Тема 2. АНТРОПОГЕННИЙ ВПЛИВ НА ГЕОЛОГІЧНЕ СЕРЕДОВИЩЕ МІСТА .

АНТРОПОГЕННИЙ ВПЛИВ НА ГЕОЛОГІЧНЕ СЕРЕДОВИЩЕ МІСТА

Питання теми

Антропогенні зміни рельєфу.

Ґрунти міських територій.

Геологічна будова міських територій.

Небезпечні геологічні процеси на міських територіях та захист від них.

Основні терміни: рельєф, ґрунт, технозем, геохімічний фон, геохімічна аномалія, зона забруднення, коефіцієнт концентрації забруднення, сумарний показник забруднення, меліорація забруднених ґрунтів, рекультивація порушених земель, геологічні процеси, небезпечні геологічні процеси.

Геологічні фактори – рельєф, ґрунти, гірські породи, корисні копалини, геологічні процеси, впливають на вибір місця створення міста і його розвиток.

Розвиток науково-технічного прогресу і зростання кількості міст зумовило збільшення впливу на геологічне середовище. Антропогенний вплив на геологічне середовище має тенденцію до кумуляції. Активізація небезпечних геологічних процесів, зумовлена техногенною діяльністю людини, привела до катастрофічних наслідків. Економічна шкода, пов’язана з цим, і людські жертви свідчать про необхідність особливої уваги до еколого-геологічних факторів при господарському освоєнні території.

Геологічна будова міських територій. Для геологічної будови міст характерні техногенні відкладення. Джерелом цих відкладень є господарська діяльність і будівництво, тверді відходи промисловості і гірничо-збагачувальних підприємств. Техногенні відкладення характеризуються широкою просторовою поширеністю, рихлою будовою, неоднорідним якісним і зерновим складом. Крім техногенних відкладень для міст характерні намивні відкладення, наприклад намивні піски. Недооцінка техногенних відкладень може призвести до виникнення небезпечних геологічних процесів, деформації і руйнування будівель.

Антропогенний вплив на геологічне середовище міста проявляється в наступному:

· зростання інтенсивності вивітрювання гірських порід за рахунок зміни складу атмосферного повітря (випадання кислотних опадів);

· зміна рівня ґрунтових вод та їх складу;

· зміна складу літогенної основи міських територій за рахунок насипання і наливання техногенних відкладень, випадання аерозолів з атмосфери;

· руйнування геологічних пластів в результаті будівництва підземних споруд;

· зміна характеристик фізичних полів.

Антропогенні зміни рельєфу. В процесі урбанізації рельєф території змінюється у відповідності з потребами міста.

Основні тенденції змін рельєфу міських територій:

· вирівнювання пов’язане з підготовкою площадок під будівництво;

· створення насипів при прокладанні транспортних магістралей, накопичення твердих відходів у вигляді високих відвалів у містах, які є центрами гірничо-збагачувальної і металургійної промисловості;

· утворення заглибин, котлованів і кар’єрів;

· створення підземних комунікацій. В залежності від призначення і характеру використання виділяють такі групи підземних споруд: транспортні (тунелі, стоянки, метрополітен); заклади торгівлі, побутового обслуговування і зв’язку; спортивні, адміністративні і видовищні споруди; об’єкти міської інженерної мережі (трубопроводи, тепло-, водо-, газозабезпечення, каналізація); виробничі заклади та лабораторії. Глибина підземних споруд сягає 40 і більше метрів.

Ґрунти міських територій. На урбанізованих територіях основним фактором ґрунтоутворення є діяльність людини. Для міст характерні техноземи – ґрунти створені людиною в процесі рекультивації чи освоєння земель. Техноземи успадковують властивості зональних ґрунтів і гірських порід, а також формуються під впливом антропогенної діяльності. Для них характерна відсутність чітко виражених горизонтів, мозаїчне забарвлення, велика щільність. Групи з непорушеним профілем – подібні до природних, зберігаються в зоні лісопарків.

 Використання ґрунтів у містах має не сільськогосподарський характер. Основний напрямок їх використання – створення парків, скверів, газонів, покриття для спортивних споруд. Дернина використовується для закріплення відвалів. Суглинки і глини використовують як будівельні матеріали. Завдяки високій поглинальній здатності, ґрунти використовують для очистки стічних вод.

 На території міст ґрунти забруднюються. Забруднення поділяють на механічні, хімічні і біологічні.

 Забруднення ґрунтів – джерело вторинного забруднення атмосфери. Також, забруднення ґрунтів зумовлює забруднення підземних вод. Основою для оцінки рівня забруднення ґрунтів є фонова концентрація речовини в ґрунтах регіону.

