Проявления «медленных» катастроф в рекреационных зонах

26 Авг 2014 | Автор: | Комментариев нет »

Как известно, под катастрофой понимают внешне неожиданную, внезапно возникающую обстановку, характеризующуюся резким нарушением установившегося процесса или явления и оказываю­щую значительное отрицательное воздействие на жизнедеятель­ность людей, функционирование экономики, социальную сферу и природную среду. Катастрофы сопровождаются разрушением зданий, различных сооружений, уничтожением материальных ценностей и гибелью людей.

Научным центром по эпидемиологическим катастрофам, распо­ложенном в Брюсселе, собрана и обработана информация о круп­ных катастрофах, произошедших в мире за период 1965-1999 гг. В анализ включены катастрофы, связанные только с семью наибо­лее распространенными природными опасностями: тайфунами и штормами, наводнениями, землетрясениями, засухами, извер­жениями вулканов, экстремальными температурами (заморозка-

ми, гололедами, суховеями), оползнями. Нами для удобства три последние в силу их относительной немногочисленности объеди­нены в одну группу, названную «другие природные катастрофы» (см. табл., рис.1).

Общее количество людей, пострадавших от природных катастроф за рассмотренный период времени составляет 4,4 млрд. человек, то есть почти 3/4 населения Земли. В их числе половина катас­троф произошла в зонах отдыха и рекреации. Стремительными темпами растут экономические потери от природных катастроф [13]. Их суммарная величина за то же время составила 895 млрд., при этом следует помнить, что указанные данные относятся толь­ко к семи природным бедствиям. При учете всех остальных опас­ностей величина ущербов существенно увеличится. К сожалению, при анализе катастроф и их последствий не прини­мается во внимание несколько необычный их вид, который мы на­зываем «медленными» катастрофами. Что же собой представляют такие катастрофы?

Под «медленной» катастрофой будем понимать процессы-зако­номерности возникновения негативных тенденций в функциони­ровании объекта, их последующей аккумуляции, развития и труд­нопрогнозируемого видоизменения, которые приводят в итоге к нарушению нормального функционирования объекта, дезорга­низации его внутренней структуры, разрушению связей с окру­жающей средой и иным негативным последствиям вплоть до его полного уничтожения.

Все дело в том, что реакция объектов на внешние воздействия мо­жет быть различной в зависимости от особенностей внутренней структуры и природы объекта и от вида воздействия на данный объект. Так, она может отличаться у систем с монотонно изменя­ющимися характеристиками, у автоколебательных систем, систем с вынужденными колебаниями, резонансных систем или у систем, стремящихся к упорядочиванию или к хаотизации. При этом реакция может быть неадекватно слабой или наоборот очень сильной. Последнее характерно для систем, находящихся в неустойчивом и критическом состоянии и сильно реагирующих на слабое воздействие, играющее роль спускового крючка. Кроме того, даже однотипные по своей природе объекты в одно и то же время реагируют на одни и те же внешние воздействия по-разно­му.

Причины этих перестроек заключаются не только в изменени­ях характера воздействий, но и в свойствах самих объектов - и> стремлении к порядку или хаосу.

Развитие реакции нелинейной системы на внешнее воздействие неоднозначно. Поскольку ее состояния могут перемежаться, пе­реходя от состояния покоя к осцилляциям или хаосу, то воздейс­твие даже одиночного импульса может перевести такую систему к другому динамическому режиму. При этом реакция объектов на воздействия может быть следующей:

1) плавные изменения (тренд);

2) ритмические изменения; импульсные изменения, в том числе быстро наступающие стихийные явления - аварии и катастрофы;

3) «шумовые» изменения.

С этой точки зрения нас будут интересовать именно шумовые из­менения. Рассматривать такие воздействия, на наш взгляд, необ­ходимо со следующих позиций.

Наша планета окружена и пронизана различными полями - маг­нитными, электрическими, гравитационными, тепловыми и др. Поля неоднородны и распределены вокруг и внутри Земли (также внутри и вокруг нас самих) закономерным образом. Этим полям присущи значительные изменения не только в пространстве, но и во времени. Примером могут служить магнитные бури, подземные радиошумы, различные геофизические и биосферные аномалии. Все живые организмы и человек в их числе за миллионы лет эво­люции приспособились к закономерностям в поведении физичес­ких полей. Более того, собственные поля, возбуждаемые деятель­ностью активно функционирующих органов человека, находятся в очень тесной связи с внешними полями, излучаемыми Солнцем, земной корой и атмосферой. Это касается, прежде всего, таких жизненно важных органов, как нервная и сердечно-сосудистая системы, мозг, желудок, глаза.

