Выбор проектных решений рекультивации нарушенных земель после окончания строительства

В последние несколько лет особую роль в экологической политике страны приобретает рекультивация нарушенных земель, значимость которой состоит в необходимости восстановления продуктивности почв и ее природоохранных функций. По данным Росприроднадзора, за 2021 год в целом на территории Российской Федерации было нарушено 195,2 тысяч гектар земли, что на 25,8% больше, чем годом ранее, из них рекордные 46,4% земель были нарушены в результате разработки месторождений полезных ископаемых, в первую десятку рейтинга ущерба попали Северные территории – ХМАО, ЯНАО, Якутия [1].

Отсутствие единого нормативного правового акта с требованиями по проведению биологической рекультивации способствует разобщённости методов приведения земель к соответствующему качеству, что в конечном итоге зачастую приводит к ненадлежащему качеству выполненных проектных работ и повышенным капитальным затратам.

Однако в последние несколько лет на рынке стали появляться новые технологии, направленные на скорейшее восстановление почв, что особенно важно для районов Севера, восстановление которых требует значительных затрат.

Согласно ГОСТ 17.5.1.01-83 «Охрана природы. Рекультивация земель. Термины и определения», рекультивация земель - комплекс работ, направленных на восстановление продуктивности и народохозяйственной ценности нарушенных земель, а также на улучшение условий окружающей среды в соответствии с интересами Общества. Особенно подвержены антропогенному воздействию территории Севера страны, что связано с фрагильностью экосистем, а восстановление почв данных районов порой занимает десятки лет. Ко всему прочему, охрана окружающей среды в Арктике входит в Государственную политику Российской Федерации на период до 2035 [3], в связи с чем рекультивация Северных территорий является приоритетным направлением для страны. Стандартный метод рекультивации земель осуществляются в соответствии с утвержденным проектом рекультивации земель путем проведения технического и биологического этапов [4].

Технический этап рекультивации является подготовительным для биологического и включает работы по созданию условий для последующего использования земель. Биологический этап рекультивации проводится в целях восстановления плодородного слоя почвы, включает агротехнические и фитомелиоратив-ные мероприятия [5].

В целом же, стандартный вариант биологической рекультивации имеет ряд недостатков, главный из них заключается в низкой скорости восстановления земель, что особенно важно для северных территорий, где время восстановления измеряется десятками лет. Кроме того, стандартный вариант рекультивации не всегда является эффективным, что в конечном итоге в ряде случаев на участках, подвергнувшихся ранее загрязнению, приводит к ухудшению экологического состояния природной среды и свойств почв, а также увеличению сроков их восстановления в пострекультивационный период. При неправильном проведении рекультивации могут отмечаться вторичные нарушения земель, нарушения естественных линий стока с поверхности и активизация негативных экзогенных процессов, изменения агрохимических свойств почв, а также внедрение малоценных и чуждых для местных ландшафтов видов растительности [6]. Выбор способов биологической рекультивации определяется климатической зоной, экономической целесообразностью, условиями распределения почв, их свойствами, составом и другим

• [5] . Существует различные альтернативные варианты рекультивации, наиболее эффективными были признаны био- и геосинтетические материалы.

Целью исследования является анализ возможности использования различных вариантов биологической рекультивации земель как альтернативе традиционному варианту рекультивации, анализ проектных решений по назначению, функциям, структуре, процессам строительства и вариантам материального исполнения.

Материалы и методы

Методологическая основа статьи включает анализ проектных решений по назначению, функциям, структуре, процессам строительства и вариантам материального исполнения, в качестве материалов использовались данные из научных источников, проектов рекультивации земель.

В варианте биоматериалов наибольшей эффективностью обладают биоматы. Биомат прост в укладке и в дальнейшем не требует специального ухода. В некоторых случаях его применение экономически выгоднее стандартного варианта рекультивации (особенно на склонах, поэтому стоимость укладки и перевозки при больших объемах ниже). Укладка производится круглый год. Применение биоматов рекультивирует растительный покров в течение первого летнего сезона без дополнения плодородной почвы и досева семян. Применение биоматов особенно актуально для тундровой зоны, где запрещается передвижение техники в летний период вне населённых пунктов и дорог (кроме техники на пневмоходу), в особенности, их применение целесообразно на отсыпанных территориях с укладкой до установления снежного покрова с целью насыщения влагой в период весеннего снеготаяния, в противном случае потребуются дополнительные затраты на полив [7].

