учебное пособие. Основы инженерной геологии
 Скачать 1.18 Mb.
|
|
7. РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И ОХРАНА ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ПРИ ИНЖЕНЕРНО-ХОЗЯЙСТВЕННОМ ОСВОЕНИИ ТЕРРИТОРИЙ 7.1. Взаимодействие объектов техносферы с геологической средой В результате взаимодействия объектов техносферы с геологической средой формируется комплекс особых эколого-инженерно-геологических условий, характер которых обусловлен в каждом конкретном случае вза- имосвязями и взаимовлиянием трех основных составляющих: геологиче- ской среды, техногенных воздействий на геологическую среду и челове- ка. Между этими составляющими элементами существуют прямые и об- ратные связи: 1) прямая связь, отражающая функции управления челове- ка над объектами техносферы; 2) обратная связь, отражающая прямое влияние объектов техносферы на человека, которое имеет определенный экологический аспект; 3) прямая связь, отражающая техногенное воздей- ствие человека через объекты техносферы на геологическую среду с об- разованием зоны влияния, которая является предметом изучения инже- нерной геоэкологии и объектом мониторинга геологической среды; 4) обратная связь, отражающая реакцию зоны влияния геологической среды на техногенные воздействия, которая также является предметом исследования инженерной геоэкологии; 5) прямая связь, отражающая управляющее воздействие человека на зону влияния, которое выражается в ее оценке, экранировании, стабилизации и т.д.; 6) обратная связь, отра- жающая реакцию зоны влияния по отношению к человеку (связи 5 и 6 несут экологическое содержание); 7) прямая связь – отражает возможное непосредственное влияние человека на геологическую среду вне сферы техногенного воздействия (является незначительным); 8) обратная связь в виде реакции геологической среды, не затронутой техносферой, на че- ловека (катастрофические и другие геологические процессы и явления). Таким образом, формирование зоны влияния объектов техносферы на геологическую среду зависит от взаимосвязей 3–6 (перечисленных вы- ше), исследование которых представляет наибольший теоретический и практический интерес для инженерной геоэкологии. При этом данную зону влияния следует рассматривать как зону эколого-геологического влияния, так как экологический аспект является главнейшим фактором оценки техногенного воздействия объектов техносферы на геологиче- 107 скую среду. Границей этой зоны являются пределы, за которыми измене- ния геологической среды отсутствуют или являются несущественными с экологической точки зрения. Поэтому важной задачей является разработ- ка эколого-геологических критериев выделения зон влияния техносферы на геологическую среду. Размеры зон влияния будут зависеть от жестко- сти экологических требований, заложенных в критериях их выделения. Данные о границах и форме зоны влияния имеют значение для решения ряда практических задач: 1) уточнения общих закономерностей, характера и масштабов изме- нений геологической среды под воздействием объектов техносферы (ин- женерные сооружения, линейные трассы, выемки, карьеры и т.д.); 2) выбора методики и определения минимально необходимого объема инженерно-геоэкологических исследований на конкретных объектах; 3) прогнозирования природных и антропогенных геологических про- цессов и явлений на период строительства и во время эксплуатации со- оружений; 4) составления инженерно-геоэкологических моделей массивов гор- ных пород и др. Эколого-инженерно-геологические условия формирования техносфе- ры зависят от качества территории (новый термин). Качество террито- рии (как освоенной, так и предназначенный к освоению) является харак- теристикой геологической среды и функционирующих природно- технических геосистем, отражающей степень ее полезности и экологиче- ской безопасности для человека. Понятие «качество территории» связано с понятием «риск», которое используется в практике решения вопросов инженерной защиты террито- рий. Фактор риска – это воздействие, приводящее к экстремальной ситу- ации, обусловленное неблагоприятными антропогенными процессами и явлениями. На каждой конкретной территории необходимо выделять раз- личные факторы риска, которые могут быть внутренними и внешними, существующими и потенциальными, зональными, региональными, ло- кальными, детальными и точечными, постоянными и временными, есте- ственными и искусственными, закономерными и случайными и др. 7.2. Добыча полезных ископаемых Под влиянием добычи полезных ископаемых в геологической среде происходят следующие техногенные изменения: 1. Меняется ландшафт местности, исключаются из землепользования и застройки крупные территории, снижается комфортность среды обита- ния, возникают отвалы, терриконы и хвостохранилища. 108 2. Изменяются геологическое строение горно-рудных районов, геоди- намическое и напряженное состояние массивов горных пород, геохимия ландшафтов и верхней части литосферы в зоне влияния эксплуатации месторождений. 