Научная статья на тему 'Геоэкологические проблемы строительства и технической эксплуатации водно-транспортных гидротехнических сооружений'

Геоэкологические проблемы строительства и технической эксплуатации водно-транспортных гидротехнических сооружений Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
718
179
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ / ВОДНО-ТРАНСПОРТНЫЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ / ТЕХНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ / GEOECOLOGY PROBLEMS / WATER TRANSPORT HYDROTECHNICAL STRUCTURES / OPERATING CONDITIONS

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Кукуй Анатолий Львович, Гарибин Павел Андреевич

Рассмотрены техногенные процессы, влияющие на водно-транспортные гидротехнические сооружения после их возведения. Сформулированы геоэкологические проблемы, которые необходимо решать как на стадии проектирования сооружения, так и при его технической эксплуатации.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Кукуй Анатолий Львович, Гарибин Павел Андреевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The anthropogenic processes influencing the water transport hydrotechnical structures after their construction are considered. Geoecology problems which need to be solved at the stage of making the project and while its maintenance as well are formulated.

Текст научной работы на тему «Геоэкологические проблемы строительства и технической эксплуатации водно-транспортных гидротехнических сооружений»

С целью определения дисперсии воспроизводимости в центре плана были поставлены четыре параллельных опыта и получены значения у • 104:

здесь ¿02и=£ (^-ü)2/(AM)=0,007.

г = 1

у? =0,88;^ = 0,836 ;у°3 = 0,856; у\ =0,91;/ = І уі / 4 = 0,871;

нение адекватно описывает эксперимент [3]. Следовательно, полученная математическая модель может быть использована для оценки влияния неблагоприятных метеоусловий, способных вызвать техногенные катастрофы на нефтеналивных терминалах.

И=1

и= 1

Адекватность уравнения проверена по критерию Фишера

Список литературы

1. Гражданкин А. И. Экспертная система оценки техногенного риска опасных производственных объектов / А. И. Гражданкин, П. Г. Белов // Безопасность труда в промышленности. — 2000. — № 11.

2. Белов П. Г. Теоретические основы системной инженерии безопасности / П. Г. Белов. — М.: ГНТП «Безопасность»: МИБ СТС, 1996. — 424 с.

3. Ахназарова С. Л. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии / С. Л. Ах-назарова, В. В. Кафаров. — М.: Высш. шк., 1978. — 184 с.

УДК 627.24:502.3 А. Л. Кукуй,

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СТРОИТЕЛЬСТВА И ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОДНО-ТРАНСПОРТНЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ GEOECOLOGICAL PROBLEMS OF CONSTRUCTION AND MAINTENANCE OF WATER TRANSPORT AND HYDROTECHNICAL STRUCTURES

Рассмотрены техногенные процессы, влияющие на водно-транспортные гидротехнические сооружения после их возведения. Сформулированы геоэкологические проблемы, которые необходимо решать как на стадии проектирования сооружения, так и при его технической эксплуатации.

The anthropogenic processes influencing the water transport hydrotechnical structures after their construction are considered. Geoecology problems which need to be solved at the stage of making the project and while its maintenance as well are formulated.

д-р техн. наук, профессор, СПГУВК;

П. А. Гарибин,

д-р техн. наук, профессор,

СПГУВК

Выпуск 1

Ключевые слова: геоэкологические проблемы, водно-транспортные гидротехнические сооружения, техническое состояние.

Key words: geoecology problems, water transport hydrotechnical structures, operating conditions.

ЛЮБОЕ строительство в той или иной мере приводит к нарушению сложившегося динамического равновесия в окружающей среде, поэтому одной из основных проблем, решаемых проектировщиками и строителями, является минимизация этого процесса [1].

Во-первых, в каждом конкретном случае необходимо определить, в чем должен заключаться компромисс негативного и положительного влияния гидротехнического объекта на природную среду и социальную сферу. Решение этой задачи связано с установлением параметров, с помощью которых можно будет максимально объективно охарактеризовать это влияние. В некоторых простых случаях мы справляемся с этой задачей. Например, влияние работы строительных машин на атмосферный воздух достаточно объективно можно оценить интенсивностью поступления загрязняющих веществ в атмосферу. Более сложной выглядит рассматриваемая задача при определении отрицательного влияния операции по извлечению грунта из ложа реки. Чаще всего такое техногенное воздействие мы оцениваем по интенсивности поступления взвешенных веществ в воду водоема, что приводит к повышению мутности этой воды. Но такое техногенное воздействие характеризуется также изменением популяций микрофлоры и микрофауны дна, кормовой базы рыб. А эти аспекты отрицательного влияния точной оценке поддаются с трудом.

Следующей объективно трудной задачей является установление предельно-допустимых значений тех параметров, которые характеризуют отрицательное влияние техногенных объектов. Опять же — в наиболее простых случаях отрицательного влияния, например загрязнения водоемов сточной водой предприятий, разработаны методики расчета предельнодопустимого поступления (предельнодопустимого сброса) загрязняющих веществ в водоем. В других случаях эти задачи решаются существенно сложнее. На-

пример, при определении предельнодопустимого значения параметров, характеризующих регулируемый сток водотока, которые влияют на величину уровня грунтовых вод при эксплуатации таких объектов, как дамбы или водохранилища.

Трудность решения задачи по установлению предельнодопустимых значений параметров, характеризующих отрицательное влияние техногенных объектов, определяется трудностями прогноза какого-либо вида отрицательного влияния на природную среду.

В настоящее время нам удалось осуществить прогноз отрицательного влияния техно -генных объектов только в некоторых простых случаях — загрязнение окружающей среды техногенными объектами, например количественная оценка распространения загрязняющих веществ в воде водоема или в атмосфере. Еще одним примером такого прогноза может быть определение параметров движения пятна нефтепродуктов. Однако последствия распространения загрязнений в природной среде прогнозу практически не поддаются, хотя при установлении ПДК различных загрязняющих веществ какое-то обоснование учеными, конечно же, приводится.

Наиболее сложны долгосрочные прогнозы такие, например, как прогноз изменений климата при образовании крупных водохранилищ.

При разработке методик прогноза отрицательного влияния техногенных объектов необходимо учитывать, что прогноз изменения качества природной среды может быть двух типов: краткосрочный и долгосрочный.

Первый тип более актуален для этапа строительства гидротехнических сооружений. Второй — для их эксплуатации.

Кроме того, необходимо учитывать, что отрицательное влияние техногенных объектов, в частности водно-транспортных гидротехнических сооружений, по характеру своего проявления может быть эксплуатационным и аварийным.

Эксплуатационное воздействие характеризуется постоянством по времени и интенсивности. Такое воздействие легче прогнозируется, а мероприятия по его предотвращению более эффективны.

Аварийное воздействие трудно прогнозируется с точки зрения времени и места возникновения, а также интенсивности.

И еще одно замечание. Современная природоохранная деятельность чаще всего направлена на предотвращение загрязнения окружающей среды. Однако при строительстве и эксплуатации водно-транспортных гидротехнических сооружений более актуальным является другой вид последствий отрицательного влияния такого техногенного объекта. Эти последствия связаны с нарушением уровня грунтовых вод, изменением параметров грунтов.

Общая специфика ГТС определяется их положением на границе двух сред, где изменения окружающей среды проявляются наиболее полно, например порт — местная зона разгрузки грунтовых вод.

Изменение уровня подземных вод зависит как от местных факторов (связанных с особенностями откачек воды для промышленных и питьевых целей, технологии строительства на одном или близко расположенных объектах и т. д.), так и от гидрогеологических особенностей региона. Например, в Санкт-Петербурге увеличение откачек привело к понижению уровня вод Вендского водоносного комплекса на 75 м относительно начальной величины в центре депрессионной воронки (1977) и последующему повышению на 54 м при уменьшении объема откачек, а в Казани УГВ в основном определяется отметками воды в Куйбышевском водохранилище.

В пределах речных долин грунты более неоднородны, что вызвано повышенной изменчивостью литологического состава пород, их проницаемости и прочностных характеристик каждой фракции. Изменение УГВ ведет к изменению физико-механических свойств грунтов.

Речная сеть чаще всего развивается по тектоническим нарушениям, часть которых может располагаться и под перекрывающими породами прибрежной зоны. Как показыва-

ет опыт, зона нарушений с породами ослабленной прочности и повышенной проницаемости может сказываться даже тогда, когда мощность перекрывающей толщи превышает 20 м, хотя защищенными подземные воды считаются [1] при глубине залегания первого от поверхности водоупора на глубине более 5 м. По зонам нарушений с нижних водоносных горизонтов могут просачиваться воды с повышенной минерализацией. Так, например, минерализованные хлоридные воды Вендского комплекса (минерализация до 3-5 г/л) просачиваются через синие кембрийские глины (перекрывающего водоупора) на отдельных участках тоннелей метрополитена в С.-Петербурге, что приводит к повышенной коррозии бетонных и металлических конструкций [2].

В ряде случаев при проведении строительных работ в результате разрушения перекрывающего водоупора происходит перетекание, что наблюдалось при проведении дноуглубительных работ в Финском заливе во время строительства Морского пассажирского порта [2].

Вертикальные движения отдельных блоков по зонам тектонических нарушений в пределах Восточно-Европейской платформы малоамплитудны, разнонаправлены и в настоящее время не представляют, по мнению специалистов, сейсмической опасности. Однако сами зоны разломов и приразломные территории являются участками повышенной проницаемости вод и газовых эманаций, в том числе метана и радона, что наблюдается на границе платформы и Балтийского щита в районе С.-Петербурга.

Наличие вибрации, неизбежно сопровождающей строительные работы и эксплуатацию ГТС, приводит к суффозии, неустойчивости и тиксотропному разжижению грунтов, коррозии инженерных сооружений. По границам блоков происходит снятие деформаций от давления ледников, часто инициируемое промышленными взрывами. На Карельском перешейке, по данным С. В. Циреля, даже на расстоянии 30-50 км от мест проведения взрывных работ наблюдаются очень высокие магнитуды колебаний на крупных разломах за счет динамического высвобождения сейсмической энергии.

Выпуск 1

На заболоченных и обводненных участках прибрежных зон под действием биохимических и бактериальных процессов происходит газообразование с выделением метана и углекислого газа, снижающее прочностные характеристики грунтов, вызывающее спонтанные газогрязевые выбросы, накопление природного газа в подземных сооружениях и повышающее агрессивность подземных вод [1].

При строительстве ГТС в акваториях дельт и мелководных заливов, как показали работы в акватории Невской губы [2], резко возрастает количество тонкодисперсных осадков, ухудшающих экологию прилегающих территорий благодаря своим адсорбционным свойствам.

Источники загрязнения подземного пространства ГТС могут быть разделены на две группы. Источником минеральных загрязнений являются склады с минерально-строительными грузами или полезными ископаемыми. Наличие на территории железнодорожных путей с балластным слоем, аккумулирующим горюче-смазочные материалы, нефтебазы и хранилища ГСМ, подземных коммуникаций с системами водоотведения и расположенные вблизи территории заболоченные массивы или старые кладбища служат источником органических загрязнений. Появившиеся в подземных водах нефтепродукты являются питательным и энергетическим субстратом для деятельности микроорганизмов [4]. Бактериальные клетки, образуя биопленки на зернах песков и заполняя поровое пространство, значительно снижают сцепление и угол внутреннего трения грунта, а накопление малорастворимых биохимических газов приводит к значительному изменению состояния толщ грунтов. В таких случаях существенно возрастает тиксотропность песчано-глинистых грунтов, газонасыщенные пески переходят в плывунное состояние, процесс уплотнения глинистых грунтов за счет оттока воды практически не реализуется. Биохимическая генерация растворимых в воде сероводорода и углекислого газа способствует повышению агрессивности подземных вод по отношению к строительным материалам и конструкциям [3].

Масштабы формирования техногенных аномалий будут зависеть от особенностей ГТС и конкретных ландшафтно-геохимических условий. После окончания строительства происходит изменение состава, формы и размеров техногенных аномалий, связанное с деятельностью сооружений.

Проблемы техногенных аномалий возникают и в процессе эксплуатации ГТС при транспортировке и хранении полезных ископаемых и продуктов их переработки. Они могут выделять химически активные соединения, которые вызывают коррозию элементов конструкций портовых сооружений, и оказывать другие негативные воздействия на среду. Эти вещества имеют различные классы экологической опасности, особого внимания требуют наиболее токсичные и широко распространенные полезные ископаемые, к которым могут быть отнесены прежде всего уголь, углеводородное топливо, сульфидные руды, сера.

Опасность этих веществ заключается в их непосредственном отрицательном воздействии на человека и инженерные сооружения (прежде всего это относится к продуцирующим сульфатный анион сульфидным рудам и сере, углям с пиритом и сернистым нефтям), а также в неконтролируемом развитии микроорганизмов в окружающей среде и возможности появления сине-зеленых водорослей. Потенциально экологически вредными можно назвать вещества, которые могут оказывать негативное воздействие на среду при определенных условиях (контакт с кислородом воздуха, водой, изменение температуры и т. д.).

Особенностью всего живого, установленной В. И. Вернадским, является то, что химические элементы, попадая в его циклы, в большинстве своем из него не выходят.

Накопление тех или иных элементов, в том числе опасных для человека, зависит от ряда факторов, которые могут быть объединены в две группы: физико-химические особенности среды и формы переноса и накопления элементов.

Возможность появления экологических проблем, связанных с химией природных соединений, особенно важно учитывать при строительстве тех водно-транспортных со-

оружений, где осуществляется перевалка и частичное складирование полезных ископаемых и продуктов их переработки.

При проектировании ГТС важным техногенным фактором, который необходимо учитывать, но очень трудно определить из-за отсутствия методологической основы изучения, является зависимость прочностных свойств грунтов от способа проведения строительства, предварительного обустройства территории (осушение болот, засыпка овражной сети) и последующей динамики изменения их несущих способностей.

Рассмотренные вопросы относятся к геоэкологическим проблемам. При различном понимании термина «геоэкология» наиболее близкой нам представляется позиция

В. Т. Трофимова [5, с. 87-90]. Геоэкология — междисциплинарная наука, изучающая закономерности формирования и пространственно-временного изменения ресурсной, геохимической и геофизической составляющих абиотических сфер Земли под влиянием природных и техногенных причин в связи с жизнью и деятельностью биоты, и прежде всего человека.

Решение приведенных выше экологических и геоэкологических проблем необходимо при проектировании, строительстве и эксплуатации ГТС для обеспечения стабильности окружающей среды и безопасности технической эксплуатации сооружений с учетом местных особенностей и возможных опасностей.

Список литературы

1. Долматов Б. И. Исследование деформаций грунтов в основании сооружений / Б. И. Долматов. — М., 2001. — 250 с.

2. Долматов Б. И. Устройство фундаментов гражданских зданий и сооружений в Санкт-Петербурге и на территориях, административно подчиненных Санкт-Петербургу / Б. И. Долматов; Администрация Санкт-Петербурга. — СПб., 1995. — 267 с.

3. Горький А. В. Химическое загрязнение почвогрунтов / А. В. Горький. — СПб., 1999. —

308 с.

4. Рубенчик Л. И. Микроорганизмы как фактор коррозии металлов и бетонов / Л. И. Рубен-чик. — Киев, 1992. — 195 с.

5. Трофимов В. Т. Новый подход к формированию теоретического базиса дальнейшего развития геоэкологии / В. Т. Трофимов // Геология, геоэкология, эволюционная география: сб. — СПб.: Эпиграф, 2008.

[14Э|

Выпуск 1

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.