CC BY
55ленного» периода развития города и зависело, прежде всего, от продолжительности антропогенного воздействия.
В промышленной зоне города ежегодное поступление соединений азота в грунты СТС, связанное в основном с атмосферными выбросами объектов энергетики, увеличилось более чем на порядок - до 0,01330 мг^экв./год (табл. 5), что привело к резкому увеличению концентрации азота в грунтах СТС.
Наибольшее увеличение скорости поступления соединений азота в грунты СТС промышленной зоны города по сравнению с селитебными районами свойственно нитритам.
Интересно, что в северной промышленной части города (в зоне влияния выбросов электростанций) наблюдается и максимальное содержание двуокиси азота в атмосфере г. Якутска - 6-21
УДК 624.131.4
ч/млрд. (рис. 2), что в 30-100 раз выше фоновых концентраций [3].
Как в многолетнемерзлых породах, так и грунтах СТС селитебных и промышленных зон города преобладают аммонийные формы азота, составляющие 3/4 суммарного азота.
Литература
1. Takenaka N., Ueda A., Maeda Y. Acceleration of the rate of nitrite oxidation by freezing in aqueous solution // Nature. - 1992. - V 358. - P. 736-738.
2. Гриненко B.C., Камалетдинов B.A., Сластенов Ю.Л., Щербаков О.И. Геологическое строение Большого Якутска // Региональная геология Якутии. - Якутск: изд. ЯГХ 1995. - С. 3-20.
3. Ohta S., Murao M., Fukasawa T., Makarov V.N. Summer concentration of atmospheric pollutants in Urban and Rural areas of Siberia // Jorn. of Glob. Envir. Engin. -1995. - V 1. - P. 15-25.
Городская инфраструктура г. Якутска (современное состояние и пути повышения надежности)
ММ. Шац
Рассматриваются состояние инфраструктуры г. Якутска и ее связь с эколого-геокриологи-ческими условиями одного из наиболее северных в РФ городов. Освещены проблемы улучшения состояния городской инфраструктуры.
Ключевые слова: эколого-геокриологические условия, городская инфраструктура.
Yakutsk city one of the most northern cities in the Russian Federation infrastructure and its relationship with the ecological and geocryological conditions are considered. The problems of improving the city's infrastructure are highlighted.
Key words: ecological and geocryological condition, infrastructure of the city.
Введение
Ранее нами были освещены эколого-геокрио-логические особенности г. Якутска - самого крупного в области распространения криолитозоны [1]. Многолетнемерзлые породы (ММП), с одной стороны, усложняют условия жизни населения, а с другой - принципиально влияют на надежность городской инфраструктуры [2-4]. Было показано, что природные условия г. Якутска, главным образом его экстремальный климат, геокриологическое и геолого-геоморфологическое строение, обусловливают широкое развитие негативных криогенных процессов (термокарстовые и термосуффозион-ные просадки, локальное и площадное морозное пучение, морозобойное растрескивание, солифлюк-ция, термоденудация), заболачивание и подтоп-
ШАЦ Марк Михайлович - к.г.н., в.н.с. ИМЗ СО РАН, 8(4112)- 334-423.
ление, а также техногенное наледеобразование, что неблагоприятно сказывается на функционировании городской инфраструктуры.
Современное состояние проблемы
Как показали исследования Института мерзлотоведения им. П.И.Мельникова СО РАН [2,4,5], одной из основных причин проблем городской инфраструктуры является обводнение поверхности. Территория города на протяжении последних 40 лет активно заболачивается, меняются тепловой баланс и химический состав подстилающих отложений. В пределах города интенсивно происходит не только переувлажнение грунтов, но и возникают новые техногенные водоемы-болота, часто значительных размеров. В результате проведенных исследований, включающих как непосредственные наземные наблюдения, так и результаты изучения материалов дистанционных аэро- и космических съемок, выявлены и проанализиро-
ваны закономерности пространственно-временной изменчивости обводненности территории г.Якутска за период с 1971 по 2006 г. [5].
