Мониторинг и экспертиза. Безопасность технологических процессов и производств и бакалавров направления 280700 Техносферная безопасность Белгород 2013 3
 Скачать 4.49 Mb.
|
|
3.2. Техногенные воздействия на геологическую среду и их классификация Исследование вопросов, связанных с эколого-геологической оценкой территорий и организацией мониторинга окружающей среды, невозможно без анализа техногенных воздействий на рассматриваемой территории, без их типизации и классифицирования, Масштабы проявления техногенных воздействий человека на окружающей среду, их структура и интенсивность формировались и изменялись одновременно с развитием общества и достигли наивысшего развития в современный период, который характеризуется возникновением опасности полных необратимых негативных изменений геологической среды и ее глобальных изменений в целом. В связи с этим огромное внимание уделяется вопросам систематизации, классифицирования и типизации техногенных воздействий. Вопросы систематизации техногенных воздействий на геологическую среду начали разрабатываться с х гг. прошлого столетия. В настоящее время предложено много как общих, таки частных классификаций техногенных воздействий, построенных по разным признакам деления, однако ни одна из них не является общепринятой и ни одна из них не является всеобъемлющей в смысле охвата воздействий разных категорий. АД. Жигалин в 1985 г. предложил подробную классификацию источников и типов техногенного воздействия. Он классифицирует источники воздействия по типам, периодичности, интенсивности, по форме, размерам, положению относительно объекта воздействия. По виду оказываемого источниками воздействия они подразделяются на источники физического, химического, биологического и геологического воздействия, на подвиды по воздействующим факторам. Многими авторами предложены частные схемы типизации техногенных воздействий на геологическую среду применительно копре- деленному виду деятельности например, для горнодобывающей промышленности или гидротехнической деятельности, для АЭС, для городского строительства и т.д. При этом авторы во многих случаях под понятием техногенное воздействие понимают вид хозяйственной деятельности и те процессы, которые возникают как результат этой деятельности. Частные классификации техногенных воздействий, учитывающие источник, характер и результаты воздействия для некоторых видов деятельности, были разработаны ГА. Голодковской и Ю.Б. Елисеевым (Характер и интенсивность техногенного воздействия на геологическую среду зависят от особенностей функционирования хозяйственных объектов. В реальной обстановке воздействия от отдельных источников часто накладываются, суммируются, подавляются и видоизменяются. Это вызывает определенные трудности как при выделении и типизации техногенных воздействий, таки при их картографировании. В классификации техногенных воздействий на геологическую среду первый класс техногенных воздействий на геологическую среду объединяет воздействия физической природы. Это самый большой и разнообразный класс, состоящий из шести подклассов. К подклассу механического воздействия относятся техногенные воздействия на геологическую среду, оказываемые механическим путем без применения гидромеханизмов. Механическое воздействие передается на породы, рельеф и влияет на некоторые геодинамические процессы, ноне передается непосредственно на подземные воды. В этом подклассе выделяются следующие шесть типов воздействий уплотнение и разуплотнение внутреннее (те. происходящее без изменения рельефа) разрушение массива воздействия, происходящие с разрушением и переотложением грунтов и приводящие к изменению рельефа планировка рельефа техногенная аккумуляция (образование положительных форм эрозия (образование отрицательных форм) рельефа. К подклассу гидромеханических воздействий, в отличие от предыдущего, относятся механические, осуществляемые с помощью гидромеханизмов. Эти воздействия в основном передаются непосредственно на породы, рельеф и связаны с геодинамическими, ноне передаются непосредственно на подземные воды. В этом подклассе выделяются всего два типа гидроаккумуляция рельефа (образование положительных форм) и гидроэрозия (образование отрицательных форм) рельефа. Подкласс гидродинамических объединяет собственно гидродинамические воздействия на подземные воды, на их гидродинамический режим. Они влияют как на вещественные компоненты геологической среды (горные породы и подземные воды, таки на геодинамические процессы. При этом изменения рельефа проявляются в результате активизации геодинамических процессов. К этому подклассу относятся 79 воздействия