снимают плодородный слой
почвы и перемещают во временный отвал, находящийся вне площади резерва.
Затем из резерва выбирают слой потенциально плодородного грунта и перемещают его для заполнения нарушенного пространства. При дальности транспортирования до 80-100 м применяют бульдозеры, свыше 100 м – скреперы.
После перемещения и заполнения грунтом нарушенного пространства и его
разравнивания наносят слой плодородной почвы, частично забираемой из
временного отвала. Оставшимся почвенным грунтом покрывают место резерва.
После завершения работ по рекультивации земель, нарушенных при
подземных горных работах, появляется возможность их использования под
сенокосы, пашни, многолетние насаждения, лесонасаждения с задерновкой
участков природоохранного назначения.
20
Задание:
Ознакомиться с вариантами восстановления отрицательных форм рельефа земной поверхности в виде провалов, прогибов, воронок, углубления
рельефа и т. д.
На примере одного из видов отрицательных форм рельефа разработать
последовательность в виде схемы рекультивации этого нарушения. На схеме
нанести линейные размеры восстанавливаемого нарушения и последовательность выполняемых работ.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 5.
Основные положения технической рекультивации выработанных
месторождений торфа
21
Техническую рекультивацию выработанных месторождений торфа, как
правило, выполняют в три этапа.
Основная задача первого этапа технической рекультивации выработанных площадей торфяных месторождений для сельскохозяйственного использования – создание осушительно-увлажнительной системы, обеспечивающей
быстрый отвод воды с площадей во влажные периоды и увлажнение корнеобитаемого слоя почвы в засушливые периоды, а также обеспечение увлажнения корнеобитаемого слоя почвы путем шлюзования в вегетационный период.
Второй этап технической рекультивации – проведение культуртехнических и планировочных работ. Параллельно им на выбывших фрезерных полях строят дороги, а при рекультивации карьеров торфа строят дороги только
после выполнения планировочных работ. Подъездные дороги к рекультивируемым объектам во всех случаях прокладывают в подготовительный период.
Заканчивают техническую рекультивацию послеосадочным ремонтом
осушительной сети, укреплением откосов и дна каналов, сооружением устройств для наблюдения за водным режимом в корнеобитаемом слое почвы и
выполнением других видов работ.
К рекультивации желательно приступать не позднее чем через год после
окончания добычи торфа на автономном участке.
Перед проведением технической рекультивации отлавливают и переселяют в специальные места обитания ценные породы животных (бобров, ондатру
и т. д.).
Создание осушительно-увлажнительной системы включает переустройство существующей осушительной сети. При проведении работ по переустройству осушительной сети магистральные, валовые каналы или коллекторы, а также нагорные и водоподводящие каналы, как правило, не переустраивают. Картовые каналы-осушители при необходимости углубляют и расширяют, а ненужные засыпают. Расстояние между осушителями при сельскохозяйственном использовании принимают 80, 120, 160, 200 м в залежах низинного торфа, 60,80, 100,120 м – в залежах верхового торфа. Минимальную глу-
22
бину осушителей в торфяных грунтах принимают 1,2 м, а в минеральных – 1
м. Уклон дна осушителей принимают не менее 0,0003, а в условиях плоского
рельефа местности – 0,0002. Поперечное сечение открытой сети обычно устраивают трапецеидальной формы. Минимальную ширину канала по дну принимают в зависимости от вида используемой строительной техники, например
для экскаваторов обратная лопата – 0,4 м, для экскаваторов драглайн – 0,6 м.
При углублении существующих каналов ширину по дну принимают равной
полуторной длине ковша экскаватора. Устойчивое состояние откосов каналов
зависит от вида грунтов и глубины канала. Значения коэффициентов заложения откосов т канала, обеспечивающих их устойчивое положение, зависят от
глубины каналов и вида грунтов. Например, при H до 1,5м т = 1-2, при Н 1,52,5м т= 1,5-2,5, при H свыше 2,5 м m = 1,5-3,5. При этом меньшие значения
коэффициентов заложения откосов соответствуют каналам, устраиваемым в
устойчивых связных и полусвязных грунтах, большие значения соответствуют
каналам, устраиваемым в неустойчивых, оплывающих грунтах (пески пылеватые, сапропели и др.).
В процессе рекультивации стараются сохранить существующие проводящую и ограждающую сети. Учитывая, как правило, неудовлетворительное
состояние сетей, их расчищают от завалов и обрушений, планируют откосы и
углубляют каналы.
Все картовые переезды и временные гидротехнические сооружения на
магистральных и валовых каналах разбирают. Взамен их строят постоянные.
Затем вручную или специальными машинами сводят древесно-кустарниковую
растительность вдоль водоприемника и магистрального канала. Бульдозером
разравнивают отвалы грунта, расположенные вдоль каналов.
Переустройство осушительной сети при рекультивации выработанных
фрезерных полей особых затруднений не вызывает. Площади уже осушены,
проходимость землеройной техники обеспечена. Обычно земляные работы
начинают с углубления или расчистки водоприемника и магистрального канала. Затем углубляют или прочищают проводящую сеть второго порядка – валовые каналы или коллекторы. И в последнюю очередь нарезают регулирующую сеть – осушители. При этом руководствуются следующим. При ровной
поверхности выработанных фрезерных полей целесообразно засыпать один
валовой канал с целью удлинения осушителей до 1000 м. При наличии вдоль
магистральных и коллекторных каналов несработанных подштабельных полос
или кавальеров минеральной выкидки грунта эти каналы засыпают при разравнивании подштабельных полос и кавальеров, а затем параллельно засы-
23
паемым на расстоянии 50-100 м нарезают новые. Если картовые каналы имеют малую глубину – до 0,5-0,8 м и ширину по дну до 1 м и вдоль бровок расположены кавальеры минерального грунта, то в таких случаях все старые картовые каналы засыпают, а затем нарезают новые осушители.
Переустройство осушительной сети на площадях выработанных торфяных
карьеров экскаваторным и гидравлическим способами добычи из-за сильной их
изрытости и обводненности нельзя выполнить в той же последовательности, как
фрезерных полей. Способ строительства осушительной сети и разравнивания
перемычек при проведении технической рекультивации карьеров торфа основан
на использовании обычной строительной и мелиоративной техники и сводится к
поэтапному выполнению строительных работ. Первоначально выполняют предварительное осушение территории карьера за счет строительства временной
осушительной сети, которая обеспечивает сброс воды с карьеров, и проводят работы по разравниванию перемычек и недоборов. Затем строят постоянную регулирующую сеть каналов, обеспечивающую норму осушения для заданных конкретных условий.
Схема устройства временной осушительной сети на площадях выработанных торфяных карьеров машиноформовочным способом показана на рисунке 9.
При предварительном осушении по периметру карьера отрывают каналы или используют построенные ранее в период добычи торфа каналыосушители, обеспечивающие отвод воды в водоприемник и используемые
впоследствии как постоянные. Далее между постоянными каналами вдоль
продольных перемычек устраивают временные осушители, также связанные с
водоприемником. Перпендикулярно осушителям в шахматном порядке прокапывают поперечные прокопы длиной, равной половине расстояния между
временными осушителями, а расстояние между поперечными прокопами принимают равным расстоянию между поперечными перемычками. Поперечное
сечение каналов временной осушительной сети имеет трапецеидальную форму, выполненную шириной по дну 0,4-0,6 м, и заложение откосов т = 0,250,5. Прокопы в продольных перемычках заглубляют на 0,5 м ниже дна карьера. Постоянную регулирующую сеть возводят с учетом образующейся поверхности после разравнивания перемычек и недоборов грунта в карьере.
L=100M
Рис. 9. Схема расположения временной осушительной сети в карьере
экскаваторного способа добычи торфа
а – план карьера; б – поперечное сечение карьера; 1 – постоянный осушитель; 2 –
временный осушитель; 3 и 4 – продольные и поперечные перемычки; 5 – временные прокопы; l и l1 – расстояния между продольными и поперечными перемычками; bп, hп – ширина и высота продольной перемычки; А – глубина временного прокопа в продольной перемычке; а – заглубление временного прокопа ниже дна карьера; Лср – глубина срезки перемычек при разравнивании по поверхности карьера; b'„ и bп – ширина продольной и поперечной перемычек; А, – глубина за сыпки временных прокопов; L – расстояние между постоянными каналами-осушителями, по строенными в период добычи торфа
24
Третий этап технической рекультивации выработанных месторождений
– выполнение культуртехнических работ. Их основная задача – расчистка площадей от древесно-кустарниковой растительности. Расчистка, как правило, заключается в корчевании, срезке, фрезеровании и запашке.
Корчевание состоит из очистки рекультивируемых участков от кустарников и пней вместе с корнями корчевателями, экскаваторами и бульдозерами. При корчевании вместе с корнями удаляется достаточно большое количество торфа, что является существенным недостатком корчевания. Чтобы избежать потерь торфа, выкорчеванную массу 2–3 недели подсушивают, а затем
отряхивают от торфа путем перемещения подсушенной массы бульдозером.
Далее выкорчеванный древесный материал собирают в валы, а затем вывозят
за пределы рекультивируемой площадки на уничтожение или на дрова. Образовавшиеся при отряхивании кучи торфа разравнивают бульдозером по всей
25
площади или подсыпают в места выклинивания минерального грунта и там
разравнивают.
При расчистке площадей от древесно-кустарниковой растительности,
состоящей из неивовых пород, деревья диаметром стволов до 0,2 м срезают
кусторезами или бульдозерами, а корневую систему выкорчевывают корчевателями или запахивают кустарниково-болотными плугами. В этом случае увеличивается производительность, сохраняются торф и гумусовый горизонт и
можно работать в зимний период по снежному покрову толщиной до 0,3 м.
Сведенную древесно-кустарниковую растительность при корчевании
или срезке сгребают кустарниковыми граблями в валы, размещаемые параллельно на расстоянии 100-150 м друг от друга. При сгребании допускаются
потери мелких остатков древесины (3-4 %).
Площади от древесно-кустарниковой растительности расчищают фрезерованием мелиоративной машиной МТП-42, предназначенной для глубокого
фрезерования торфяной залежи и измельчения древесно-кустарниковой растительности до размера, не превышающего 0,2 м, с заделкой ее в почву на глубину до 0,4 м. После фрезерования площади вспахивают с целью заделки оставшихся древесных остатков. Преимущество фрезерования состоит в том, что после него получают готовое поле для сельскохозяйственного использования.
Следует отметить, что заделываемая измельченная древесина вводится в баланс
органического вещества почв рекультивируемых площадей, однако при большом количестве снижает плодородие за счет изъятия части азота из почвы для
разложения древесины.
После фрезерования поверхность торфяного поля прикатывают водоналивными катками с целью предотвращения ветровой эрозии и создания лучшего
водного режима.
При зарастании рекультивируемых площадей кустарником высотой до 6
м и диаметром стволов у корневой шейки до 0,09 м расчистку выполняют запашкой кустарника кустарниково-болотными плугами под пласт. Количество
незаделанных древесных остатков на поверхности не должно превышать 1 %.