В последнее время появилась возможность с помощью системы «Google Earth» использовать дистанционные снимки последних лет для оценки современной картины обводнения территории города. Установлено, что наибольшее развитие этого негативного процесса происходит в северной и северо-восточной частях города, где заболоченные участки занимают 35-40% площади. Несколько меньшее подтопление территории (2025%) отмечается в западной части центра города, где их воздействие на различные инженерные объекты особенно активно. В юго-западной и юго-восточной частях города заболоченные участки в целом ограничены и занимают не более 10% площади отдельных районов.
Анализ причин подобных, по сути чрезвычайных, ситуаций позволяет выделить среди них общегородские, связанные с пространственным расположением города на ровных поверхностях низких террас р. Лены, и локальные, обусловленные особенностями конкретных участков, в том числе с нарушением естественного режима стока поверхностных и надмерзлотных вод при гражданском и промышленном строительстве и отсутствии вертикальной планировки местности.
В результате подтопления территории города происходит ухудшение инженерно-геологических условий (засоление грунтов, формирование крио-пэгов, активизация опасных экзогенных и геохимических процессов, ухудшение несущих способностей грунтов оснований), что вызывает деформации, а порой и частичное разрушение зданий и сооружений (табл.1). До сих пор, только благодаря счастливой случайности, удается избежать человеческих жертв.
Основными причинами этих негативных событий в г. Якутске являются растепление мерзлых грунтов оснований в результате безобразной эксплуатации, постоянных утечек канализационных и бытовых вод, а также естественное старение материалов стен зданий, многие из которых, особенно находящиеся в центре города, были построены почти 50 лет назад из кирпича и в настоящее время активно разрушающиеся. Частные решения по усилению оснований различных строений проблему их деформаций уже не решают. Существует мнение, что подобные строения нужно сносить, а на их месте создавать новые, поскольку затраты на несколько капитальных ремонтов здания сопоставимы со строительством нового. В то же время, при условии нормального качества используемых в строительстве материалов, сохранности несущих элементов, многоквартирные здания города, в основном соответствуют второй и
Разрушение здания из-за систематических нарушений состояния грунтов оснований. 1993 г. Фото Ю.А. Мурзина
Разрушение свайных оснований. 2008 г. Фото С.И.Серикова
Разрушение несущей стены в центре города. 2006 г. Фото С.И.Серикова
Т а б л и ц а 1
Основные аварии каменных зданий в г. Якутске (с учетом материалов К.П. Бережнова)
Местоположение здания Дата обрушения Срок эксплуатации на момент аварии,лет Основная причина аварии Примечания
Жилой дом, пр. Ленина, 9 Май, 1969 7 Разрушение рандбалки Обрушен механически
Средняя школа №2, ул. Ярославского Июнь, 1971 21 Разрушение свай Авария произошла ночью при полном отсутствии людей
Общежитие СПТУ-1, ул. Короленко,5 Сентябрь, 1978 19 Потеря прочности кирпичной кладки Здание обрушилось ночью через 10 дней после окончания учебного года
24-квартирный ж/д, ул. Хабарова, 21/4 Июнь, 1979 Разрушение рандбалки Обвалившаяся часть здания из-за низкого (15 см) подполья «села» на грунт
Общежитие №13 ЯГУ, ул. Сергеляхская,2 Июнь, 1985 23 Потеря прочности несущей кирпичной кладки Авария произошла в полдень в отсутствии студентов
Техникум руководящих кадров, на берегу Талого озера Июнь, 1986 33 Потеря несущей способности цокольной части несущих стен Нежилая часть здания ночью обрушилась на стоящий рядом деревянный жилой дом, который устоял
Здание детской спортивной школы, ул. Дзержинского Май, 1987 27 То же Здание находилось на ремонте и человеческих жертв не произошло
Средняя школа №3, ул. Дежнева, 16 Июнь, 1990 28 Недопустимые деформации свай, потеря прочности кирпичной кладки Обрушение произошло ночью при полном отсутствии людей
Жилой дом с аптекой №1, ул. Орджоникидзе,1 Июнь, 1993 29 Недопустимые деформации свай Здание обрушили направленными взрывами из-за деформаций
Жилой дом , пр.Ленина, 46 Июль, 1994 32 Недопустимые деформации свай при их ремонте При аварии жильцы были срочно выведены и не пострадали
Жилой дом с магазином №4, ул. Дзержинского, 1 Июнь, 1996 43 Разрушение свай Торцовая секция была обрушена механическим способом из-за деформаций
Речное училище, ул. Водников,1 Июнь, 1997 43 Потеря несущей способности грунтов основания За считанные минуты до обрушения с объекта были выведены ремонтные рабочие
Детская школа искусств, п. Жатай Июнь, 1999 Разрушение свай и рандбалки
Здание «Якутгеология», ул. Кирова,13 Июль, 2008 42 Потеря несущей способности стен Авария произошла вечером после выхода работников
третьей группам капитальности и, в соответствии с действующими нормативами, должны прослужить не менее 100-125 лет [3,6].
