5683

На правах рукописи

КОПОСОВ Евгений Васильевич

МЕТОДОЛОГИЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ

БЕЗОПАСНОГО ОСВОЕНИЯ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ ЗАКАРСТОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

11.00.11 - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Нижний Новгород - 2000

Работа выполнена в Нижегородском государственном архитектурностроительном университете.

Ведущая организация - Академия коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова, г. Москва

Защита состоится "_26 " мая 2000 г. в _13 - OO часов

на заседании диссертационного Совета Д.064.09.05 в Нижегородском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 603600, г. Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65, корпус V, аудитория 202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан "_21_" апреля 2000 г.

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. История человеческого общества неразрывно связана с использованием и освоением природных ресурсов. Это особенно важно для России, где они являются одним их главнейших достояний, позволяющих сохранять минимальное жизнеобеспечение страны в кризисной обстановке и выступают надежным залогом возрождения экономической и научнотехнической мощи России.

Конституцией Российской Федерации использование и охрана природных ресурсов отнесены к основам конституционного строя (глава 1, статья 9).

Увеличение транспортных тарифов, резко уменьшающих возможность удовлетворения спроса за счет ввоза сырья и материалов из других регионов России и из-за рубежа, потеря многих южных курортов, лечебниц и зон отдыха вследствие распада СССР заставили по новому взглянуть на решение проблемы рационального и эффективного использования природных ресурсов в регионах, в том числе в пределах территорий, подверженных воздействию опасных при- родно-техногенных процессов, таких как карст, оползни, подтопление, овражная эрозия и другие. Особое место среди них по степени скрытости протекания процесса, внезапности проявления, катастрофичности последствий и трудности прогнозирования проявлений занимает к а р с т .

Проблеме изучения условий и закономерностей развития карста, способам и методам инженерной защиты от него, прогнозированию проявлений карста и оценке карстоопасности при освоении территорий посвящены работы многих известных российских и зарубежных исследователей (Крубер А.А., Максимович Г.А., Родионов H.В., Гвоздецкий Н.А., Соколов Д.С., Ступишин А.В., Лыкошин А.Г., Саваренский И.А., Кутепов В.M., Молоков Л.А., Газизов MC., Мартин В.И., Печеркин И.А., Горбунова К.А., Толмачев В.В., Corbel J., JardinJ., Bogli A., Lieskowski, Prinz N., Toulemont M., Calembert Z., Hermann A., Pulina M , Jakucs L.,Trimmel H., Cyijic J., Reuter F.). Это объясняется чрезвычайноширокимраспространениемимногообразиемкарстовыхпроявлений,актив-

но влияющих на безопасность жизнедеятельности людей. По мнению НА Гвоздецкого (1981) примерно на третьей части земного шара имеются реальные возможности для развития карста.

Большое значение в развитии теории и практики исследований взаимовлияния природных комплексов и техногенеза, реализации государственной стратегии устойчивого развития регионов России сыграла федеральная целевая программа "Оздоровление экологической обстановки на реке Волге и ее притоках, восстановление и предотвращение деградации природных комплексов Волжского бассейна "("Возрождение Волги"), осуществляемая под научным руководством академика PAACH BB. Найденко, влияние идей которого сказалось на окончательном формировании направлений диссертационной работы.

Интенсивное и несбалансированное использование территориальных, водных ресурсов и недр Земли привели к значительной, а в ряде случаев катастрофической активизации карстовых и карстово-суффозионных процессов, вызвавших разрушение жилых зданий и сооружений, инженерных коммуникаций, объектов жизнеобеспечения, аварии на экологически опасных производствах, утечки из водохранилищ, ухудшение качества подземных и поверхностных вод, используемых для водоснабжения, исчезновение малых и средних рек, родников, деградацию растительных сообществ, изменение ландшафтов, истощение минерально-сырьевой базы регионов. В то же время на закарстованных территорияхсосредоточеныогромныезапасы высококачественныхэкологически чистых пресных подземных вод, минеральных, столовых и лечебных вод, рассолов, в карстовых озерах - лечебных грязей, большие запасы строительных материалов: известняков, доломитов, гипсов, ангидритов, мела и других.

Поэтому, при возрастающем прогрессе техносферы разработка методологии обеспечения рационального и экологически безопасного освоения природных ресурсов закарстованных территорий, основ технологии их управления с созданием комплексных схем устойчивого развития региона на основе выявленных критических техногенных карстопровоцируюших нагрузок, закономерностей динамики и унаследованности развития карста, механизма образования

карстовых деформаций, функциональных особенностей региона, выявленных обратных связей карстового процесса и техносферы, разработанной системы противокарстовой инженерной защиты объектов жизнеобеспечения и жизнедеятельности людей становятся одним из наиболее актуальных направлений в современнойинженернойэкологии.

Цель работы. Основной целью исследований является разработка методологии обеспечения экологически безопасного освоения природных ресурсов и повышения эффективности управления ими на закарстованных территориях.