двух типов ведущие к повышению напора или уровня подземных води ведущие к их понижению. К следующему подклассу отнесены техногенные воздействия термической природы, те. обусловленные действием положительных или отрицательных тепловых полей. Термическое техногенное воздействие вне криолитозоны в основном влияет непосредственно лишь на вещественные элементы геологической среды горные породы и подземные воды и почти не влияет на рельеф и геодинамические процессы. В пределах же криолитозоны это воздействие оказывается одним из ведущих, существенно влияющим на все без исключения компоненты геологической среды, включая рельеф и различные геодинамиче- ские процессы. В этом подклассе выделено два типа воздействий нагревание и охлаждение компонентов геологической среды. К подклассу электромагнитных техногенных воздействий относятся воздействия, осуществляемые под действием электрических, магнитных или электромагнитных полей. Электромагнитные воздействия влияют непосредственно лишь на вещественные элементы геологической среды горные породы и подземные воды и не влияют на рельеф и геодинамику территории. В подклассе выделяются воздействия двух типов стихийные и целенаправленные. Первые обусловлены действием слабых электрических полей, они, как правило, длительны или квазипостоянны и связаны с утечками электричества, наведением слабых полей и т.п. Вторые обусловлены действием электрических полей как постоянного, таки переменного электрического тока высокой напряженности, они, как правило, кратковременны и связаны с целенаправленным воздействием на объекты технической мелиорации горных пород. И наконец, подкласс радиоактивных объединяет воздействия, вызванные радиацией. Они не оказывают влияния на рельеф и геоди- намические процессы, а влияют только на вещественные элементы геологической среды (горные породы и подземные воды. В этом подклассе также выделяются два типа воздействий радиационное загрязнение и радиационная очистка компонентов геологической среды. Во второй класс объединены техногенные воздействия на компоненты геологической среды физико-химической природы, те. обусловленные различными поверхностными физико-химическими явлениями и поглотительной способностью пород (адсорбцией, диффузией, осмосом, капиллярными явлениями и т.д.). Поэтому воздействия данного класса влияют лишь непосредственно на вещественные элементы геологической среды. Здесь выделяются такие типы воздействий, как гидратное, осуществляемое за счет техногенной гидратации 80 или дегидратации пород, кольматирование пород, выщелачивание и ионообменное воздействие. Третий класс включает в себя воздействия химической природы, обусловленные химическим взаимодействием различных веществ и компонентов геологической среды породи подземных вод. Воздействия этого класса влияют лишь на вещественные компоненты геологической среды и не влияют непосредственно на рельеф и гео- динамические процессы. В этом классе выделяются три типа техногенных воздействий химическое загрязнение, химическая очистка и химическое закрепление массивов горных пород. В класс биологических воздействий объединяются техногенные воздействия биологической, точнее, микробиологической природы, которые произвольно или непроизвольно вызываются человеком. Биологические техногенные воздействия оказывают влияние только на вещественные элементы геологической среды горные породы и подземные воды и не влияют непосредственно на рельеф и геодинамиче- ские процессы. Среди них выделяются два типа воздействий биологическое загрязнение и очистка компонентов геологической среды. Таким образом, приведенная классификация объединяет всевозможные виды техногенных воздействий на геологическую среду и может использоваться при эколого-геологических исследованиях и организации мониторинга геологической среды. Сами техногенные воздействия характеризуются различной природой, они действуют на разные компоненты геологической среды, и характер этого воздействия чрезвычайно разнообразен. В процессе хозяйственной деятельности человека воздействия на геологическую среду оказываются, как правило, комплексно, но, опираясь на данную классификацию, комплексные воздействия всегда могут быть расчленены на отдельные составляющие для их последующего анализа, оценки и отражения на картографических моделях. 