Глиномат, являющийся разновидностью геосинтетического материала, в совокупности с добавлением многолетних трав и минеральных удобрений эффективно применяется в рекультивации техногенных песчаных субстратов, в том числе в районах с многолетнемерзлыми породами. Через два-три года после посевов происходит устойчивое задернение техногенных поверхностей. Глиноматы выдерживают перепады температуры, многократные циклы заморозки и таяния, устойчивы к неполярным материалам – маслам, нефти, кислотным средам, химическим удобрениям, устойчивы к воздействию неравномерной осадки грунта. Вследствие разбухания они хорошо восстанавливаются в местах механических повреждений. Однако материал обладает низкой сопротивляемостью к некоторым хлоридам и сульфатам. Ко всему прочему стоимость проведения рекультивации с использованием глиномата высока [9].

Эффективным способом биологической рекультивации является гидропосев. Гидропосев выполняется в один прием, позволяет закрепить и предотвратить водно-ветровую эрозию грунтов различных труднодоступных поверхностей посевом многолетних трав. Метод преимущественно применяется на земельных участках сложного рельефа - откосы, выемки, насыпи, участки без растительного грунта, где затруднён посев другими способами. В последнее время для районов Крайнего Севера при проведении рекультивационных работ рекомендуется применять гидропосев. Компоненты, входящие в гидросмесь, образуют на укрепленном участке временный защитный слой, который препятствует смыву и выдуванию семян [10].

При проведении биологической рекультивации рекомендуется выполнять оценку применимости известных вариантов рекультивации к территориальным условиям, к их оправданности со стороны материальных, временных затрат, трудоемкости и воздействии на окружающую среду. При выборе вариантов проектных решений рекультивации, в случаях их технической и экономической схожести, необходимо учитывать следующие дополнительные факторы оптимальности: макроэкономические, экологические, промышленной безопасности, бережливости производства (энергоэффективность, охрана труда, минимум материалоемкости при эргономичности).

Определение проектных решений рекультивации, оценку критериев и условий их применимости рекомендуется осуществлять на основании анализа проектных решений по назначению, функциям, структуре, процессам строительства и вариантам материального исполнения. Проектный анализ позволяет прорабатывать проектное решение последовательно на шести взаимосвязанных уровнях рассмотрения объекта: I уровень – Назначение, II уровень – Техническая функция, III уровень – Структурная схема, IV уровень – Принцип действия, V уровень – Конструктивное и материальное исполнение, VI уровень – Проект.

Сведения о назначении, полученные на первом уровне, служат для синтеза технической функции на втором уровне, далее, описание технической функции способствует формированию структурной схемы на третьем уровне. При наличии структурной схемы объекта Проектировщик на четвертом уровне определяет принцип действия каждого рассматриваемого элемента, входящего в состав объекта, а также на пятом уровне выполняет анализ и синтез конструктивного и материального исполнения всех элементов объекта, обозначенных на уровне структурной схемы. Преимущество подходов проектного анализа заключается в обеспечении дифференцированного применения соответствующих конкретному уровню проектных компетенций для подбора оптимальных проектных решений. За исключением назначения объекта, которое задается в рамках инвестиционной предпроектной подготовки проекта, на остальных уровнях (II-IV) проектные решения предполагают выбор наилучшей из возможных альтернатив.

Кроме того, рассмотрение технических (проектных) решений и технологий по представленному алгоритму дает возможность определить все взаимосвязи и последствия изменения элементов технологии биологической рекультивации, а также позволяет выработать критерии применимости технологий и отдельных технических решений.

Структурная схема проектного анализа на биологический этап рекультивации представлена на Рисунке 1.

Результаты и их обсуждение

На основании анализа проектных решений создана принципиальная модель техникоэкономического обоснования по выбору технологии рекультивации для различных условий строительства объектов наземного обустройства. Была разработана матрица технического обоснования различных вариантов биологической рекультивации в зависимости от технических критериев выбора проектных решений и сценарных условий. Матрица рекомендаций представлена в Таблице 1.

Заключение

Таким образом, создана принципиальная модель технико-экономического обоснования по выбору технологии рекультивации для различных условий строительства объектов наземного обустройства, проведен анализ проектных решений, который авторы статьи рекомендуют применять для оценки критериев и условий применимости различных вариантов биологической рекультивации. Применение разработанной матрицы рекомендаций для технического обоснования различных вариантов биологической рекультивации при проектировании сокращает сроки принятия решения, повышает обоснованность принимаемых решений с технической точки зрения. Эффект от внедрения матрицы заключается в повышении эффективности рекультивационных работ за счёт исключения неэффективных решений, повышении качества выполняемых работ по проектированию за счёт минимизации ошибок, допускаемых при сборе исходных данных, сокращении трудозатрат при принятии решений по выбору технологии и материалов рекультивации, сокращении сроков реализации проектов.

