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.