Рассматривая достаточно узкий класс природных опасностей, так называемые экзогенные геологические процессы (ЭГП) [21], [41], можно отметить, что «ответственными» за подготовку и проте­кание «медленных» катастроф в рекреационных зонах являются геодинамические подвижки по тектоническим разломам и сопутс­твующие им деформации верхних частей земной коры. Подобные подвижки, в свою очередь, приводят к появлению и накоплению деформаций в приповерхностных грунтах, опорах, несущих конструкциях, зданиях, сооружениях, имеющихся на рекреационных территориях [24] - [28], [13], [20], [38], развитию оползневых про­цессов, а также являются одной из причин генерации полей био­активного диапазона [4], [5], [11], [39], [40], негативно сказываю­щихся на самочувствии людей, находящихся в зонах рекреации. Из всего спектра экзогенных геологических процессов рассмот­рим процессы, связанные с деформацией верхних частей земной коры и приповерхностных грунтов - оседания, оползни, карсто-во-деформационные процессы.

Под карстом понимают совокупность геологических явлений в земной коре и на ее поверхности, вызванных химическим раство­рением горных пород и выраженных в образовании в земной коре пустот, в разрушении и изменении структуры и состояния пород, в создании особого характера циркуляции и режима подземных вод и характерного рельефа местности и режима гидрографичес­кой сети [32], [41].

Карст - скрытый и опасный процесс, приносящий значительный ущерб [21]. Так, в 1969 г. в Москве в результате провала земной поверхности разрушен многоквартирный дом, а в 1977 г. разру­шены два 48-квартирных дома. В 1992 г. в Дзержинске оседание земной поверхности привело к разрушению цеха ПО «Дзержинск-химмаш». В Уфе, Казани и Самаре неоднократно отмечались пов­реждения зданий из-за карстовых провалов и оседаний земной поверхности.

В октябре 1981 г. произошел Фалдинский провал (в 15-ти км юж­нее г. Тулы), диаметром 50 м и приблизительно такой же глубины. Огромная масса горных пород (более 90 тыс. мЗ) обрушилась за несколько часов. Через неделю форма и размеры провала измени­лись - он расширился, его диаметр увеличился до 70 м, глубина сократилась до 35-40 м. В настоящее время провал заполнен во­дой, образовалось карстовое озеро.

Приведенные примеры - лишь малая часть случаев нанесения материального ущерба при развитии карста на территории Рос­сии, где опасному воздействию карста подвержены около трехсот городов, а возможный разовый экономический ущерб оценивает­ся в миллионы долларов [21].

Развитие карста обусловливается многими природными, а на ос­военных территориях - еще и техногенными воздействиями, со­отношение которых определяет виды опасности карста t

Карст весьма опасной категории развит на территориях Пермской, Нижегородской, Кировской, Самарской областей, в Башкирии и Татарстане, характерен для небольших территорий Астраханской, Волгоградской и Оренбургской областей, а также для территории на стыке Костромской, Вологодской, Архангельской областей, на юго-востоке республики Коми и Кировской областей. На терри­ториях развития карста весьма опасной категории располагаются крупнейшие промышленные города Москва, Нижний Новгород, Самара, Казань, Уфа, Пермь с населением более 1 млн. человек, а также города Альметьевск, Дзержинск, Стерлитамак, Салават, Со­ликамск и другие с населением более 100 тыс. человек [21], [41]. Одной из главных задач изучения закарстованных территорий является количественная оценка устойчивости массивов пород и прогноз их развития в пространстве и во времени [32], [41]. При прогнозе широко используются методы геологического ана­лиза, методы гидрогеохимических расчетов, методы инженерно-геологических аналогий, вероятносто-статистические методы [19], [31], [34], [35].