Всоответствием с этим решались следующие задачи:

-анализ и типизация инженерно-экологических и геоэкологических условий закарстованных территорий с учетом сложившихся многолетних функциональных особенностей региона;

-разработка классификационных параметров природных ресурсов, используемых на закарстованных территориях;

-ранжирование и оценка карстопровоцирующих техногенных нагрузок с разработкой программного обеспечения для практических расчетов на ЭВМ,

-организация и проведение натурных исследований по типам и параметрам карстовых деформаций при строительном освоении территорий, использовании водных ресурсов и разработке карбонатно-сульфатных массивов;

-проведение экспериментальных исследований по оценке прогнозных параметров карстообразования при освоении природных ресурсов региона;

-разработка и реализация на ЭВМ многослойных объемных моделей прогнозирования карстовых деформаций в зависимости от вида и уровня техногенных нагрузок;

-методологическое обоснование принципов и методов карстологоэкологического районирования территорий;

-разработка новых подходов к нормированию техногенных нагрузок при освоении территориальных, водных ресурсов и горнопромышленной добыче из карстующихся массивов;

-создание новой методики выделения карстоопасных зон исходя из унаследованности развития карста, функциональных особенностей региона, уровней техногенных нагрузок, вариантов механизма карстовых деформаций и оценки возможного ущерба от них;

-разработка научно-технологических основ безопасного строительного освоения закарстованных территорий с альтернативными вариантами противокарстовой инженерной защиты;

-обоснование, организация и ведение карстологического мониторинга как важнейшего элемента в системе управления природными ресурсами закарстованных территорий;

-совершенствование системы безопасности объектов жизнеобитания, жизнедеятельности и жизнеобеспечения людей на закарстованных территориях,

-разработка комплексных схем устойчивого развития регионов, подверженных активному воздействию природно-техногенного карста.

Научная новизна работы: впервые разработана единая методология комплексной, экологически безопасной технологии освоения природных ресурсов закарстованных территорий; - разработаны новые подходы к нормированию и регулированию техноген-

ных карстопровоцирующих нагрузок и воздействий при освоении природных ресурсов закарстованных территорий, позволяющие повысить экологическую безопасность и эксплуатационную надежность объектов жизнеобеспечения и жизнеобитания населения;

-создана новая методика выделения карстоопасных зон, обеспечивающая болеенадежныйуровеньинформационно-аналитическогообобщенияитипи- зации условий природно-техногенной среды закарстованных территорий, базу для прогнозирования карстового процесса и изменений экологической обстановки.

-разработаны компьютерные модели с программным обеспечением, позволяющие прогнозировать изменения направленности динамики карста под дей-

ствием техногенных нагрузок, изменения параметров природно-техногенной среды при различных режимах водоотбора подземных вод, утечках из водонесущих коммуникаций, влияющие на экосистемы;

-установлены тесные прямые и обратные связи карстового процесса и техносферы, позволяющие воздействовать на условия развития карста, снижающие или нейтрализующие активность проявления карста, и обеспечивать конструктивную защиту зданий от карстовых провалов, особенно на экологически опасных производствах;

-разработаны научно-технологические основы экологически безопасного строительного освоения закарстованных территорий с альтернативными вариантами и схемами противокарстовой инженерной защиты проектируемых объектов;

-разработана, обоснована и внедряется система организации и ведения карстологического мониторинга, как важнейшей части системы управления ресурсами закарстованных территорий;

-в рамках концепции устойчивого развития региона предложено создание комплексной лечебно-оздоровительной зоны, на основе специфических ресурсов закарстованных территорий.

Практическая значимость и реализация работы. Исследования, положенные

воснову диссертационной работы, выполнялись автором в соответствии с планами важнейших НИР Госстроя РСФСР в период 1978 - 1985 г.г. в рамках госбюджетной темы 0.55.00.111.01.04.01 "Научные исследования и разработка методики прогноза устойчивости закарстованных территорий, апробирование ее на объектах Нечерноземья и БАССР" и вошли составной частью в разработанную коллективом авторов "Усовершенствованную методику оценки устойчивости закарстованных территорий", рекомендованную Госстроем РСФСР для практического применения на территории Российской Федерации.

На основе проведенных исследований автором выдавались заключения и рекомендации проектно-изыскательским организациямг.H. Новгорода, Казани, Павлове, Ворсмы, Арзамаса и других городов по вопросам оценки карстоопас-

ности осваиваемых промышленных, агропромышленных и селитебных площадок с рекомендациями по инженерной защите зданий и сооружений от возможных катастрофических проявлений карста (31 закл.). Результаты исследований были внедрены также при составлении и корректировке генпланов городов Павлово и Ворсма, обеспечив более рациональное и безопасное для жизнеобитания и жизнедеятельности людей распределение территориальных ресурсов.

