CC BY
69
УДК 624.131.1
ШестерневДмитрий Михайлович Dmitriy Shestemyov
ВасютичЛюдмила Александровна Lyudmila Vasyutich
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АНТРОПОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ИЗМЕНЕНИЕ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ ЮЖНОЙ КРИОЛИТОЗОНЫ (НА ПРИМЕРЕ г. ЧИТА)
THE STUDY OF HUMAN IMPACTS’ INFLUENCE ON GEO-ECOLOGICAL CONDITIONS OF THE SOUTHEN PERMAFROST URBAN AREAS (ON THE EXAMPLE OF CITY OF CHITA)
Рассмотрены современные научно-методические основы оценки антропогенных воздействий на геоэкологические условия урбанизированных территорий. Впервые обращено внимание на особенности их изменения в пределах южной периферии криоли-тозоны в условиях глобального изменения климата. Отмечено также увеличение технической нагрузки на геологическую среду в границах г. Чита
Елючевые слова: природно-техническая система, криолитозона, геоэкология, антропогенные воздействия, урбанизация, методика, оценка
The modern scientific and methodological basis of the assessment of human impact on urban areas geo-ecological conditions are considered in the article. For the first time attention is drawn to the peculiarities of their changes within the southern periphery of permafrost conditions of global climate change. The technical load on the geological environment within Chita is also shown
Key words: natural technical system; cryolite zone, geo-ecology, human impacts, urbanization, method, appraisal
В Забайкальском крае насчитывается 10 городов и45 поселков городского типа. Практически половина городского населения проживает в г. Чита, промышленный потенциал которого отличается от других городов края комплексностью и масштабностью. В начале XXI в. процессы урбанизации и агломерации в г. Чита начинают постепенно увеличивать свою интенсивность. Прогрессирующая урбанизация территории, которая сопровождается сосредоточением населения, промышленности и транспорта на небольших площадях приводит к увеличению антропогенной нагрузки на все компоненты окружающей среды. В резуль-
тате происходит изменение микроклимата, гидрологических и гидрогеологических условий, деградация многолетнемерзлых пород, загрязнение окружающей среды.
Необходим комплексный анализ современного состояния геоэкологических условий г. Чита и оценка антропогенных воздействий на геосистему города с учетом изменения геокриологических условий. В связи с этим, начиная с 2011 г., на кафедре гидрогеологии и инженерной геологии ЧитГУ, иод руководством профессора Д.М. Шестернева выполняются исследования в рамках госбюджетной темы «Оценка антропогенных воздействий на геоэкологические
условия урбанизированных территорий южной криолитозоны (на примере г. Чита)», регистрационный номер 01201066651. Целью исследований является выявление изменений геоэкологических условий урбанизированных территорий и разработка мероприятий по их управлению.
Оценка территориальной дифференциации степени экологической напряженности урбанизированных территорий как на уровне воздействий, так и на уровне последствий была успешно реализована для решения экологических проблем Москвы, Тулы, Екатеринбурга, Перми, Томска и других городов России [1; 5; 6]. Разработке научно-методических основ геоэкологических исследований в южной криолитозоне посвящены работы Д.М. Шестернева [7; 9; 10] и др. Оценка региональных изменений геологической среды в Забайкальском регионе выполнена М.В. Костроминым, Ю.М. Овешиниковым, В.К. Шевченко, С.Г. Поз-лутко [4]. Из этих работ следует, что существующие способы оценки антропогенных воздействий и устойчивости к ним экологических систем базируются на выделении ведущих геоэкологических факторов и выявлении их пространственно-временных взаимосвязей. В то же время, следует отметить, что в работах перечисленных авторов t ° с ---
весьма мало уделено внимания изучению характера взаимосвязей между элементами геологических систем и их изменением деятельностью человека в криолитозоне. В условиях глобального изменения климата особенно актуально обеспечение устойчивости инженерных сооружений. Для этого необходимо знать региональные преобразования природной среды (см. рисунок). Поэтому г. Чита, где скорость трансформации криолитозоны и связанных с ней экологических условий соизмерима с жизнью одного поколения, представляет собой объект исследований.
Оценка экологического состояния городской среды обычно предполагает анализ размещения источников загрязнения и характеристику состояния отдельных природных компонентов. Экологическое состояние природной среды определяется степенью антропогенного нарушения; интенсивностью загрязнения почв и донных отложений; состоянием поверхностных и подземных вод, источников водоснабжения; экзогенными геологическими процессами; техногенными отложениями; газопылевыми выбросами; химическим составом атмосферных осадков; растительными сообществами [11].