Требуется 3-4 года для перегнивания запаханной древесины, в течение которых ее нельзя перепахивать. При этом способе исключены такие операции,
как сбор древесины в валы, вывоз и уничтожение ее.
В отдельных случаях древесную растительность сводят вручную, в частности при рекультивации торфяных карьеров.
Древесину, извлеченную из залежи в процессе добычи торфа, а также
порубочные остатки древесины и пни из валов используют в качестве твердо-
го топлива. В противном случае древесину сжигают на месте или вывозят на
минеральные земли и там сжигают, соблюдая правила пожарной безопасности, с ноября по март.
При рекультивации площадей выработанных месторождений торфа под
залесение по согласованию с лесхозами сведенную древесную растительность
оставляют на месте, предварительно утрамбовав ее тракторами.
Наиболее дорогостоящая и трудоемкая работа – выравнивание рекультивируемой поверхности, которую выполняют в два этапа.
Первый этап – грубое выравнивание, включающее срезку подштабельных полос, засыпку старой осушительной сети на фрезерных полях, разравнивание продольных и поперечных перемычек и дамб торфяных карьеров, засыпку ям, старых пожарных водоемов, западин и глубоких понижений. Грубое выравнивание выполняют бульдозерами после проведения осушительных
работ.
Второй этап – качественное выравнивание поверхности, способствующее улучшению организации поверхностного стока, обеспечению равномерности увлажнения верхнего слоя почвы, улучшению условий применения широкозахватной и скоростной сельскохозяйственной техники. Качественное
выравнивание поверхности выполняют длиннобазовыми планировщиками,
которыми засыпают понижения глубиной до 0,25 м и шириной до 20-30 м, после первичной обработки площадей в сочетании со вспашкой, дискованием и
прикатыванием.
Задание:
Ознакомиться с основными положениями технической рекультивации
выработанных месторождений торфа. В соответствии с выданным преподавателем заданием (схема) нанести линейные размеры осушительной сети. Сделать описание представленного варианта.
26
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 6.
Биологическая рекультивация выработанных месторождений торфа
Биологическую рекультивацию выработанных месторождений торфа
выполняют после проведения технической рекультивации. Она включает пер-
27
вичную обработку почвы, выбор предварительных культур для посева, внесение химических мелиорантов и удобрений.
Предварительная обработка способствует сохранению и накоплению
влаги, очищению почвы от сорной растительности, регулированию водного и
питательного режимов, усилению аэрации, активации биологических процессов, разложению вредных соединений. В состав операций первичной обработки входят вспашка, дискование, фрезерование и прикатывание. Вначале проводят плужную вспашку с последующей разделкой пласта дисковой бороной.
Качество разделки пласта зависит от угла атаки дисковых батарей, направления перемещения бороны относительно разделываемого пласта и глубины
вспашки.
В случае неглубокой вспашки пласт разделывают под небольшим (8-10о)
углом атаки дисковых батарей, а дискование проводят сначала вдоль пласта,
чтобы исключить извлечение древесных остатков и дернины на поверхность,
а затем под некоторым углом к основному направлению пласта для выравнивания поверхности. При глубокой вспашке пласт разделывают под большим
(до 90о) углом атаки дисковых батарей, а дискование проводят диагональноперекрестным способом перемещения дисковой бороны.
Дискование болотно-торфяных почв начинают спустя 3-5 сут после
вспашки, а на минеральных участках – вслед за вспашкой.
На мелкозалежных торфяных почвах более рациональный способ первичной обработки – фрезерование. Оно способствует сохранению органического вещества торфяной залежи, не нарушает естественного распределения
биологической активности по слоям торфа.
После первичной обработки почвы рекультивируемые площади прикатывают до посева или после посева с целью уплотнения и выравнивания поверхности для равномерной заделки семян по глубине. Кроме того, прикатывание способствует увлажнению пахотного слоя торфа за счет капиллярного
подпитывания из нижних слоев почвы, предотвращая иссушение верхнего
слоя. В качестве предварительных культур рекомендуют возделывать овес,
корнеплоды, картофель, озимую рожь, горохоовсяную смесь, люпин. Выбор
предварительных культур определяется потребностью в них хозяйств, почвенно-климатическими условиями района, степенью разложения торфа. При
возделывании предварительных культур происходят усадка и уплотнение
торфа, усиливаются микробиологические процессы и минерализация его.
Придонный слой торфа многие столетия находился в анаэробных условиях, и поэтому процессы разложения органического вещества и накопление
подвижных форм элементов питания в первые годы освоения протекают медленно. Источником питания в этот период для растений являются в основном
вносимые минеральные и органические удобрения. Дозы минеральных удобрений зависят от сроков и способов их внесения, планируемой урожайности,
обеспеченности почвы элементами питания, коэффициента использования
растениями питательных веществ из удобрений, биологических особенностей
культур. Для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур на
выработанных торфяниках в качестве минеральных рекомендуют вносить калийные удобрения. Минеральные удобрения вносят в почву как осенью под
озимые, так и ранней весной в подкормку или при посеве. Средние нормы калийных удобрений при окультуривании 1 га выработанных площадей торфяных месторождений составляют под однолетние и многолетние травы 180 240 кг, под корнеплоды и клубнеплоды – 200-240 кг, под зерновые и бобовые
культуры – 150-180 кг. Органические удобрения вносят в зависимости от
мощности остаточного торфа, но не менее 30-40 т на 1 га рекультивируемой
площади.
Задание:
Ознакомиться с составом работ, проводимом на биологическом этапе
рекультивации выработанных месторождений торфа. Описать состав процессов при выполнении работ и заполнить таблицу 3.
Таблица 3. Состав процессов при выполнении работ на биологическом
этапе рекультивации выработанных месторождений торфа
Вид работ
Основные агротехнические и технологические требования
Применяемые машины
28
….
Подобрать ассортимент древесных растений и кустарников, наиболее
подходящих для восстановления выработанных месторождений торфа. привести их перечень, привести место их расположения на схеме из задания № 5.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 7.
Рекультивация гидроотвалов
Большие объемы работ по намыву отвалов выполняют при гидровскрыше карьеров грунта и полезных ископаемых, при очистке от наносов каналов, отстойников и водоемов в мелиорации и водном хозяйстве, при разработке россыпных месторождений дражным способом. Предприятия лесной, бумажной, горнодобывающей и химической промышленности и энергетики в
результате своей деятельности образуют достаточно большие объемы отходов, называемые шламами (зола, шлак, отходы газоочистки, хвосты горнообогатительных фабрик, содовые, соляные и другие отходы химических предприятий). Эти отходы удаляют в большинстве случаев с водой в виде пульпы в
специальные отстойники, называемые шламонаполнителями и хвостохранилищами. Отвалы, образуемые намывным способом, называют гидроотвалами.
Различают два вида гидроотвалов – отвалы, которым не требуется придавать в
процессе формирования определенной конфигурации, и отвалы, намываемые
по проектному профилю. В первом случае это гидроотвалы, устраиваемые путем свободного выпуска пульпы в водоем (старицу, озеро, море) или в овраг.
Если такой возможности нет, то отвалы располагают на ровной или слабопонижающейся местности по берегам водных объектов, вблизи устраиваемых выемок или невдалеке от обогатительных предприятий (рис. 10).
Рис. 10. Схема намыва гидроотвала:
29
1 – дамба первичного обвалования; 2 – отводной канал; 3 – отводная труба; 4 – колодец для сброса осветленной воды; 5 –намываемый материал; 6 – деревянные опоры; 7 –
распределительный пульпопровод; 8 – пляж намыва; 9 – прудок-отстойник; 10 – дамбы попутного обвалования
Перед укладкой складируемого материала в гидроотвалы, намываемые по
определенному профилю, снимают плодородный слой почвы и слой потенциально плодородного грунта с поверхности участка, отводимого под отвал, землеройно-транспортными машинами с перемещением во временные отвалы. При
30
создании гидроотвалов в оврагах предусматривают устройство сооружений для
отвода поверхностных вод, поступающих с поверхности водосбора в процессе
производства работ по формированию гидроотвала.
Формирование гидроотвалов проектного профиля требует устройства
ограждающих дамб, предотвращающих произвольное растекание пульпы в
процессе намыва. При формировании гидроотвалов на ровной местности территорию по периметру отвала ограждают дамбами первичного обвалования
высотой 0,7-1,5 м, возводимыми из минерального грунта, забираемого в основании отвала. Территорию гидроотвалов, устраиваемых в оврагах, также ограждают дамбой тех же размеров, возводимой поперек оврага с низовой стороны. По мере заполнения гидроотвала дамбы обвалования постепенно наращивают по высоте, используя намывной в гидроотвал материал, если он удовлетворяет строительным требованиям. В противном случае для этих целей необходимо запастись минеральным грунтом, который забирают из карьера в
пределах контура подошвы возводимого гидроотвала в объеме, достаточном
для возведения ограждающих дамб в процессе намыва отвала до проектных
размеров.
Гидравлическую укладку материала в отвалы производят сосредоточенным или рассредоточенным выпуском пульпы из распределительных пульпопроводов, размещаемых на опорах или эстакадах.
Осветленную воду из прудка-отстойника сбрасывают через шахтный колодец, устраиваемый в середине гидроотвала. При формировании гидроотвала
из мелкозернистого грунта с большим содержанием глинистых частиц и сбросе
при этом осветленной воды в источник водоснабжения необходимо сбрасываемую воду повторно отстаивать, пропуская ее через дополнительные картыотстойники, которые устраивают в пределах гидроотвала.
При намыве отходов в шламонакопители или хвостохранилища добиваются полного осаждения намываемых шламов, а сбрасываемую осветленную воду желательно использовать для повторного перекачивания шламов по
системе оборотного водоснабжения (рис. 11).
В практике производства вскрышных работ способом гидромеханизации
гидроотвалы занимают достаточно большие площади (от десятков до сотен гектаров) и достигают высоты в несколько десятков метров. Например, Стрелецкий
гидроотвал Семилукских карьеров занимает площадь свыше 38 га и имеет высоту
30 м.
Рис. 11. Схема намыва хвостов горнообогатительной фабрики в гидроотвал:
1 – дамбы обвалования, выполняемые из минерального грунта; 2 – насосный агрегат
системы оборотного водоснабжения горнообогатительной фабрики; 3 – приемный колодец
осветленной воды; 4 – водоотводная труба; 5 – колодец для сброса осветленной воды из
прудка-отстойника; 6 – намытый материал; 7 – распределительный пульпопровод, размещаемый на низких деревянных опорах; 8 – пляж намыва; 9 – прудок-отстойник
Одна из возможных схем рекультивации гидроотвала суглинистого
грунта для целей сельскохозяйственного или рекреационного использования
показана на рисунке 12.
