© Томский государственный архитектурно-строительный университет, 2016
© Ольховатенко В.Е., Чернышова Н.А., 2016
* * *
Введение
Инженерно-строительная геоэкология является новой междисциплинарной наукой, развивающейся на стыке геоэкологии и строительного дела. В свою очередь, по определению академика В.И. Осипова, «Геоэкология – также междисциплинарная наука, изучающая неживое (абиотическое вещество геосферных оболочек Земли), как компоненту окружающей среды и минеральную основу биосферы».
Объектом геоэкологии является неживое (костное и биокостное) вещество геосферных оболочек Земли (верхней части литосферы, атмосферы и гидросферы).
Предметом геоэкологии является вся сумма знаний о геосферных оболочках и их изменениях под влиянием природных и техноприродных факторов, как многокомпонентных иерархически построенных динамических системах с многоступенчатыми процессами саморегулирования. К приоритетным направлениям в области геоэкологии В.И. Осипов относит:
1. Анализ изменений геосферы под влиянием природных и техноприродных факторов и разработка путей выявления этих изменений. Это направление включает:
– изменение ландшафтов урбанизированных территорий;
– изучение деформирования поверхности Земли в результате откачки воды, добычи нефти и газа;
– изучение подъема уровней подземных вод и подтопления территорий;
– исследование загрязнения поверхностных и подземных вод;
– изучение склоновых геодинамических процессов;
– изучение напряженно-деформированного состояния и температурного поля Земли;
– изучение загрязнения окружающей среды в результате накопления на её поверхности промышленных и бытовых отходов.
2. Рациональное использование водных, земельных, минеральных и энергетических ресурсов Земли.
3. Изучение природных и техно-природных процессов и явлений в геосферных оболочках Земли.
Объектом инженерно-строительной геоэкологии являются природно-технические системы.
Предметом инженерно-строительной геоэкологии является сумма знаний о природно-технических системах, изменении их состояния и устойчивости при техническом воздействии в процессе строительного производства. В задачу инженерно-строительной геоэкологии входит:
– проведение комплексных геоэкологических исследований урбанизированных территорий;
– оценка рисков в строительстве;
– оценка состояния и устойчивости природно-технических систем;
– разработка геоэкологических моделей урбанизированных территорий;
– проектирование и строительство объектов инженерной защиты;
– организация мониторинга природно-технических систем.
1. Понятие о природно-технических и геотехнических системах
Под природно-техническими системами (ПТС) понимается совокупность форм и состояний взаимодействия природной среды с инженерными сооружениями на всех стадиях их функционирования.
Под геотехническими системами (ГТС) понимается совокупность форм взаимодействия геологической среды с техническими сооружениями.
Под состоянием ГТС понимается её способность к функционированию. Нормальное функционирование ГТС будет обеспечено при условии работы технических сооружений в строгом соответствии с проектным режимом.
Равновесие ГТС определяется динамичностью природной и надежностью технической составляющих. В свою очередь, надежность технической составляющей определяется режимом эксплуатации сооружений, состоянием природной составляющей и характером её влияния на инженерные сооружения.
Под опасностью состояния ГТС понимается развитие неблагоприятных геологических процессов для строительства и эксплуатации, крайняя степень интенсивности которых может привести к возникновению чрезвычайных ситуаций. Критерии оценки состояния ГТС приведены в таблице.
Критерии оценки ГТС
2. Управление состоянием геотехнической системы
Цель управления – обеспечение равновесного функционирования ГТС в соответствии с заданным режимом.
Важными задачами при этом являются:
– обоснование различных видов и объемов изыскательских работ и их оптимальное размещение;
– предупреждение неравновесного состояния ГТС и её элементов;
– обоснование мероприятий по выведению ГТС из неравновесного состояния при возникновении критических ситуаций.
Выделяются два способа управления ГТС – геоинформационный и технический (рис. 2.1).
Технический способ управления предполагает регулирование режима функционирования системы в зависимости от характера и степени динамичности природной составляющей, а также от несущей способности оснований и состояния технической составляющей.
Геоинформационный способ управления предполагает разработку норм проектирования ГТС, разработку проектных решений, обоснование технологий строительства и эксплуатации ГТС.
Геотехнические исследования осуществляются на всех этапах создания и функционирования ГТС и включают кадастровые, динамические и проектные исследования.
Рис. 2.1. Структура управления ГТС
Разработана общая классификация геотехнических систем по типу техногенных воздействий на геологическую среду (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Общая классификация ГТС по типу техногенного воздействия на геологическую среду
В группу транспортных ГТС входят железнодорожные, автодорожные, трубопроводные, а также ЛЭП. Общими признаками этих систем являются линейное протяжение, большие объемы земляных работ, выполненных при их сооружении и сложность в эксплуатации.
К группе гидротехнических и водохозяйственных ГТС относятся плотины, причальные сооружения, водоотводные каналы тоннелей и водохранилища.
Общей проблемой при функционировании этих ГТС является разрушительное действие водных потоков, что приводит к разрушению берегов и развитию опасных геологических процессов.
К промышленным ГТС относят ресурсоперерабатывающие сооружения: горно-металлургические и горно-обогатительные комбинаты, топливно-энергетические и лесоперерабатывающие комплексы.
Промышленная ГТС содержит в себе элементы транспортных, гидротехнических и водохозяйственных ГТС.
Сельскохозяйственная ГТС включает различные формы взаимодействия агропромышленного комплекса с геологической средой.