Еще одной принципиальной, не имеющей на сегодня однозначного решения, проблемой является изменение климата и его влияние на состояние ММП и городской инфраструктуры. Мнения здесь разнополярны, поэтомуотсутствует единая точка зрения даже на основные причины колебаний климата. Остановимся на данном вопросе подробнее.
Всех специалистов в этой области можно разделить по двум направлениям.
Представители первого направления, включающие большую группу специалистов-мерзлотоведов (акад. РАН В.П. Мельникова, чл.-корр. РАН В.Т. Балобаева, д.г.-м.н. В.В.Шепелева, д.т.н. Р.В.Чжан и др.), придерживаются следующих мнений.
Чл.-корр. РАН В.Т. Балобаев и проф. В.В. Шепелев из ИМЗ СО РАН (г. Якутск) считают [7], что представления ученых института по проблеме базируются на результатах многолетних совме-
стных исследований с Геофизическим университетом США, включающих исследовательский проект по изучению климатических изменений температурных показателей в гг. Якутске и Фэрбенксе. В основу исследований положен амплитудно-частотный анализ 200-летней истории метеорологических наблюдений в г. Якутске и современных показателей, позволивший выявить три цикла потеплений климата: 320, 170 и 75 лет. Нынешнее относительно резкое потепление -последствие наложения этих циклов, а потому проявление их суммарного эффекта столь отчетливо. В соответствии с упомянутой цикличностью формируется и многолетняя мерзлота. Последнее оледенение было 18 тыс. лет назад, а 8-4 тыс. лет назад было глобальное потепление климата. Судя по прогнозам, современное потепление закончится к 2012-2015 гг., а затем наступит похолодание, которое продлится до 2060 г.
В отношении устойчивости многолетнемерзлых пород специалисты из ИМЗ СО РАН отмечают, что криолитозона обладает достаточной устой-
чивостью и на протяжении нескольких десятилетий катастрофических изменений её температуры не зафиксировано. В то же время отрицать повышение температуры, а на некоторых участках и протаивание верхних горизонтов мерзлой толщи неразумно, но именно несколькими метрами пород процесс и ограничивается. Наиболее значительные последствия наблюдаются в береговой полосе арктической тундры, где в результате таяния высокольдистых пород и их сноса в море Якутия ежегодно теряет около 11 км2 тундры.
Остановимся на проблеме влияния климатических изменений на состояние городской инфраструктуры. Собственно потепление климата в районе г.Якутска выражается в повышении средней годовой температуры воздуха, которая за последние несколько десятилетий составила около 1,50С. Однако, проанализировав многолетние тенденции динамики температуры воздуха в теплый и холодный периоды [8] (рисунок, табл.2), можно обнаружить интересную закономерность. Температуры лета, а именно они оказывают серьёзное влияние на состояние ММП, в среднем многолетнем выражении в последние десятилетия изменились, за редким исключением, незначительно. Вместе с тем, за тот же период, температура воздуха в холодное время года отчетливо повысилась. Нередкие в 60-70-е гг. прошлого века периоды с температурой воздуха ниже -500С, продолжавшиеся до 1,5 месяца и достигающие в г. Якутске до -62,50С (26 января 1968 г.), для последнего времени не характерны. Это и обусловило повышение среднегодовой температуры воздуха с одновременным незначительным влиянием на мерзлые толщи горных пород, ограничиваясь лишь их верхними горизонтами до глубины в несколько метров.