Рис. 12. Пример рекультивации гидроотвала вскрышного грунта:
1 – намывной грунт; 2 – сбросной колодец, дооборудованный до шахтного водосброса; 3 – водоотводящая труба; 4 – водоотводной канал; 5 – береговая водоохранная зона; 6 – прудок-отстойник; 7 – рекультивированная территория для сельскохозяйственного
использования; 8 – древесно-кустарниковые насаждения; 9 – залужение внешних откосов
дамб обвалования
31
После завершения работ по намыву грунта в верхней части отвала формируется территория, по периметру огражденная дамбами обвалования и
представляющая в поперечном сечении пляжную часть, состоящую из трех
зон. Первая зона шириной 25-30 м, примыкающая к дамбам обвалования, образуется с уклоном до 0,03. Эта полоса достаточно быстро осушается, и через
3-4 сут после прекращения намыва по ней можно перемещаться. Вторую зону
шириной 20-25 м формируют с уклоном 0,01-0,015. Консолидация грунта на
этой полосе происходит в течение большого периода времени (5-8 сут) с образованием на поверхности трещин. Третья зона, окаймляющая отстойный
32
пруд, почти горизонтальная, с повышенной влажностью намывного грунта.
Общая длина пляжа от обвалования до отстойного пруда должна быть не менее 60 м. Обычно при намыве отвалов суглинистых грунтов пляжная часть составляет 42 % намываемой территории, 48 % – отстойный пруд, 10 % – дамбы
обвалования.
После завершения работ по намыву гидроотвала рекультивируют внешние
откосы дамб обвалования. Для этого вначале на внешние откосы дамб обвалования и промежуточные бермы отсыпают плодородный слой почвы толщиной около 0,1-0,15 м. С целью предотвращения водной эрозии сформированных валиков
откосов промежуточным бермам придают незначительный поперечный уклон в
сторону подножья откосов. Затем на откосах сеют дернообразующие травы, а по
краям берм высаживают древесно-кустарниковую растительность на расстоянии
5-6 м друг от друга.
После этого приступают к рекультивации пляжной части.
Рекультивацию пляжной части и прудка-отстойника осуществляют с
учетом последующего комплексного использования намытой территории:
сельскохозяйственного, природоохранного и водохозяйственного назначения.
После подсушки намытого грунта приступают к рекультивации пляжной части в пределах первой и второй зон намывной поверхности.
Прудок-отстойник преобразуют в водоем. Для этого водосбросной колодец дооборудуют в шахтный водосброс.
Пополняют водоем свежей водой за счет поступления поверхностных вод,
собираемых с водосборной площади гидроотвала.
Схема рекультивации хвостохранилища для последующего сельскохозяйственного использования показана на рисунке 13.
Материалы, намываемые в золоотвалы, шлаконакопители и хвостохранилища, как правило, токсичны. Поэтому рекультивация таких отвалов прежде всего необходима с санитарно-гигиенической точки зрения. Водная и ветровая эрозия этих отложений приводит к загрязнению окружающей среды.
После заполнения хвостохранилища до проектного объема намытый материал
обезвоживают, опорожняя прудок-отстойник от воды, разравнивания дамбы
обвалования. Гребню хвостохранилища придают незначительный уклон от
середины к краям для обеспечения плавного отвода поверхностных вод.
Такие отвалы самозарастают крайне медленно, что связано с ограниченностью азота и неустойчивостью водного режима.
Рис. 13. Схема рекультивации хвостохранилища для сельскохозяйственного использования:
1 – намытые хвосты; 2 – заполненный грунтом водопроводящий тракт, предназначавшийся для отвода осветленной воды из прудка-отстойника в систему оборотного водоснабжения; 3 – рекультивируемые внешние откосы дамб обвалования залужением и посадкой древесно-кустарниковой растительности на каждом ярусе; 4 – плодородный слой почвы; 5 – потенциально плодородный слой грунта; 6 – травянистая растительность; 7 – древесно-кустарниковая растительность
На поверхность золоотвалов тепловых электростанций наносят плодородный слой почвы мощностью 0,1 - 0,5 м с внесением больших доз удобрений для
получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур.
Шлаконакопители металлургических заводов и хвостохранилища обогатительных фабрик из-за содержания токсичных соединений вначале экранируют слоем потенциально плодородного грунте мощностью 1-1,5 м, а затем
сверху экрана наносят плодородный слой почвы толщиной 0,4-0,5 м.
Внешние откосы дамб обвалования рекультивируют по общепринятой
схеме залужения откосов и посадки древесной и кустарниковой растительности.
Задание:
33
Ознакомиться с видами гидроотвалов и основными принципами их
формирования в зависимости от намываемого материала, места расположения
и др.
Начертить схему гидроотвала хвоста или вскрышной горной породы не
менее 3 уступов. На схему нанести высоту уступов, ширину берм, уклон откосов. Определить способ последующего биологического этапа рекультивации
(залужение, сельское хозяйство, облесение), в зависимости от которого описать формирование отвала, его параметры, применяемый ассортимент древес-
ной и кустарниковой растительности. Привести запланированный ассортимент для каждого из уступов, составить и начертить схемы смешения.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 8.
Общие требования к рекультивации земель, нарушенных
при строительстве и эксплуатации линейных сооружений
Магистральные трубопроводы и отводы от них, железные и автомобильные дороги, каналы относят к так называемым линейным сооружениям.
Строительство и эксплуатация линейных сооружений оказывают значительное воздействие на состояние окружающей среды. Повреждая или разрушая естественные элементы ландшафта, а следовательно, нарушая равновесие
в природе, строительство линейных сооружений отрицательно сказывается на
состоянии естественного ландшафта. В качестве примеров подобного вмешательства в природу могут служить расчленение лесных массивов, нарушение
режимов движения грунтовых вод, разрушение мест обитания и отсечение путей миграции животных, ухудшение микроклимата. При строительстве, реконструкции и эксплуатации линейных сооружений происходит нарушение
земель главным образом за счет устройства выемок и насыпей. Характерные
элементы нарушенных земель по форме рельефа при строительстве линейных
сооружений показаны на рисунке 14.
34
Рис. 14. Элементы нарушенных земель по форме рельефа
а – насыпи; б – выемки; 1 – насыпная часть линейного сооружения; 2 – направление
перемещения грунта; 3 – слой почвенного грунта; 4 – резерв; 5 – кавальеры плодородного
грунта; 6 – кавальеры минерального фунта; 7 – часть линейного сооружения, расположенная в выемке
35
Земли, нарушенные при строительстве линейных сооружений, характеризуются по форме рельефа как резервы, канавы, кюветы, кавальеры или дамбы. Фактором, обусловливающим формирование техногенного рельефа, служат извлечение горных пород для сооружения насыпей, строительство водоулавливающих или водоотводящих сооружений, а также строительство гидротехнических сооружений и складирование избыточного объема горных пород,
удаляемых из выемок.
Морфологическая характеристика рельефа нарушенных земель характеризуется высотным положением выемок или насыпей относительно естественной поверхности и заложением образующихся при этом откосов. Как показывает практика строительства линейных сооружений, глубина устраиваемых
резервов достигает 5-10 м с заложением откосов т = 1, канав и кюветов – до 5
м с заложением откосов т - 2 и более. Кавальеры и дамбы устраивают высотой до 15 м с заложением откосов т = 1 и более.
Работы по рекультивации земельных участков, занятых сельскохозяйственными или лесными угодьями, предназначенных под строительство или реконструкцию действующих линейных сооружений, включают в общий комплекс строительно-монтажных работ, и они должны обеспечивать восстановление плодородия земель. Поэтому набор работ по рекультивации будет зависеть от возможных видов последующего использования нарушенных земель.
Обводненные резервы, например, можно использовать под водоемы природоохранного назначения или для целей орошения и рыбоводства; сухие – под
сенокосы и пастбища или лесонасаждения и задернованные участки природоохранного назначения; обводненные канавы и кюветы – под водоемы природоохранного назначения; сухие – под лесонасаждения и задернованные участки природоохранного назначения. Поверхности насыпных кавальеров и дамб
можно использовать под лесонасаждения и задернованные участки природоохранного назначения.
Перед началом строительства линейных сооружений снимают плодородный слой почвы и перемещают его во временные отвалы, располагаемые
вдоль строительной полосы. После окончания строительных и планировочных
работ почвенный грунт используют для рекультивации или землевания.
На техническом этапе рекультивации земель после строительства магистральных трубопроводов, транспортных коммуникаций и каналов проводят
следующие работы: убирают строительный мусор, разбирают все временные
сооружения и устройства, удаляют отвалы за пределы строительной полосы;
выполняют обратную засыпку траншей трубопроводов грунтом с образованием валика, обеспечивающего ровную поверхность после самоуплотнения
грунта. Оставшийся избыточный грунт разравнивают равномерным слоем по
рекультивируемой площади или вывозят в специально отведенные места, указанные в проекте; планируют откосы кавальеров, насыпей и выемок, для чего
используют автогрейдеры, бульдозеры и экскаваторы, оборудованные ковшом-планировщиком, и другие строительные и мелиоративные машины; засыпают грунтом рытвины и ямы, а затем выполняют общую планировку территории; проводят мероприятия по предотвращению эрозионных процессов;
наносят плодородный слой почвы по всей рекультивируемой площади.
При строительстве магистральных трубопроводов на землях, занятых
лесными угодьями, рекультивация заключается в засыпке траншей и ям, общей планировке полосы отвода, уборке строительного мусора, в задернении
поверхности посевом трав.
Примеры озеленения склонов выемок и насыпей при строительстве некоторых линейно протяженных сооружений показаны на рисунках 15 и 16.
36
Рис. 15. Озеленение протяженных склонов выемок:
1 – дорожное полотно; 2 – залужение нижней зоны склона посевом трав; 3 – посадка
саженцев крупных растений (высокоствольные деревья, высаженные группами в целях защиты склона); 4 – верхний край посадки (1-2 ряда кустарника); 5 – средняя зона склона
(посадка деревьев 1-й и 2-й величины и немного кустарника); 6 – нижний край посадки (3-5
рядов кустарника и немного деревьев 2-й величины)
Восстановление древесной и кустарниковой растительности в полосе
отвода под строительство трубопровода не допускается из-за затруднений,
возникающих в процессе его эксплуатации.
Рис. 16. Озеленение протяженных склонов насыпей:
1 – дорожное полото; 2 – верхняя зона посадки (3-5 рядов кустарника и немного деревьев 2-й величины); 3 – средняя зона склона (посадка саженцев деревьев 1-й и 2-й величины и немного кустарника); 4 – нижний край посадки (3-5 рядов кустарника и немного
деревьев 2-й величины); 5 – пашня; 6 – посадка саженцев высокоствольныхдеревьев группами по опушке в целях зашиты и расчленения склона
При залужении откосов посевом трав после их высева желательно откосы укрывать тканым материалом, например мешковиной, чтобы исключить
смыв почвы и семян дождевыми потоками или при поливах, до их прорастания и образования корневой системы.
