Трансформация геолого-геокриологической среды в процессе урбанизации г. Чита (стр. 1 из 3)

Трансформация геолого-геокриологической среды в процессе урбанизации г. Чита

Шестернев Дмитрий Михайлович

Васютич Людмила Александровна

Рассмотрены основные направления трансформации геологической и геокриологической среды природно-технических систем урбанизированных территорий южной периферии. Представлена систематизация условий окружающей среды для комплексной оценки трансформации геокриологической среды. Выделены три этапа урбанизации различной интенсивности, время которых синхронизировано с тремя периодами изменения климата в сторону его потепления. Разработаны приемы управления свойствами геокриологической среды на урбанизированной территории, представлена многоуровневая структура мониторинга территории г. Чита

Климатические ритмы и постоянное увеличение технического ( инженерного) прессинга на геологическую и геокриологическую среду способствуют развитию нежелательных инженерно-геологических и геокриологических процессов. Они часто затрудняют эксплуатацию инженерных объектов, а иногда и выводят их из строя. Решение рассматриваемых вопросов актуально для урбанизированных территорий южной периферии криолитозоны, в том числе для г. Чита. В границах урбанизированной территории внешние воздействия на природные условия могут быть причиной возникновения и деградации многолетнемерзлых грунтов [4, 6, 11, 15].

Изучению закономерностей формирования геологической и геокриологической среды на урбанизированных территориях посвящены работы Е.М. Сергеева, В.Т. Трофимова, П.И. Мельникова, В.П. Мельникова, В. А. Королева, Г. К. Бондарика, Л.С. Гарагули, Г.А. Голодковской, Ф.В. Котлова, В.Н. Макарова, Л.Н. Хрусталёва и др. авторов, опубликованные во второй половине XX и в начале XXI вв. В качестве геологической среды (ГЛС) в них рассматривался объем литосферы, взаимодействующей с техническими сооружениями, в качестве геокриологической среды (ГКС) — часть ГЛС с отрицательными температурами и содержащей лед [15]. В этот период созданы методические основы изучения и анализа изменения ГЛС и ГКС урбанизированных территорий. Они позволили установить основные закономерности влияния технического и климатического прессинга на развитие инженерно-геологических и криогенных процессов и их воздействия на экологическую и техническую безопасность природно-технических систем (ПТС) [2, 6, 10, 11, 12, 14].

Однако и в настоящее время малоизученной остается история урбанизации территории г. Чита, динамика и закономерности трансформации вещественного состава, строения и свойств ГЛС и ГКС в условиях изменения климата и технической нагрузки, влияние трансформации ГКС южной криолитозоны на эффективность эксплуатации инженерных сооружений. Для обеспечения устойчивой и экологически безопасной эксплуатации ПТС необходимо иметь сведения о влиянии различных факторов на динамику и закономерности формирования путей и интенсивности транспортировки и аккумуляции загрязняющих веществ в ГЛС и ГКС. Несомненно и то, что без создания многоуровневого мониторинга геологической и геокриологической среды, невозможно получить массивы информации, на базе которых осуществлялась бы оперативная диагностика, разработка и управление строительными свойствами геологической и геокриологической среды, что и обеспечит экологическую и техническую безопасность урбанизированной территории и управление ее состоянием. Решению некоторых из этих задач и посвящена данная работа, выполненная в рамках проектов и программ РАН и Минобрнауки в За- бГУ и ИМЗ СО РАН.

Значительное количество решаемых задач обусловило использование большого комплекса методик как известных в геокриологии и экологии, так и заимствованных из других областей знаний. В связи с этим методологической основой для решения поставленной цели выбран системный подход, предусматривающий изучение и оценку общих и частных пространственно-временных закономерностей и взаимосвязей урбанизации, формирования и трансформации геологической и криогенной среды под воздействием прессинга различных природных и техногенных факторов. Это позволило обосновать изменение границ урбанизации во времени, выделить основные элементы исследований и обосновать функциональное взаимодействие в границах: ПТС; функциональных зон и ПТС; функциональных зон и всей урбанизированной территории в границах г. Чита.

Для реализации этого подхода использовалась традиционная группа теоретических, экспериментальных (натурных и лабораторных) , а также камеральных методов. Применение теоретических методов исследований направлено на установление закономерностей изменений ГКС и их воздействия на элементы ПТС, экспериментальные — на получение количественной и качественной информации, характеризующей изменения состава строения и свойств ГКС, камеральные — на составление картографических моделей ГКС на урбанизированной территории г. Чита.

Обработка и оценка точности (достоверности) результатов многолетних экспериментальных исследований осуществлялась с использованием современных средств вычислительной техники, базировалась на применении теоретических основ математической статистики массивов инженерно-геологической, геокриологической и гидрогеологической информации, составленных по результатам мониторинговых исследований изменения окружающей среды на урбанизированной территории. Кроме того, оценка достоверности результатов исследований проверялась независимой организацией ОАО «ЗабайкалТИСИЗ» в процессе инженерно-геологических изысканий в границах изучаемых объектов.

Анализ фондовых материалов, опубликованной литературы, натурные и лабораторные исследования показали, что основные характеристики условий окружающей природной среды и взаимодействующей с ней технической среды целесообразно объединить в виды окружающей среды и сгруппировать наиболее значимые типы воздействий на их трансформацию (рис. 1).

Рис. 1. Систематизация условий окружающей среды для комплексной оценки трансформации геологической и геокриологической среды:

- пгс, лс,тэс, гдтс, гртс, грмс, стбо - соответственно промышленно-гражданские, линейные, теплоэнергетические, гидротехнические, гидромелиоративные сооружения и сооружения для хранения твердых бытовых отходов;

- пром-ср, гпром-ср, ркц-ср, агрт-ср, лн-карк-ср - соответственно промышленная, горнопромышленная, гидротехническая, рекреационная, агротехническая и линейно-каркасная среда

Состав природной (окружающей) среды ( рис. 1) практически универсален для всех урбанизированных территорий. Техническая среда г. Чита представлена промышленно-гражданскими, линейными и другими типами сооружений, инженерно-технические характеристики которых в течение более чем полуторавековой урбанизации существенно изменялись. Урбанизированная среда, с учетом функционального и исторического развития технической и природной среды и их составляющих, наряду с общими закономерностями развития урбанизации криолитозоны, имеет и свои особенности, характерные для южной периферии. Основным из них является высокая динамичность криогенных толщ в зависимости от естественного хода изменений природных условий, а также как результат увеличения технического прессинга.

Информационная основа комплексной оценки геолого-геокриологической среды г. Чита получена с использованием вербальной и количественной информации о природных особенностях территории, характере распределения градостроительных нагрузок в целом и отдельных инженернотехнических сооружений, взаимодействии между собой и геологической средой, полученных по результатам комплексных исследований авторов. Следует также отметить, что в некоторых работах говорится о том, что технические воздействия не могут оказывать влияния в целом на хозяйственную деятельность какой-либо отрасли — строительной, сельскохозяйственной и т.п. [5]. Нам представляется данный тезис спорным. Если сузить проблему до масштаба технического объекта (функционирующего по техническим законам) , то взаимодействие его и объема массива криолитозоны ( развивающегося по законам природы) обычно приводит к формированию природно-технических систем ПТС — площадных, линейных и т.п. Строительство и функционирование ПТС обуславливает сложный характер преобразования геологической и геокриологической среды (рис. 2).

Рис. 2. Основные направления трансформации геологической и геокриологической среды ПТС урбанизированных территорий южной периферии криолитозоны

В зависимости от функциональных особенностей технических сооружений и направленности естественного хода изменений природных условий, а также техногенных воздействий геокриологическая среда ( при строительстве сооружения по Принципу I) и геологическая среда (при строительстве по Принципу II) могут иметь два основных варианта трансформации. Первый вариант возможен при понижении температуры воздуха, достаточного для начала промерзания геологической среды в основаниях сооружений. Это способствует возникновению и длительному существованию геокриологической среды. Кроме того, геологическая среда с течением времени может полностью трансформироваться в геокриологическую среду.

В пределах южной периферии криоли- тозоны, в том числе и для урбанизированной территории г. Чита, это характерно для складских неотапливаемых сооружений, а также для малоэтажных зданий. Во всех перечисленных случаях эксплуатационная эффективность ПТС снижается. Второй вариант характерен для трансформации геокриологической среды в условиях повышения температуры до положительных значений в основаниях сооружений. Этот вариант наиболее развит в пределах южной периферии криолитозоны. Его особенность и опасность для сооружений заключается в том, что после деградации вечной мерзлоты формируется постгеокриологическая среда, несущая способность грунтов которой существенно хуже аналогичных для геологической среды. Эта форма перехода привела к прекращению эксплуатации фрагмента одного из зданий в 2001 г., строительные ремонтно-восстановительные работы которого закончены в 2013 г. (рис. 3).