Директор Института криосферы Земли СО РАН (г Тюмень) В.П.Мельников отмечает, что катастрофические последствия потепления климата не ожидаются. Он не согласен с мнением международных экологических организаций, что человек может воздействовать на природу в такой мере, чтобы растопить мерзлоту либо предотвратить её таяние.
«То, что мы имеем сегодня в плане потепления, это еще не дошло до того климатического оптимума, который наблюдался несколько тысяч лет тому назад. То есть тогда было значительно теплее и никаких катастроф для природы не произошло. Даже если мы дойдем до цифр, наблю-
Изменение среднегодовой температуры воздуха в г. Якутске. Жирная линия -10-летняя скользящая средняя
Т а б л и ц а 2
Приращения температуры воздуха в г. Якутске, оС
Месяц
Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябр]
Декабрь
Зима
Лето
Год
1883-1965 гг.
2,6
-1.2
-1,4
06
09
0,4
03
1,4
0,0
02
-06
-0,2
-01
0 6
02
1966-2008 гг.
5,0
5,6
3,8
2,2
1,0
11
1,2
1,1
15
6,1
3,0
3,8
1,2
2,8
1883-2008 гг
6,1
1,6
1,5
3,5
2,6
1,2
08
1,0
0,5
03
02
0,2
2,2
1,0
1,7
Примечание. Жирным шрифтом выделены имеющие статистически значимые тренды.
величины,
давшихся в голоценовый максимум, то и в этом случае никаких катастроф не будет» [9, с.4]. Что же касается инженерной инфраструктуры в крупных северных городах, то опасения, по его мнению, частично справедливы и оправданы, хотя здесь, подчеркивает он, виновата не столько мерзлота и ее деградация, сколько низкая культура хозяйствования в этих регионах. «Процесс ухудшения систем наблюдается уже сейчас. И мы об этом говорим и пишем. Цифры уже угрожающие. Все это результат пренебрежения к знаниям ученых, к тем мерам безопасности, которые существовали в северных городах - Якутске, Норильске и других, где построено очень много зданий на мерзлоте». В последнее время, отмечает В.П. Мельников, особенно это стало заметно в Норильс-
ке, когда практически полностью были ликвидированы мерзлотные службы и по вине эксплуатационщиков было снесено около 300 утративших надежность зданий. «От красивого города, который славился своей чистотой, красотой, убранством и устойчивостью зданий, ничего не осталось. За полтора десятилетия изменилась обстановка из-за экономии на эксплуатации, на службах, на контроле, на мониторинге за состоянием оснований, на которых созданы все городские сооружения, включая жилые здания» [10, с.5].
Еще один из ведущих специалистов по современному климату В.Клименко признает, что «... несмотря на то, что земной шар сейчас намного теплее, чем в 30-40-х гг., Арктика все еще намного холоднее, чем в 30-х гг. и ледовитость морей сейчас более значительная. Изменения, которые нас ожидают, на мой взгляд, далеки от катастрофы. Если понять, что происходит, понять то, что эти изменения неотвратимы, чтобы человек не делал: приняли Киотский протокол, не приняли, будем мы что-то ограничивать или нет. Климат меняется не только в результате антропогенного воздействия, но и в связи с космическими и геофизическими факторами: поведением Солнца, вулканов, океанической, атмосферной циркуляции, положением Юпитера, Сатурна и Луны по отношению к Земле» [11, с.9]. По мнению В.Клименко, обнадеживает и тот факт, что в соответствии с законами теплофизики все процессы, включающие фазовые переходы такого вещества, как вода, требуют огромного количества энергии, поэтому деградация мерзлоты всегда происходит постепенно, только когда среднегодовая температура ММП повышается выше - 20С и нужно около 500 лет, чтобы мерзлая толща разрушилась полностью. Очевидно, что этого времени вполне достаточно, чтобы принять необходимые меры и провести компенсационные мероприятия.
