Урбоэкология. Учебное пособие (Курс лекций)

суффозионные процессы (выщелачивание, вынос мелких минеральных частиц и растворимых веществ водой), оползни и оврагообразование.

Просадки могут быть следствием рукотворного нарушения природного гидрогеологического баланса. Они возникают, например, при неумеренном заборе из подземных горизонтов воды для бытовых и хозяйственных нужд.

Провалы часто возникают на подработанных шахтами и другими подземными выработками территориях. В мире имеют место случаи, когда в провалы, образовавшиеся над неправильно законсервированными шахтами, оседали целые населенные пункты.

Карстованию подвержены территории около 400 городов России. Карстовые провалы возникают в результате движения подземных вод в известняках и других нестойких породах, например таких, как гипс, доломит или соли, фильтрационно выносимые водой из толщи пласта. В городах этот процесс чаще всего является следствием техногенного нарушения водоупорных пород выработками, буровыми и свайными скважинами. Через них вода проникает в карстовые породы.

Карстовые нарушения распространены неравномерно. Каналы в породах приобретают причудливые формы, и их трассы трудно проследить геологическими изысканиями. Поэтому никогда нельзя быть уверенным, что под любым участком земли, расположенным в карстовой области, нет скрытых пустот, иногда заглубленных на 70— 80м.

Суффозионные процессы характерны для наносных мелкозернистых грунтов. Вода, попадающая вследствие техногенного нарушения геологического строения на местности и движущаяся с высокой скоростью, вымывает из них мелкие частицы, и грунты теряют часть своей прочности.

Возможны просадки лессовидных грунтов, сложенных из принесенных ветром мельчайших обломков кварца, полевого шпата, кальция и слюды. В сухом состоянии лесс обладает значительной прочностью, но при увлажнении утрачивает значительную ее часть, поскольку вода, как правило, нарушает сцепление частиц и пористую структуру отложений. Возникает процесс прогрессирующего разрушения, приводящий к значительным просадкам породы, составляющим до 10% мощности слоя. Известны случаи понижения уровня дневной поверхности из-за описываемого явления, достигающие

4,5 м.

Не менее опасны оползневые явления, часто протекающие в результате техногенной деятельности в городах, нарушения природного состояния геологических пород. Предотвращение оползней — одна из

31

важнейших экологических задач градостроительства, тем более что в России территории около 200 городов подвержены этому явлению.

Сползание геологических пород характерно для крутых склонов, где поверхность имеет уклон более 30%, но сползают и так называемые подошвенные слои на почти горизонтальном рельефе. Такой оползень наблюдали в Подмосковье у рек Пахры и Москвы при уклоне всего 18%. Аналогичный оползень имел место в Англии.

Причины сползания и оплыва пород разнообразны, но не последнее место занимают подгрузка склонов застройкой и другая человеческая деятельность, например подработка склонов. Подтопление подземными водами и увлажнение поверхностными являются катализатором оползней, поэтому не случайно рельеф нарушается у рек, крупных водоемов и морей. Обычно сползают наносные породы, но есть примеры, хотя и довольно редкие, оползней в твердых, например известняках.

Овраги образуются за счет струйчатой эрозии, вызванной периодическим действием водных потоков, образующихся во время таяния снега или обильных дождей. Рукотворное изменение системы поверхностных водотоков и уничтожение растительности на склонах усугубляет процессы оврагообразования.

Появление оврагов— довольно длительный процесс. Сначала на местности появляются вытянутые в сторону стока промоины, называемые депрессиями рельефа. Потом они углубляются и принимают различные формы. Образуются боковые ответвления — отвершки, представляющие собой маленькие овражки. Овраги могут быть также следствием динамичных сдвигов рельефа и сползания откосов.

Подтопление территорий, как правило, является следствием человеческой деятельности. Гидрогеологический режим изменяется при ликвидации болот, этого естественного испарителя грунтовых вод. Поэтому засыпкой болота стимулируется нарушение режимов испарения и естественного водообмена на прилегающей территории.

Большие заасфальтированные площади, засыпанные овраги и балки также изменяют природные условия испарения влаги и движения фильтрационных стоков на местности. В этих случаях возможно не только повышение уровня грунтовых вод. Стоки, загрязненные выбросами автомобильного транспорта и жидкими отходами производств, попадают в эти воды и делают их токсичными. Такое загрязнение влечет за собой последствия. Во-первых, подземные воды становятся непригодными для использования в бытовых и хозяйственных целях. Во-вторых, загрязненные верховодки препятствуют озеленению территорий, так как деревья гибнут из-за

32

солей, содержащихся в почве. В-третьих, воды глубоких водоносных слоев становятся агрессивными для подземных коммуникаций и геологических пород, увеличивают скорость их разрушения, что может привести к выходу из строя инженерных систем, просадкам и провалам поверхности на больших территориях.

На территориях, инженерно благоустроенных много лет назад, возникает другая проблема. Длительная эксплуатация подземных водопроводящих инженерных сетей без должного профилактического ремонта и вследствие этого в значительной степени изношенных создает крайне неблагоприятную экологическую ситуацию. До 20% транспортируемой жидкости попадает в грунты и вызывает не только повышение уровня подземных вод. Канализуемые стоки становятся агрессивными к окружающей геологической среде, засоряют грунты и почвы токсичными веществами.

Геофизические нарушения литосферы отражают на картах территорий. По степени геологического риска их делят на четыре группы: чрезвычайно опасные весьма опасные, опасные и малоопасные.

2. Загрязнение и истощение водных ресурсов. Гидросфера и человеческие поселения взаимодействуют в

нескольких направлениях. Без воды компоненты биосферы не могут существовать. Например, современному человеку для обеспечения нормальной жизнедеятельности нужно воды примерно 300 л/сут. В расчете на численность человечества, заселяющего землю, ее потребление в тысячу раз меньше, чем устойчивый сток всех рек в мировой океан за это же время (1 млн. м3).

Расчеты показали, что в настоящее время в мире используется не более 10% пресной воды. Тем не менее острота проблемы ощущается

Проблема усложняется еще и тем, что водные ресурсы на земном шаре распределены неравномерно. Кроме того, имеет место загрязнение водоемов сточными водами. После очистки требуется их 5-, 10-кратное разбавление, только тогда вода будет пригодна к дальнейшему употреблению.

Объем стоков возрастает по мере роста населения и урбанизации общества. Через 50—70 лет для разбавления стоков вторичной воды, сбрасываемой в водоемы после очистки, потребуется не менее половины стока рек всего земного шара.

Градостроительные факторы кардинально влияют на гидросферу. Различают два вида техногенного вмешательства в природный баланс поверхностных вод: 1) изменение режима водотока; 2) загрязнение водных бассейнов.

33

Водные режимы нарушаются на территориях городов при спрямлении естественных русел водотоков, устройстве каналов, каскадов водоемов. На гидрологическую ситуацию влияет заключение малых рек и ручьев в коллекторы, что имеет место во многих крупных городах, устройство набережных стенок с подсыпкой и градостроительным освоением прибрежных пойм.

Причиной увеличения притоков на определенных направлениях может служить прекращение фильтрации воды в грунты из-за покрытия асфальтом значительных площадей. Обводнению территорий способствует осушение болот. Функционирование предприятий водоемких отраслей промышленности также является причиной нарушения природных гидрологических режимов. Примером может служить электроэнергетический комплекс — один из водоемких. Для работы ГЭС создают водохранилища. В них плотинами поднимают уровень воды на десятки метров. Этим кардинально нарушается водный баланс, затапливаются значительные территории суши, дополнительно подпитываются подземные горизонты, увеличиваются напоры и скорости движения вод. Появление водохранилищ и рукотворных морей изменяет климат в целых регионах, делает его более влажным. Подтапливаются целые массивы застройки в городах.

В технологическом процессе ТЭЦ для охлаждения агрегатов потребляют огромное количество воды. После использования ее сбрасывают в открытые водоемы, чем нарушается их тепловой баланс. Если же не проведена предварительная обработка такой воды, то в природу попадают продукты сгорания, химические соединения и другие вещества.

Загрязнение гидросферы в результате градостроительной деятельности связано, прежде всего, с использованием всех видов транспорта. В основном загрязнение поверхностных водоемов автотранспортом происходит в процессе ливнестока с городских территорий. В большинстве городов этот вид стоков не очищается. Только в некоторых крупных городах в последние годы системы дождевой канализации стали оснащать очистными сооружениями.

Загрязнение гидросферы сооружениями железнодорожного и воздушного транспорта имеет локальный характер. Это в основном места мойки подвижного состава, ремонта и заправки.

Водный транспорт загрязняет водотоки и водоемы нефтепродуктами, балластными водами и хозяйственными стоками судов. Скоростные суда наносят вред флоре и фауне, поскольку они вырабатывают волны большой энергии, которые повреждают придонную и прибрежную растительность.

34

Угроза загрязнения нависла и над морями, особенно в акваториях портов. В крупных городах мира они превращаются в мертвые зоны, поскольку здесь природная среда деградировала.

Третий фактор загрязнения гидросферы — это недостаточная очистка жидких отходов хозяйственно-фекальной и промышленной канализации. В городах России (за редким исключением) до сих пор используют устаревшие очистные сооружения. Они не полностью очищают стоки. В водоемы попадают экологически небезопасные, а иногда и токсичные элементы. С процессом стагнации отечественного производства, вызванным переходом на новые формы хозяйствования, в последнее время содержание этих элементов в сточных водах сократилось, что следует из данных табл. 3.

Таблица 3.

Гидросфера загрязняется не только стоками. Возможен атмосферный перенос в виде оседающей на водную поверхность пыли. В табл. 4 для примера приведены данные об опасных химических веществах, попадающих в мировой океан.

Таблица 4.

Рассматривая факторы загрязнения гидросферы, нельзя не остановиться на воздействии пестицидов и гербицидов, применяемых в

35

сельском хозяйстве и влияющих на глобальное состояние гидросферы. Насчитывают сотни тысяч разновидностей этих искусственных соединений.

Большинство из таких соединений, попадая в естественную среду, остаются за пределами естественного круговорота веществ, поэтому они накапливаются в придонном иле, воде озер и рек. Накопление органики, нитратов и фосфатов влечет за собой так называемое вторичное загрязнение. Его суть заключается в стремительном развитии простейших водорослей. Отмирая и перегнивая, они поглощают свободный кислород. Нормальное течение биологических процессов нарушается, что ведет к гибели рыбы и ухудшению химического состава воды.

Аналогичные явления наблюдают и при сбросе технологических вод пищевых производств. Недостаточно очищенные, они несут в себе органические вещества и отрицательно влияют на гидросферу.

Еще на одну особенность поверхностных вод следует обратить внимание. Это способность водных ресурсов к самоочищению и сохранению экологического равновесия. Критериями возможности обеспечения такого равновесия является соблюдение нормативных значений ПДК.

Деление гидросферы на поверхностные и подземные воды весьма условно. По закону сообщающихся сосудов они влияют друг на друга. Это взаимодействие изучается в двух родственных дисциплинах: гидрологии и гидрогеологии. Аномалии в гидросфере отражают на картах районов, агломераций и городов.

По состоянию водного бассейна территории комплексно оценивают, стратифицируя на четыре уровня: зоны с благоприятными условиями, условно благоприятными и неблагоприятными..

3. Загрязнение атмосферы: основные источники загрязнения, отличительные особенности загрязнения воздушной среды городов автомобильным транспортом.

Загрязнение атмосферы есть функция самых различных процессов, протекающих на земле, — естественных и искусственных.

Естественное загрязнение имело место и до появления человеческих цивилизаций. Целый ряд явлений природы, в том числе лесные пожары и пыльные бури, извержения вулканов и газовые выделения из толщи земной коры, всегда будут характерны для некоторых регионов нашей планеты.

С увеличением популяции и концентрацией населения в городах, индустриализацией и развитием транспорта на естественное загрязнение наложились антропогенные выбросы. Достаточно

36

рассмотреть последствия воздействия углекислого газа (диоксида углерода).

В атмосферу ежегодно попадает до 20 млрд. т этого газа техногенного происхождения. Зеленые насаждения не способны переработать такое количество газа, поэтому за последние десятилетия содержание СО2 в воздухе увеличилось на 12%. При дальнейшей концентрации создается угроза парникового эффекта, в результате которого возможен разогрев земной поверхности на несколько градусов. Как следствие этого начнут таять полярные льды, что приведет к повышению уровня мирового океана на десятки метров. Как предполагают ученые, будет затоплена часть суши, сейчас возвышающаяся над океаном менее чем на 70 м.

Тепловой эффект наблюдается и на уровне городских поселений, где имеет место добавочный нагрев атмосферы. Установлено, что в центре крупного города температура воздуха на 1,5—2°С выше, чем на его периферии.

Загрязнение химическими веществами имеет локальный характер. Выбросы экологически вредных металлургических, химических и других предприятий способны образовать несвойственные естественной атмосфере токсичные соединения (табл. 5). Из года в год они все более интенсивно воздействуют не только на биосферу, но могут стимулировать разрушение абиотических элементов природного и искусственного происхождения. Интенсивно выветриваются горные породы, подвергаются коррозии металлические и каменные элементы зданий и сооружений.

Таблица 5.

Наиболее напряженная ситуация складывается в городах с монофункциональной градостроительной базой, где основой такой базы служат отмеченные выше вредные предприятия. В городах, особенно крупных и крупнейших, городской транспорт является основной причиной загрязнения атмосферы. В промышленно развитых странах на его долю приходится до 80% попадающих в воздух выделений и только

37

30% — на долю промышленности. Так, в Москве транспорт ежедневно выбрасывает в атмосферу более 4,5 тыс. т вредных веществ (табл. 6).

Таблица 6.

Атмосфера является самой подвижной средой биосферы. Массы воздуха не только стоят «шапками» над городами, но и переносятся ветрами на большие расстояния. В зависимости от метеорологических условий локальные очаги загрязнения могут влиять на экологическую обстановку в целых регионах. Поэтому, решая проблемы строительства и реконструкции городов, градостроители рассматривают вопросы экологии и охраны среды в глобальных масштабах (на уровне континентов, группы и отдельных стран). Внутри страны их решают на разных территориальных уровнях: регионов, их административнохозяйственных районов, агломераций, городов и их районов.

4. Шумы и вибрации, источники шума, вибраций и специфика их воздействия.

Фундаментальные экологические требования к строительству урбанизированных территорий определяют основные направления развития архитектурно-строительного процесса:

ξ экологически целесообразное регламентирование и перераспределение антропогенных нагрузок и воздействий на природную среду (в целях установления и поддержания экологического равновесия между естественными и искусственными компонентами) посредством ужесточения природоохранного законодательства в области строительства, экологического зонирования территорий, ограничения плотности населения в соответствии с экологическими характеристиками ландшафтов. Перехода к мало- и безотходным промышленным и строительно-эксплуатационным технологиям, которые не вызывают значительных изменений физико-химических параметров среды, и прежде всего, грунтов и почв (их плотности, воздухо- и влагонасыщенности, химического состава и т.д.);

38

ξснижение объемов потребления исчерпаемых энергетических

идругих природных ресурсов, а также высокоэнергоемких материалов в нуждах строительно-эксплуатационной деятельности посредством их экономии за счет сокращения потерь при производстве, транспортировке и расходовании. Совершенствования градостроительных, объемно-планировочных, конструктивных, инженерно-технических решений, в частности, на основе оптимизации сроков эксплуатации объектов в соответствии с прогнозируемыми темпами их функционального и морального старения. Утилизации вторичных ресурсов, а также ориентации на широко распространенные (в частности, местные) и возобновляемые ресурсы (наиболее популярным строительным материалом сегодня вновь становится древесина, известные недостатки которой удается устранять с помощью современных технологий ее обработки);

ξповышение психофизиологического комфорта жизнедеятельности людей посредством качественного улучшения функциональных, санитарно-гигиенических, микроклиматических и эстетических параметров среды обитания. Это достигается в т.ч. за счет совершенствования функционально-пространственной структуры архитектурно-градостроительных объектов, повышения их функциональной насыщенности и адаптивности (среда как многоуровневая система динамичных многофункциональных комплексов), использования растительности как важнейшего для всех пространственных уровней средообразующего фактора, отказа от использования в строительстве технических устройств, материалов и конструкций, отрицательно влияющих на здоровье людей и др.

Целенаправленное использование важнейшего природного экологического ресурса - подземного пространства имеет огромное значение для стабилизации экологической обстановки на урбанизированных территориях. На международных симпозиумах (Швеция, 1990, Финляндия, 1996, и др.) постоянно подчеркивалось большое будущее освоения подземного пространства, его значение в системе «подземные сооружения - окружающая среда». Отмечалось, что по проектам архитекторов и строителей будут повсеместно сооружаться подземные, в несколько ярусов, города будущего. В верхних ярусах (3—5м и ниже) разместятся инженерные коммуникации, гаражи, магазины, службы быта, промышленные предприятия; ниже будут располагаться транспортные магистрали - дублеры наиболее загруженных наземных магистралей, железнодорожные вокзалы, трубопроводный пневмотранспорт твердых отходов, промышленные предприятия и другие сооружения.

39

По сравнению с наземными подземные сооружения характеризуются следующими экологическими преимуществами:

ξв пределах города могут размещаться практически повсеместно, минимально воздействуя на природный ландшафт и окружающую среду;

ξне нарушают сложившуюся структуру городской застройки;

ξсберегают энергоресурсы при их эксплуатации;

ξотличаются повышенной виброустойчивостью и акустической изоляцией:

ξнадежно защищены от прямого воздействия климатических факторов;

ξдостаточно хорошо защищены от воздействия сейсмовзрывных волн и проникающей радиации, что обеспечивает их неуязвимость от средств массового поражения.

За счет избавления от многих транспортных магистралей,

вокзалов, хранилищ и других сооружений и переноса их в подземное пространство можно значительно увеличить площадь зеленых насаждений, разбить новые парки, улучшить микроклимат существующей застройки.

Несмотря на более высокую стоимость возведения подземных сооружений в сравнении с наземными, в ряде случаев наблюдается экономия от их строительства, что обусловливается в первую очередь сэкономленной стоимостью отчуждаемых земель, а также сокращением протяженности напорных водоводов, объемов бетонных работ, снижением расходов строительных материалов, а также экономией энергоресурсов.

Безусловно, при освоении подземного пространства на урбанизированных территориях возникает ряд сложных инженерных проблем. Вот только некоторые из них:

1)необходимость устройства сложных систем вентиляции, гидроизоляции, освещения, канализации, специальной сигнализации;

2)применение более сложного оборудования;

3)обеспечение безопасности производства подземных работ;

4)утилизация разрабатываемых грунтов.

Среди геоэкологических проблем, связанных с освоением подземного пространства, назовем главнейшие: нарушение напряженного состояния массива горных пород, образование мульд (вогнутая складка земной коры) проседания, возрастание геостатического давления, выход газов, повышение обводненности массива, активизация геодинамических процессов и явлений. Поэтому подземное и, в особенности, глубинное строительство требует

40