----2
Схема изменений температур воздуха (по данным м/с г. Чита за 1891-2002 гг.):
1 — изменение значений среднегодовых температур воздуха по экспериментальным значениям;
2 — теоретическая кривая изменения значений среднегодовых температур воздуха
Одним из главных вопросов в методике оценки воздействия на геологическую среду городов является выбор и обоснование критериев оценки ее изменений. Исследование городской геосреды, начало которому в 1970-е гг. положил Ф.В. Котлов [5], впоследствии получило название «геоурбанистики». Методологической основой данного направления является системный подход. Он предполагает геологическую среду городов, ее преобразование в ходе урбанизации рассматривать как единую систему, антропогенная составляющая с которой играет роль предмета, а природная составляющая — роль объекта воздействий.
Геоэкологическая оценка территории г. Чита проводится для всей его территории, на основе оценки вклада различного типа природно-технических систем (ПТС). При этом для приятия административных управленческих решений эта оценка выполняется с учетом административного деления города.
К основным воздействиям ПТС на природную среду города следует отнести:
— значительное объемно-территориальное отчуждение части природной среды;
— образование специфической городской гидросферы, характеризующейся влиянием технических систем на режим водоносных горизонтов, изменением режима поверхностных водотоков и водоемов с поступлением в них поверхностного стока с городских территорий, загрязнением сбросами;
— активную хозяйственную нагрузку на элементы литосферы, следствием которой является загрязнение территорий, разрушение природных почвенных горизонтов или их загрязнение до состояния утери плодородия;
— изменение природного ландшафта вплоть до полной замены его на вторичный ландшафт городской экосистемы (искусственный городской ландшафт);
— изменение практически всех основных параметров городской атмосферы.
К числу факторов (или воздействий) природной среды на ПТС г. Чита мы отно-
сим географо-климатические особенности основных жизнеобеспечивающих геосфер-ных оболочек; гидрографическую обстановку территории города с зонами основных водотоков, притоков, водоразделов, замкнутых водоемов; инженерно-геологические условия города, включая развитие опасных геологических процессов.
Основными элементами системы являются антропогенный фактор и природная среда. К числу природных факторов относятся климатические, геологические, геоморфологические, мерзлотные, гидрогеологические, геодинамические условия. Основой геоэкологической оценки территории г. Чита с учетом выделенных подсистем будет являться криолитозона, так как она, с одной стороны, подвержена активному преобразованию в результате глобального изменения климата, а с другой — является основанием или вмещающей средой для большинства объектов городского хозяйства — фундаментов зданий, подземных коммуникаций [8].
Основным показателем состояния природно-технических систем криолигозоны является ее устойчивость (низкая, средняя, высокая). Под устойчивостью криолитозо-ны, как криогенной системы, мы понимаем способность структуры системы сохранять ее целостность при антропогенных и климатических воздействиях. Исходное состояние криолитогеной системы характеризуется типами геологического и криогенного строения, температурным режимом, структурно-тектоническими, гидрогеологическими, геоморфологическими условиями, кинетикой и механикой криогенных физико-геологических процессов и т.п.
Геоэкологическая среда г. Чита в настоящее время представляет собой техногенно-загрязненные или техногенно-измененные территории, освоенными каркасами которой являются транспортный и селитебный. Эксплуатация этих каркасов привела к формированию, во-первых, городской атмосферы техногенно-загрязненной или техногенно-измененной, с большим содержанием отличных от состава природной атмосферы примесей [3]; во вторых, тех-
ногенно-загрязненную или техногенно-из-меиениую гидросферы как поверхностной [12], так и подземной [2].
Оценка геоэкологического состояния природных и природно-техногенных систем
Антропогенные воздействия различных инженерных сооружений на геологическую среду г. Чита
осуществлялась в пределах каждого выделенного типа территории взаимодействия геологической среды и технических систем (см. таблицу).
Типы инженерных объектов Виды инженерных сооружений Разновидности воздействий Реакция геологической среды
Площадные (селитебные территории) Здания Механическое уплотнение. Региональное воздействие. Интенсивная и экстенсивная формы воздействия на крио-литозону Изменение физико-механических свойств грунтов; деформации зданий вызваны пучением и осадкой при оттаивании грунтов
Площадные гидротехничес- кие Гидрозолоотвал ТЭЦ-1 Гидромеханическое, термическое. Интенсивная и экстенсивная формы воздействия на криолитозону Изменение фильтрационных свойств пород; загрязнение техногенными водами оз. Кенон и водоносного комплекса, используемого для питьевого водоснабжения; наледообразование
Полигон ТБО Химическое, биологическое загрязнение. Экстенсивная форма воздействия на криолитозону Изменение свойств грунтов; загрязнение почвы и подземных вод
Линейные наземные Горизонтальные (автомобильные дороги; железная дорога) Механическое уплотнение, физико-химическое. Экстенсивная форма воздействия на криолитозону Изменение геокриологических условий; осадка насыпей; пучение; наледи
Линейные подземные Горизонтальные (магистральные трубопроводы) Термическое. Экстенсивная Загрязнение грунтовых вод; подтопление
Вертикальные (шахта Восточная) Механическое, гидродинамическое. Интенсивная Подтопление, заболачивание; изменение геокриологических условий
Вертикальные (разведочно-эксплуатационные скважины) Гидродинамическое. Интенсивная Загрязнение и изменение режима подземных вод
Результаты выполненных исследований позволяют дать характеристику разновидностей воздействий технических систем на геологическую среду и рассмотреть её реакцию в условиях формирования природно-технических систем. Оказалось, что при прочих равных условиях определяющими экологическое состояние территории являются технические сооружения и используемые ими технологии.