В отличие от первого направления, сторонники второго, главным образом климатологи, считают потепление климата одной из главных, если не основной причиной происходящих в городах российского Севера деформаций и обрушений зданий. По мнению одного из ведущих специалистов по динамике глобального климата О.А.Анисимова, глобальное потепление обусловлено «. главным образом парниковым эффектом углекислого газа, поступающего в атмосферу при сжигании ископаемого топлива, и метана, содержание которого в атмосфере также растет» [12, с.8]. Он отмечает, что «... если современные тенденции (изменения климата) сохранятся, а именно на это указывают теоретические прогнозы климата, опасные геоэкологические последствия деградации вечной мерзлоты будут неизбежны. В результате возможны массовые деформации зданий и сооружений, построенных без учета климатического потепления.
Многие факты свидетельствуют о том, что в последние десятилетия деструктивное воздействие криогенных процессов на объекты инфраструктуры в области распространения вечной мерзлоты усилилось» [12, с.9].
Данные статистика показывают, что в период с 1990 по 1999 г. число зданий, получивших различного рода повреждения из-за неравномерных просадок фундаментов, увеличилось по сравнению с предшествующим десятилетием на 42% в Норильске, на 61% в Якутске и на 90% в Амдерме. Проблема устойчивости сооружений осложняется негативным влиянием антропогенных факторов, усиливающих деструктивное воздействие меняющегося климата. В то же время О.А.Анисимов считает, что: «Возможность прогноза состояния вечной мерзлоты и построенных на ней объектов зависит от того, с какой точностью современная наука может предсказать будущие изменения климата. Несмотря на значительные успехи, достигнутые в таких исследованиях, многое еще остается неясным» [12, с.9].
Таким образом, проблема влияния изменения климата на ММП не столь однозначна, как считалось. В целом, оценивая состояние инфраструктуры г. Якутска, можно отметить, что оно если и меняется, то очевидно в худшую сторону. Об этом свидетельствуют наши наблюдения и публикации в научной и специальной литературе. В частности, в «Программе укрепительно-восстановительных работ на аварийных каменных жилых домах г. Якутска на 2006-2010 гг.», подготовленной МУ «Департамент ЖКХ», отмечалось, что по состоянию на 01.01.1984 г. количество аварийных жилых домов составляло 18%, в 1991 - 23%, в 1995
- 31%, в 1998 г. - 32,3%. К этому сроку из 600 каменных жилых домов государственной собственности постройки 1950-1995 гг. около 200 зданий находились в деформированном состоянии, 57 зданий - в критическом, более 300 жилых и общественных зданий нуждаются в ремонтно-восста-новительных работах. К 2005 г. ремонт требовался уже гораздо большему числу объектов.
Пути решения проблемы
Следует отметить, что ситуация не оставалась вне внимания руководства города и республики. Проблемы состояния городской инфраструктуры неоднократно обсуждались на различных уровнях
- от городских и республиканских научно-практических конференций до выездных комиссий Правительства Российской Федерации. В декабре 2009 г. состоялась научно-практическая конференция «Научное обеспечение решения ключевых проблем развития г. Якутска», организованная АН РС (Я) и администрацией города. В то же время, до практической реализации многочисленных решений и постановлений, обоснованно и объектив-
но отражающих сложившуюся обстановку, дело так и не доходило[2].
Пока же основным, широко применяемым и даже рекомендуемым основным градостроительным документом - Генеральным планом развития Якутска методом борьбы с подтоплением является подсыпка привозным грунтом. По ориентировочным расчётам на территорию г. Якутска в последние десятилетия было завезено несколько миллионов кубометров различного грунта [5], что при равномерном распределении по всей селитебной территории «подняло» г. Якутск почти на 1,5 м. Учитывая, что привозным грунтом в основном отсыпаются пониженные участки, а это, как правило, фрагменты старичных образований, то происходит перераспределение движения поверхностных и надмерзлотных вод. При этом активно формируются обширные участки с избыточным переувлажнением, перешедшем со временем в стадию заболачивания. Считаем, что подсыпки в проводимом неконтролируемом виде - безусловно вредное действие, осуществляемое в городе в огромных масштабах и в течение длительного периода без всякого учета общей планировки конкретных площадок, их отметок и создаваемых уклонов для направленного стока поверхностных и надмерзлотных вод.