 Геохімічний фон – це середній вміст хімічного елемента в ґрунтах за даними вивчення статистичних параметрів регіону. Це регіональна чи місцева характеристика ґрунтів та гірських порід. Ділянка в межах якої статистичні параметри розподілу хімічного елемента відрізняються від геохімічного фону. Називається геохімічна аномалія. Геохімічна аномалія в межах якої забруднення сягає концентрації, яка негативно впливає на здоров’я людини, називається зоною забруднення.

 Рівень забруднення характеризується величиною коефіцієнта концентрації (К_с):

К_с =С_і / С_ф ,

Де С_і – концентрація забруднюючої речовини в ґрунті, мг/кг;

С_ф – фонова концентрація забруднюючої речовини, мг/кг.

 Забруднення, як правило, полі елементне і для його оцінки розраховують сумарний показник забруднення. Сумарний показник забруднення (Z_c) – це адитивна сума перевищень коефіцієнтів концентрацій над фоновим рівнем:

 Де К_с – коефіцієнт концентрації забруднюючого елемента;

 N – число елементів з К_с>1.

Рівні небезпечності забруднення території міста:

· допустимий – Z_c £ 16;

· помірно небезпечний – Z_c =16-32;

· небезпечний – Z_c =32-128;

· дуже небезпечний – Z_c >128.

 Для збереження і охорони ґрунтів міських територій здійснюють різноманітні заходи. Основні з них:

 1) збереження ґрунтового шару при інженерно-будівельній діяльності, яка полягає у зніманні верхнього родючого шару ґрунту і використанні його для відновлення еродованих земель та закріплення схилів, ярів та відвалів;

 2) меліорація забруднених ґрунтів. Полягає у промиванні ґрунту в результаті якого катіони вимиваються або переходять у малорозчинну форму. Також, можна перемішувати забрудненні ґрунти з незабрудненими, здійснювати мікробіологічну очистку, вапнувати, використовувати сорбенти;

 3) рекультивація порушених земель – комплекс робіт, які направлені на відновлення їх продуктивності. Рекультивація буває двох видів:

· технічна, полягає у підготовці території до подальшого використання (засипання ярів та кар’єрів, розрівнювання територій). В залежності від того як буде використовуватись територія, технічна рекультивація буває сільськогосподарська, лісотехнічна, гідротехнічна;

· біологічна, полягає у відновленні родючості порушених земель (насипання ґрунтового шару, внесення добрив. Вапнування, гіпсування).

Небезпечні геологічні процеси на міських територіях та захист від них. Антропогенна діяльність зумовлює інтенсифікацію екзогенних геологічних процесів. Такі процеси називаються техногенними або інженерно-геологічними.

 Геологічні та інженерно-геологічні процеси, які негативно впливають на території, господарські і промислові об’єкти, життєдіяльність людей, називають небезпечними геологічними процесами.

 Із ендогенних небезпечних геологічних процесів (НГП) на території міста можуть відбуватись землетруси і виверження вулканів.

 Землетруси – це коливання земної кори, пов’язані з вивільненням енергії у внутрішньому просторі землі. Землетруси бувають тектогенні, вулканічні та денудаційні. Інтенсивність землетрусів залежить від властивостей гірських порід, глибини залягання підземних вод, тектонічних порушень і глибини гіпоцентру землетрусу. Землетруси стимулюють селі, обвали, цунамі. Небезпечними для людей і цілісності споруд є землетруси силою більше 5 балів.

 Вулканізм – вихід магми на поверхню землі. На сьогодні нараховують понад 600 діючих вулканів і декілька тисяч потухлих. При виверженні вулканів викидається велика кількість попелу. Який розсіюється у повітрі, осідає на поверхню землі.

 Досить поширеним у нафтогазоносних районах є грязьовий вулканізм.

 Частіше на території міст відбуваються екзогенні НГП - зсуви, селі, підтоплення, затоплення, ерозія, карст, просідання, абразія, акумуляція.

 Зсув - ковзаюче зміщення порід природного схилу чи штучного відкосу під впливом сили тяжіння. Причина зсувів – порушення рівноваги схилу. Фактори, які зумовлюють зсуви поділяють на природні (перезволоження, вивітрювання, збільшення нахилу схилу, сейсмічні поштовхи) та антропогенні.

 Сель – водний потік, насичений твердим матеріалом. Утворюються селі, найчастіше, під час злив і сніготанення у гірських районах при наявності рихлого матеріалу. Селі мають велику швидкість і рушійну силу. Поділяють на зв’язані та незв’язані, грязьовокам’яні та водокам’яні. Утворення селів часто пов’язане з техногенними відкладеннями.

 Підтоплення. До підтоплених відносяться території на яких ґрунтові води залягають близько до поверхні землі. Причинами підтоплення є зміна умов поверхневого стоку, створення водосховищ, засипання природних дренажів (ярів, балок), недосконала каналізація і система водовідведення, витікання з водопроводу.

