Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Опасные геологические процессы на городских территорияхГеологический облик любой территории постоянно меняется, порой быстро, чаще незаметно для человека. Геологические процессы, приводящие к этим изменениям, называют эндогенными, если они связаны с проявлением внутренней энергии Земли, и экзогенными, когда вызываются действием внешних факторов — ветра, поверхностных вод и т.д. Активная хозяйственная деятельность приводит к интенсификации экзогенных геологических процессов, иногда их называют техногенным или инженерно-геологическим. Геологические и инженерно-геологические процессы, которые оказывают отрицательное воздействие на территории, хозяйственные и промышленные объекты, жизнедеятельность людей, называют опасными геологическиг ми_процессами_(ОГП). Экология города Землетрясения и извержения вулканов связаны с глубинными процессами Земли и по своим последствиям являются одними из наиболее разрушительных природных явлений. С начала XX столетия в результате землетрясений погибло более 1,5 млн человек. Из крупнейших землетрясений этого периода можно назвать толчок в Сан-Франциско в апреле 1906 г. Под обломками зданий и вследствие вспыхнувших пожаров там погибло более 1 тыс. человек. В декабре 1972 г. два толчка с двухчасовым интервалом унесли жизнь почти 10 тыс. человек в Манагуа, столице Никарагуа. В декабре 1988 г. в Армении произошло землетрясение, жертвами которого стали 25 тыс. жителей городов Спитак и Ленинакан. Землетрясения — кратковременные колебания земной коры, связанные со скачкообразным освобождением энергии в некотором пространстве внутри Земли. При сильных землетрясениях в их очаге — гипоцентре — выделяется энергия до 1018 Дж. На поверхности Земли, особенно в области эпицентра, находящейся над гипоцентром, возникают трещины длиной до нескольких километров, шириной до нескольких метров и глубиной до 10 м, провалы, поглощающие строения и людей. Землетрясения часто стимулируют развитие оползней, обвалов, наводнений, цунами. Наиболее активно и с большой частотой землетрясения проявляются в областях развития молодой (альпийской) складчатости и опусканий земной коры. Расположение этих зон в виде двух поясов: широтного Альпийско-Индо-Гималайского и кольцевого — Тихоокеанского показано на рис. 2.5. В Украине сейсмически опасными зонами являются Карпаты и Крым. Рис. 2.5. Схема расположения зон сейсмической активности (широтная — Альпийско-Индо-Гималайская и кольцевая — Тихоокеанская)
Интенсивность землетрясений определяется по 12-бальной шкале Рихтера, учитывающей характер и внешний эффект землетрясения: максимальное ускорение деформации почвы, степень повреждения и разрушения зданий, реакцию людей и животных и т.п. Опасными для жизни людей и целостности сооружений обычно являются землетрясения силой более 5 баллов. Интенсивность землетрясений зависит от свойств горных пород, в которых распространяются сейсмические волны, глубины залегания подземных Раздел 2. Геологическая среда города 49 вод, тектонических нарушений и глубины гипоцентра землетрясения. В рыхлых породах, особенно обводненных, интенсивность землетрясения возрастает. Повышению сейсмичности территории способствует высокий уровень стояния подземных вод, наличие резко очерченных форм рельефа — крутых склонов, холмов, оврагов. Перераспределение масс в геологической среде за счет откачки газа, нефти, подземных вод, создание водохранилищ и отвалов горных пород большого объема также повышают сейсмичность территории. Геологические структуры и тектонические нарушения, расположенные поперек движения сейсмических волн, уменьшают интенсивность землетрясения. Непосредственной причиной разрушения строительных конструкций при землетрясении является инерционная сила Рс, возникающая в массе сооружений в результате сейсмического толчка. Величина ее определяется выражением: Рс = К а • М, где Кс — коэффициент сейсмичности; а — сейсмическое ускорение, м/с2; М — масса сооружения, т. Большая часть современных вулканов, так же, как и места проявления землетрясений, приурочена к Тихоокеанскому кольцу и Альпийско-Гималай-скому поясу. В настоящее время на суше насчитывают около 600 действующих вулканов и несколько тысяч потухших. За месяц в среднем от 5 до 15 из них проявляют активность, выделяя горячие газы и лаву. Крупные извержения случаются значительно реже, однако их последствия бывают катастрофическими. Несмотря на опасность, люди селятся на склонах вулканов, привлеченные высоким плодородием почв, которые формируются на вулканическом пепле. Примерами могут служить плотно заселенные склоны вулканов Везувия и Этны, хотя известно, что в 79 году до н.