Широко разрекламированная в конце XX века идея решения проблемы борьбы с обводнением территории г. Якутска путем создания городского магистрального канала в принципе здрава, но в реализуемом варианте пагубна. Не вдаваясь в подробности этого проекта, отметим, что прежнее руководство города отбросило все наработанные местными учеными и практиками разработки, в т.ч. предложенную еще в середине 90-х гг. прошлого века «Концепцию инженерной защиты г. Якутска от подтопления и развития негативных криогенных процессов». В результате канал проложен в поверхностном варианте, что в условиях нашего города проблему не решает [2].
В последнее время сотрудниками Института мерзлотоведения им. П.И.Мельникова СО РАН было представлено по данной проблеме несколько весьма полезных разработок. Н.А.Павлова и С.И.Сериков [13] показали негативную роль техногенных барражей (искусственных дамб, в значительной степени препятствующих естественному стоку поверхностных и надмерзлотных вод) в формировании современного обводнения территории г.Якутска. Авторами предложен ряд организационных и геотехнологических мероприятий, позволяющих несколько исправить ситуацию с обводнением города.
Наиболее универсальная разработка представлена проф. В.В.Шепелевым [14], предложившим систему инженерной защиты территории г. Якутска от подтопления надмерзлотными водами, со-
четающую одновременно функции сбора и отвода ливнего и надмерзлотного стока и учитывающую климатические, мерзлотно-гидрогеологичес-кие и геоморфологические условия города. С учетом тесной генетической взаимосвязи между поверхностным и надмерзлотным стоками рекомендуется создание единой дренажной системы, основными элементами которой являются магистральные, уличные и локальные дрены. По очередности создания, в первую очередь должны закладываться магистральные дрены по магистральным улицам в направлении общего естественного уклона дневной поверхности (с юга на север). Для обеспечения надежности предлагается их закрытый вариант, закладываемый на значительную глубину и обеспечивающий самотечный приток и отвод вод. Для обеспечения свободного отвода дренажных вод по магистральному коллектору предлагается устраивать специальные распределительные емкости. Уличные дрены предназначены для сбора дождевых и надмерзлотных вод и их отвода в магистральные коллекторы. Конструктивно они могут являться аналогами магистральных дрен и отличаться от них лишь меньшими диаметрами дренажных труб либо создаваться в виде железобетонных лотков с перфорированными стенками. Локальные дрены создаются для сбора дождевых и надмерзлотных вод с территорий кварталов и отдельных крупных зданий и отвода их в уличные коллекторы. Конструктивно они аналогичны магистральным и уличным дренам и характеризуются лишь меньшими диаметрами дренажных труб. При необходимости они могут оконтуривать отдельные здания, принимая как стоки с крыш зданий, так и аварийные утечки из водонесущих коммуникаций. Реализация предложений В.В. Шепелева безусловно поможет решить одну из основных геоэкологических проблем города.
В настоящее время руководство города надеется на выделение из различных источников значительных средств, которые, при их разумном расходовании, могут позволить несколько исправить ситуацию. Однако считаем, что их значительную часть рациональнее направить не только на укрепительные работы, но и на устранение основных причин кризисной ситуации, в т.ч. на борьбу с обводнением и подтоплением территории.
Негативным для состояния городской инфраструктуры обстоятельством является и отсутствие специализированной организации, способной осуществлять оперативный контроль за состоянием и, что не менее важно, динамикой инженерно-геологических условий территории города. Именно ухудшение этих условий и приводит к возникновению большинства упомянутых выше проблем. Очевидно, что наряду с упомянутыми задачами, на подобную организацию могут быть возложены функции по контролю индивидуально
разработанных для каждого отдельного строения или объекта графиков по проведению текущих и капитальных ремонтов. Отсутствие подобных документов либо их несоблюдение - вот еще одна причина бедственного состояния городской инфраструктуры.
К сожалению, для большинства руководителей характерны игнорирование нормативных требований в отношении капитальных ремонтов зданий, инженерных сетей и других объектов, а проведение текущих ремонтов они считают пустой тратой средств. А ведь мнение большинства специалистов однозначно - текущий ремонт является условием сохранения технологических свойств любого объекта, предотвращения его досрочного износа и соблюдения нормативного срока эксплуатации.
