Трансформация геолого-геокриологической среды в процессе урбанизации г. Чита (стр. 2 из 3)

Рис. 3. Общий вид дома № 26 по ул. Ползунова в мкр. «Зенитка» после производства строительных и ремонтно-восстановительных работ

Процесс перехода постгеокриологичес- кой в геологическую среду, геологической в геокриологическую среду может длиться долгие годы. Практически синхронно с началом и дальнейшим изменением состояния и той и другой среды происходит и изменение характеристик свойств грунтов их составляющих. Основные типы воздействия на них систематизированы и показаны на рис. 1. Механизмами их развития являются происходящие физические, физико-химические, физико-механические и механические процессы. Чаще всего они представляют собой те или иные комбинации, интегральное воздействие которых (в природных условиях) приводит к развитию комплекса геодинамических ( вне пределов криолитозоны), физико-геологических криогенных (в пределах криолитозоны), соответственно, инженерно-геологических и инженерно-геокриологических процессов.

История урбанизации криолитозоны и трансформация геокриологической среды неразрывно связаны с изменением климатических условий. Не является исключением и урбанизированная территория г. Чита. Анализ тренда кривой изменений среднемноголетней температуры воздуха в г. Чита показывает на наличие трех четко выраженных периодов его изменения [7, 14, 16]. По мере увеличения темпов урбанизации, совершенствования методов строительства, развития промышленности и т.п. воздействие урбанизации на приземные значения температур воздуха, количество и распределение осадков в пространстве и во времени существенно возрастало. Возрастало и влияние теплового загрязнения на изменения свойств и строения ГКС. Здесь и далее под тепловым загрязнением ГКС понимается сток тепла непосредственно в ГКС от зданий и сооружений (интенсивное воздействие) и влияние технической среды через изменение параметров, входящих в структуру радиационно-теплового баланса на верхней границе ГКС (экстенсивное воздействие), определяющих верхние граничные условия существования ГКС [16].

Продолжительность первого этапа урбанизации, согласно нашим представлениям, составляет 36 лет (1890-1926 гг.). Начало его связано со строительством Транссибирской магистрали, а завершение приурочено к началу функционирования первых природно-технических систем (ПТС): ПТС «Читинские главные железнодорожные мастерские» и ПТС «Черновские копи». Количество жителей в этот период в г. Чита выросло с 12 до 64 тыс. чел. В этот период в пределах ПТС отмечалось существенное суммарное воздействие на ГКС, увеличение среднегодовых температур воздуха, количества и структуры атмосферных осадков и теплового загрязнения — интенсивного и экстенсивного. Повышение среднегодовых температур воздуха привело к увеличению мощности сезонного слоя оттаивания (ССО) в песчано-супесчаных типах ГКС до 15 %, в суглинистых до 10 %. Уменьшение альбедо в связи с зачернением дневной поверхности вокруг ПТС, обусловило увеличение мощности ССО соответственно до 20 и 15 %. На этом этапе источники загрязнения ГКС локальны и приурочены только к сфере взаимовоздействия технической и геокриологической среды. Они не привели к существенному влиянию на эксплуатационные параметры ПТС [4].

Второй этап (1926-1960 гг.) характеризуется началом массовой, малоэтажной застройки г. Чита. Количество жителей в это время увеличилось до 170 тыс. чел. В инфраструктуре города четко обозначались селитебная зона, промышленная, рекреационная, сельскохозяйственная. В основном сформировался транспортный внутригородской каркас, состоящий из автомобильных дорог грунтового типа. Количество котельных, использующих для отопления бурый уголь, выросло до 10 тыс. Системность урбанизации обусловила дифференциацию в формировании и трансформации ГКС. Сформировавшиеся локальные ПТС (отдельные здания и сооружения) и площадные ПТС (селитебные и промышленные территории), ещё не связаны в единую систему трансформации ГКС урбанизированной территории. Однако в пределах промышленной зоны начинается формирование локальных путей транспортировки за их пределы ПТС, химического и механического загрязнения. Например, в пределах ПТС «Черновские копи» в связи с увеличение глубины отработки пластов угля и проведением осушения шахтных выработок, произошла полная деградация ГКС, вызвавшая изменения горно-геологических условий в пределах ПТС, а границы депрес- сионной воронки, вышли далеко за пределы границ ПТС «Черновские копи» [3].

