Effects of placer mining on suspended sediment budget: case study of north of Russia’s Kamchatka Peninsula

Abstract

Placer mines are located in river valleys, along river benches, or along the pathways of ancient channels. Open-pit mining alters the stream hydrology and enhances sediment transport. The present study focuses on sediment transport in the area of the platinum placer mining located at the north of Russia's Kamchatka Peninsula (Seynav-Galmoenan placer deposits). Based on hydrological field investigations, a con-ceptual model was derived to assess anthropogenic effects on the total sediment budget of rivers. The model illustrates key processes controlling sediment dynamics in the Vyvenka River basin. Field work included water-discharge and sediment-load measurements, assessment of annual channel change in rivers in mining site areas, and evaluation of the relative importance of sediment sources and transport processes. In this study, we estimated total sediment delivery from opencast placer mining of 60 t year -1 ; the annual mass wasting rate ranges from 2 to 5.5 kg m -2 year -1 , which is three orders of magnitude higher than from non-mined streams. Mass wasting dominates surface erosion on the hillslopes and produces significant wastewater effluents; however, erosion of the artificially stratified channel reaches is the primary contributor to the annual sediment yield of the mined rivers (21.4%). Effets de l'exploitation des placers sur le bilan des sédiments en suspension: étude de cas du Nord de la péninsule du Kamchatka Résumé Les mines placers sont situées dans les vallées fluviales, le long des rivières, ou le long de chenaux abandonnés. L'exploitation minière à ciel ouvert modifie l'hydrologie des cours d'eau et favorise le transport des sédiments. La présente étude se concentre sur le transport des sédiments dans le domaine de l'exploitation des placers de platine situés au nord de la péninsule russe du Kamtchatka (les placers Seynav-Galmoenan). Sur la base d'enquêtes hydrologiques de terrain, nous avons élaboré un modèle conceptuel pour évaluer les effets anthropiques sur le bilan total des sédiments des cours d'eau. Le modèle illustre les processus clés qui contrôlent la dynamique des sédiments dans le bassin de la rivière Vyvenka. Le travail de terrain inclut la mesure des débits d'eau et des charges sédimentaires, l'évaluation de la variation annuelle des chenaux d'écoulement dans les zones des sites miniers, et l'évaluation de l'importance relative des sources de sédiments et des processus de transport. Dans cette étude, nous avons estimé la charge totale des sédiments provenant de l'exploitation des placers à ciel ouvert à 60 t an -1 , le taux annuel des mouvements de masse s'échelonnant de 2 à 5,5 kg m -2 an -1 , ce qui est de trois ordres de grandeur plus élevé que pour les cours d'eau non exploités. Les mouvements de masse dominent l'érosion de surface sur les versants et produisent d'importants effluents d'eaux résiduaires, mais l'érosion des biefs des chenaux artificiellement stratifiés constitue la source principale de sédiments des rivières exploitées (21,4%). Mots clefs bilan de sédiments ; exploitation minière ; péninsule du Kamchatka ; production de sédiments