Задание:
37
Ознакомиться с особенностями рекультивации земель, нарушенных при
строительстве и эксплуатации линейных сооружений. Изучить схемы по озеленению склонов откосов насыпей и выемок.
Начертить схему откоса насыпи или выемки, привести используемый
ассортимент для их закрепления растительностью. Начертить схему смешения
для линейных насаждений из древесных пород и кустарников. Привести их
обоснование с учетом места расположения, достигаемой высоты, долговечности, семенному и порослевому возобновлению и распространению.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 9.
Рекультивация и обустройство полигонов ТБО. Защитные системы
(экраны) для оснований полигонов
38
К твердым бытовым относятся отходы хозяйственной деятельности населения (приготовления пищи, уборки и текущего ремонта квартир и др.),
включая отходы отопительных устройств местного отопления, крупногабаритные предметы домашнего обихода, упаковку, смет с дворовых территорий,
улиц, площадей, отходы ухода за зелеными насаждениями и другие.
Удаление твердых бытовых отходов обеспечивает санитарную очистку
городов и создает необходимые санитарно-экологические условия существования населенного пункта.
Наиболее распространенными в настоящее время сооружениями по
обезвреживанию удаляемых из города ТБО являются полигоны.
Полигоны - комплекс природоохранительных сооружений, предназначенных для складирования, изоляции и обезвреживания ТБО, обеспечивающий защиту от загрязнения атмосферы, почвы, поверхностных и грунтовых
вод, препятствующий распространению грызунов, насекомых и болезнетворных микроорганизмов.
В районах размещения полигонов и свалок отходов производства и потребления обнаруживается сложный характер загрязнения различных компонентов ландшафта и геологической среды, связанный с разнообразными процессами
переноса
загрязнителей
и
особенностями
геологогидрогеологического строения изучаемой площади.
Масштабы негативного влияния полигонов и свалок на окружающую
среду зависят от количества фильтрата и биогаза, образующихся в толще отходов. Степень опасности загрязнения определяется геолого-гидрогеологическими и ландшафтными условиями территории, характером загрязняющих
веществ, их концентрациями, а также размерами самого источника загрязнения, т.е. полигона. В связи с этим технологии строительства, эксплуатации и
рекультивации полигонов должны быть направлены на уменьшение их воздействия на природную среду.
Для определения вклада полигона в загрязнение окружающей среды
осуществляется мониторинг, результаты которого используются для составления прогнозов изменения ее состояния.
Сопоставление результатов текущих наблюдений с прогнозными определяет возможность дальнейшей эксплуатации полигона. Такой мониторинг
рекомендуется проводить на протяжении всех трех этапов жизнедеятельности
полигона: активной эксплуатации, рекультивации, послерекультивационного
периода.
Конструкция защитных экранов – это комбинация изоляционных и
фильтрующих элементов, позволяющих собирать и отводить конденсат, а
также обеспечивать изоляцию тела полигона от подпитки грунтовыми водами
и атмосферными осадками путем отвода их в дренажную сеть (рис. 17, 18).
Рис. 17. Защитный экран полигонов ТБО
Рис. 18. Использование современных геосинтетических материалов при
создании защитных экранов.
39
Защитные экраны выполняют из комбинации природных материалов
(песка, гравия, щебня, глины, бентонита и их смесей) в сочетании с геосинтетическими материалами (синтетической рулонной изоляцией, геотекстилями,
бентонитовыми матами и другими геокомпозитами).
При заглублении днища полигона ниже естественной поверхности земли основание его располагают на 0,5-1 м выше уровня грунтовых вод.
После завершения строительства полигона наступает период его эксплуатации, заключающийся в производстве работ по его заполнению отходами, которые отсыпают в организованном порядке послойно. Толщину их
обычно принимают от 2 до 2,5 м каждый. В связи с этим отсыпаемые слои отходов максимально уплотняют грунтоуплотняющими катками, а в конце рабочего дня их изолируют слоем минерального грунта.
Охрана атмосферы на отечественных и зарубежных полигонах в процессе их эксплуатации в основном обеспечивается за счет регулярной промежуточной изоляции каждого слоя отходов грунтом толщиной 0,15-0,25 м. Выполняемая при этом промежуточная изоляция складируемых отходов понижает органолептические, общесанитарные и миграционно-воздушные показатели вредности поступления вредных веществ с поверхности отходов в атмосферу с пылью, испарениями и газами до значений ПДК в пределах полигонов. ПДК основных токсичных веществ ТБО в атмосферном воздухе в местах
обезвреживания и захоронения отходов представлены в таблице 4 .
Учитывая недостаточную прочность при плотности отходов до 8 т/м3,
уложенных в тело полигона, при формировании высоконагружаемых полигонов с целью обеспечения общей их устойчивости перед заполнением отходами каждого яруса по их периметру предварительно отсыпают дамбы обвалования из минерального грунта.
Таблица 4. ПДК основных токсичных веществ ТБО в атмосферном воздухе
Вещество
40
Бензин (в пересчете на СО2)
Оксид азота
Оксид углерода
Пыль нетоксичная
Ртуть металлическая
Сероводород
Максимальная разовая Среднесуточная додоза ПДК, мг/м3
за ПДК, мг/м3
5
1,5
0,4
0,06
5
3
0,5
0,15
–
0,0003
0,008
–
Полигон формируют в форме отвала с крутизной внешних откосов не
менее т = 2-4 и устройством на них берм шириной не менее 3 м через каждые
5-10 м по высоте полигона.
Схема формирования полигона ТБО, обеспечивающая щадящее негативное воздействие на окружающую среду, показана на рисунке 19.
Рис. 19. Формирование полигона по обезвреживанию и захоронению
ТБО:
1 – ТБО, захораниваемые в тело полигона; 2 – минеральный грунт для устройства
поярусной промежуточной санитарной изоляции отходов; 3, 12 – дамбы обвалования, выполняемые из минерального грунта; 4 – водоотводная канава; 5 – емкость для сбора фильтрата; 6 – наблюдательные скважины; 7 – пластовый дренаж; 8 – дрены; 9 – УГВ (стрелками
указано направление движения грунтовых вод); 10 – весовая для взвешивания машин; 11 –
автомобильная дорога; 13 – бермы; 14 – мусоровоз; 15 – грунтоуплотняющая машина
После заполнения полигона до проектных отметок верхний ярус перекрывают защитным экраном, выполняемым в той же технологической последовательности, что и при перекрытии верха свалочного грунта на несанкционированных свалках.
Характеристика защитно-изолирующего слоя, устраиваемого при рекультивации поверхности полигона, для условий европейской части России в
зависимости от вида последующего использования участка закрытого полигона приведена в таблице 5.
41
Таблица 5. Характеристика изолирующего слоя при рекультивации полигона ТБО
Слой изо- Период выдержки
Виды использования
лирующе- участка между заучастка полигона пого грунта,
крытием и иссле закрытия
м
пользованием, лет
Лесохозяйственное
0,25
1
Примечание
0,25 м потенциально плодородный слой почвы
Слой изо- Период выдержки
Виды использования
лирующе- участка между заучастка полигона пого грунта,
крытием и иссле закрытия
м
пользованием, лет
Примечание
Зоны отдыха, лыжные
горки, стадионы, спортивные площадки и автостоянки без дренажа
и подземных коммуникаций
Луга и пашни
0,6-1
1
0,4-0,8 м условно чистый минеральный грунт, 0,2-1 м плодородный слой почвы
1
3
Огородные культуры:
овощи, ягоды
0,6
15
0,2 м верхний культурный слой
почвы
0,4 м потенциально плодородный
слой, 0,2 м плодородный слой
почвы
Фруктовые сады
Открытые склады топлива, материалов и тары непищевого назначения
1
1,5
15
3
Тоже
0,8 м потенциально плодородный
слой, 0,2 м плодородный слой
почвы
42
Биологический этап рекультивации свалок и полигонов ТБО. Чтобы предотвратить смыв почвы, улучшить условия освоения, украсить внешний вид формируемого ландшафта и уменьшить просачивание воды в тело
свалки или полигона, их поверхность озеленяют.
При решении вопроса о выращивании растений на загрязненных и постепенно загрязняющихся полютантами территориях необходимо руководствоваться следующим: при рекультивации и озеленении необходимо подбирать наиболее толерантные к конкретному загрязнению виды декоративных
растений, способные достаточно хорошо произрастать в экстремальных условиях атмосферного и почвенного загрязнений и выполнять при этом фитогигиеническую роль; при выращивании культур важно не только подобрать устойчивые к загрязнению виды растений, но способные по возможности очищать почву от загрязняющих веществ, как фитомелиоранты.
После нанесения поверхностного слоя и проведения комплекса агротехнических работ сеют фитомелиоранты в основном в четыре этапа:
первый – посадка растений-фитомелиорантов, способных выносить из
почвы загрязняющие вещества. В качестве фитомелиорантов используют тимофеевку луговую, пырей бескорневищный, мятлик луговой, костер безостый,
овсяницу красную, клевер белый, лядвенец рогатый;
второй – посадка дернообразующих трав. Травосмесь состоит из двух-
трех компонентов и более. Подбор для травосмеси должен обеспечивать хорошее задернение рекультивируемой свалки или полигона;
третий – подбор ассортимента трав, древесных и кустарниковых пород,
способных расти на загрязненных почвах, и их посадка;
четвертый – подбор ассортимента древесных и кустарниковых пород
для парковых насаждений, устойчивых к загрязнению окружающей среды в
условиях города.
Озеленение подобных территорий не завершается посадкой растений, а
представляет собой длительный (2-5 лет) и трудоемкий процесс, требующий
регулярного ухода за растительностью.
Травы, используемые для рекультивации, должны быть апробированных
сортов и местных популяций. Высаживаемые растения должны быстро акклиматизироваться, обладать устойчивостью к неблагоприятным условиям
микроклимата и отрицательным физическим и химическим свойствам грунта,
иметь сильно развитую корневую систему, обладать способностью к симбиозу
с микроорганизмами. Рекомендуемый состав трав и нормы их высева для
предварительной детоксикации и образования дернины приведены в таблице 6, 7.
Таблица 6. Виды и нормы высева трав используемых в качестве фитомелиорантов
Вид трав
43
Тимофеевка луговая
Овсяница луговая
Мятлик луговой
Полевица белая
Лисохвост луговой
Овсяница красная
Ежа сборная
Костер безостый
Пырей сизый
Норма высева, кг/га
25
35
25
15
30
35
35
35
30
Вид трав
Пырей бескорневищный
Волоснец сибирский
Рэгнерия волокнистая
Житняк гребневидный
Райграс высокий
Люцерна синяя
Клевер красный
Донник желтый
Эспарцет песчаный
Норма высева, кг/га
30
35
30
36
20
20
30
30
120
Таблица 7. Виды дернообразующих трав и нормы высева семян
Вид трав
Клевер белый
Клевер красный
Костер безостый
Донник
Норма высева, кг/га
10-12
19-20
35-38
30-31
Вид трав
Пырей бескорневищный
Овсяница красная
Овсяница луговая
Райграс пастбищный
Норма высева, кг/га
38
28-31
29-31
31-35
Вид трав
Люцерна желтая
Эспарцет песчаный
Волоснец сибирский
Житняк гребневидный
Рэгнерия волокнистая
Норма высева, кг/га
15-18
75
23-25
23-25
44
Вид трав
Тимофеевка луговая
Мятлик луговой
Полевица белая
Ежа сборная
Норма высева, кг/га
15-18
19-25
14-19
18-19
44
При посеве травосмеси из двух компонентов норму высева снижают на
35 %, при посеве трехкомпонентной травосмеси – на 50 % нормы высева по
каждому виду трав.