В третьем этапе урбанизации (1960 г. — по наст. время) на фоне интенсивного повышения значений среднегодовых температур воздуха и увеличения количества осадков выделены два подэтапа урбанизации: первый (1960-1995 гг.) характеризовался стремительным ростом промышленной и селитебной экстенсивно развивающейся зоны, второй (1995 г. — по наст. время) — практически полной стагнацией промышленной зоны, за исключением теплоэнергетического комплекса и увеличение плотности и этажности селитебных новых и уже застроенных территорий. В период первого подэтапа созданы и функционировали ПТС машиностроительной, транспортной, строительной, теплоэнергетической, пищевой и легкой промышленности. Это стимулировало интенсивный рост населения и расширение компактно застроенных селитебных территорий микрорайонов Сосновый бор, Северный, КСК, ГРЭС. Наряду с этим в состав территории г. Чита включены поселки городского типа: пос. Ивановка и пос. Застепь.

Таким образом, урбанизация территории г. Чита к этому времени приобрела агломерационный тип, а количество населения — увеличилось до 362,5 тыс. Все это способствовало существенному изменению микроклимата территории промышленной и селитебных зон города. Повышение среднегодовой температуры воздуха превысило на 1...2 оС фоновые значения. На урбанизированной территории источниками интенсивного теплового загрязнения являются промышленно-гражданские и гидротехнические сооружения [7]. Примером теплового загрязнения криолитозоны, его отрицательного влияния на экологические условия и безопасность жизнедеятельности является эксплуатация группы зданий в микрорайоне «Зенитка», построенных с использованием Принципа I, предусматривающего сохранения грунтов оснований в мерзлом состоянии. Постоянные утечки из сантехнических сетей (тепловое и химическое загрязнение) и формирование техногенных наледей привели к деградации ГКС под зданиями [16].

В связи со значительной деградацией ГКС на третьем этапе значительно возросло техногенное воздействие на подземную гидросферу. При отборе подземных вод на эксплуатируемых участках Читинского месторождения произошла трансформация гидродинамической структуры фильтрационных потоков. Загрязнение подземных вод не является локальным процессом, оно тесно связано с загрязнением окружающей среды в целом и влияет на состояние ГКС в частности. Негативное влияние на качество подземных вод и на состояние ГКС оказывает гидрозолоотвал ТЭЦ-1, в результате деградации ГКС в основании которого происходит фильтрация техногенных вод [3]. Отбор подземных вод на данном этапе урбанизации с учетом изменения климатических и микроклиматических условий, а также увеличения плотности застройки сыграли главную роль в изменении строения и свойств ГКС, деградации многолетнемерзлых пород в селитебных и промышленных зонах административных округов г. Чита.

Таким образом, за период интенсивной урбанизации и изменения климата ГКС в черте г. Чита существенно изменила границы распространения и строения по разрезу, направленность изменения параметров ГКС интегральным воздействием естественного изменения климата и влиянием на геокриологические условия техногенной нагрузки. Площадь ее развития с 70 % сократилась до 15.20 %, а на участках сплошного распространения по разрезу, ССО грунтов трансформировался в слой сезонно-мерзлых (ССМ) грунтов, между подошвой которых и кровлей вечной мерзлоты залегает слой немерзлых грунтов [15].

Теоретические основы управления изменением геокриологических условий разработаны В.А. Кудрявцевым, Э.Д. Ершовым и др. Технические решения широко используются для эффективной эксплуатации линейных сооружений в пределах южной криолитозоны [10, 12]. С учетом этих работ разработаны отдельные приемы, регулирующие внешний теплообмен в ГКС урбанизированных территорий. Классификация групп приемов с нашими изменениями представлена в таблице. Первая группа приемов регулирует внешний теплообмен в геокриологической среде через изменения параметров радиационно-теплового баланса. Она включает две системы приемов: приемы, влияющие на соотношение составляющих радиационного баланса, и приемы, регулирующие тепловой баланс. Это позволяет регулировать тепломассообмен в грунтах посредством изменения свойств и теплового состояния ГКС и ГЛС без существенного изменения их вещественного состава. Использование этой группы методов позволило авторам предложить мероприятия и сохранить в рабочем состоянии один из объектов ОАО «Нефтемаркет» в мкр. «Северный». Суть его заключалась в циклическом изменении условий теплообмена путем укладки теплоизоляционного слоя в теплый период на поверхности основания проветриваемого подполья и снятие его в холодный период.

Вторая группа приёмов применяется для регулирования теплообмена в геокриологической среде путём изменений состава и свойств грунтов её составляющих. Рекомендуемые мероприятия позволяют направленно менять состав органоминеральной части пород, изменять их влажностный режим. Этот метод стал основой для разработки рекомендаций по переводу группы зданий в мкр. «Зенитка» с эксплуатации по Принципу I (основание на момент строительства представлено ГКС) на Принцип II (за период существования здания с 70-х гг. прошлого века по начало XXI в. ГКС трансформировалось в ПГКС, а затем и в ГЛС). Это позволило осуществить комплекс строительных и ремонтно-восстановительных работ в мкр. (рис. 3).