PTSDoc1

Введение
На рассмотрение вопросов инженерной геоэкологии в программе для студентов IV курса специальности гидрогеология и инженерная геология отведено
всего 28 лекционных часов. Между тем, будущий специалист инженер-геолог
должен особенно хорошо представлять последствия процессов, возникающих при
строительстве и эксплуатации зданий и сооружений различного функционального
назначения. Особую актуальности проблема взаимодействия ПТС и геологической среды приобретает на городских территориях, сложенных лессовыми просадочными породами т.е. на территориях III категории сложности инженерногеологических условий.
Вполне очевидна необходимость самостоятельной работы студентов с
учебниками и контроля текущих знаний. В последнее время издано немало литературы, связанной с классификациями, характеристиками ПТС, а также их воздействиям на геологическую среду и их последствиями. Однако данные вопросы
обсуждаются в основном в материалах конференций, совещаний и симпозиумов,
носят разрозненных характер и не всегда доступны библиотекам ВУЗов. Для того,
чтобы помочь студентам ориентироваться в материале, подготовлено наше методическое пособие. Оно содержит весьма краткие характеристики воздействий городских ПТС на лессовую геологическую среду и возможные изменения всех ее
компонентов, а также сопряженных сфер (например, атмосферы, поверхностной
гидросферы).
В настоящем методическом пособие обобщен многолетний опыт преподавания курса «Инженерная геоэкология», сведения, собранные из многочисленных
литературных источников, в том числе, научно-исследовательских отчетов, составленных в течение 20 лет сотрудниками кафедры гидрогеологии и инженерной
геологии, а также результаты экспериментальных работ, проведенных автором.
3
1 Общие сведения
Геологическая среда - любые горные, слагающие приповерхностную часть
литосферы и рассматриваемые как многокомпонентную систему, находящуюся
под воздействием человека. В состав геологической среды входят четыре компонента: минеральная составляющая, водная составляющая (свободная вода подземных горизонтов и связная вода, входящая в состав минералов, грунтовых частиц и т.д.), газовая составляющая, биота [1].
Геологическая среда в инженерной геологии рассматривается как часть литосферы, взаимодействующая с различными инженерно-хозяйственными объектами или инженерными сооружениями, созданными человеком.
Под инженерными сооружениями понимаются любые техногенные объекты техносферы, созданные человеком в процессе инженерно-хозяйственной деятельности в пределах геологической среды или на ее поверхности, включая открытые или подземные выработки [2]. Инженерные сооружения рассматриваются
как источники техногенных воздействий той или иной природы на геологическую
среду в целом или на ее отдельные компоненты.
Техносфера – материальный результат инженерно-хозяйственной деятельности человека на Земле, т.е. искусственные материальные объекты, строительство и функционирование которых отражается на состоянии вмещающей геологической среды [2].
Хозяйственная деятельность – всевозможные воздействия, происходящие
в техносфере [2].
Техногенными воздействиями называются различные по своей природе,
механизму, длительности и интенсивности влияния, оказываемые человеком на
объекты геологической среды в процессе его жизнедеятельности и хозяйственного производства [3].
4
Природно-технической системой (ПТС) называется совокупность инженерных сооружений (комплекса инженерных сооружений) с частью геологической среды в зоне его (их) влияния, имеющей операционально фиксированные
границы [4].
Структуру ПТС можно представить в виде схемы.
ПТС охватывает некоторое пространство, включающее собственно техническую систему (ТС), а также некоторую часть окружающей и геологической среды в пределах так называемой зоны влияния (ЗВ) или зоны воздействия технической системы на геологическую среду (рис. 1).
ПТС
Окружающая
среда
Геологическая
среда
Зона влияния
Схема 1. Взаимодействие технической системы с внешними средами.
Зоной эколого-геологического влияния инженерного сооружения на
геологическую среду называется та часть геологической среды, в пределах которой под влиянием прямого или косвенного техногенного воздействия происходят
существенные изменения всех или некоторых ее элементов, имеющих экологиче5
ское значение для человека. Границами этой зоны являются пределы, за которыми
эти изменения отсутствуют или несущественны с экологической точки зрения [2].
Границы ПТС. Рассматривая ПТС с позиций системного анализа, считают,
что граница ПТС выбирается так, чтобы ограничить изменение геологической и
окружающей среды под воздействием ТС в некотором оптимальном диапазоне по
заранее выбранным критериям оптимальности. Область, в пределах которой допустимо изменение этих критериев называется областью гомеостазиса [2].
2 Классификация городских ПТС
В таблице 1 приведена классификация ПТС, функционирующих на территории г. Ростова-на-Дону [5]. Предложенная классификация построена на выделении следующих иерархических таксонов: класс, тип, вид.
Таблица 1 Классификация городских ПТС
Класс
Тип
Вид
Промышленно-
Транспортно-
автодорожный;
урбанистический
коммуникационный
железнодорожный;
трамвайно-троллейбусный;
авиационный;
речной.
Селитебный
малоэтажной застройки;
среднеэтажной застройки;
высотной застройки.
Индустриально-
машиностроительный,
ли-
промышленный
тейный, приборостроительный;
химический и нефтеперераба6
Продолжение таблицы 1
Класс
Тип
Вид
Промышленно-
Индустриально-
тывающий;
урбанистический
промышленный
смешанно-промышленный;
строительный.
Утилизационный
полигонов ПБТО;
мусороперерабатывающий.
Сельскохозяйственно-
Ирригационно-
орошаемых сельскохозяй-
урбанистический
земледельческий
ственных массивов;
осушаемых сельскохозяйственных массивов;
садово-дачный;
фермерских хозяйств.
Гидротехническо-
Гидротехнический
искусственных водоемов
урбанистический
При выделении классов ПТС используется функциональная классификация,
по которой выделяютcя следующие основные функции ПТС: промышленно-урбанистическая;
сельскохозяйственно-урбанистическая;
гидротехническо-урбани-
стическая. При выделении типов и видов учитываются основной характер использования территории, т.е. природной подсистемы ПТС, а так же характер воздействий на геологическую среду и обусловленные ими изменения ее компонентов.
Например, класс промышленно-урбанистических ПТС разделяется на типы:
транспортно-коммуникационный; селитебный; индустриально-промышленный;
утилизационный. В составе транспортно-коммуникационного типа ПТС разделяются по характеру использования транспортных средств: автомобильные, железнодорожные, трамвайно-троллейбусные, авиационные, речные. Индексы ПТС
складываются следующим образом. Классы обозначаются заглавными буквами
7
русского алфавита: А – промышленно-урбанистический; Б – сельскохозяйственно-урбанистический; В – гидротехническо-урбанистический. Типы ПТС обозначаются арабскими цифрами: 1, 2, 3, и т.д. Виды обозначаются строчными буквами
русского алфавита: а, б, в, и т.д. Обозначение класса при написании индекса отделяется знаком «тире» от обозначения типа и вида. Например, А-1г – авиационная
транспортно-коммуникационная ПТС.
3 Краткая характеристика ПТС, их воздействий на геологическую среду и ее
изменений
3.1 Транспортно-коммуникационные ПТС.
Транспортно-коммуникационные ПТС относятся к классу промышленноурбанистических ПТС. Для перевозок грузов и переездов человек издавна пользуется наземным и водным транспортом, к которому сравнительно недавно добавились воздушный, подводный и подземный. В настоящее время поверхность суши
густо покрыта транспортно-коммуникационными линиями, по которым непрерывно перемещаются грузовые и пассажирские потоки.
Автодорожные (А-1а), железнодорожные (А-1б) и трамвайно-троллейбусные (А-1в) ПТС состоят из земляного дорожного полотна, покрытого асфальтом
или другими материалами и линий электропередач. Железнодорожное полотно
оснащено рельсовыми путями. Авиационные ПТС (А-1г) представлены зданиями
аэровокзалов, подсобными сооружения различного назначения (ангары, цистерны
для хранения горючего, складские помещения, гаражи и т.д.) и взлетно-посадочными полосами. В состав речных ПТС (А-1д) входят портовые сооружения и причалы. В таблице 2 приведена краткая характеристика основных типов воздействия
автодорожных, железнодорожных и трамвайно-троллейбусных ПТС на геологическую среду и изменения ее компонентов.
8