3. Нарушаются гидрогеологические условия и гидродинамический режим в целом. Изменяются режим и состав подземных вод и поверх- ностных водотоков. Водоемы загрязняются рудничными водами. Нару- шается водоснабжение промышленных районов. 4. Изменяются геотермическое поле и естественные геофизические поля. 5. Меняется интенсивность и направленность природных геологиче- ских процессов и явлений. 6. Развиваются новые инженерно-геологические процессы и явления – оседания и провалы дневной поверхности над выработанным простран- ством и извлеченными полезными ископаемыми (включая водные ресур- сы), оползневые деформации на склонах, деформации в бортах карьеров и горных выработках, деформации откосов отвалов, терриконов и под- стилающих их материнских массивов горных пород, прорывы плывунов, активизируются карстово-суффозионные, мерзлотные и физико- химические процессы (окисление, выщелачивание, выветривание) и др. Основные рекомендации по рациональному использованию недр и охране геологической среды при добыче полезных ископаемых 1. Открытие новых месторождений с благоприятными инженерно- геологическими условиями их эксплуатации. 2. Снижение кондиционных требований к содержанию полезных ис- копаемых в рудах. 3. Повышение технической оснащенности и применение эффективных технологий эксплуатации глубоко залегающих месторождений со слож- ными инженерно-геологическими условиями. 4. Полное извлечение руд из разрабатываемых месторождений и мак- симальное извлечение и комплексное использование всех полезных ком- понентов в рудах. 5. Закладка выработанного подземного пространства вмещающими, так называемыми пустыми, горными породами. 6. Рекультивация земель и возвращение их в среду обитания. 7. Организация на месторождениях эффективной постояннодейству- ющих инженерно-геологической и гидрогеологической служб. 8. Совершенствование прогноза возможных инженерно-геологи- ческих процессов и учет их при проектировании и эксплуатации горных предприятий. 109 9. Разработка и реализация программ: а) эффективного использования откачиваемых подземных вод в ходе осушения месторождений; б) обез- вреживания опасных отходов при обогащении и переработке полезных ископаемых; в) очистки рудничных вод и других. 10. Участие государства в международных программах по мониторин- гу геологической среды. 7.3. Городское и промышленное строительство Интенсивность воздействия города на геологическую среду зависит от его размеров, возраста, структуры специализации и функциональности. В структуру современных городов входят следующие зоны: 1. Жилая – селитебная – жилые микрорайоны, общественные здания и со- оружения, улицы, площади, скверы и бульвары общественного пользования. 2. Промышленная – промышленные предприятия и связанные с ними транспортные сооружения, склады и дороги. 3. Коммунально-складская – коммунальные предприятия, склады и гаражи. 4. Внешнего транспорта – железнодорожные станции, аэропорты, речные пристани, морские порты. 5. Прочие земли в городской черте с размещением санитарно- защитных зон и санитарно-технических сооружений, подсобных хо- зяйств, питомников, кладбищ и др. 6. Пригородная зона, включающая лесопарки, места отдыха и резерв- ные земельные угодья. В зависимости от специализации выделяются города: административ- ные, промышленные, горнодобывающие, гидроэнергетические, транспорт- ные, торговые, военные, курортные, учебные, научные, музейные и др. В настоящее время преобладают города многофункциональные, соче- тающие следующие функции: административные, производственные, транспортные, торговые, научные, культурные и др. Основным градооб- разующим фактором является развитие промышленности. Антропогенное воздействие города на геологическую среду исключи- тельно многообразно. Главными факторами здесь являются: 1. Изменение рельефа для градостроительных целей. 2. Изменение естественного ландшафта под влиянием: а) вырубки ле- сов и уничтожения других видов растительности; б) промышленных, строительных, хозяйственных и бытовых твердых, жидких и газообраз- ных отходов с образованием отвалов, свалок и хвостохранилищ; в) сбро- са технических и сточных вод. 110 3. Изменение геологического строения территорий в результате гори- зонтальной и вертикальной планировки физической поверхности, терра- сирования склонов, устройства дорожных выемок, насыпей, кюветов, валов, рвов, котлованов, траншей, намывных строительных площадок, возведения подземных сооружений и коммуникаций и т.д. 4. Нарушение напряженного состояния массивов горных пород в свя- зи с изменением геологического строения и под влиянием статических и динамических нагрузок от веса инженерных сооружений, вибрации, вы- званной работой транспорта, технологических процессов и т.