На их основе прогнозируют количество и размер воронок и про­валов. Для количественной оценки прогноза карстового процесса используется также его моделирование (физическое и математи­ческое) [34], [36]. Исследование развития карста позволило раз­работать методику количественной оценки устойчивости закар­стованных территорий, основанную на анализе напряженного состояния массивов горных пород [12], [15] - [17]. Опыт показы­вает, что для своевременного предупреждения карстовой опаснос­ти на закарстованных участках необходимо слежение за уровнями подземных вод. Для природно-техногенных карстовых катастроф дополнительными критериями являются величина техногенной нагрузки и чувствительность территории к ней [7], [37]. Оседание поверхности земли, формирующееся под влиянием как природных, так и техногенных факторов довольно-таки широко распространено в мире, в частности, в США, Мексике, Японии, Таиланде, Италии, Нидерландах, а также в России и некоторых странах СНГ [3].

В естественных условиях понижение поверхности земли проис­ходит вследствие уплотнения пород под действием давления вы­шележащих отложений в результате тектонических прогибаний, под влиянием колебаний атмосферного давления, лунно-земных

Оседание земной поверхности может привести и приводит к фор­мированию многих опасных геологических явлений и техногенных последствий на рекреационных территориях [1], [2], [41]. Среди них наиболее распространенными являются подтопление и забо­лачивание территорий, изменение высоты и уклона русел, пов­реждение обсадных труб, эксплуатационных скважин, а в районах морских побережий - затопление территорий, в результате чего выбывают из строя рекреационные земли городов и населенных пунктов. Неравномерное оседание вызывает разрушение желез­ных дорог, различных подземных коммуникаций, мостов, портов, набережных и т. п.

Наблюдениями установлено, что скорость и амплитуда оседания может достигать значительных величин. Так, в Осаке на некото­рых участках скорость оседания достигала 2,2 см/год, в Мехико

- 24 см/год, в Лос-Анджелесе - 75 см/год, в Таллинне - 30 см/ год, в Риге - 3 см/год, в Санкт-Петербурге - 1,5 мм/год, в Москве

- 3 мм/год [14].

В общем виде многофакторный процесс формирования оседания земной поверхности N(t) можно отобразить в виде суммы факти­ческих воздействий [41]:

N(t) = -A(t) + B{t) + C(t) + D(t) + E(t) + F{t) где A(t) - общее возможное тектоническое вертикальное движе­ние местности; B(t) - упругая деформация грунтов под влиянием изменения атмосферного давления, лунных приливов и отливов и т. д.; C(t) - упругая деформация грунтов, вызванная колебаниями свободной поверхности подземных вод; D(t) - пластическое необ­ратимое уплотнение глинистых отложений под действием сниже­ния уровня подземных вод; E(t) - консолидационное уплотнение грунтов под влиянием весовой нагрузки зданий и сооружений; F(t)

- уплотнение грунтов от техногенных вибраций. Каждый фактор вносит свою весовую долю в общую амплитуду понижения земной поверхности.

Задача изучения оседания земной поверхности заключается в вы­явлении удельных весов факторов и в прогнозе, на основании их комплексного учета, суммарного опускания поверхности земли. Величина A(t) для условий северо-запада России составляет по данным многочисленных измерений около 1-2 мм/год. Основное влияние на оседание поверхности Земли оказывают тех­ногенные факторы. Среди них определяющая роль принадлежит тем нагрузкам на грунт, которые вызываются зданиями, сооруже­ниями, строительными конструкциями и др. В условиях мегапо­лисов и крупных городов строительные нагрузки на грунт могут достигать больших величин, и, как следствие, оседание земной по­верхности в случае слабых глинистых отложений может достигать величины 0,5 м. Дополнительными факторами уплотнения грун­тов могут явиться вибрационные воздействия от транспортных средств, механизмов ударного действия и другой техногенной деятельности. Так, например, при закладке свайных фундаментов отмечается дополнительное оседание на 70 и более мм. вблизи расположенных зданий.

Наиболее универсальным инструментом изучения и прогноза осе­дания земной поверхности является трехмерная гидрогеологи­ческая модель, сопряженная с одномерной моделью уплотнения водовмещающих и разделяющих слоев. Результаты прогнозирова­ния с помощью комплексной модели позволяют получить много­вариантную картину будущей ситуации для различных количест­венных схем извлечения подземных вод [29], [34], [41]. Альтернативным методом количественного прогноза оседания выступает метод аналогий. Основным методом изучения процес­са оседания земли по площади и во времени вследствие откачки подземных вод или извлечения нефти и газа является метод пов­торного прецизионного нивелирования.

Оползни - это смещение горных пород вниз по склону без потери контакта между смещающимися и неподвижными породами. Ско­рость перемещения земляных масс может изменяться в широких пределах, от долей мм/с до м/с.

Наибольшую опасность представляют оползни, которые смеща­ются с большой скоростью. Проявление таких оползней часто сопровождается человеческими жертвами [22], [23], [41]. Все мы помним Крымскую трагедию на пляже, когда неожиданный опол­зень унес жизни отдыхающих.

Интенсивное формирование оползней характерно для горных регионов Северного Кавказа и Приангарья. За пределами горных территорий оползни наиболее широко распространены в предго­рьях Кавказа (Ставропольский край), по склонам рек и оврагов на территории Среднерусской и Смоленско-Московской возвышен­ностей, в Правобережном Поволжье, в верховьях бассейна Оби, в южной части Восточной Сибири и в Приморье. Характерную уз­кую оползнеопасную зону представляет собой правый береговой склон р. Волги от Нижнего Новгорода до Волгограда, являющийся оползневым на большей части своей протяженности [18], [21]. Оползни неоднократно отмечались в Среднем и Нижнем Повол­жье на правобережном склоне р. Волги. Наибольший из них воз­ник в 1915 г. на площади 100 га при строительстве моста через Волгу в г. Симбирске (Ульяновск). Подвижки таких оползней в ряде случаев приводили к нарушению ж.-д. движения (в Ульянов­ске, на станциях Князевка и Увек южнее Саратова, в Волгограде и др. пунктах), в г. Вольске они вызывали деформирование зданий цементных заводов: в 1968 г. на Соколовой горе в г. Саратове в зону оползня (размером вдоль берега 1150 м и площадью 48 га) попали несколько десятков одноэтажных жилых домов поселка «Затон» на берегу протоки Волги [18].

Следует особо отметить повышение интенсивности развития оползней в местах техногенного изменения природной обстанов­ки. Наиболее четко это проявляется в пределах городов. Воздейс­твию оползней подвержено 725 из 1036 городов, имеющихся в Российской Федерации.

Формирование оползней представляет собой весьма сложный и многофакторный процесс [10], [21], [41]. Факторы, определяющие возможность появления и особенности развития оползневых сме­щений, достаточно четко разделяются на две основные группы. К первой группе факторов относятся условия, отражающие ис­ходное состояние геологической среды, в которой формируются оползни - рельеф (наличие склона определенной морфологии и крутизны); литология, условия залегания и инженерно-геологи­ческие свойства горных пород, слагающих склон; положение во­доносных горизонтов в массиве склона, фильтрационные гради­енты и величины напоров подземных вод.

Вторую группу факторов представляют процессы и воздействия, изменяющие исходное состояние склонов - речная и овражнаяэрозия, абразия, выветривание, тектонические движения (совре­менные и неотектонические), а также различные техногенные воз­действия, оказывающие негативное влияние на устойчивость скло­на: техногенные изменения рельефа (особенно подрезка склонов), пригрузка склона весом зданий и сооружений, нарушение условий поверхностного стока, техногенное увеличение обводненности пород (в том числе - при развитии подтопления), техногенная суффозия, вибрационные нагрузки от работающих механизмов и движущегося транспорта, сотрясения от взрывов («возбужденная сейсмичность») [30], [33].

© В. А. Минаев, А. О. Фаддеев

Литература

1. Акимов В.А. Природные и техногенные чрезвычайные ситуа­ции: опасности, угрозы, риски / В.А. Акимов, В.Д. Новиков, Н.Н. Радаев. - М.: Деловой экспресс, 2001. - 344 с.

2. Акимов В.А. МЧС России. Риски в природе, техносфере, об­ществе и экономике / В.А. Акимов, В.В. Лесных, Н.Н. Радаев.-М.: Деловой экспресс, 2004. - 352 с.

3. Ананьев В.П. Инженерная геология / В.П. Ананьев. - М.: Вы­сшая школа, 2000.

4. Ананьин И.В. Ущерб, связанный с воздействием землетрясе­ния на психическое состояние человека / И.В. Ананьин // Инфор­мационно-аналитический бюллетень «Федеральная система сейс­мологических наблюдений и прогноза землетрясений»- М., 1994, №4. С. 45 - 48.

5. Ананьин И.В. Об изменении напряженности электрического поля перед и во время землетрясения. Сб. статей / И.В. Ананьин. М.: ОИФЗ РАН, 2000.- С. 44 - 50.

6. Арбайтер P.P. Оседание земной поверхности в Эстонии под влиянием антропогенных факторов / P.P. Арбайтер// Водные ре­сурсы.- 1982.- №2.- С. 64 - 77.

7. Беляев В.Л. К вопросу об оптимизации проектно-планировоч-ных решений застройки на закарстованных территориях. / В.Л. Беляев // Комплекс, инж.-геол. исслед. для пром. и гражд. стр-ва. М.. 1984.- С. 109 - 113.

8. Дублянская Г.Н. Картографирование, районирование и инже­нерно-геологическая оценка закарстованных территорий / Г.Н. Дублянская, В.Н. Дублянский.- Новосибирск: Наука, 1992. - 144 с.

9. Дублянский В.Н. Ведущие факторы развития карста и балльная оценка его интенсивности. / В.Н. Дублянский, В.И. Клименко, А.Н. Михайлов // Инженерная геология.- 1990.- №2. - С. 52 - 58.

10. Емельянова Е.П. Основные закономерности оползневого про­цесса / Е.П. Емельянова.- М.: Недра, 1972. - 310 с.

11. Иванов В.В. О геомеханической природе потенциалов элек­трического поля в земной коре / В.В. Иванов [и др.] // Известия вузов. Геология и разведка.- 1991.- №3.- С. 101 - 104.

12. Изучение напряженного состояния массивов пород в инже­нерно-геологических целях. М.: МГУ, 1968. - 136 с.

13. Калашников Б.А., Черкасов М.И., Рослова Е.П. Деформации зданий в процессе набухания-усадки грунтов оснований. / В кн.: Строительство на набухающих грунтах. М.: ЦИНИС, 1972. С. 128 -129.

14. Карбоньин Л. Опускание земной поверхности - катастрофи­ческое явление глобального масштаба. / Л. Карбоньин // Природа и ресурсы. Изд-во ЮНЕСКО, 1985.- Т. XXI.- №1. С. 2 - 12.

15. Кутепов В.М. Проблемы оценки опасности карста и управле­ния устойчивостью закарстованных территорий / В.М. Кутепов // Материалы международного симпозиума «Инженерная геология карста». - Т. 1.- Пермь, 1993.- С. 225 - 231.

16. Кутепов В.М. Формирование напряженного состояния масси­ва горных пород на закарстованных территориях. / В.М. Кутепов // Инженерная геология.-1983.- №1.- С. 67 - 81.

17. Кутепов В.М. Устойчивость закарстованных территорий / В.М. Кутепов, В.Н. Кожевникова.- М.: Наука, 1989. - 151 с.

18. Кюнтцель В.В. Закономерности оползневого процесса на Ев­ропейской территории СССР / В.В. Кюнтцель.- М.: Недра, 1980. -214 с.

19. Методические рекомендации по организации и ведению госу­дарственного мониторинга экзогенных геологических процессов. / А.И. Шеко, B.C. Круподеров и др. М.: ВСЕГИНГЕО, 1997. - 39 с.

20. Москва: геология и город. / Гл. ред. В.И. Осипов, О.П. Медве­дев. М.: Московские учебники и картолитография, 1997. - 400 с.

21. Опасные экзогенные процессы. / В.И. Осипов, В.М. Кутепов, В.П. Зверев и др. Под ред. В.И. Осипова. М.: ГЕОС, 1999. - 290 с.

22. Оползни и сели. В двух томах. Центр международных проектов ГКНТ. М.: 1984. - 351 с.

23. Оползни. Исследование и укрепление. М.: Мир, 1981. - 368 с.

24. Рагозин А.Л. Инженерная защита территорий, зданий и соору­жений от опасных природных процессов. / А.Л. Рагозин // Про­мышленное и гражданское строительство.- 1992.- №12. -С. 6-7.

25. Рагозин А.Л. Концепция допустимого риска и строительное освоение территорий развития опасных природных и технопри-родных процессов. / А.Л. Рагозин // Проект.- 1993.- №5 - 6.- С. 20 - 26.

26. Рагозин А.Л. Оценка и картографирование опасности и риска от природных и техноприродных процессов (история, методоло­гия, методика и примеры). / А.Л Рагозин //Проблемы безопаснос­ти при чрезвычайных ситуациях. 1993 .- Вып. 3.- С. 16 - 41.

27. Рагозин А.Л. Современное состояние и перспективы оценки и управления природными рисками в строительстве / А.Л. Рагозин.-М.: ПНИИИС, 1995.- С. 7 - 25.

28. Рагозин А.Л. Введение в синергетику опасных природных про­цессов. / Анализ и оценка природных рисков в строительстве. / Под ред. СИ. Полтавцева и А.Л. Рагозина. Матер, междунар. кон­ференции. М.: Изд-во ПНИИИС, 1997. С. 50 - 52.

29. Рагозин А.Л. Синергетические эффекты и алгоритм риск-ана­лиза оползневых и других стихийных бедствий. - Тезисы и докла­ды международного научно-технического семинара «СТИХИЯ-2001», Севастополь, Институт СИНЭКО, 2001.

30. Рекомендации по количественной оценке устойчивости ополз­невых склонов. М.: Стройиздат, 1984. - 80 с.

31. Саваренскии И.А., Миронов Н.А. Руководство по инженер­но-геологическим изысканиям в районах развития карста / И.А. Саваренскии, Н.А. Миронов.- М.: ПНИИИС, 1995. - 167 с.

32. Теоретические основы инженерной геологии. Геологические основы. М.: Недра, 1985. - 332 с.

33. Тихвинский И.О., Постоев Г.П. Контроль активности опол­зней. / И.О. Тихвинский, Г.П. Постоев //Горный журнал.- 1997.-№1.- С. 32 - 35.

34. Толстых Е.А., Клюкин А.А. Методика измерения количест­венных параметров экзогенных геологических процессов / Е.А. Толстых, А.А. Клюкин.- М.: Недра, 1984. - 117 с.

35. Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Геоэкология, экологическая гео­логия и инженерная геология: соотношение содержания, объек­тов, предметов и задач. / В.Т. Трофимов, Д.Г. Зилинг // Геоэколо­гия.-1996.- №6.- С. 43 - 54.

36. Трофимов В.Т. Зилинг Д.Г. Инженерная геология и геоэко­логическая геология: теоретико-методологические основы и взаи­моотношение / В. Т. Трофимов, Д.Г. Зилинг.- М.: МГУ, 1999. - 120 с.

37. ТСН 302-50-95 РБ. Территориально-строительные нормы Рес­публики Башкортостан. Инструкция по изысканиям, проектиро­ванию, строительству и эксплуатации зданий и сооружений на за-карстованных территориях. / Госстрой Республики Башкортостан. Уфа, 1996. - 40 с.

38. Туголуков A.M. Анализ причин аварий зданий и сооружений и рекомендации по их устранению. / Специальное и подземное строительство. М.: Изд-во ЦНИИПромзданий, 1994. С. 36 - 46.

39. Фаддеев А.О. Геоэкологический аспект функционирования подразделений УИС и управления ими / А.О. Фаддеев.- Рязань. Академия права и управления Минюста России, 2003 . - 190 с.

40. Фаддеев А.О. Геоэкологические проблемы мегаполиса. / А.О. Фаддеев. - М.: Управление безопасностью, 2004.- №4.- С. 25 - 27.

41. Экзогенные геологические опасности. Тематический том. / Под ред. Кутепова В.М., Шеко А.И.. - М.: КРУК, 2002. - 348 с.

Здесь вы можете написать комментарий

* Обязательные для заполнения поля
Все отзывы проходят модерацию.
Навигация
Связаться с нами
Наши контакты

vadimmax1976@mail.ru

8-908-07-32-118

8-902-89-18-220

О сайте

Magref.ru - один из немногих образовательных сайтов рунета, поставивший перед собой цель не только продавать, но делиться информацией. Мы готовы к активному сотрудничеству!