 Затоплення – утворення вільної поверхні води над земною поверхнею. Найчастіше зумовлене виходом річок з берегів. Також, затоплення може відбуватись в результаті швидкого танення снігу та льоду, прориву дамб. На території міст затоплення часто пов’язані з водонепроникливістю штучного покриття.

 Ерозія ґрунтів відбувається під впливом води та вітру. На території міст ерозія виникає внаслідок дії поверхневого стоку і в результаті витікання води з водопроводу. Вітрова ерозія виникає при будівництві.

 Карст – вилуговування розчинних гірських порід підземними і поверхневими водами в результаті якого утворюються пустоти в породах. На інтенсивність карстоутворення впливає щільність порід, глибина залягання підземних вод, хімічний склад води. Із техногенних факторів - утворення тріщин у породах, зміна рівня підземних вод, забруднення води.

 Просідання поверхні. Найбільш характерне для зон залягання лесових порід, які дуже піддатливі деформації. Просідання може відбуватися у карстові пустоти.

 Абразія – процес руйнування гірських порід хвилями і течією в береговій зоні моря, водосховища. В результаті виносу абразивного матеріалу утворюються абразивні береги. Інтенсивність абразії залежить від контуру берегової лінії, хімічного складу гірських порід, рушійної сили хвиль.

 Акумуляція – накопичення наносів уламків гірських порід. В наслідок акумуляції утворюються берегові вали, пересипи, лагуни, лимани, річкові тераси і дельти.

Для захисту міських територій від небезпечних геологічних процесів здійснюють такі заходи:

 1) прогноз небезпечних геологічних процесів на основі геологічної моделі середовища, яка включає карти (геоморфологічні, геологічні, гідрогеологічні, інженерно-геологічні). Прогноз реалізується в схемі чи плані заходів по захисту від небезпечних геологічних процесів. Для збирання та аналізу інформації використовують комп’ютерні технології, об’єднані в географічну інформаційну систему (ГІС). Використання цієї системи дає можливість отримати прогнозні карти;

 2) підвищення стійкості споруд для захисту від сейсмічних коливань здійснюють конструктивні заходи (металеві каркаси, анкери);

 3) для захисту від зсувів, обвалів, селів регулюють поверхневий стік, понижують рівень підземних вод, здійснюють агролісомеліорацію, закріплюють рихлі породи, будують споруди, які закріплюють схили, а також здійснюють управлінські заходи - охоронні зони, обмеження руху транспорту.

 4) для захисту від ерозії регулюють поверхневий стік, закріплюють ґрунти;

 5) для захисту від карсту заповнюють карстові порожнини, регулюють режим підземних вод, організовують збір поверхневого стоку;

 6) для захисту від просідання ущільнюють лесовані породи, здійснюють гідроізоляцію порід, організовують збір поверхневого стоку;

 7) для захисту від селів створюють дамби, канали, мости, запруди, дренажні споруди, здійснюють агролісомеліорацію;

 8) для захисту від підтоплення створюють водостоки, дренажні конструкції, ліквідують протікання водопроводів;

 9) для боротьби із затопленням поглиблюють русла річок, створюють дамби, зелені насадження;

 10) для захисту від абразії створюють берегові споруди – пляжі, хвилерізи, насипи;

 11) при недостатній стійкості і деформованості гірських порід здійснюють технічну меліорацію – покращення їх властивостей. Тип меліорації залежить від типу порід. Розрізняють механічні, фізичні, фізико-хімічні і хімічні методи меліорації.

Механічні методи полягають в ущільнені порід для зменшення їх пористості (трамбування, вібрація).

Фізичні методи полягають в збільшені стійкості порід за допомогою обпалювання чи заморожування. Застосовують для піщаних і глинистих ґрунтів.

Фізико-хімічні методи спрямовані на зміну структури порід, збільшення їх водовіддачі, зміну обмінних характеристик ґрунту, утворення нових сполук. До фізико-хімічних методів відноситься пропускання електричного струму, введення розчинів хімічних речовин, гідрофобізація, глинування. Методи застосовують для обробки глинистих порід.

Хімічні методи полягають у використанні різних речовин для поверхневого і глибинного закріплення порід. Поверхневе закріплення полягає у створенні покриття, гідроізоляції, глибинне закріплення - нагнітання у товщу порід цементних розчинів, бітумів, смол, рідкого скла.

Література: 1, 2, 4. 11.

Таким чином, для збереження літогенної основи і раціонального використанні ґрунтів урбанізованих територій, необхідно здійснювати комплекс досліджень по виявленню негативного впливу антропогенного навантаження на геологічне середовище, прогнозувати його зміни, розробляти управлінські заходи спрямовані на його збереження і відновлення.