В период 1986 - 1993 г.г. исследования велись согласно Темплана Мингео РСФСР по проведению специальных региональных геоэкологических исследований по изучению и прогнозированию оползней, карста, подтопления и оценке

рационального использования ресурсов геолсреды на территории Нижегород-

ской, Кировской, Ульяновской области и республик: Татарстана, Чувашии, Мордовии, Удмуртии и Марий-Эл с составлением серии прогнозноаналитических карт при районировании территорий вышеназванных субъектов по степени подверженности населенных пунктов воздействию опасных природных и природно-техногенных процессов в масштабах 1:50000 - 1:2500000.

Разработанные автором на основе натурных и экспериментальных исследований прогнозные параметры карстообразования, варианты механизма провалообразования в карстующихся массивах, с разными техногенными нагрузками, оценка обратной связи "карст-техносреда" были реализованы на гипсовом руднике "Бебяевский". По заказу его руководства были разработаны рекомендации по изменению режима шахтного водоотлива, более рациональному и безопасному заложению штреков относительно сильно закарстованных зон

Выбранная схема типизации инженерно-экологических и геоэкологических условий закарстованных территорий с учетом сложившихся многолетних функциональных особенностей региона была использована в 1990 - 1991 г.г. по заданию Нижегородской областной Администрации.

Разработанная методика выделения карстоопасных зон исходя из унаследованности развития карста, функциональных особенностей региона, уровней техногенных нагрузок, вариантов механизма карстовых деформаций и оценки возможного ущерба от них использовалась в 1990 - 1993 г.г. при комплексной

оценке влияния проектируемого водоотбора для водоснабжения г. Сарова из Южно-Горьковского месторождения подземных вод на активизацию карстовосуффозионных процессов, снижения уровня грунтовых вод, изменения общего водного баланса и в целом экологического состояния региона по заказу Администрации г. Сарова и Администрации Нижегородской области.

В период 1994 - 2000 г. г. исследования выполнялись в соответствии с

Единым заказ-нарядом (ЕЗН) и тематическим планом НИР Минобразования России из средств федерального бюджета в рамках госбюджетных тем: HTP - 01960000513 "Районирование территории Среднего Поволжья по условиям развития и интенсивности проявления опасных геоэкологических процессов и разработка рекомендаций по организации системы инженерной зашиты от них селитебных и производственных зон", в рамках Межвузовской научнотехнической программы "Архитектура и строительство" по теме HTP - 01950007322 "Разработка эффективных методов и средств оценки экологической чистоты систем жизнеобеспечения на примере питьевого водоснабжения населенных пунктов за счет подземных вод", в рамках выигранных автором

грантов: HTP - 01970004526 "Разработка теоретических основ повышения

безопасности и эффективности систем жизнеобеспечения городов, располо-

"Теоретическое обоснование и методология организации мониторинга для обеспечения безопасной и эффективной эксплуатации инженерных систем метрополитенов на закарстованных территориях".

В вышеназванных госбюджетных темах нашли отражение результаты исследований обеспечения рационального освоения территориальных и водных ресурсов закарстованных территорий, вариантов инженерной защиты гражданских и промышленных сооружений, разработка и реализация на ЭВМ многослойных объемных моделей прогнозирования карстовых деформаций в зависимости от вида и уровня техногенных нагрузок, научно-методические основы управления природными ресурсами закарстованных территорий, включая совершенствование системы безопасности объектов жизнедеятельности и жизне-

10 обеспечения людей, организацию и ведение карстологического мониторинга,

разработку комплексных схем устойчивого развития региона.

Результаты проведенных исследований использованы при проведении исследований о причинах деформации земной поверхности на территории Бахтиаровского водозабора подземных вод для водоснабжения г. Канаша (госконтракт с Министерством природных ресурсов республики Чувашия, 1996 г.); при районировании территории республики Мордовия по степени пораженности и условиям развития экзогенных геологических процессов (госконтракт с Комитетом по геологии и использованию недр республики Мордовия, 1995 - 1996 г.г.); при разработке программы по организации и ведению карстологического мониторинга в Заречной части г. H. Новгорода (госконтракт с Комитетом природных ресурсов Нижегородской области, 1998 г.); при проведении независимой государственной экологической экспертизы проекта генерального плана развития г. Н.Новгорода по заданию Государственного Комитета по охране окружающей среды Нижегородской области (1999 г.).

Авторским коллективом, включая и диссертанта, были подготовлены и апробированы в Нижегородском регионе "Рекомендации по организации и ведению территориального и объектного карстологического мониторинга". Они получили одобрение Министерства природных ресурсов России, в настоящее время перерабатываются и выйдут в 2000 году в качестве нормативного документа федерального уровня.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы рассматривались и обсуждались на Всесоюзном семинаре "Методика инженерных изысканий карстовых районах" (Дзержинск, 1978), Межведомственном совещании "Карстовый процесс и его прогноз" (Уфа, 1980), Всесоюзном совещании "Карст Нечерноземья" (Пермь, 1980), Всесоюзном совещании "Методы типизации и картирования геолсреды городских агломераций для решения задач планирования инженерно-хозяйственной деятельности (Н.Новгород, 1981), Всероссийской научно-методической конференции по памятникам природы (Москва, 1983), Всесоюзном совещании "Строительство на закарстованных терри-