При формировании парковых насаждений рекомендуют следующие породы древесных и кустарниковых культур в зависимости от качества почвы
рекультивируемого объекта:
на потенциально плодородных почвах реабилитируемого участка:
древесные культуры – береза бородавчатая, сосна обыкновенная, тополь, клен
ясенелистный, татарский и полевой, ива козья, липа мелколистная, рябина; кустарники – смородина золотистая, спирея калинолистная, шиповник, свидина,
ольха серая, акация желтая, лох узколистный, жимолость татарская, облепиха
обыкновенная;
на почвах со значительной остаточной токсичностью: древесные
культуры – береза бородавчатая, тополь, клен татарский; кустарники – ольха
серая, вишня степная, смородина золотистая, акация желтая, спирея клинолистная, жимолость татарская, лох узколистный;
на слаботоксичных, но сильнокислотных почвах: древесные культуры
– сосна обыкновенная, береза бородавчатая, клен ясенелистный, тополь, ольха
серая; кустарники – акация желтая, лох мелколистный, жимолость татарская,
спирея клинолистная, смородина золотистая.
В междурядьях рекомендуют проводить ленточный посев бобовых, например люпина и донника.
При формировании экологически устойчивых зеленых насаждений рекомендуют создавать смешанные парковые культуры в следующем соотношении:
главные породы – до 60 %, сопутствующие – до 20, кустарники – до 20 %.
Исключив источники дальнейшего загрязнения почвы, проводя реабилитацию земель и занимая участки культурами, устойчивыми к загрязняющим
веществам, и культурами-мелиорантами, можно постепенно снизить содержание загрязняющих веществ в почве за счет естественных процессов самоочи-
щения в результате выноса элементов растениями и вымывания их за пределы
корнеобитаемого слоя почвы. Для проведения работ по фитомелиорации требуются трактор Т-130 с навесным оборудованием, сеялки, водоналивной каток.
Категорически запрещается употреблять в пищевых и кормовых целях
продукцию, выращиваемую на загрязненной почве, до окончания рекультивации.
Задание:
Ознакомиться с восстановлением полигонов твердых бытовых отходов,
изучить технологию рекультивации полигонов, применяемые геоэкраны, материалы, сетки и др. Рассмотреть ассортимент растений, используемых при
биологическом этапе рекультивации полигонов.
Начертить склон полигона ТБО, подобрать используемые растения для
его облесения и залужения. Для этих участка под облесение подобрать породный состав и схему смешения, для участка залужения составит травосмесь,
рассчитать объем необходимых семян на 1 га. Все расчеты провести в зависимости от качества почвы рекультивируемого объекта.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 10.
Рекультивация и обустройство карьеров нерудных материалов
при сухой выемке грунта
45
В результате добычи полезных ископаемых и минерального сырья земли нарушаются карьерными выработками, достигающими глубины 100 м. В
зависимости от положения дна карьера относительно залегания подземных
вод он бывает обводненным или сухим. В сухих карьерах добываемый материал обычно разрабатывают землеройными машинами, в обводненных чаще
используют землесосные снаряды.
Обводненные карьерные выемки после прекращения их эксплуатации
используют под водоемы многоцелевого назначения, сухие – под площадки
для строительства, пашни, пастбища, лесонасаждения и т. д. При сухой выемке грунта нижний горизонт не должен достигать уровня залегания грунтовых
вод, а карьер не должен заполняться водой.
46
Глубина нижнего горизонта выработки определяется не возможностями
землеройной техники, а намерениями по рекультивации и обустройству территорий. Достаточным расстоянием между максимальным уровнем грунтовых
вод и нижним горизонтом разработки считают 1 м. Данное условие должно
быть определяющим при выборе дальнейшего использования территории
карьера до начала работ по выемке грунта.
При нарушении данного условия в ходе сухой выемки грунта, часто
осуществляемой стихийно, разработку ведут до той глубины, достичь которую в том или ином случае позволяет колеблющийся уровень грунтовых вод.
После выемки грунта остается заболоченная, практически не поддающаяся
рекультивации территория. В таких случаях перед проведением работ по рекультивации возникает необходимость проведения осушительных мероприятий. Правда, иногда такие территории могут представлять интерес в качестве
места обитания земноводных и иметь природоохранное значение.
Большое значение имеет способ ведения работ по выемке грунта в карьере. Часто рекультивацию можно начинать, не дожидаясь завершения разработок, и значительно упростить ее, выбрав соответствующую технологию
производства работ в карьере.
Перед массовой выработкой грунта снимают плодородный слой почвы с
целью дальнейшего использования его на малопродуктивных угодьях и рекультивируемых землях. Нормы снятия плодородного слоя почвы при производстве земляных работ определяются требованиями, изложенными в ГОСТ
17.5.3.06-85. При снятии, складировании и хранении плодородного слоя почвы необходимо соблюдать меры, исключающие ухудшение его качества.
Схема экскаваторной выемки полезного грунта в карьере экскаватором с
погрузкой в транспортные средства и перемещением верхнего почвенного
слоя на дно выработанного горизонта одной и той же грунторазрабатывающей
машиной показана на рисунке 20.
После завершения разработок в карьере возможны различные варианты
использования территорий. В основном рекультивацию проводят с целью использования территории под сельскохозяйственные угодья. Часто после рекультивации наблюдается даже некоторое повышение урожайности, так как
при выемке грунта удаляются высокопроницаемые слои песка и гравия, а
плодородный грунт приближается к грунтовым водам, улучшая обеспеченость
водой сельскохозяйственных культур.
Рис. 20. Схема рекультивации карьера для сельскохозяйственного использования выработанного пространства с перемещением и нанесением почвенного слоя по дну карьера в процессе выемки грунта:
1 – пашня до снятия почвенного слоя; 2 – подъездная дорога; 3 – автосамосвал; 4 –
экскаватор; 5 – дневная поверхность земли; 6 – перемещение верхнего слоя почвы с разравниванием по рекультивируемой поверхности; 7 – неуплотненная подошва выработки; 8
– поверхность земли после выемки грунта и рекультивации карьера; 9 – забой экскаватора;
10 – слой почвы, снимаемый поэтапно
47
При рекультивации карьеров для сельскохозяйственного использования
необходимо учитывать изменения микроклимата, сопровождающиеся возможностью скопления холодного воздуха. С целью уменьшения влияния холодного воздуха дну карьера придают легкий уклон в сторону долины.
В процессе карьерных разработок существенно уплотняют подпочвенные слои за счет рабочих перемещений строительной техники. Поэтому для
повышения ценности рекультивируемой территории проводят тщательное
рыхление подпочвы на глубину до 0,5 м, после чего на дно карьера наносят
пахотный слой почвы, частично смешивая его с подпочвой. Толщина слоя зависит от количества плодородной почвы, которую удалось сохранить в процессе производства вскрышных работ.
На рациональное сельскохозяйственное использование территорий
влияют форма и размеры рекультивируемой территории. Поэтому на стадии
проектирования производства работ в карьере необходима параллельность
границ отводимого участка площадью не менее 2 га.
Особая проблема рекультивации под сельскохозяйственные угодья в
местах сухой выемки грунта – формирование откосов карьера.
Возможны два решения.
1. Рекультивацию карьеров глубиной до 5 - 6 м выполняют с выполаживанием откосов, которое позволяет получить дополнительные площади,
пригодные для использования; ослабить эрозионные процессы на откосах;
предохранить рекультивированную площадь от заноса частицами грунта,
смываемыми с откосов; улучшить общий ландшафт рекультивируемой территории.
При использовании площади откосов карьеров в сельскохозяйственных
целях их крутизна должна обеспечивать беспрепятственное движение машин
как агрегатируемых с тракторами, так и самоходных. В соответствии с этими
требованиями откосы карьеров должны быть выположены до крутизны т = 5
и более. Схема производства работ при выполаживании откосов карьера приведена на рисунке 21.
Рис. 21. Схема производства работ по выполаживанию бортов карьера:
1 – плодородный слой почвы; 2 – потенциально плодородный слой; 3 – слой непригодного грунта; 4 – дно карьера; 5 – борта карьера до выполаживания с заложением mk; 6 –
проектное заложение бортов карьера (m) после выполаживания; 7 –направление перемещения грунтовых масс при выполаживании; hx – остаточная глубина карьера без учета толщины слоя почвы; l1,l2,l3 – проектные размеры
48
2. Рекультивацию глубоких карьеров глубиной более 6 - 10 м выполняют без выполаживания, а их крутизна должна составлять не менее m = 1,5.
Учитывая большую длину склонов в глубоких карьерах, через каждые 5 м по
высоте на откосах устраивают бермы шириной до 3 м, выполняемые с некоторым уклоном в сторону откоса для защиты его от обширной эрозии и обеспечения доступа техники в процессе рекультивации.
Схема рекультивации и обустройства глубоких карьеров с крутыми
склонами откосов после сухой выемки грунта показана на рисунке 22.
Нередко выработанное пространство карьеров в период эксплуатации
используют для бессистемного размещения внутренних отвалов смеси потенциально плодородного и непригодного грунтов вскрыши. Тогда условия проведения горнотехнического этапа рекультивации таких карьеров для сельскохозяйственного целевого использования существенно усложняются. При рекультивации площадей таких карьеров в целях сельскохозяйственного использования необходимо выполнять следующие условия.
Рис. 22. Схема рекультивации и обустройства глубоких карьеров после
сухой выемки грунта:
1 – выработанное пространство карьера; 2 – пашня; 3 – уровень фунтовых вод; 4 –
восстановленный почвенный слой по дну карьера; 5 – склон выработки; 6 – берма; 7 – посадка саженцев деревьев и кустарниковой растительности после активации бедной почвы
на склонах; 8,9 – временные кавальеры потенциально плодородного и почвенного грунтов;
10 – сформировавшаяся древесно-кустарниковая растительность; 11 – прежняя высота местности; 12 – направление уклона дна карьера
49
1. Непригодные и малопригодные породы внутренних отвалов вскрышных пород должны быть спланированы и засыпаны слоем нетоксичных (потенциально плодородных) грунтов, пригодных для развития корневой системы растений: не менее 0,6 м для пашни; 0,7 м – для сенокосов, 1 - 2 м – для
лесопосадок.