д. 5. Изменение геотермического поля и естественных геофизических по- лей под влиянием физического воздействия или «загрязнения»: а) в резуль- тате теплового или температурного воздействия возникают техногенные геотермические аномалии с повышением фоновых температур на 2–6,10°С и более; б) накапливаются блуждающие токи в связи с утечками электри- ческого тока от энергоустановок, силовых подстанций, электрифицирован- ного транспорта и т.д. Они формируют искусственные электрические поля, превышающие по напряженности фоновое на три порядка и более; в) в условиях больших городов возникают антропогенные физические поля – гравитационные, магнитные, сейсмические, радиоактивные. 6. Нарушение гидрологических и гидрогеологических условий нахож- дения поверхностных и подземных вод под влиянием длительных отка- чек, гидротехнических сооружений, дренажных систем и водосточной сети, устройства водохранилищ, прудов, каналов, искусственного полива, реконструкции рек и регуляции их стока, утечек воды из водонесущих коммуникаций (водопроводы, теплосети, канализация), снегоуборок, из- менения инфильтрации грунтов в ходе застройки и применения водоне- проницаемых покрытий и т.д. 7. Химическое загрязнение как результат изменения геохимии геоло- гической среды под влиянием выбросов токсических, канцерогенных, радиоактивных и других вредных соединений, таких как нитраты, пести- циды, фенолы, нефтепродукты, цианиды, мышьяк, ртуть, селен и др. 8. Бактериологическое загрязнение, вызванное изменением состава атмосферы (содержание кислорода, углекислоты и других компонентов), поверхностных и подземных вод под влиянием химического загрязнения, деятельности агропромышленных комплексов и большого скопления населения. 9. Изменение микроклимата. 10. Изменение природных геологических процессов и явлений. 11. Развитее антропогенных геологических процессов и явлений – оползней, обвалов, карста, эрозии (например, оврагообразование), де- 111 формаций грунтов, выветривания, заболачивания и подтопления терри- торий, суффозий и т.д. Воздействия на геологическую среду в зависимо- сти от типа и характера делятся на: 1) целенаправленные и стихийные; 2) прямые и косвенные (влияние на микроклимат, изменение инфильтра- ции грунтов асфальтовыми покрытиями, снегоуборки и др.); 3) обрати- мые и необратимые; 4) скрытые и проявленные (подземный карст, дина- мика подземных вод и др); 5) по длительности – вековые (сотни лет), длительные (десятки лет), кратковременные (измеряются годами); 6) по масштабам проявления – глобальные, региональные, крупноплощадные, мелкоплощадные (или местные), линейные и точечные; 7) по глубине влияния – наземные (имеют повсеместное распространение), неглубокие (глубина до 10–20 м, распространены часто); глубинные (глубина до 100– 300 м, распространены редко); сверхглубинные (глубина от 300 м до 10 км, распространены весьма редко). Основные рекомендации по рациональному использованию и охране геологической среды при городском и промышленном строительстве 1. Сохранение эстетики и красоты природных ландшафтов – памятни- ков природы, будущих зон отдыха, заповедников, исторических мест, туристических маршрутов, мелкой гидрографической сети и т.п. 2. Ограничение влияния вредных факторов воздействия на геологиче- скую среду. 3. Сохранение динамического равновесия среды обитания и тех эле- ментов геологической среды, которые участвуют в процессе ее экологи- ческого восстановления и нейтрализации вредного воздействия. 4. Раздельное размещение жилых массивов и промышленных объек- тов при наличии транспортных возможностей. 5. Улучшение природной среды городов с применением озеленения, эффективного изменения гидрографической сети и водного режима – осушения или орошения земель, рекультивации, технической мелиора- ции грунтов и т.д. 6. Прогнозирование и предупреждение развития неблагоприятных ин- женерно-геологических процессов, явлений и изменения микроклимата. 7. Создание новой геологической среды. 8. Составление карт-схем: а) очагов загрязнения геологической среды; б) реконструкции природного ландшафта; в) антропогенных геологиче- ских процессов и явлений; г) территорий, не подлежащих застройке и др. Разработка и реализация на основе имеющихся карт-схем программ соот- ветствующих мероприятий. 112 Кроме того, в зависимости от особенностей инженерно-геологических условий территорий, характера геологических процессов и структур го- родской застройки выделяются геолого-градостроительные комплексы. Для каждого типа комплексов разработаны классификации нормативных защитных мероприятий от воздействия инженерных сооружений на гео- логическую среду, которые подлежат обязательному выполнению. 7.4. Гидротехническое строительство Гидротехнические сооружения – плотины гидростанций, водохрани- лища, каналы, искусственные водоемы и другие оказывают существенное влияние на геологическую среду: 1. Меняется ландшафт территорий. Из землепользования изымаются значительные площади. 