Заключение
Таким образом, инженерная инфраструктура г. Якутска функционирует в очень сложных природных и геотехнических условиях, многие из которых могут квалифицироваться как экстремальные. Для обеспечения безопасности проживания в таком городе необходимо владеть достаточно полной информацией о состоянии инфраструктуры и масштабах её преобразований. Принципиальным является и общее признание того факта, что её кризисное состояние связано не столько с изменением климата, как это ошибочно считалось многими специалистами, а, главным образом, с деградацией мерзлых грунтов оснований, а также деструкцией несущих конструкций, вызванных неудовлетворительными проектированием, строительством и эксплуатацией городских объектов [12].
Для улучшения условий функционирования этих объектов и повышения их надежности можно предложить следующие первоочередные мероприятия, делящиеся на организационные и практические.
К организационным мероприятиям относятся следующие:
- создание специализированной городской службы, осуществляющей цикл работ по схеме: изыскание - проектирование - строительство - научно-технический мониторинг на всех упомянутых стадиях развития городской инфраструктуры и оперативный контроль за её состоянием и динамикой инженерно-геологических условий грунтов территории города;
- совершенствование технологии соответствующих производств и повышение надежности магистральных и внутриквартальных коммуникаций с целью уменьшения попадания на поверхность твердых отходов и жидких стоков;
- подготовка и контроль соблюдения индивидуального графика периодического проведения те-
кущих и капитальных ремонтов зданий и инженерных коммуникаций;
- проведение комплекса специальных мероприятий по улучшению мерзлотно-грунтовых условий территории;
- усиление контроля за бессистемными утечками из водонесущих коммуникаций, увеличение штрафов за непринятие мер по их оперативному устранению.
В число практических мероприятий можно включить следующие:
- восстановление в пределах города естественного режима и условий перемещения поверхностных и надмерзлотных вод, для чего:
а) создать городскую и поквартальную системы сбора и дренажа поверхностных и надмерз-лотных вод и их отвода в магистральные пути разгрузки,
б) активизировать деятельность по организации водоотведения в наиболее проблемные кварталы и распространить ее на всю территорию города,
в) создать ливневую канализацию и эффективную систему дренирования надмерзлотного стока;
- использование альтернативных свайным основаниям поверхностных фундаментов, приспособленных к повышению температуры грунтов и их неравномерным осадкам.
Литература
1. Шац М.М. Эколого-геокриологические условия северных городов // Чистый город.С1еат city. - 2009. -№3 (47), июль-сентябрь. - С. 13-20.
2. Шепелев В.В., Шац М.М. Геоэкологические проблемы обводнения и подтопления территории г.Якутска // Наука и образование. - 2000. - № 3. - С. 68-71.
3. КычкинаА.И. Обеспечение устойчивости и долговечности капитальных зданий и сооружений в г. Якутске: материалы Респ. научно-техн. конференции: «Актуальные проблемы строительного и жилищно-коммунального комплексов Республики Саха (Якутия)». -Якутск: изд. ЯГУ 2004. - С. 197-206.
4. Шац М.М. , Чжан Р.В. Шепелев В.В. и др. Об инженерных и эколого-геокриологических проблемах градостроительства на Севере (на примере г.Якутска), СЕВЕР: Арктический вектор социально-экологических исследований. - Сыктывкар, 2008. - С .97-109.
5. ШацМ.М.,Сериков С.И. Современное обводнение территории г. Якутска и его влияние на городскую инфраструктуру // Научное обеспечение решения ключевых проблем развития г. Якутска. - Якутск,2010. - С.40-44.
6. Мучин В.И. Проблемы обеспечения безопасности зданий (на примере г. Якутска): материалы Респ. науч-но-техн. конференции: «Актуальные проблемы строительного и жилищно-коммунального комплексов Республики Саха (Якутия)». - Якутск: изд. ЯГУ, 2004. -С.215-219.
7. Балобаев В.Т., Шепелев В.В. Космопланетарные климатические циклы и их роль в развитии биосферы Земли // Докл. РАН. - 2001.- Т.379, №2. -С.3-8.
БЕСТЕМПЕРАТУРНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ ОХЛАЖДЕНИЯ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ
8. ШацМ.М., СкачковЮ.Б. Надежность инфраструктуры г. Якутска и ее зависимость от изменения климата // Научное обеспечение решения ключевых проблем развития г. Якутска. - Якутск, 2010. - С.118-122.
9. Мельников В.П. Прогресс на вечной мерзлоте. Электронный ресурс http://www.expert.ru/printissues/ ural/2005/17/17ur-unit/.
10. Мельников В.П. Успокойтесь, не будет никаких катастроф. Электронный ресурс http://www.stoletie.ru/ russkiiy_proekt /akademik_vladimir _melnikov_ uspokotes_ne_budet_nikakih_katastrof.htm.
11. Клименко В.А. Глобальные изменения климата: что ждет Россию. Электронный ресурс http://www.polit.ru/ analytics/2005/01/12/klim.htm.l.
12. Анисимов O.A., Лавров С.Н. Глобальное потепление и таяние вечной мерзлоты: оценка рисков для про-
изводственных объектов ТЭК РФ. Электронный ресурс http://articles.excelion.ru/science/geografy/55448055.html.
13. Павлова Н.А., Сериков С.И. Роль техногенных барражей в системе формирования поверхностного стока на территории г.Якутска и их влияние на обводненность // Научное обеспечение решения ключевых проблем развития г. Якутска. - Якутск, 2010. - С. 106— 110.
14. ШепелевВ.В. О системе инженерной защиты территории г.Якутска от подтопления надмерзлотными водами. —Yakutsk. — 2010. ISCORD. The IX International Symposium on Cold Regions Development. — Compact disc CD-ROM Articles > Sections > Section 1: «The engineering, construction and maintenance of structures with a significantly long design life in cold climate regions and in cryolithozone». — Page 2, file 22. — 7 p.
УДК 624.138.35
Бестемпературная оценка эффективности различных методов охлаждения мерзлых грунтов
И.Е. Гурьянов
В зависимости от энтальпии методов охлаждения мерзлых грунтов выявлена их сравнительная энергоемкость. Показано, что плоский фронт охлаждения обеспечивает больший теплосъем по сравнению с осе- и центрально-симметричным при охлаждении грунта глубже 1 м, а при глубине более 2 м эффективнее их на порядок. Даны практические иллюстрации и сводная номограмма энергетической эффективности отдельных методов разной геометрии.
Ключевые слова: мерзлый грунт, мерность теплового потока, энтальпия, дивергенция, мощность теп-лосъема.
The energy capacity of frozen soil cooling is compared by different methods. It is shown that a flat front of cooling provides larger heat removal comparing to axis- and central- symmetric one when cooling to a depth of more than 1 m, and it is an order of magnitude more effective at a depth of more than 2 m. The examples of application and a combined nomogram of the energetic efficiency of some methods are given.
Key words: frozen ground, heat flow dimension, enthalpy, divergence, heat removal capacity.
Методы охлаждения как объект исследований
Широкое применение конструктивных методов охлаждения с целью упрочнения мерзлых грунтов ставит вопрос о сравнительной эффективности охлаждающих устройств. При известном теп-лосъеме для отдельных разновидностей хладагента такие сравнения сводятся к определению геометрических параметров различных устройств, а также к сопоставлению энергоемкости формирования температурных полей требуемого уровня и заданной конфигурации.
Для замораживания и охлаждения грунтов применяются различные конструктивные методы: поверхностные, с плоским фронтом тепловых потоков, и скважинные, с осесимметричным фрон-
ГУРЬЯНОВ Игорь Емельянович - к.т.н., в.н.с. ИМЗ СО РАН, [email protected].
том. Ограничимся одномерными полями температуры и соответствующих тепловых потоков, учитывая для полноты возможность центрально-симметричного поля (при охлаждении грунтового массива вокруг сферической полости). Такой подход повышает общность искомых результатов, так как позволяет сопоставлять любые реальные пространственные поля путем приведения их к одномерным соответствующей кривизны. Сравнение формируемых полей указывает области предпочтительного применения каждого из методов.
Энергоемкость охлаждения при одностороннем теплообмене
Рассмотрим в трехмерном пространстве поверхность с симметрией общего порядка п (п=0 - плоскость, п=1 - круговой цилиндр, п=2 - сфера). Площадь поверхности выразим следующим образом:
