Геоэкологические проблемы городов

Геоэкологические проблемы городов

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, свойственных только тем или иным природным условиям застройки, тому или иному городу.

В качестве наиболее общих тенденций изменения геоэкологических условий можно рассмотреть следующие композиции. 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 дрен, 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 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 тонкого материала) или карста (растворения и выщелачивания карбонатного материала известняков с образованием карстовых полостей). Нечто подобное наблюдается, в частности, на северо-западе Москвы, где обнаружены новые горизонты карстования в карбонатных породах карбона, а карстовые полости распространились местами к самой застроенной поверхности города.

Изменение теплового баланса вызванное совокупностью многих причин, включая изменение альбедо подстилающей поверхности, представленной на преобладающей площади асфальтовыми покрытиями и кровлями зданий, степени ее освещенности и затененности в условиях многоэтажной застройки, сбросом тепла ГРЭС, ЦЭС, транспорта, зданий, канализационных стоков и горячей воды при протечках в системах теплоснабжения.

И, как следствие — 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.

Изменение геодинамической ситуации, вызванное дополнительной, и притом неравномерной нагрузкой поверхности за счет привнесенных масс материалов строительных конструкций, в пределах территории города. Этот фактор дополнительной нагрузки 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.

Загрязнение подземного пространства и содержащихся там водоносных горизонтов за счет инфильтрации вод с поверхности улиц и дворов, протечек через не плотности конструкций дренажных канав и канализационных систем, просачивания атмосферных осадков через свалки твердого мусора.

Особого внимания заслуживает развитие неблагоприятной инженерно-экологической ситуации городов и поселков, расположенных в мерзлотных условиях.

Криогенные геологические процессы, развивающиеся в подобных условиях могут быть наиболее обстоятельно рассмотрены на примере Якутска — города, заложенного и построенного в крайне сложной геокриологической обстановке.

Якутск расположен на поверхности аккумулятивных надпойменных террас реки Лены, сложенных супесчаными и суглинистыми мерзлыми (многолетнемерзлыми) породами, имеющими постоянную температура порядка -40С⁰ и содержащими в своем составе лед в форме основного цемента, а также выделений, ледяных линз и вертикальных клиньев (так называемых повторно-жильных льдов).

Над мерзлыми породами располагается сезонно-талый слой (слой сезонного оттаивания), глубина которого от поверхности измеряется несколькими десятками сантиметров — первыми метрами, в зависимости от состава грунтов, экспозиции склонов, условий обводненности (дренированности).

В естественных условиях она определяется природными неровностями рельефа, в частности — впадинами озерной сети, расчленяющей поверхность террас и обеспечивавшими тем самым дренирование сезонно-талого слоя.

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. В частности:

• — организация кварталов, ограниченных улицами привела к тому, что под улицами на которых либо убирается зимой снег, либо уплотняется транспортом, процессы охлаждения недр усиливается в сравнении с внутриквартальным пространством. В результате поверхность мерзлых пород по периферии кварталов становится приподнятой относительно внутриквартальной, а все внутриквартальное пространство оказывается отрезанным от природных дрен;
• — при отсутствии искусственного дренажа или неадекватной его эксплуатации возникают условия, способствующие подтоплению сезонно-талого слоя внутриквартальных территорий со всеми расположенными там зданиями.

Этому подтоплению способствуют протечки водопроводно-канализационных систем, поставляющих на территорию города и каждого его квартала дополнительные к осадкам количество влаги.

Постройка зданий, особенно повышенной этажности, приводит к изменению условий инсоляции поверхности и, как следствие, контрастированию температурных условий подземного пространства — относительному понижению отрицательных температур в пределах затененной поверхности и ее повышению под освещенной. В результате измениться свойства и несущая способность мерзлых пород основания зданий и сооружений, что в критических случаях может привести к деформации строительных конструкций.

Перепланировка поверхности, необходимая для организации городской территории, в частности — подсыпка грунта в основание строящихся зданий и сооружений в сочетании с протечками воды из технических этажей, водопроводов и канализационных систем также способствует подтоплению ранее построенных домов, дворов и даже уличных проездов.

Систематическое подтопление внутриквартальных территорий, включая грунты оснований расположенных там зданий и сооружений, приводит, в свою очередь, к повышению температур грунтов основания и их переходу из мерзлого состояния в талое, либо из прочно-мерзлого в вяло-мерзлое. В первом случае, если строительство велось по первому принципу — с сохранением грунтов основания в мерзлом состоянии, деформации здания, вплоть до его разрушения неизбежны, во втором — их вероятность существенно возрастает.

Нарушение геохимического баланса поверхности, грунтов основания и конструкций зданий и сооружений — еще один геоэкологический процесс, происходящий в экстремальных климатических условиях севера и оказывающий решающее влияние на длительную устойчивости надземных строительных конструкций.

Его суть состоит в том, что в условиях Центральной Якутии на территории которой испаряемость существенно превышает количество осадков, при устойчивом подтоплении внутриквартальных территорий и отсутствии дренажа сверх мерзлотных вод, удаление какой то части излишней влаги с поверхности и из грунтов сезонно-талого слоя происходит в результате ее испарения. природный вода экология Испарение, в свою очередь, приводит к последовательному и непрерывному возрастанию минерализации сверх мерзлотных вод. Однако известно, что чем выше минерализация воды, тем более низкие температуры потребны для ее замерзания. Следствие этого процесса — экологического сохранение остаточных или формирование новых линз жидкой воды, имеющей отрицательную температуру, существующих круглогодично. Такие отрицательно-температурные воды получили название криопиги от латинского крио — холод, и пиги — воды.