2. Нарушается естественное напряженное состояние массивов горных пород. Возникают новые аномальные гравитационные поля. 3. Резко изменяются гидрология и гидрогеология территорий. Подни- маются уровни водоносных горизонтов. 4. Изменяются фильтрационные свойства горных пород. 5. Меняется микроклимат. 6. Нарушается естественное геотермическое поле в зоне влияния во- дохранилищ. 7. Изменяются геохимия ландшафта и химический состав вод. Фор- мируются антропогенные гидрогеохимические аномалии. 8. Активизируются новые геологические процессы и явления – забо- лачивание и подтопление территорий, деформации массивов горных по- род, микроземлетрясения, разрушение и оползание береговой зоны ис- кусственных водоемов и т.д. Основные рекомендации по рациональному использованию и охране геологической среды при гидротехническом строительстве 1. Составление кондиционных технико-экономических обоснований на возведение гидротехнических сооружений определенного типа. 2. Разработка моделей гидротехнических сооружений с учетом мак- симального количества параметров и оценки последствий их влияния на геологическую среду. 3. Выбор оптимальных проектов сооружений с наименьшим вредным воздействием на геологическую среду при сохранении показателей их эффективной эксплуатации. 113 4. Применение новых технических решений при возведении гидро- технических сооружений. 5. Прогноз развития неблагоприятных инженерно-геологических про- цессов и явлений. 6. Оперативное применение эффективных мероприятий по предупре- ждению негативных инженерно-геологических процессов и явлений. 7.5. Мелиоративное строительство Выделяются два типа гидромелиоративных систем: 1) оросительные – возводятся в аридной зоне недостаточного увлажнения и 2) осушитель- ные – в гумидных зонах избыточного увлажнения. Мелиоративные си- стемы в земледелии и связанные с ними гидротехнические сооружения для регулирования и перераспределения стока поверхностных водотоков и водоемов оказывают на геологическую среду существенное влияние: 1. Изменяется природный ландшафт и микроклимат. 2. Нарушается сложившийся водный баланс поверхностной и подзем- ной гидросферы (уровни подземных водоносных горизонтов; возникают наводнения и т.д.). 3. Меняется состав растительности и почвенного покрова. 4. Изменяются физико-механические и фильтрационные свойства горных пород. 5. Происходит обмеление речной сети. 6. Меняется химический и минеральный состав грунтов, возможно их интенсивное засоление. 7. Загрязняются поверхностные и подземные воды удобрениями и ядохимикатами. 8. Загнивают водоемы и гибнут их обитатели (в частности рыбы). 9. Заболачиваются земли на значительных площадях и происходит их затопление. 10. Развиваются негативные инженерно-геологические процессы и деформации грунтов вдоль каналов и выемок. Основные рекомендации по рациональному использованию и охране геологической среды при мелиоративном строительстве 1. Проведение специальных инженерно-геологических и гидрогеоло- гических съемок с прогнозной оценкой изменения геологической среды в ходе мелиоративного строительства. 2. Предотвращение загрязнения поверхностных и подземных вод ядо- химикатами и удобрениями. 114 3. Создание новых управляемых агроэкологических систем с направ- ленным положительным воздействием на природные ландшафты. 4. Предупреждение засоления орошаемых земель за счет утилизации, захоронения или опреснения высокоминерализованных дренажных вод. 5. Строительство осушительных систем польдерного типа (с машин- ным водоподъемом) с сохранением конфигурации русел рек. 6. Нежелательно осушение верховых болот и водоемов, питающих ис- токи речных систем. 7. Максимальное сокращение добычи торфа на верховых болотах. 8. Выдерживание оптимального соотношения осушенных и пере- увлажненных земель, обеспечивающего минимальное вредное воздей- ствие на природную среду. 9. Использование моделей при проектировании мелиоративных си- стем. 10. Моделирование инженерно-геологических процессов, возникаю- щих под влиянием мелиорации. 11. Разработка системы регулирования водного баланса территорий для создания оптимального водного, теплового и питательного режимов для почв. 12. Изучение процессов эволюции ландшафта под влиянием природ- ных и мелиоративных факторов. 13. Оценка водной и ветровой эрозии почв и грунтов, а также других процессов и явлений и разработка эффективных мероприятий для повы- шения устойчивости горных пород против деформаций, размыва и выду- вания. 14. Использование новейших методов изучения геологической среды для обоснования мелиоративного и водохозяйственного строительства (дистанционные, аэрокосмические методы – телевизионная, инфракрас- ная, микроволновая, многоспектральная радиолокационная и лазерная съемки; геофизические методы – электроразведочные и сейсмические; методы статического и динамического зондирования для определения физико-механических свойств горных пород, прессиометрический метод оценки деформационных грунтов). |