3.3. Экологический аспект взаимодействия человека, инженерных сооружений и геологической среды Построенное инженерное сооружение может быть устойчивым в механическом отношении, однако вследствие загрязняющих выбросов в геологическую среду или выбросов так называемых поллютантов англ. pollution — загрязнение) оно может привести к загрязнениям, опасным для здоровья людей, находящихся в пределах данной ПТС. Следовательно, устойчивость функционирования ПТС должна рассматриваться с более широких, экологических позиций с учетом взаимодействия ПТС и человека. Эколого-геологический аспект рассматриваемой проблемы предусматривает выяснение взаимосвязей и взаимовлияния трех основных факторов геологической среды, техногенных воздействий на нее и на человека (или на биоту в целом. Схема взаимодействия между ними приведена на рис. 3.3. Как следует из схемы, приведенной на рис. 3.3, между тремя рассматриваемыми элементами действуют прямые и обратные связи. Прямая 1 выражается в управленческой функции человека над сооружениями, в их создании (разрушении) и не несет эколого- геологического содержания. Обратная связь 2 отражает прямое влияние сооружения на человека и имеет определенный собственно экологический аспект, ноне имеет прямого геологического содержания. Поэтому связи 1 и 2 не являются предметом непосредственного изучения. Рис. 3.3. Схема взаимодействия человека, инженерных сооружений и геологической среды в экологической геологии (они учитываются лишь по мере необходимости в эколого-геологическом анализе ситуации) Прямая связь 3 отражает техногенное воздействие человека через инженерное сооружение (непосредственное или косвенное) на геологическую среду с образованием в некоторой ее части зоны влияния и является предметом исследования экологической геологии и объектом мониторинга геологической среды. Обратная связь 4 отражает реакцию геологической среды или, точнее, зоны влияния на техногенные воздействия и также является предметом экологической геологии и традиционным объектом всестороннего инженерно-геологического Человек Инженерные сооружения Зона влияния Геологическая среда 1 2 3 4 6 7 8 5 82 исследования. Вместе связи 3 и 4 отражают техногенную взаимосвязь человека и геологической среды, техногенное взаимодействие. Прямая связь 5 человека и зоны влияния отражает управляющее прямое воздействие человека на зону влияния, которое выражается в ее оценке, экранировании, стабилизации и т.д. Обратная связь 6 отражает реакцию зоны влияния по отношению к человеку (прямое или косвенное. Оба эти вида связей несут эколого-геологическое содержание. И наконец, прямая связь 7 отражает принципиально возможное непосредственное влияние человека на геологическую среду, осуществляемое вне сферы техногенного воздействия. Оно либо пренебрежимо мало, либо "в чистом виде" отсутствует. Однако обратная связь 8 в виде реакции природной геологической среды (незатронутой техносферой) на человека может быть существенной и проявляется в основном в виде катастрофических геологических явлений различного масштаба. Ее экологическое содержание определяется постольку, поскольку эти явления осложняют среду обитания человека. Таким образом, зона влияния объектов техносферы на геологическую среду зависит от взаимосвязей 3 6, исследование которых и представляет наибольший практический и теоретический интерес для инженерной геологии и экологической геологии. Традиционно вин- женерной геологии изучалось в основном влияние геологической обстановки на механическую устойчивость того или иного сооружения обратная связь прямая же связь 3, те. как само сооружение влияет на геологическую обстановку, нате или иные элементы геологической среды, изучалась в инженерной геологии значительно меньше. Это влияние, как правило, проявляется медленно (уже после завершения строительства инженерного сооружения, иногда спустя десятилетия его эксплуатации) и вследствие этого требует систематического контроля мониторинга, определение которого дается ниже. Зоной эколого-геологического влияния инженерного сооружения на геологическую среду называется та часть геологической среды, в пределах которой под влиянием прямого или косвенного техногенного воздействия происходят существенные изменения всех или ее некоторых элементов, имеющих экологическое значение для человека. Границами этой зоны являются пределы, за которыми эти изменения отсутствуют или несущественны с экологической точки зрения. Отсюда следует, что вопрос о критериях, в соответствии с которыми будут выделяться зоны эколого-геологического влияния, является центральным в рассматриваемой проблеме. Каковы экологические требования, заложенные в эти критерии, насколько они жестки от этого будет зависеть и размер зон влияния. Таким образом, размер зон эколого- геологического влияния не может быть однозначно объективно определен. В его оценку, так или иначе, всегда вносится субъективный элемент, обоснованность которого и должна составлять главную часть эколого-геологических исследований [6]. Контрольные вопросы к гл. 3 1. Что такое природно-техническая система (ПТС)? 