2. Сверху отсыпанной непригодной и малопригодной породы необходима отсыпка плодородного слоя почвы, забираемой из отвалов ранее снятого
растительного грунта мощностью не менее 0,3 - 0,4 м под пашни, 0,2 - 0,3 м –
под сенокосы. При устройстве лесопосадок почвенный грунт засыпают в ямы
непосредственно при посадке деревьев и кустарников.
Схема выполнения работ при горнотехническом этапе рекультивации
выработанного пространства карьеров после прекращения их эксплуатации показана на рисунке 23.
Рис. 23. Схема выполнения работ при горнотехническом этапе рекультивации выработанного пространства карьера после прекращения эксплуатации:
а – разрез карьера в период эксплуатации; б – геологический разрез; в – разрез карьера в период проведения рекультивации; 1– плодородный слой почвы; 2 – потенциально
плодородный слой; 3 – непригодные породы; 4 – полезное ископаемое; 5 – подстилающие
горные породы; 6 – потребитель; 7 – внешний временный отвал плодородного грунта; 8 –
внешний временный отвал потенциально плодородного грунта; 9 – выработанное пространство карьера; 10 – внутренний отвал непригодного вскрышного грунта; 11 – дно карьера; 12 – выровненный внутренний отвал непригодного грунта; 13 – насыпка нетоксичного
(потенциально плодородного) слоя; 14 – отсыпка слоя почвы
50
При совмещении вскрышных работ с горнотехническим этапом рекультивации выработанного пространства карьеров непосредственно в период их
эксплуатации возможно снижение затрат почти в 3 - 4 раза за счет сокращения
числа переработки пород и уменьшения дальности их перемещения. Схема
очередности производства работ и направления перемещения горных пород
при совмещении вскрышных работ с горнотехническим этапом рекультивации
карьеров показана на рисунке 24.
Рис. 24. Схема производства работ по совмещению вскрышных работ с
горнотехническим этапом рекультивации карьера:
1 – плодородный слой почвы; 2 – потенциально плодородный грунт; 3 – непригодный
грунт; 4 – полезное ископаемое; 5 – отгрузка полезного ископаемого потребителю; 6 – дно
карьера; 7 – снятие и удаление плодородного слоя во внешние временные отвалы; 8 – разработка вскрышного непригодного грунта и перемещение его в постоянный внутренний
отвал; 9 – разработка вскрышного потенциально плодородного грунта, перемещение и укладка его по верху ранее уложенного вскрышного непригодного грунта; 10 – нанесение
плодородного слоя почвы из грунта, забираемого из временных внешних отвалов растительного грунта
51
При выборе способа рекультивации карьеров залесением руководствуются теми же соображениями, что и при проведении рекультивации под сельскохозяйственные угодья. Возможность рекультивации залесением используют в тех случаях, когда сельскохозяйственное или иное использование территории карьера сопряжено с определенными трудностями, например плохое
качество почвы, отдаленное расположение карьера от населенных пунктов,
неудовлетворительный микроклимат для выращивания сельскохозяйственных
культур и др.
Рекультивацию карьеров залесением проводят в следующей последовательности. Вначале выравнивают дно карьера и выполаживают откосы до значений m = 1,5 и более, а при глубине карьера более 5 - 6 м на откосах устраивают бермы шириной около 3 м через каждые 5 м по высоте склона. После завершения этих работ рыхлят уплотненный грунт на дне карьера, а затем высевают бобовые культуры, способствующие образованию гумуса и накоплению
азота. В последующем закладывают лес, избегая монокультуры. Одни лишь
хвойные породы деревьев не способствуют полному развитию потенциала
территории. Их дополняют лиственными породами деревьев, соответствующих местным условиям. При посадке смешанных пород деревьев более полно
формируется ландшафт и обеспечивается оздоровление биотопы. По периметру лесопосадки необходимо обсадить кустарником и деревьями второй величины, образуя опушку шириной 3 - 5 м.
Наряду с сельскохозяйственной и лесохозяйственной рекультивацией
места сухой выемки грунта можно использовать и в других целях – для создания спортивных и игровых площадок, устройства кемпингов и отвода участков под строительство. Не исключается и обратная засыпка выработанного
пространства карьеров неопасными с точки зрения санитарии и сохранения
качества грунтовых вод материалами, например отвальным грунтом после
проходки тоннелей метрополитена, строительными отходами после слома домов и другими безвредными материалами. После заполнения карьера этими
материалами формируют верхний насыпной слой, отсыпаемый из минерального грунта толщиной до 0,5 м и почвенного – не менее 0,15 м, с последующей рекультивацией территории для сельскохозяйственного или иного использования.
Задание:
Ознакомиться с восстановлением карьеров нерудных материалов при
сухой выемке грунта в зависимости от глубины выработки карьера.
Предложить вариант восстановления карьера сухой выемки грунта под
сельскохозяйственную или лесохозяйственную рекультивацию.
Начертить схему производства работ в зависимости от вырабатываемого
полезного ископаемого, глубины разработки. Предложить схему обустройства
карьера под биологический этап рекультивации.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 11.
52
Рекультивация территории карьеров добычи камня
По классификации (см. табл. 8) скальные грунты и конгломераты считают непригодными для биологической рекультивации по физическим свойствам.
При добыче камня рекультивация выработанного пространства карьеров
и поверхностей отвалов из скальной породы требует выполнения специальных
предварительных мероприятий.
Таблица 8. Схема классификации вскрышных пород по их пригодности для
биологической рекультивации
I. Пригодные:
плодородные
потенциально
плодородные
II.
Малопригодные:
по физическим свойствам
Гумусированная часть
почвенного
слоя (пере5,50,1-0,5
гнойно8,2
аккумулятивные горизонты)
Почвообразующие
и
другие породы благоприятного
5,50,1-1,0
грануломет8,4
рического и
минералогического состава
Песчаные и
глинистые
породы
5,50,1-1,0
8,4
по химиче- Кислые,
ским свой- средствам
незасоленные, солонцеватые
1-2
почвы и породы
53
III. Непригодные: по
физическим
свойствам
по химическим свойствам
3
5,59,0
0-3
0-3
5
5
10-75
10-75
Гумус, %
Фракция <
0,01 мм, %
Na, % от
емкости поглощения
Подвижный
А1, мг/100 г
Почвы и
горные породы
РНводн
Группа
пригодности
Сухой остаток, %
Признаки пригодности
При вскрышных работах складируют и используют для создания пашни и других сельскохо2
и зяйственных угодий
более
Пригодны как подстилающие
породы при создании пашни,
можно непосредственно использовать при лесохозяйственной
2
и рекультивации; после улучшеменее ния и прохождения стадии мелиоративной подготовки можно
использовать под пашню.
0-3
0-5
10-75
Нет
3-15
5-20
10-75
Нет
18 и
более
-
»
Скальные
породы,
конгломераты
Сульфидсодержащие и
сильнозасоленные породы,
солонцы
Более Более
Нет
2
6,5
Способ использования для
биологической рекультивации
Различного
грану20 и
ломет»
более рического
состава
Необходимо глинование или
пескование; при создании пашни перекрываются пригодными
породами; можно использовать
под лесопосадки после проведения необходимых мер по
улучшению свойств пород
Необходимо
известкование;
проведение промывок; после
мелиорации при создании пашни следует перекрывать гумусированным слоем почвы; используют под лесопосадки после проведения необходимых
мер по улучшению свойств пород
Перекрываются пригодными
грунтами слоем не менее 1-2 м
При отвалообразовании укладывают в основание отвалов;
должны быть изолированы при
создании пашни и посадке леса
слоем пригодных пород мощностью не менее 1-2 м; с учетом
экономической эффективности в
ряде случаев можно проводить
коренную химическую мелиорацию (промывку, известкование
высокими дозами, гипсование и
т. п.), после чего используют под
лесопосадки
54
Карьер по добыче камня – серьезное вторжение в структуру ландшафта,
полностью изменяющее природные условия и оставляющее после себя многочисленные и большей частью очень заметные раны в природном балансе и
внешнем виде ландшафта.
В процессе добычи камня образуются насыпи из вскрышного (поверхностный слой месторождения) слоя грунта, непригодного для производственных целей. Этот грунт можно разделить на плодородный слой почвы и материнскую породу или выветренные скальные породы, снимаемые при выполнении вскрышных работ. Верхний почвенный слой должен быть сохранен во
временных отвалах растительного грунта. Кроме того, на некоторых добывающих предприятиях в отвал отправляют отсев, а также другие производственные отходы, добытые в месторождении, но непригодные для использования. Объемы и доля вскрышных работ и производственных отходов в объеме
добычи непостоянны и изменяются по мере разработки месторождения, однако их можно предварительно достаточно точно рассчитать, чтобы определить
размеры отвалов и окончательно сформировать рельеф местности при рекультивации.
Рекультивация и обустройство подошвы выработки и складских площадок
Подошва выработанного пространства в карьерах скального грунта, а
также уплотненные в результате движения транспортных средств производственные и складские площадки непригодны для непосредственного обустройства ландшафта без предварительного проведения работ по их рекультивации.
Поэтому перед планомерной высадкой саженцев древесно-кустарниковой растительности на площади рекультивируемых участков подошвы карьера и
складских площадок, предварительно освобожденных от складируемого материала, отсыпают слой рыхлого вскрышного и почвенного грунтов толщиной
не менее 1 м. Для погрузки в автосамосвалы вскрышного и почвенного грунтов из временных отвалов используют одноковшовые экскаваторы. Доставляемый автосамосвалами вскрышной и почвенный грунты разравнивают
бульдозерами по поверхности рекультивируемых участков подошвы карьера и
складских площадок. В карьерных разработках достаточно часто наблюдается
скопление холодного воздуха, что в совокупности с низким содержанием питательных веществ образуемого растительного покрова затрудняет развитие
древесно-кустарниковой растительности. Поэтому для оттока холодного воздуха при проведении рекультивации необходимо создать уклон подошвы
карьера в сторону общего понижения дневной поверхности земли, а постоян-
ным отвалам придать форму, обеспечивающую продуваемость карьерной выработки.
Использование выработанного пространства карьеров камня в качестве
искусственного водоема для целей рекреации проблематично из-за непостоянства уровня воды в них после их затопления и опасных отвесных берегов.
Рекультивация и обустройство склонов скальной выработки.
При выемке скального грунта его периодически предварительно рыхлят
буровзрывным способом, в отдельных случаях – механической распиловкой
более слабых (известняки, известняки-ракушечники, мрамор) горных пород на
отдельные блоки или другим способом.
Независимо от способа рыхления скального грунта после завершения
работ в карьере остаются крутые откосы большей или меньшей протяженности в зависимости от конкретных условий месторождения. При обустройстве
таких откосов придавать им пологую форму необязательно. Примером их
обустройства могут служить отвесные скалы, оставляемые после выемки камня. Однако крутизна оставляемого откоса зависит главным образом от прочностных характеристик пород, слагающих рекультивируемый склон. В принципе должна быть сформирована вполне устойчивая скала крутизной около
60о к линии горизонта, расчлененная по высоте через каждые 10 - 30 м горизонтальными уступами шириной не менее 3 м.
Если в процессе разработки месторождения эти условия не были выдержаны, то устойчивое положение склонам придают, проводя дополнительные земляные работы буровзрывным способом (рис. 25).
55
Рис. 25. Пример формирования устойчивого склона в скальном грунте
(размеры в м):
а...з – очередность разработки скальных массивов; 1 – выработанное пространство
карьера; 2 – подошва выработки; J –склон, оставленный после выемки камня; 4, 6, 8 –
скважины для закладки ВВ в первом, втором и третьем ярусах склона; 5, 7 – уступы в подошве первого и второго ярусов; 9 – дневная поверхность земли; 10 – скальный массив
После того как будет сформирован устойчивый скальный склон, его начинают обустраивать, ссыпая сверху на его поверхность вначале мелкозернистый минеральный, а затем почвенный грунт из временных отвалов, которые
были размещены на верхних отметках вблизи карьера при производстве
вскрышных работ. При падении часть грунта задерживается на уступах и неровностях рекультивируемого откоса, создавая условия для естественного
распространения травянистой и древесно-кустарниковой растительности. Для
ускорения и планомерного достижения этой, цели можно использовать гидропосев семян и внесение химических удобрений, а также других питательных
веществ. Для выполнения этих работ можно применять бульдозеры и гидросеялки, используемые в мелиоративном и гидротехническом строительстве.
Задание:
Ознакомиться с восстановлением территорий карьеров добычи камня.
Изучить приведенную схему обустройства склонов карьера после выработки камня показана на рисунке 26.
56
Рис. 26. Пример обустройства склона выработки скального грунта (размеры в м):
а – схема перемещения вскрышного фунта; б – обустройство склона; 1 – направления перемещений фунта при вскрытии карьера и обустройстве склона; 2 – временный отвал
почвенного слоя грунта; 3,4 – защитные насаждения; 5 – склон выработки; 6 – устойчивая
стенка склона; 7 – закругленная верхняя кромка выработки с насыпанным верхним слоем
почвы и посаженными защитными насаждениями; 8 – насыпной фунт; 9 – подошва выработки покрытия мелкозернистой почвой для посадки деревьев и кустарников
Начертить схему склона карьера выработки скального грунта глубиной
120 м. Нанести на неѐ количество и высоту уступов, ширину берм, общие параметры склона карьера. Указать применяемые операции и их последовательность при восстановлении склона карьера. Предложить посадочный и посевной материал для биологического этапа рекультивации склона карьера.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 12.
Классификация противоэрозионных гидротехнических сооружений
57
В комплексе с агротехническими и лесомелиоративными приемами при
минимальном отводе пашни для предотвращения эрозионных процессов широко применяют инженерные гидротехнические сооружения. Особенно велико их значение, когда защитные лесные насаждения у вершин оврагов в первые 5 - 7 лет еще начали выполнять противоэрозионную роль. Противоэрозионные гидротехнические сооружения должны уменьшать или полностью прекращать рост промоин, вершин оврагов, выравнивать конфигурацию полей,
отводить воду с водосборных площадей и подводить к водосборным сооружениям или на задернованные склоны, пропускать расчетный расход воды и гасить избыток энергии потока за сооружениями, уменьшать заиление рек. В зависимости от назначения и конструкции гидротехнические сооружения принято подразделять на четыре группы.
1. Водонаправляющие сооружения – распылители стока и водоотводящие валы. Они предназначены для отвода воды от вершин оврагов, размываемых участков дорог и для подвода воды на задернованные участки склонов, к
водозадерживающим валам и к водосбросным сооружениям.
2. Водозадерживающие сооружения – валы, террасы, плотиныперемычки. Их применяют для регулирования стока у береговых или склоновых оврагов.
3. Водосборные сооружения – лотки-быстротоки, перепады, шахтные,
трубчатые и консольные водосбросы. Их применяют для сброса воды на дно
оврагов и балок, а также для закрепления оврагов.
4. Донные сооружения – запруды, каменные наброски и перепады. Их
используют для закрепления донных оврагов, выравнивания продольного
профиля балок и повышения базиса эрозии.
58
Технология строительства противоэрозионных гидротехнических сооружений
Распылители стока на пахотных землях. Наиболее эффективно применение распылителей стока для рассредоточения водных потоков, концентрирующихся перед ложбинами на пахотных склонах крутизной до 5°, перед
склоновыми промоинами, вдоль межи или у напашей лесных полос. Расположение распылителей стока на местности устанавливают в период полевого обследования овражно-балочных систем. Для рассредоточения водного потока
плантажным плугом ППУ-50А делают глубокие борозды с валиками. Чаще
всего водоустойчивые валики формируются после двух проходов плантажного плуга. При этом необходимо следить за тем, чтобы крутизна по линии пропашки не превышала 1,0 - 1,5°. В противном случае в бороздах значительно
возрастает скорость потока воды и они будут размываться. Концентрированные потоки воды, распыленные валиками, целесообразно направлять на задернованные участки или в водоприемники.
Распылители стока на непрофилированных дорогах. В системе мер
по защите почв от водной эрозии особое место занимает защита полевых дорог. Дороги целесообразно размещать по водораздельным участкам землепользования. По окончании весеннего стока, после сильных ливней, бульдозерами и грейдерами необходимо проводить тщательную планировку профиля
дороги с одновременной засыпкой промоин.
Водозадерживающие валы. Водозадерживающие валы широко применяются при закреплении береговых и склоновых оврагов. Их используют при
относительно небольшой водосборной площади оврагов. Обычно при уклонах
2 - 3° водосборная площадь не должна превышать 8 - 12 га, а при уклоне до
6° – 2 - 4 га.
Водозадерживающие валы обычно размещаются перед вершинами оврагов. Перед вершиной действующего оврага водозадерживающие валы делают
на расстоянии, равном высоте перепада в вершине оврагов плюс ширина приовражной полосы.
Устройство водозадерживающих земляных валов начинается со вспашки площади, намеченной под гребни вала и выемку, навесными тракторными
плугами.
Разрыхленная плугами почва выемки бульдозерами перемещается на
основание вала толщиной слоя 0,5 м. Для того чтобы сделать насыпь такой
высоты, обычно требуется три-пять заездов бульдозера с захватом грунта на
59
выемке с расстоянием до 12 - 20 м. Затем слой грунта, насыпанный выше основания вала, тщательно трамбуют последовательно соединенными водоналивными катками ЗКВГ-1,4 или несколькими проходами бульдозера по насыпи вала. Уплотнение грунта должно обеспечивать его усадку примерно на 10
см.
После завершения строительства насыпи вала, перемычек и шпор в выемку прудка бульдозерами сдвигается плодородный слой почвы, ранее перемещенный бульдозером из верхней части выемки. Перемещение этого гумусированного слоя почвы способствует лучшему задернению почвы.
Чтобы обеспечить лучшее задернение, откосы и гребни валов весной
следующего года или ранним летом того же года засевают травами. Состав
травосмесей может быть различным в зависимости от почвенноклиматической зоны. Если валы устраивают на пахотных землях, то перед
ними необходимо провести залужение на полосах шириной 50 - 60 м.
Водозадерживающие валы могут стать надежным средством защиты
почвы от оврагообразования только при правильной их эксплуатации. Водосливные пороги в период весеннего снеготаяния нужно систематически очищать от скопления льда и мусора, проникающего в валы с водосборных площадей. До начала снеготаяния в снегу надо прокладывать траншеи. Вода из
водосливных порогов валов должна отводиться на хорошо задернованные
участки.
Водоотводящие валы.
В отличие от водозадерживающих валов водоотводящие валы устраивают для отвода воды от вершин оврагов или других размываемых участков к
водосбросным сооружениям и водозадерживающим валам.
Водоотводящие валы делают, соблюдая допустимые продольные уклоны.
Нивелиром прокладывают трассу будущего вала, затем навесным плугом пропахивают трассу, намеченную под вал и выемку. Как и при строительстве водозадерживающих валов, вспаханная земля бульдозером отодвигается за пределы
вспаханной полосы. В дальнейшем по той же технологии, что и в предшествующем случае, относительную высоту водоотводящего вала доводят до 0,7 м с
послойной утрамбовкой. Для обеспечения прохода гусеничных тракторов ширину гребня делают 2,5 м. Ширина основания в этом случае составит 4,6 м.
Выполаживание оврагов
Наряду с закреплением оврагов водозадерживающими валами во многих
хозяйствах проводят работы по выполаживанию и засыпке.
60
Выполаживание и засыпка оврагов имеют важное значение не только в
борьбе с водной эрозией почв. При выполаживании сельскому хозяйству возвращаются земли засыпанных оврагов, а также межовражные бросовые земли,
которые нередко в 3 - 5 раз превышают площадь самих оврагов. После выполаживания береговых оврагов значительно расширяются возможности применения механизации. Однако далеко не все овраги могут быть рекомендованы
для выполаживания. Так, донные овраги выполаживать нельзя, так как они
часто имеют большую водосборную площадь и неудобны для работы бульдозеров. Нецелесообразно эту работу проводить также на оползневых участках.
Лучше всего выполаживать склоновые овраги, глубина которых не превышает
3 - 5 м.
Выположенные овраги в течение первых трех лет целесообразно использовать для загущенных посевов многолетних трав. Корневые системы
многолетних трав будут хорошо скреплять почву, формировать устойчивую
против размыва дернину, так как почву под травами не будут пахать в течение
2 - 3 лет.
Строительство плотин-перемычек
Иногда выполаживание оврагов совмещают со строительством отдельных или каскадных плотин-перемычек. В этом случае необходимо полностью
или частично задержать поверхностный сток и получить искусственное заиление оврага, для того чтобы возвратить сельскому хозяйству земли оврагов и
межовражных территорий.
Для устройства плотин-перемычек в сочетании с выполаживанием
обычно подбирают неглубокие (до 5 - 7 м) склоновые овраги, далеко врезающиеся в пахотные земли, водосборная площадь не должна превышать 20 га.
Плотины-перемычки строят по специальным проектам.
Высота плотины-перемычки определяется глубиной оврага. Для обеспечения проходов трактора в верхней части плотина должна иметь ширину 3,5 4,0 м.
Водозадерживающие траншеи. В последние годы для перехвата поверхностного стока и увеличения влажности почвы на склонах начали применять различные виды водозадерживающих траншей. Расстояние между траншеями в зависимости от крутизны склона устанавливают от 20 до 100 м. Для
нарезки траншей глубиной 45 - 50 см, которые располагаются строго по горизонтали, применяют кустарниково-болотные или плантажные плуги.
61
Чтобы предотвратить промерзание почвы и увеличить возможность водопоглощения, на дно траншеи укладывают солому и навоз. Такой агротехнический прием способствует перехвату стекающих по склону талых вод.