выводы
1. Оценка антропогенных воздействий на геоэкологические условия урбанизиро-
ванных территорий должна выполняться на основе системного подхода, предусматривающего установление взаимосвязи природных и техногенных систем, образующих при совместном функционировании новую природно-техническую систему — город.
2. Общая характеристика природнотехнической системы — город невозможна без оценки воздействия на геоэкологические условия урбанизированной территории без ее дифференциации на природно-технические подсистемы в границах административного деления города, учета инже-
нерно-геокриологического районирования города, изучения динамики изменения климата, условий транспортировки и аккумуляции вредных и токсичных элементов.
3. Результаты оценки и прогноза изменений должны быть представлены в виде
многомерных графических пространственных и пространственно-временных моделей, которые позволят эффективно решать проблему обеспечения безопасной жизнедеятельности урбанизированных территорий.
Литература
1. Битюкова В.Р. Социально-экологические проблемы развития городов России. — М.: Эди-ториал УРСС, 2004. — 448 с.
2. Васютпч Л.А. Оценка качества питьевых вод Читинского месторождения подземных вод // Гидрогеология, инженерная геология, геокриология и геоэкология Забайкалья и сопредельных территорий: материалы науч.-практ. конф. 24-25 сент. 2008 г., Чита. — Чита: ЧитГУ, 2008. — С. 140-145.
3. Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей природной среды Читинской области за 2002 г. Чита, 2003. — 155 с.
4. Костромин М.В., Овешников Ю.М., Шевченко В.К., Позлутко С.Г. Прогноз региональных изменений геологической среды, проблемы ее рационального использования и охраны в связи с дальнейшим народнохозяйственным развитием региона // Инженерная геология СССР. Алтае-Саянский и Забайкальский регионы. — М.: Недра, 1990. — С. 352-367.
5. Котлов Ф.В. Изменение геологической среды под влиянием деятельности человека. — М.: Недра, 1978. — 350 с.
6. Систер В.Г., Мирный А.М., Понтер Л.И. Экологические проблемы мегаполисов. — М.: Изд-во «Академия коммунального хозяйстваим. К.Д. Памфилова», 2004. — 432 с.
7. Шестернев Д.М., Верхотуров А.Г. Наледи Забайкалья. — Чита: ЧитГУ, 2006. — 213 с.
8. ШестерневД.М. Инженернаягеокриология: учеб. пособие. — Чита: ЧитГУ, 2010. — 170 с.
9. Шестернев Д.М. Проблемы рационального природопользования в криолитозоне Забайкальского региона // Кулагинские чтения: VIII Всероссийская научно-практическая конференция. 4.1. — Чита: ЧитГУ, 2008. — С. 208-210.
10. Шестернев Д.М. Типизация техногенных воздействий на геокриологические условия // ГеокриологияСССР. ГорныестраныюгаСССР. — М.: Недра, 1989. — С. 139-143.
11. Требования к геологоэкологическим исследованиям и картографированию. Масштаб 1: 50000; 1:25000.-М.: ВСЕГИНГЕО, 1990. - 127 с.
12. Экология городского водоема / Под. ред. М.Ц. Итигиловой, А.П. Чечеля, Л.В. Заманы и др. — Новосибирск: СО РАН, 1998. — 260 с.
Коротко об авторах______________________________________________Briefly about the authors
Шестернев Д.М., д-р техн. наук, профессор ка- D. Shesternyov, doctor of technical sciences, profes-
федры гидрогеологии и инженерной геологии, Чи- sor of hydrogeology and engineering geology depart-
тинский государственный университет (ЧитГУ) ment, Chita state university
Служ. тел.: (3022) 26-18-26
Научные интересы: общая и инженерная геокри- Scientific interests: general engineering geo-cryology, ология; экология криолитозоны; геотехнология ecology of permafrost; geo-technology
Васютич Л.А., доцент кафедры гидрогеологии и инженерной геологии, Читинский государственный университет (ЧитГУ) [email protected]
Научные интересы: геоэкология; экология подземных вод; гидрогеология городов
L.Vasyutich, assistant professor of hydrogeology and engineering geology department, Chita state university
Scientific interests: geo-ecology, groundwater ecology, hydrogeology of cities