э. пепел, выброшенный Везувием, уничтожил целый город Помпею. При извержении вулкана выбрасывается огромное количество пепла, который рассеивается в воздухе, а наиболее легкие частицы остаются в верхних слоях атмосферы годами. В июне 1991 г. за время двухнедельного извержения вулкана Пинатубо, расположенного примерно в 100 км от Манилы, столицы Филиппин, в воздух было выброшено от 2 до 5 км3 эффузивного материала и около 20 млн т серы. При этом столб пепла и газов поднялся на высоту до 25 км. По результатам моделирования эти объемы выбросов должны способствовать глобальному похолоданию на 0,5° С. Обстановка в районе вулкана Пинатубо, не проявлявшего активности на протяжении 600 лет, была столь серьезной, что с американской военной базы, расположенной поблизости, были вывезены ядерные боеголовки к ракетам, поскольку возникла опасность разрушения подземных хранилищ. Жертвами этого извержения стали 136 человек. В тот же год извержение вулкана Узен вблизи Нагасаки в Японии унесло жизни 38 человек, хотя и было заранее предсказано. Довольно распространенным явлением в нефтегазоносных районах является г рязевой ^ вулканизм. Грязевулканические постройки могут иметь диаметр от сотни метров до нескольких километров, но не всегда достаточно четко выражены в рельефе. В Украине грязевые вулканы локализуются в Крыму на 50 Экология города Керченском полуострове, в том числе три из них расположены на территории г.Керчи. Грязевые вулканы начинают действовать, когда пластовое давление в глинистых породах, к которым они обычно приурочены, превысит гидростатическое. Тогда газы, в состав которых входит метан, оксид углерода, азот, сероводород, аргон, выбрасывают из глубины воду, обломки пород, перетертый глинистый материал. Во время извержения 1982 г. один из вулканов в г.Керчи выбросил до 100 тыс. кубических метров так называемой сопочной брекчии, что привело к просадкам земной поверхности и разрывам водоводов. В г.Тамани грязевой вулкан периодически выбрасывает обломки мраморных колонн храма, место строительства которого во времена греческих поселений в Причерноморье, по-видимому, было выбрано неудачно. Формирование своеобразного селитебного ландшафта с большим количеством выемок, рыхлых техногенных отложений, освоением склонов и заболоченных участков на территории промышленно-городских агломераций привело к резкой активизации экзогенных геологических процессов, приобретающих очень опасный характер. В Украине насчитывают более 3 ?0 гпргш пв и поселков городского типа, которые нуждаются в защите от тех или иных опасных геологических процессов. Одним из наиболее распространенных опасных процессов на территории городских агломераций являются оползни. Оползень — скользящее смещение масс пород природного склона или искусственного откоса под влиянием силы тяжести. Тело оползня представляет собой сползающую по склону массу породы, ограниченную снизу поверхностью скольжения. Поверхность тела оползня обычно неровная, с локальными понижениями и одним или несколькими террасовидными уступами. В месте отрыва тела оползня образуется отрицательная форма рельефа, которую называют цирком оползня. В нижней части тела оползня наблюдается возвышение, называемое валом выпора. Схема строения оползневого склона на правом берегу р.Прут у города Черновцы показана на рис. 2.6. По форме, объему, типу, скорости движения и другим признакам оползни очень разнообразны. Объем оползней может изменяться от десятков до сотен тысяч кубических метров, скорость движения — от миллиметров в неделю до десятков километров в час. Кроме действующих оползней, выделяют замершие, движение которых в течение длительного времени геодезическими методами не фиксируется. Причиной схождения оползня является нарушение равновесия склона. Факторы, вызывающие образование оползня, можно подразделить на природные и антропогенные. К природным факторам относят: ослабление прочности пород, слагающих склон, вследствие переувлажнения атмосферными осадками и выветривания, увеличение крутизны склона вследствие подмыва его водой, сейсмические толчки. К антропогенным факторам относят: переувлажнение пород за счет утечек, подтопления или полива территории, подрезка склонов при прокладке Раздел 2. Геологическая среда города дорог, трубопроводов или разработке карьеров, дополнительная нагрузка на склон вследствие его застройки, вибрационное воздействие транспортных средств или взрывов.
2 Условные обозначения: — лессовидные суглинки — поверхность скольжения оползневых масс
— глины с прослоями песков и песчаников — уровень грунтовых вод - зоны разгрузки водоносных горизонтов 1 — водоносные горизонты в песчаных породах
Ill — атмосферные осадки Рис. 2.6. Схема строения оползневого склона на правом берегу р.Прут близ Черновцов (по Адаменко, Рудько, 1998) Как правило, на территории городов несколько факторов действуют совместно, что приводит к повышению частоты проявлений оползневых процессов. Разнообразны примеры оползнеобразовния. В Гонконге оползни были вызваны застройкой и подрезкой склонов. В районах угледобычи в Англии ополз-необразование связано с водонасыщением отвальных пород. В 1980 г. схождение оползня на западе США было вызвано сейсмическими толчками, сопровождавшими извержение вулкана Святой Елены (Сент-Хеленс). На протяжении последних лет активизировались оползневые процессы в Днепропетровске и Черновцах. Впервые развитие оползневого процесса в центральной части Черновцов наблюдалось в конце прошлого века. Детально описал его немецкий геолог Бекке в 1895 г. В дальнейшем катастрофическая активизация оползней в пределах городской территории происходила в 1962, 1963, 1965, 1974, 1979, 1991, 1995 и 1999 годах. Оползень, который произошел в феврале 1995 г., имея площадь 150 м2, захватил жилые дома, инженерные сооружения, складские помещения. Всего было разрушено около 30 жилых домов, серьезный мате- Экология города
AR-PR Условные обозначения: — почвенно-расти- — лессовые породы — глинистые породы
— пески, песчаные +
— кристаллические породы основания — древняя кора выветривания Уровни подземных вод: —к-*-х---- — на 1893 г. _.jl------- _ на 1962 г. ------ -*------ -на 1982 г. Рис. 2.7. Схема подтопления правобережной части Днепропетровска (по "Информ. бюл. Мин. геологии", 1997 г.) Раздел 2. Геологическая среда города 53 В 1997 г. питание грунтовых вод вследствие атмосферных осадков составило 801 мм/год при среднемноголетней норме 483 мм/год, а за счет техногенных утечек на участке оползня — 800 мм/год. Процессу оползнеоб-разования способствовало экранирование участка разгрузки грунтовых вод делювием и вибрационная нагрузка от проходящих по балке поездов. Особенностью оползня в Днепропетровске была его "молниеносность". Сползание водонасыщенных лессовых пород, сформировавших оползень, произошло в течение 10 часов. Широко развиты оползни в приморских городах Украины — Керчи, Мариуполе, Одессе, Очакове, Севастополе, где они сочетаются с абразионными процессами. Оползни часто являются поставщиками материала для грязевых потоков — селей. Сели — водные по токи, насыщенные твердым материалом. Формируются чаще всего во время ливневых осадков и снеготаяния в холмистых или горных районах при наличии большого количества рыхлого, выветренного материала. Сели обладают значительными скоростями движения и большой разрушительной силой. Область питания селя представляет собой обычно верхнюю часть водосборного бассейна, имеющую крутые склоны. Область транзита — путь движения селя по линии наибольшего падения (с углом падения 25—40°), где скорость движения селя максимальна. Область разгрузки представляет собой нижнюю часть долины реки или равнину, где сель резко замедляет движение и происходит разгрузка принесенного материала. В зависимости от количественного соотношения в составе селя воды и твердого материала, а в составе твердого — глинистых, мелкообломочных частиц и обломков пород — их подразделяют на связные, несвязные, грязекаменные и водокаменные. Наибольшая плотность у связных селей (до 1900 кг/м3), наименьшая — у водокаменных (около 1100 кг/м3). Широко известны селепроявления в Ал маты, расположенном в предгорьях Заилийского Алатау, в Казахстане. Наиболее разрушительным был сель 1921 г. Погибло более 400 человек, разрушено большое количество зданий. Территория города была покрыта двухметровым слоем твердого материала, застывшего наподобие бетона. Общая масса вынесенного селем материала составила свыше 3,5 млн м3. В Украине активное селепроявление наблюдается в Карпатах в долинах рек Днестр, Прут, Тиса, Черемош, в районах с количеством осадков 1000 — 1600 мм/год. В Крыму водокаменные сели с периодичностью от 20 до 7 лет наблюдаются в долинах рек Альма, Бельбек, Кача. Образование селей часто провоцируется наличием техногенных отложений. В Киеве в 1961 г. при строительстве трамвайно-троллейбусного депо в районе Бабьего Яра осуществлялась планировка территории методом гидронамыва песка с возведением серии ограждающих дамб. Утром 13 марта 1961 г., в воскресенье, перенасыщенные водой грунты дамбы превратились в селевый поток, который обрушился на жилой район города — Куреневку, где преобладали одноэтажные дома. Катастрофа сопровождалась многочисленными человеческими жертвами. 54 Экология города Подобная трагедия произошла в октябре 1966 г. в пос. Аберран в Англии на отвалах угольных шахт. Распавшиеся при хранении на мелкие обломки куски сланцев и других отвальных пород превратились в рыхлую массу, которая при насыщении атмосферными осадками пришла в движение. Образовавшийся на отвале поток со скоростью 32 км/час устремился в долину, поглотив школу, ферму и ряд домов. Погибло 144 человека. На территории городов Украины широко распространено такое явление, / как подт оплений, Оно установлено в 244 городах и поселках, причем площадь V подтопления может достигать 30, а с учетом потенциального подтопления даже 50% территории города, как, например, в Харькове. К подтопленным городским территориям относят такие, на которых уровень грунтовых вод расположен выше 2,5 м от отметки поверхности земли. На территории зеленых насаждений в соответствии с санитарными нормами допускается повышение уровня грунтовых вод до 1 м от поверхности. Подтопление в силу большого разнообразия природных условий и состава пород, слагающих территорию городской агломерации, происходит по-разному. В одних случ аях может происходить повышение уровня грунтовых вод, в других — формирование техногенной верховодки или техногенного водоносного горизонта. Наряду с изменением уровня грунтовых вод происходит изменение их состава. Вследствие обводнения снижается несущая способность пород основания сооружений, разрушаются материалы подземных коммуникаций и конструкций, загрязняются в результате утечек из канализации грунтовые воды. Подтопление провоцирует развитие оползневых процессов, как в Днепропетровске и Черновцах. На подтопленных территориях возрастает влажность почв и изменяется состав их поглощенного комплекса. Устойчивая тенденция такого рода приводит к заболачиванию местности, обводнению подвалов и погребов, смене фито- и зооценозов данной территории. Типичным примером является распространение в домах с затопленными подвалами комаров родов Culex, Anopheles и Aedes. Основными причинами развития подтопления в городах Украины являются: • изменение условий поверхностного стока, в частности создание водо • засыпка естественных дрен — оврагов, балок, стариц; • недостаточное развитие сети ливневой канализации и плохое ее состо • развитие сетей водоснабжения без соответствующего строительства си • утечки из сетей водопровода и канализации и аварии на них; • барражное воздействие дорожных насыпей, свайных полей, коллекто Затопление, т^ е. образование свободной поверхности воды над земной поверхностью, является одним из наиболее распространенных природных Раздел 2. Теологическая среда города 55 процессов, связанных с выходом рек из берегов. Оно наносит большой материальный ущерб и сопровождается человеческими жертвами. По данным американских исследователей, наводнение на р. Миссисипи в 1973 г. нанесло ущерб в 1 млрд 200 млн долларов, а осенний паводок в Аризоне в том же году нанес ущерб в 413 млн долларов и сопровождался гибелью 13 человек. Затопление в поймах рек зависит от общего количества и распределения атмосферных осадков, инфильтрационных характеристик и рельефа местности. Затопление может происходить в результате быстрого таяния снега и льда, нагонных явлений в устьях рек, подпора речного стока или прорыва дамб. Затопление на урбанизированных территориях характеризуется уровнем подъема воды и частотой повторяемости. Эти характеристики находятся в прямой зависимости от площади с водонепроницаемым покрытием (застройка, асфальт и т.п.) и от объема ливневого стока. Практически все города Украины, расположенные в поймах рек, частично подвергаются затоплению, особенно в годы с высокой водообеспеченностью. Периодические затопления нагонной природы характерны для Санкт-Петербурга, где под действием морского ветра многоводная Нева начинает двигаться вспять, заливая городские улицы и строения. Для защиты городов от временного и постоянного затопления применяют искусственное повышение уровня поверхности территорий или дамбы обвалования, повышение дренирующей способности водосборных площадей, регулирование ливневого стока на территории городов. Эрозия почв на территории городов развивается под воздействием сосре- доточенного поверхностного стока, а иногда в результате утечек из водонесу-щих коммуникаций. Наиболее интенсивно эр_озия почв происходит при строительных работах вследствие разрыхления и выемки почв и грунтов. Интенсивность эрозии в период строительства в 10 раз выше, чем на землях сельскохозяйственного использования. Содержание взвешенных частиц в водных потоках на территории строительства повышается в десятки раз. Речная эрозия является результатом воздействия водного потока на русло и заключается в размыве, транспортировке и аккумуляции наносов. Эрозионная работа реки зависит от расхода и скорости потока, петрографического состава пород, в которых река прокладывает русло. Наибольшая интенсивность эрозии наблюдается при больших расходах реки и малой устойчивости к размыву пород, в которых сформировано русло. В результате эрозии возникает угроза сооружениям, расположенным на подмываемых берегах. Отложение наносов в реке приводит к ее обмелению, затрудняет судоходство, усиливает угрозу подтопления прилегающих территорий. Зарегулирование речного стока в пределах городских территорий позволяет снизить негативное влияние этих процессов. Карстообразован ием называют сложный геологический процесс, основным компонентом которого Является выщелачивание растворимых горных пород подземными и поверхностными водами с образованием крупных пустот в по- 56 Экология города родах (воронок, пещер и т.д.), выносом дисперсных частиц из перекрывающих и смежных отложений, а также оседанием и обрушением кровли. Поэтому чаще говорят о комплексе карстово-суффозионных процессов. По форме проявления различают поверхностный (открытый) карст, характерным примером которого служит Крымская Яйла, и подземный (скрытый) карст. Подземный карст образуется в случае, если карстующиеся породы перекрыты толщей нерастворимых, но водопроницаемых пород. Карст может развиваться в карбонатных породах (известняках, доломитах, мело-мергельных толщах), сульфа-толитах (гипсах, ангидритах), галолитах (каменной, калийной солях). На интенсивность формирования карста влияет степень трещиноватости пород, глубина залегания подземных вод, что определяет скорость фильтрации и водообмена, а также гидрохимический состав вод. Естественными факторами, способствующими карстообразованию, являются пересеченный рельеф, наличие мощного подземного стока, высокие скорости фильтрации, присутствие в воде свободной углекислоты, трещиноватость пород. На активизацию карсто-образования могут оказать_вл ияние техног енные факторы, способствующие обводнению покровных отложений, понижению уровня трещинно-карстовых вод, резкому колебанию уровня подземных вод, например, при откачке подземных вод или при сбросе сточных вод и отходов в карстовые пустоты, а также изменение гидрохимического состава подземных вод. На территориях городских агломераций развитию карста способствует формирование значительных по размерам депрессионных воронок в районах водозаборов (Краматорск, Луганск, Ровно и др.), а также в районах разработок полезных ископаемых (Залещики, Стебник, Хотин), где наблюдаются оседания и провалы поверхности. Антропогенная активизация сульфатного карста создает угрозу застройке юго-западной части Львова, составляющей до 30% территории города. В Оде£££_над подземными пустотами — катакомбами, образовавшимися в результате разработок известняка-ракушечника, наблюдаются оседание поверхности земли, провалы, деформация фундаментов. В зоне добычи полезных ископаемых, где наблюдается нарушение земной поверхности над горными выработками, расположены города Белозерск, Горловка, Донецк, Макеевка и др. Крупная катастрофа, связанная с процессами карстообразования и подработки, произошла в августе 1964 г. в Трансваале (Южная Африка). Там вблизи золотодобывающего предприятия образовался провал, куда обрушились здания, 29 человек погибло. Причиной его было нарушение устойчивости кровли карстующихся пород при понижении уровня фунтовых вод на 300 м. П£осадки_поверхности характерны для зон залегания лессовых пород. На современном этапе развития городов Украины резко увеличилась площадь застройки на лессовых основаниях. Способность этих отложений к проседанию при замачивании обусловливает специфику строительства на этих участках. В Днепропетровской и Запорожской областях почти 80% хозяйственных объектов построено на просадочных лессовых грунтах, из них более чем в 10 тысячах обнаружены существенные деформации. Раздел 2. Геологическая среда города Просадки лессовых толщ от собственного веса при замачивании достигают в Днепропетровске 0,3—0,6 м, Никополе — 1,0—1,4 м, Запорожье — 1,4—2,2 м. Для городов, расположенных на берегах морей, водохранилищ, озер, серьезную проблему представляет переработка берегов и разрушение сооружений в прибрежной полосе. Обрушение берегов происходит в результате волнового воздействия. Ветровые волны появляются вследствие сил трения между воздушным потоком и поверхностью воды. По Ф. Шепарду, высота Н, м, и длина L, м, морской волны зависят от скорости ветра W, м/с, его продолжительности D, с, и длины разгона F, м, т.е. размеров водоема: Н, L =f(W, D, F). Сила удара волны достигает, по подсчетам В. Зенковича, 0,06—0,07 МПа для внутренних морей и 0,30—0,60 МПа для океанов. Приливные волны имеют небольшую энергию размыва, но высота прилива достигает в некоторых местах 10 м и более и может представлять значительную угрозу для сооружений. Процессы на границе суши и моря подразделяют на две группы: абразионные и аккумулятивные. Абразия — процесс разрушения горных пород волнами и течениями в береговой зоне моря, озера или водохранилища. В результате выноса абразионного материала образуются высокие и крутые абразионные берега (рис. 2.8). Рис. 2.8. Влияние крутизны берега и условий залегания слагающих его пород на скорость абразии: а) накат волны на пологий берег (Н — высота волны); б) крутой берег с горизонтальным залеганием пластов; в) то же, падение пластов в сторону моря; г) то же, падение пластов в сторону берега 1 — глинистые породы; 2 — песчаники; 3 — известняки 58 Экология города Интенсивность абразии обусловлена контуром береговой линии, петрографическим составом пород, слагающих берег, условием их залегания, разрушительной силой волны, углом наклона шельфа. В некоторых местах серьезную роль в абразионных процессах играет антропогенный фактор. Берега, сложенные известняками, конгломератами, являются относительно устойчивыми к абразии, особенно при падении пластов в сторону моря. Береговые глинистые отложения не только размываются, но и сползают вниз при переувлажнении. Сочетание абразии и оползнеобразования характерно для района Одессы. Абразионные формы рельефа развиваются также на незакрепленных участках побережья Днепровского каскада водохранилищ. На пологих берегах по мере приближения к надводной части берега волна деформируется, распластывается, в результате чего теряет энергию, а сила удара уменьшается. Откат волны происходит медленно, масса воды тормозит следующую волну. В этих условиях аккумуляция наносов преобладает над абразионными процессами. При направлении движения волн или течения перпендикулярно к линии берега образуются береговые валы. При движении волн под углом к берегу образуются бары, подводные валы, косы и пересыпи, отделяющие от моря лагуны или лиманы. Перемещение наносов вдоль берега может идти со скоростью 100—700 м/сут. Строительство в полосе пляжа или срезка части его при строительных работах может привести к нарушению динамического равновесия "море — берег", увеличению размыва берега в одних местах и накоплению наносов в других.
|