Уровни проектного анализа

Описание технических решений

Восстановление нарушенных земель для последующего их использования и улучшения экологического состояния

Действие : рекультивация

Предмет, на который направлено данное действие : нарушенный плодородный слой почвы

Особые условия и ограничения : климатическая зона; условия распределения

II уровень «Техническая функция»

Предмет рассмотрения до: нарушенный плодородный слой почвы

Техническая функция: восстановление

Выходной поток после: плодородный слой почвы с восстановленным растительным покровом

III уровень

1.Стандартный вариант:

•семена; удобрения

• 2.В ариант с использованием биомата:

• 3.В ариант с использованием георешетки:

•рулон биомата; анкера; семена, удобрения

• • рулон георешетки; анкера; прослойка нетканного материала

4.Глиноматы:

• • Рулон глиномата; анкера; семена; удобрения; смесь глины и воды

5.Гидропосев:

• • семена; удобрения; мульча; гидрогель; природный краситель; закрепитель

  IV уровень

  
  

• 2.В ариант с использованием биомата:

• 3.В ариант с использованием георешетки:

• 4 .Глиноматы: •удержание семян; среда для прорастания семян; закрепление почв; защита от размыва; восстановление нарушенных земель; сорбция загрязнений; изоляция

• 5 .Гидропосев: •удержание семян; среда для прорастания семян; закрепление почв; защита от размыва; восстановление нарушенных земель

  
  
  

  V уровень «Конструктивное и материальное исполнение»

  
  
  
  
  
  

  VI уровень «Проект»

  
  
  
  
  

  Осуществляется выбор:

  1.Стандартный вариант: подбор травосмеси, минеральных удобрений

  2.Вариант с использованием биомата:

  подбор материала в зависимости от уклона поверхности, климатических характеристик, прочности при растяжении, степени дреннированности, поверхностной плотности, типе грунтов

  Оценке выбора подвергаются: биомат БТ-СО; БТ-ВМП; БТ-ВПС; БТ-ВХЗ; БТ-ВУЗ

  3.Вариант с использованием георешетки:

  подбор материала в зависимости от крутизны склона и устойчивости грунта

  Оценке выбора подвергаются: георешетки с высотой ячеек 50; 100; 150; 200 мм 4.Глиноматы:

  подбор травосмеси, минеральных удобрений

  5.Гидропосев: подбор травосмеси, минеральных удобрений, мульчирующих веществ

  
  

  Исчерпывающие обоснование выбранного варианта рекультивации земель (включая проведение расчетов при необходимости)

  
  

1.Стандартный вариант:

•восстановление нарушенных земель

•удержание семян; среда для прорастания семян; закрепление почв; защита от размыва; восстановление нарушенных земель

•закрепление почв; защита от размыва

Рисунок 1 – Структурная схема проектного анализа на биологический этап рекультивации

Примечание: составлено авторами на основании данных, полученных в исследовании

Таблица 1 – Матрица рекомендаций

Критерий, условие

Вариант биологической рекультивации

(1)  О 5 s ” м к: g а к 6 u й Д S g

m о о о

о к S

Использование биомата

Использование георешетки

БТ-СО

БТ-ВМП

БТ-ВПС

БТ-ВХЗ

БТ-ВУЗ

50 мм

100 мм

150 мм

200 мм

1. Пойменные и прибрежные участки

-

-

-

+

-

-

-

+

+

+

+

+

2. Участки подверженные эрозии

-

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

3. Зимнее время проведения работ

-

-

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

4. Летнее время проведения работ

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

5. Сложные климатические условия (в т.ч. районы Крайнего Севера) 1

-

+

+

+

-

-

-

+

+

+

+

+

6. Сложные геологические условия (включая подтопление, мерзлотные условия, болотистость)

-

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

7. Скорость восстановления земель

-

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

8. Снижение трудоемкости (приоритетность по совокупности потраченных ресурсов машин и механизмов, человеческого труда)

-

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

9. Экономичность (уточняется по технической возможности применения материала, территориальной принадлежности):

+

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

9.1 Юг Тюменской области, ХМАО и другие области таёжной зоны

+

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

9.2 Арктическая зона (Ненецкий автономный округ , Республика Коми, Республики Саха (Якутия), Мурманская область, Магаданская область, Чукотский автономный округ, Таймырский Долгано-Ненецкий район Краснояр- 2 ского края )

-

-

+

+

+

+

+

+

-

-

-

-

9.3 Территории объекта культурного наследия и в зоны охраны объекта 3 культурного наследия

-

-

+

+

+

+

+

+

-

-

-

-