Опасные геологические процессы на городских территориях
Опасные геологические процессы на городских территориях
Опасные геологические процессы на городских
территориях.
Геоэкологические проблемы городов весьма разнообразны и определяются, с
одной стороны, природной обстановкой и с другой - планировочными решениями и их
реализацией в застройке и эксплуатации городских территорий. Также правомерно
говорить о некоторых общих тенденциях изменения геоэкологической обстановки
природной территории, по мере ее трансформации кварталами городской застройки и
частными воздействиями. Воздействие города наиболее активно проявляется в поверхностных
слоях земной коры примерно до глубины 60-100 м, хотя в отдельных случаях может
простираться до глубины 1,5-2,0 км.
В качестве наиболее общих тенденций изменения
геоэкологических условий можно рассмотреть следующие композиции.
1. Изменение водного баланса между поверхностными,
грунтовыми и глубокими подземными водами. Наиболее обычным его следствием
является повышение уровня грунтовых вод, вызываемое двумя однонаправленными
процессами.
Заменой естественного почвенного покрова застроенными
и заасфальтированными территориями, что практически исключает из водного
баланса испарение с поверхности почвы и протечки водопроводных и канализационных
систем, круглогодично обеспечивающие возможность восполнения ресурсов грунтовых
вод. Оба эти обстоятельства, в сочетании с планировкой территории, полной или
частичной ликвидации естественных дренажных систем, приводят к подъему зеркала
грунтовых вод, подтапливанию оснований и фундаментов зданий и сооружений,
снижению несущей способности грунтов основания и, как следствие, деформация, а
в критических ситуациях - разрушение зданий и сооружений.
В настоящее время из всех опасных процессов
подтопление имеет максимальное распространение, его последствия могут быть
угрожающими или катастрофическими. Положение усугубляется тем, что 65%
территории страны занято вечной мерзлотой, где подтопление особенно опасно.
Из 1092 городов России подтоплено около 70%.
Подтопление ведет к повышению сейсмичности застроенных территорий на 1–2 балла.
К загрязнению грунтовых вод тяжелыми металлами, нефтепродуктами, хлоридами,
соединениями серы, пестицидами, а в ряде случаев и радионуклидами в результате
утечки сточных вод из канализационных сетей, инфильтрации атмосферных осадков в
местах складирования промышленных и бытовых отходов. Техногенное подтопление
особенно опасно, потому что носит скрытый характер, его развитие провоцирует
возникновение оползней, карста и т. д.
Подтопление городов, активно развивающееся в любых
климатических условиях, сопровождается масштабными экологическими последствиями
и наносит ущерб здоровью населения. Острота проблемы наиболее высока на сильно
урбанизированных территориях, где концентрация населения сочетается с наличием
мощных источников вредного воздействия на окружающую среду. Так, подтопление от
80 до 100% площади урбанизированных территорий, характерное для Ярославской,
Самарской, Саратовской, Краснодарской, Барнаульской и Новосибирской
агломераций, приводит к существенному росту затрат на обеспечение комфортной
среды проживания человека.
Старение и выход из строя инженерных сетей и
коммуникаций усугубляет техногенные процессы. По данным инспекционных служб, в
Москве до 20% объема питьевой воды теряется из-за разрывов или естественного
износа трубопроводных сетей, что в конечном итоге ведет к усилению процессов
подтопления зданий и сооружений.
Общий ущерб от подтопления 1 га городских территорий
оценивается в 30–460 млн. руб. (в ценах 1997 г.). В целом по стране, согласно
оценке Госстроя России, ущерб от подтопления застроенных городских территорий составляет
около 60 трлн. руб./год (в ценах 1997 г.).
2. В случаях, когда на территории
города производится промышленная эксплуатация глубоких горизонтов подземных вод
и возникает адекватная депрессионная воронка, при условии постоянного
восполнения грунтового водоносного горизонта, о чем сказано выше, усиливается
инфильтрация грунтовых вод в глубокие горизонты. Этот процесс активизации
вертикального движения подземных вод сопровождается развитием процессов суффозии
(выноса тонкоземистого материала) или карста (растворения и выщелачивания
карбонатного материала известняков с образованием карстовых полостей).
3. Изменение температурного режима
подземного пространства в основании города вследствие изменения теплового
баланса поверхности и непосредственного влияния зданий, сооружений и городских
коммуникаций. В частности, геотермическая аномалия порядка +15С0
сформировалась в основании Москвы, а повышенная температура подземных вод в
пределах этой аномалии способствует еще большей активизации глубинных карстовых
процессов и усугубляет без того сложное положение с эксплуатацией зданий и
сооружений на северо-западе столицы.
