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.