2. Как инженерное сооружение может взаимодействовать с окружающей средой Приведите схемы взаимодействия. 3. Классификация техногенных воздействий на геологическую среду. 4. Охарактеризуйте методологические положения, лежащие в основе этой классификации. 5. Приведите схему взаимодействие человека, инженерных сооружений и геологической среды. Назначение и содержание мониторинга окружающей среды Главной целью мониторинга окружающей среды является установление тенденций развития окружающей среды или ее части в пределах природно-технической системы и на основе этого принятие управляющих решений по оптимизации функционирования ПТС. В программу мониторинга окружающей среды включаются наблюдения не только за техногенными, но и за природными изменениями состояния окружающей среды, прежде всего за изменениями, происходящими в результате тех процессов, характеристическое время которых сопоставимо с периодом жизни ПТС. В программу также входит и последующий генетический анализ изменений геологической среды в целях выделения техногенной и природной компоненты изменений. Целью мониторинга помимо наблюдений и прогноза должны быть оценка состояния геологической среды и управление ею. Процесс наблюдений в мониторинге не является его непосредственной целью наблюдения, их последующий анализ и оценка это всего лишь средства для достижения главных целей мониторинга окружающей среды разработки прогноза развития геологической среды и принятие на его основе рекомендаций и решений по управлению рассматриваемой природно-технической системой. Для окружающей среды, испытывающей в результате техногенной нагрузки огромные негативные изменения, необходимо постоянное наблюдение, чтобы выявить причины изменений и наметить пути их устранения Система мониторинга геологической среды в целом является важным элементом и инструментом оптимизации различных этапов хозяйствования планирования, строительства, эксплуатации и управления ПТС. Использование данных мониторинга, полученных входе режимных наблюдений, в сочетании с информацией о геологической среде в целом и видах техногенного воздействия позволяет перейти к созданию прогнозных моделей геологической среды, с помощью которых можно рассмотреть различные альтернативы воздействия на среду и выявить наиболее оптимальные решения эколого-геологических задач. Полученная информация может быть использована и для того, чтобы оперативно устанавливать источники ущерба и негативного воздействия, выявлять критические факторы воздействия, консервативные и лабильные компоненты геологической среды и меры по ее защите, определять допустимые техногенные нагрузки на геологическую среду, оценивать эффективность и целесообразность применения различных форм строительства и других видов освоения территории и т.д. Суть и содержание мониторинга окружающей среды составляет система целенаправленной инженерно-геологической и инженерной деятельности, состоящей из упорядоченного набора процедур, организованного в циклы наблюдений (H 1 ), оценки состояния среды поре- зультатам наблюдений (O 1 ), прогноза развития геологической среды Пи управления (У. Затем наблюдения дополняются новыми данными, на новом цикле, и далее циклы повторяются на новом времен- нм отрезке НО, П, У и т.д. Отсюда следует общая схема функционирования мониторинга геологической среды во времени, приведенная на рис. 4.1 [6]. На рис. 4.1 римскими цифрами указаны номера соответствующих циклов мониторинга, начинающихся и заканчивающихся в определенные временные интервалы по спирали. Параллельно оси времени на функциональной схеме выделяются соответствующие функциональные цепи мониторинга, отражающие его содержательную часть цепь последовательных наблюдений (H 1 , Н, Ни т.д.), цепь последовательных оценок состояния геологической среды по результатам наблюдений (O 1 , О, О и т.д.), цепь последовательных прогнозов и прогнозных рекомендаций, со временем все более точных и надежных П, П, Пи т.д.), и, наконец, цепь последовательных управляющих решений и рекомендаций по управлению данной ПТС, становящихся со временем все более оптимальными. 85 Рис. 4.1. Схема функционирования мониторинга геологической среды во времени Н наблюдения О оценка наблюдений П прогноз и рекомендации У управляющие решения римские цифры номера циклов Таким образом, мониторинг геологической среды представляет собой сложно построенную, циклически функционирующую и развивающуюся во времени по спирали постоянно действующую систему [6]. |