4. Изменение геодинамической ситуации,
вызванное дополнительной, и притом неравномерной пригрузкой поверхности за счет
привнесенных масс материалов строительных конструкций, в пределах территории
города. Этот фактор дополнительной пригрузки может сопровождаться также одновременной
откачкой подземных вод, в случае их использовании для питьевых или технических
целей. Как следствие на фоне общего опускания поверхности городов (под
действием изостатических сил и изъятия подземных вод из порового пространства
горных пород основания города), активизируются местные, очаговые оползневые и
солифлюкционные процессы способные в условиях городской застройки привести к
деформации зданий, и коммуникаций.
За последние 15
лет в Москве произошло удвоение мелких оползней, что в большой степени связано
с техногенной деятельностью. Воздействие это выражается в накоплении на склонах
и присклоновых участках хозяйственного мусора и насыпных грунтов, сбросе в
овраги хозяйственных и атмосферных поверхностных вод, подрезке склонов долин
рек и бортов оврагов, плохой заделке траншей при прокладке коммуникаций вблизи
склонов. Все это приводит к увеличению числа оползней. Так, в 1985 г. после
отсыпки грунта оползнем был уничтожен мост через реку Раменку, а в 1988 г. прокладка
траншеи спровоцировала оползень на р. Котловка, повлекший за собой разрыв
кабеля.
5. Внимания заслуживает развитие неблагоприятной
инженерно-экологической ситуации городов и поселков, расположенных в мерзлотных
условиях. Застройка города и связанная с этим обстоятельством перепланировка
поверхности и коренное изменение водного баланса вызвала к жизни целый комплекс
геокриологических процессов, последствия которых существенно осложняют условия
строительства и, главное, надежность эксплуатации уже выстроенных зданий и
комфортность проживания во многих из них.
Зимой, когда поверхность земли начинает замерзать,
подземные воды оказываются зажатыми между непроницаемыми слоями (слоем многолетней
мерзлоты внизу и замерзшей поверхностью земли вверху). Вода находится под
сильным напором, ища себе выхода наружу, она вспучивает почву, образуя ледяные
бугры – гидролокалиты. Гидролокалиты и наледи (когда вода замерзает на
поверхности) широко распространены в Восточной Сибири, Забайкалье, Дальнем
Востоке, Канаде и в других районах распространения многолетней мерзлоты.
Для защиты от таких явлений дома в районах
распространения многолетней мерзлоты строят с промежутком между землей и первым
этажом и обеспечивают вентиляцию, чтобы не подтаивала многолетняя мерзлота под
домом.
Нарушение геохимического баланса поверхности, грунтов
основания и конструкций зданий и сооружений - еще один геоэкологический
процесс, происходящий в экстремальных климатических условиях и оказывающий
решающее влияние на длительную устойчивости надземных строительных конструкций.
Его суть состоит в том, что в условиях когда испаряемость превышает количество
осадков, при устойчивом подтоплении внутриквартальных территорий и отсутствии
дренажа надмерзлотных вод, удаление какой то части излишней влаги с поверхности
и из грунтов сезонноталого слоя происходит в результате ее испарения.
Испарение, в свою очередь, приводит к последовательному и непрерывному
возрастанию минерализации надмерзлотных вод. Однако известно, что чем выше
минерализация воды, тем более низкие температуры потребны для ее замерзания.
Следствие этого процесса - сохранение остаточных или формирование новых линз
жидкой воды, имеющей отрицательную температуру, существующих круглогодично.
Такие отрицательнотемпературные воды получили название криопэги от латинского
криос - холод, и пэги - воды. При миграции линз криопэгов в случае, если линза
переместится в основание здания может привести к деформации фундамента и самого
здания.
Геохимические процессы, в сочетании с
промерзанием-протаиванием грунтов, воздействуют не только на здания и
сооружения, но также и на подземные коммуникации - электрические и телефонные
кабели, водопроводные и канализционные сети. Высочайшая агрессивность надмерзлотных
вод по отношению к бетону и металлу вызывает коррозию железных и стальных труб,
изоляции кабелей, а растягивающие усилия, возникающие в результате смерзания
линейных подземных конструкций с грунтом и понижения температур последнего
зимой, приводит к морозному растрескиванию грунтов и разрыву конструкций в зоне
такого растрескивания.
|