Наряду с водопоглощающими бороздами на приводоразделительных
пахотных склонах начали применять также водопоглощающие траншеи и валы в водорегулирующих лесных полосах.
Донные гидротехнические сооружения
В комплексе с вершинными противоэрозионными гидротехническими
сооружениями надо создавать донные сооружения. Они способствуют прекращению роста оврагов в глубину и ширину. На участках с донными запрудами происходит заиление и поднятие ложа оврага. Они уменьшают скорость
потока, повышают шероховатость русла, задерживают твердый сток.
Донные запруды быстро подвергаются разрушению, поэтому их надо
сочетать с облесением дна. Донные запруды бывают плетневые, хворостяные,
фашинные и каменные.
Для укрепления дна оврагов, если по нему не идет большой поток воды,
часто применяют хворостяные запруды. Хворост укладывают поперек дна оврага слоем 0,5 - 0,7 м, начиная с устьевой части оврага, так чтобы вершины
предшествующего ряда были прикрыты вершинами последующего. Слои хвороста прижимаются деревянными слегами и ивовыми кольями. Илистые частицы почвы из потока воды отфильтровывают и заполняют все пустоты в хворосте. Хворостяная запруда заполняется илистыми частицами в течение 1 - 2
лет. Для обеспечения естественного заращивания к хворосту следует добавить
живые ивовые прутья.
Плетневые запруды относятся к категории живых запруд, так как в последующем образуют ряды растущих деревьев. Они бывают одинарными и
двойными. При изготовлении одинарных плетневых запруд поперек дна оврага роют канаву шириной 0,5 м- Канава должна захватывать примерно по 1 м
откоса оврага. Глубина канавы в донной части оврага – 0,3 - 0,4 м, а в откосах
оврага – примерно 1 м.
Чтобы избежать повреждения (размочаливания) заготовленных ивовых
кольев диаметром 6 - 8 см, делают отверстия для кольев. Расстояния между
кольями обычно принимают 0,25 - 0,3 м. Затем изготавливают два ряда плетней
(через 0,5 м) из ивового прута с таким расчетом, чтобы концы плетня заходили
в откос оврага на ширину 1 м. Со стороны вершины оврага плетень заделывают землей в уровень с поверхностью дна, а почву тщательно утрамбовывают.
62
После этого донную и боковые части склонов оврага хорошо одерновывают.
В средней части запруда должна иметь стрелу прогиба.
Если запруды имеют большую длину, то для усиления их прочности со
стороны водобойной части забивают деревянные сваи с прогибом в сторону
вершины оврага. Весьма важное значение имеют сроки изготовления запруд.
Чтобы избежать размыва, обеспечить приживание кольев и одерновки, изготовление запруд лучше всего начинать сразу же после весеннего паводка.
Фашинные запруды целесообразны только в местах постоянного увлажнения. Их изготавливают из трех фашин. Перед укладкой фашин по дну оврага перпендикулярно линии стока роют траншею, которая должна захватывать
также откосы оврага длиной 1,0 - 1,5 м. Нижняя сторона вертикального ряда
фашин удерживается сваями, которые забивают на расстоянии 1 м одна от
другой. Со стороны вершины оврага фашинная запруда крепится земляной
отсыпкой. Земля на отсыпке плотно утрамбовывается и выкладывается дерном.
Во избежание просачивания воды фашины плотно прижимают к грунту
дубовыми кольями. Чтобы уменьшить рассекание и возможность прорыва
земли водой, в средней части фашинная запруда должна иметь прогиб. Водобойная площадка запруды выстилается каменной наброской или хворостом.
Фашинные запруды недолговечны. При разложении хвороста в фашинах появляются пустоты, куда легко проникает вода, причиняя разрушения. В связи
с этим фашинные запруды можно создавать только на оврагах, имеющих небольшие водосборные площади. Высота плетневых и фашинных запруд не
должна превышать 1 м.
Деревянные запруды могут применяться на тех оврагах, где по условиям
влагообеспеченности грунты мало пригодны для приживания хвороста и
кольев в хворостяных запрудах. При строительстве деревянных запруд по дну
оврага вырывают канаву глубиной 0,5 м, а в откосах оврагов – 1,5 м. Доски к
сваям прикрепляют так, чтобы в средней их части имелась стрела прогиба. Прогиб в доске можно сформировать соответствующим пропилом. Доски следует
укладывать аккуратно, так как при наличии больших щелей между ними будет
проникать разжиженный грунт, что может привести к преждевременному размыву запруд. Высота деревянных запруд не должна превышать 1 м. Верхнюю
часть запруды со стороны вершины оврага тщательно утрамбовывают землей
и обкладывают дерном. Водобойный пол устилается каменной наброской.
63
Каменные запруды устраивают при высоте перепада до 3,0 м. Они долговечны и эффективны даже при больших водосборах. Их делают из кирпича,
камня или бетона. В зависимости от материала определяется технология их
строительства.
После завершения строительства всех видов донных гидротехнических
сооружений места сопряжения их с берегами балок или откосами оврагов надо засеять травами или обложить дерном. Выше и ниже донных запруд нужно
создавать насаждения-илофильтры из быстрорастущих влаголюбивых пород,
а по откосам – из засухоустойчивых и корнеотпрысковых пород.
Водосборные гидротехнические сооружения
К водосборным гидротехническим сооружениям относят лоткибыстротоки, закрытые быстротоки, каменные перепады, водосбросы и стенки
падения. Их обычно называют головными, или вершинными, овражными сооружениями. Они чаще всего применяются, если разрастающиеся овраги угрожают строениям, населенным пунктам, профилированным или асфальтовым дорогам, если по характеру рельефа в нижних частях водосборной площади трудно разместить систему водозадерживающих валов, а также на землях водосбора с произрастающими ценными культурами. Строительство таких сооружений осуществляется по предварительно разработанным проектам.
Быстротоками обычно называют водосборные сооружения, в которых
вода движется по полу лотка. Широкое применение получили лоткибыстротоки. Они имеют прямоугольное, параболическое или трапецеидальное
поперечное сечение.
В лотках-быстротоках различают приемную, или входную, часть с горизонтальным углом, по которому вода подводится к этому сооружению.
Приемную и боковые части лотков после завершения строительства обсыпают с наружной стороны грунтом по верхнюю кромку стенок. Это исключает возможность попадания в лоток поверхностных вод с прилетающих откосов (вместе с которыми могут попасть растительные остатки, мусор). Все
части грунта, непосредственно соприкасающиеся с лотком, должны быть засеяны травами или одернованы. Наружные стенки лотков-быстротоков покрывают гидроизоляцией (горячим битумом).
Перепады, или стенки падения, применяют для сброса воды в овраг.
Они бывают одноступенчатые и многоступенчатые.
Одноступенчатые перепады используют в тех случаях, когда вершина
оврага не превышает 2,0 - 3,0 м.
64
Многоступенчатые перепады проектируют для оврагов с перепадом высот до 10 м и более, однако высота каждого перепада не должна быть больше
2 м. Часто такие перепады устраивают у кюветов дорожной сети. Как и лоткибыстротоки, перепады можно изготавливать из бетона, железобетона и сборного железобетона. При строительстве уделяют особое внимание сопряжению
многоступенчатых перепадов. Они должны быть устойчивыми против фильтрации воды и разрушения.
Шахтные водосбросы из-за сложности сооружения и эксплуатации на
оврагоукрелительных работах применяют редко. Их возводят в основном в
средних и нижних частях оврагов совместно с запрудами для создания условий заиления, засыпки оврагов и при прокладке через них дорог. Допускается
возведение шахтных водосбросов при высоте перепадов до 15 м. Вертикальные шахты устраивают из колец монолитного или сборного железобетона.
Предварительно надо знать несущую способность грунтов. Основание возводят из бутовой кладки, бетона или железобетона. Обычно шахты делают вертикальной формы с диаметром до 0,8 м.
В нижней части шахтного водосброса, в сопряжении с ним, устраивают
горизонтальные отводящие трубы диаметром не менее 0,5 м. При строительстве отводящих труб используют сборные железобетонные трубы-кольца, а
при наличии местных строительных материалов – бутовую кладку с перекрытием каменными плитами.
Чтобы избежать фильтрации воды, надо тщательно контролировать сопряжение труб. Все поверхности, соприкасающиеся с грунтом, в два слоя покрывают гидроизоляционной битумной эмульсией, а стыки оклеивают мешковиной, пропитанной битумной мастикой.
Оголовки шахтных водосбросов в соответствии с правилами по технике
безопасности оборудуют сороудерживающими решетками с диаметром ячеек не
меньше, 0,3 - 0,4 м.
Оголовки шахтных водосбросов должны возвышаться над бетонной или
каменной отмосткой вокруг шахты не менее чем на 0,2 м. На уровне каменной
отмостки в оголовке шахты устраивают также водовыпускные отверстия.
Трубчатые водосбросы выполняют из железобетонных, асбоцементных
или полиэтиленовых труб. В противоэрозионном строительстве их применяют
лишь там, где невозможно разместить открытые перепады, или если надо сделать переезды над водосбросами. Трубчатые водосбросы возводят при высоте
перепадов 30 - 40 м. Диаметр труб должен быть равен 0,5 - 1,0 м, а число ниток
труб не больше 3.
Консольные водосбросы сооружают для сброса воды с обрывистых берегов и склонов на дно оврагов. Если грунты скальные и полускальные, то
консольные перепады применяются при расходах воды до 15 м3/с, а при рыхлых и средних грунтах – при расходах воды до 1 м3/с.
Консольные водосбросы можно изготавливать из сборных железобетонных конструкций, а на временных противоэрозионных сооружениях – из железобетона и дерева.
Задание:
Ознакомиться с видами и назначением противоэрозионных гидротехнических сооружений, с описанием их конструкций.
Выбрать одно гидротехническое сооружение из четырех групп водонаправляющие, водозадерживающие, водосборные, донные.
Начертить схему выбранного сооружения, нанести размеры, подписать
элементы. Дать описание назначения каждого из элементов сооружения.
Дмитрий Юрьевич Капитонов
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ТЕХНОГЕННО-ТРАНСФОРМИРОВАННЫХ
ЛАНДШАФТОВ
Методические указания для практических занятий студентов направления
подготовки 05.04.06 – экология и природопользование
(уровень магистратуры)
65
Подписано в печать 16.05.2016 г. Формат 60х84/16 Объем 4,06 п.л.
Усл. печ. л.1,39. Уч.-изд. л. 1,38. Тираж 20 экз. Заказ _
ФГБ ОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова» РИО ФГБ ОУ ВО «ВГЛТУ». 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8
Отпечатано в УОП ФГБ ОУ ВО «ВГЛТУ». 394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10
©ФГБ ОУ ВПО «ВГЛТА», 2016
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
1 058 Кб
Теги
восстановлен, трансформер, техногенных
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа