Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Инженерно-геодинамическая эволюция урбанизированных территорий

ВАК РФ 25.00.08, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Инженерно-геодинамическая эволюция урбанизированных территорий"

На правах рукописи

Л

КАДЕТОВА АЛЕНА ВАСИЛЬЕВНА

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ (НА ПРИМЕРЕ Г. ИРКУТСКА)

Специальность 25.00.08. - инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Иркутск - 2005

Работа выполнена в лаборатории инженерной геологии и геоэкологии Института земной коры СО РАН

Научные руководители: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Тржцинский Юрий Болеславович

доктор геолого-минералогических наук, профессор Леви Кирилл Георгиевич

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

Джурик Василий Ионович

кандидат геолого-минералогических наук, Попов Владимир Николаевич

Ведущая организация: Иркутский Государственный Технический

Университет

Защита диссертации состоится 30 июня 2005 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 003.022. 01 при Институте земной коры СО РАН по адресу: 664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского научного центра СО РАН в здании Института земной коры СО РАН

Автореферат разослан «¡¿О » мая 2005 г.

Отзывы об автореферате в двух экземплялах, заверенные печатью учреждение, просьба направлять по вышеуказанному адресу ученому секретарю к,г-м.н Л.П. Алексеевой,e-mail: lalex@crust.irk.ru. Fax: (3952) 426900.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат геолого-минералогических наук

Алексеева Л.П.

¿¿¿А-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Урбанизированные территории представляют собой сложные природно-техногенные системы, в которых на довольно ограниченном пространстве взаимодействуют различные компоненты геологической среды и техногенные факторы Геологическая среда г Иркутска за более чем трехсотлетнюю историю развития претерпела коренные изменения при постоянно нарастающем воздействием техногенных нагрузок Результатом таких воздействий стало увеличение пораженное™ территории города экзогенными геологическими процессами (ЭГП), в частности, и изменение некоторых компонентов геологической среды, в целом. Совокупность природно-техногенных взаимодействий создает сложную пространственно-временную картину состояния природно-технической системы городской агломерации, а её понимание представляет необходимую предпосылку прогнозирования эколого-геодинамического состояния агломерации, предвидения и предотвращения опасных проявлений ЭГП на территории города Решение этих задач предусматривается через исследование инженерно-геодинамической эволюции города Иркутска В настоящее время город развивается, застраиваются новые участки, проводится реконструкция старых территорий, поэтому исследование свойств геологической среды и ЭГП по-ирежнему является важной задачей и долгое время будет оставаться актуальным

Объектом исследования является природно-техническая геосистема г Иркутска с его инфраструктурой, коммуникациями, промышленными зонами, и развивающимися в ее пределах экзогенными геологическими процессами Границы изучаемой территории совпадают с административными границами г Иркутска

Цель работы - проследить эволюцию инженерно-геодинамических обстановок территории г Иркутска, выделив основные этапы ее развития

Основные задачи исследования:

1 Анализ историко-хронологический эволюции I ородской геосистемы, как одного из основных факторов развития природных и природно-техногенных геологических процессов на территории г Иркутска

2 Создание геоинформационной системы (ГИС) г Иркутска, которая включает в себя информацию по условиям геологической среды, характеру застройки, распространению и характеру ЭГП

3 Детальное обследование территории города с целью выявления современных проявлений ЭГП и их техногенных аналогов.

4 Характеристика основных процессообразующих факторов с учетом постоянно нарастающего техногенного прессинга

5 Анализ закономерностей развития природных и природно-техногенных геологических процессов на территории города

Исходные материалы и личный вклад авюра. В основу диссертации положеп фактический материал, полученный автором в результате полевых исследований на территории г Иркутска, проводившихся в 2000-2004 годах Кроме того, автором изучены летописные источники, анализ которых позволил представить изменения геологической среды территории города на протяжении всей истории его развития Теоретической основой для решения поставленных задач являются результаты исследований, проведенных на территории г Иркутска в течение последних десятилетий по инженерно-геологическим условиям территории Иркуюса В их числе были использованы результаты комплексной геологической, гидрогеолш ической и инженерно-геологической съемки масштаба Г 50000, опубликованные и фондовые работы Л А Сироткина, Б Л.Шурыгина, Т Г Рященко, В В Акуловой, Е В Пиннекера, И С. Ломоносова, Б М Шенькмана, И Б Шенькман, Ф Н Лещикова, Р М Лобацкой, Ю Б Тржцинского, В М Литвина, Н И Демьянович, Г. И Овчинникова

Научная новизна:

1 Проведен детальный историко-геологический анализ развития территории г Иркутска, и прослежена взаимосвязь различных рискообразутоших факторов

2 Впервые для территории г Иркутска произведен анализ динамики развития основных ЭГП в различных временных рамках с различным набором техногенных воздействий, что позволило выделить пять основных этапов инженерно-геодинамической эволюции территории г Иркутска

3 Выявлены, охарактеризованы и представлены с точной привязкой на электронной карте современные суффозионно-просадочные, оползневые и эрозионные процессы на территории г Иркутска, характеризующие настоящий этап инженерно-геодинамического состояния городской территории

4 Создана геоинформационная система (ГИС) для г Иркутска, включающая комплект электронных карт и баз данных по условиям геологической среды I характеру техногенной нагрузки, распространению и характеру ЭГП на всех

этапах развития города Практическое значение. Данные, полученные автором, и созданные базы данных ГИС являются информационной базой для дальнейших инженерно-геологических исследований на территории города, и могут использоваться в проектных и изыскательских организациях при освоении новых участков строит ельсгва и реконструкции застроенных территорий Кроме того, результаты работы дают возможность обосновывать допустимые величины техногенных воздействий на геологическую среду города и разрабатывать методы борьбы с негативными инженерно-геологическими процессами

Апробация работы проводилась на следующих научных симпозиумах, конференциях, семинарах XIX Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и 1еодинамика» (Иркутск, 2001), Третьей Байкальской молодежной школе-семинаре «Геофизика на пороге третьего тысячелетия» (Иркутск - Черноруд, 2001); Четвертой Байкальской молодежной школе-ссминаре «Геофизика на поро1е третьего тысячелетия» (Иркутск - Черноруд, 2002), Первой Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о земле (Новосибирск, 2002), XX Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика» (Иркутск, 2003); Седьмом Международном научном симпозиуме им академика М А Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2003), Пятой Байкальской молодежной школе-семинаре «Геофизика на пороге третьего тысячелетия» (Иркутск - Черноруд, 2004), Третьей школе-семинаре молодых ученых России «Проблемы устойчивого развития региона» (Улан-Удэ, 2004), Восьмом Международном научном симпозиуме им академика М А Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2004), где автор выступал с докладами по теме диссертационной работы.

Публикации. По результатам исследований автором лично или в соавторстве опубликовано 17 работ, в том числе 3 статьи в зарубежных сборниках Структура и объем работы:

Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения Объем работы Щ страниц, в том числе ¡¡г/ рисунков, список использованной литературы составляет Ю1. наименования

Автор выражает глубокую благодарность научным руководителям' проф д г-м н. Ю Б Тржцинскому, проф д г-м н К Г Леви, с н с к г-м н В.М Литвину за постановку темы и поддержку при выполнении работы При работе над диссертацией ценные советы бьии получены от к.г-м н В В Акуловой, к г-м н Н И. Демьянович, д 1-м н Г И. Овчинникова За помощь, оказанную в процессе полевых и камеральных работ, автор блш одарит сотрудников ИЗК СО РАН А А Рыбченко, к г-м н Е А Козыреву, к г-м и О А Мазаеву, к г-м н. Я Б

Радзиминовича, Е.Ю. Готовскую.

— *

4 ^ 4

•»* г

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ И ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

ПЕРВОЕ ЗАЩИЩАЕМОЕ ПОЛОЖЕНИЕ. История инженерно-геологического развития г. Иркутска прошла в несколько этапов, в течение которых техногенное воздействие на геологическую среду возрастало. И если на первых этапах (1652 -1903 гг.) оно было минимально и фактически не вызывало iеоэкологичееких проблем, то XX век 01личен резким всплеском вмешательства человека в городские ландшафты, что и определило существенное антропогенное изменение геодинамической обстановки.

Историко-хронологический обзор городской экосистемы г Иркутска позволил выделять пять основных -этапов развития города, на каждом из которых происходило существенное увеличение техногенного прессинга На первом и втором этапах техногенное воздействие на геологическую среду города было минимальным и привело к незначительным изменениям природной геодинамической обстановки Воздействие выражалось в вырубке леса, минимальном техногенном вмешательстве при улучшении условий строительства (осушении бологистых участков), первоначальной деревянной застройке Длительное время принципы воздействия на геологическую среду города принципиально не менялись, увеличивалась лишь плошадь воздействия

Третий этап характеризуется началом застройки территории преимущественно каменными зданиями На данном этапе формирования системы города деятельность человека направлена на благоустройство территории города, на устранение неблагоприятных факторов Например, для улучшения условий строительства продолжаются изменения гидрологических условий территории Все техногенные вмешательства на данном этапе развития города имеют локальный характер, но все же ведут к изменениям, как положительным, так и отрицательным При осушении болот и затопленных участков изменились свойства грунтов неременное увлажнение и высыхание слабых грунтов и торфяников приводит к вымыванию мелких фракций, образованию пустот, пучению и резкому снижению несущей способности фунта

Основные шменения юологигчсской среды города на четвертом этапе связаны с началом строительства и эксплуатации железной дороги, что вызвало территориальный рост города, а также повлекло за собой совершенно новые техногенные нагрузки, связанные с прокладкой железнодорожного полотна Так, например, после обильных ливней на станции Иркутск, размыло искусственную насыпь железнодорожного полотна, и несколько вагонов сползли под откос Еще одним примером опасных склоновых явлений в зоне влияния железной дороги, может послужить образование оползня летом 1948 года на старой железной дороге Основными факторами образования оползня, помимо сильно увлажненных делювиальных супесей и суглинков и значительной крутизны склона, были динамические нагрузки от движения поездов

Кроме тою, в начале века начали проводи! ься работы по благоустройству городской территории В 1903 - 1905 годах в Иркутске ведется строительство первого водопровода на центральных утицах города, и с этого момента начинается расширение системы подземных коммуникаций, что создает дополнительные условия для развития просадочных и суффозионных процессов В 40-х годах проводятся первые работы по асфальтированию улиц, что приводит главным образом к изменению испарения и стока, и как следствие, к изменению водного баланса На данном этапе в результате более сложной инженерной деятельности человека изменяется городская геосистема, с вмешательством техногенных факторов некоторые компоненты этой системы (гидрологические условия, водный баланс, грунты) претерпели изменения.

Начало пятого этапа развития г Иркутска приурочено к вводу в эксплуатацию в середине 50-х и XX века Иркутской ГЭС и заполнению водохранилища После строительства плотины ГЭС, в верхней части реки Ангары образовалось Иркутское

водохранилище, в результате чего произошло изменение режима реки и водного баланса территории На протяжении всей истории развития города отмечались частые наводнения во время весенни о таяния снегов, летом - после ливней и зимой - в результате возникновения зажорных явлений во время ледостава На пятом этапе после урегулирования стока р Ангары водохранилищем ситуация изменилась Но с дру! ой стороны, после строительства плотины ГЭС, за счет обходной фильтрации в правобережной части города поднялся уровень грунтовых вод, в связи с чем активизировались суффозионно-просадочные процессы Кроме того, с появлением искусственного водоема получил развитие новый процесс - абразия На протяжении всего периода существования во дохрани чища происходит интенсивная переработка его берегов

При площадной застройке территории ведутся работы по выравниванию поверхности, уничтожается растительный покров на строительных участках, производится подрезка склонов и откосов, то есть полностью изменяется рельеф территории Строительство крупных инженерных объектов и жилых многоэтажных кварталов с глубоким заложением фундаментов зданий создает барражный эффект, нарушает естественный дренаж территории Под давлением массы зданий и сооружений происходит уплотнение естественных и техногенных грунтов, результатом чего являются оседания и деформации земной поверхности с образованием провалов, трещин, воронок При строительстве линейных сооружений производится подрезка и выполаживание склонов, происходит изменение структуры естественных водосборных бассейнов, строятся линейные насыпи дамбы, то есть появляется новая среда для развития геологических процессов На данном этапе развития городской геосистемы инженерно-геодинамическая обстановка характеризуется активизацией природных и природно-техногенных процессов, а также проявлением чисто техногенных процессов

Из схемы, представленной на рис 1, видно, что инженерно-геодинамическая эволюция городской территории происходила в пять этапов, на каждом из которых происходили изменения геологической среды Но именно техногенное давление, осуществляемое на пятом этапе, привело к значительным преобразованиям природных условий и изменениям геодинамической обстановки.

ВТОРОЕ ЗАЩИЩАЕМОЕ ПОЛОЖЕНИЕ. Закономерности развития инженерно-геодинамической обстановки урбанизированной территории определяются взаимодействием естественных процессообразуюших факторов и техногенных воздействий. Интенсивность влияния природных факторов с течением времени уменьшается, в то время как техногенное воздействие увеличилось в несколько раз, что привело к образованию новой прнродно-техиогенной системы.

Природная геодинамическая обстановка территории, занятой г Иркутском, характеризуется рядом особенностей Во-первых, характерными чертами рельефа города являются хорошо разработанные широкие речные долины, многочисленные пади, низкие с узкой поверхностью водоразделы и пологие склоны Во-вторых, лессовые отложения, характеризующиеся разнородной просадочностью и размываемостью, распространены на территории I Иркутска почти повсеместно По данным Т Г Рящснко, В В Акуловой, (1997, 2000) лессовые 1рунты покровно залегают на террасах Ангары и в виде островов - на водоразделах и склонах Ими представлены отложения третьей и четвертой террас на правобережье р Ангары (территория Правобережного округа г Иркутска, включая микрорайон Солнечный), отложения третьей и четвертой террасы левого берега р Ангары (прибрежная часть Свердловского округа), а 1акже участки водораздельных пространств (часть территории микрорайона Юбилейный, 3-го поселка ГЭС и Синюшиной горы) Мощность их изменяется от 1 - 4 до 15 - 20 м Они являются средой развития и активизации эрозионных и суффозионно-просадочных процессов В третьих, до застройки центральная часп. Иркутска представляла собой заболоченную местность со слабыми грунтами и

Рис. 1. Последовательность проявления техногенных факторов на территории г Иркутска.

торфяниками Переменное увлажнение и высыхание таких грунтов привело к вымыванию мелких фракций, образованию пустот, пучению и резкому снижению несушей способности фунта В четвертых Реки Ангара и Иркут разливались в весеннее половодье во время зимнего ледостава, и затапливали прибрежные территории Таким образом, природные условия территории города изначально были предрасположены к распространению эрозионных суффозионно-просадочны\ процессов, а также природному подтоплению и затоплению Но степень влияния природных и техногенных факторов, определяющая их развитие и динамику, с ростом города и увеличением нагрузок изменилась

Для анализа распространения ЭГП на территории г Иркутска и оценки влияния тех или иных факторов на их развитие, была создана ГИС, которая является удобным инструментом для решения инженерно-геологических задач Для создания электронной карты, послойно отражающей природные условия территории и объекты городской инфраструктуры с привязанными к ним базами данных, была использована программа Mapinfo Professional, версия 6 5В основу разработанной ГИС положены крупномасштабные картографические материалы различной тематики и годов издания' исторические планы Иркутска, начиная с XVIII века, современный топографический план города, карта сейсмического микрорайонирования и др Кроме того, были использованы материалы опубликованных и фондовых работ по условиям территории Иркутска, а также в полной мере отражены результаты полевых наблюдений последних пяти лет Вся имеющаяся информация была систематизирована в базах данпых ГИС Информация об инженерно-геологической обстановке и геотогической среде, а также техногенной нагрузке представлена следующими слоями (картами) условия геологической среды города, составленной на основе геоморфологической карты территории (база данных слоя включает информацию о литологии, мощности залегания пород, их генезисе, глубине залегания грунтовых вод, об основных ЭГП характерных для данного участка) Отдельными слоями представлены ЭГП на разных этапах развития города (с начала освоения города до настоящего времени), для ЭГП, распространенных на современном этапе, дана их морфологическая характеристика Характер техногенной нагрузки представлен картой застройки города, база данных которой включает следующие поля тип застройки, этажность зданий, характер назначения (жилые, промышленные, офисные здания и т д)

Для каждого этапа развития i орода была составлена карта, отображающая инженерно-геодинамическую обстановку герритории в соответствующий период времени Основой для построения карг начальных этапов (с 1652 по 1960 гг) послужили данные, полученные из летописных источников Данные по распространению ЭГП на последнем -современном этапе получены в результате полевых исследований, проведенных автором и при анализе фондовых материалов (рис 2) При сопоставлении ряда карт и анализе техногенных воздействий, была произведена оценка состояния геологической среды г Иркутска на разных этапах ei о развития и определено соотношение факторов в изменении инженерно-геологических условий Анализ распространения ЭГП показал, что под воздействием природных факторов, когда техногенная нагрузка на геологическую среду была минимальной, просадочные процессы и выходы грунтовых вод проявлялись в центральной части города, на пойменных участках и на поверхности первой террасы р Ангары Эрозионные процессы были распространены на слабонаклонных поверхностях водоразделов и склонах террас, сложенных суглинками Оползневые процессы развивались на крутых нетерассированных склонах, сложенных юрскими песчаниками

Все оползневые процессы приурочены к склонам речных долин, и их активизация вызвана эрозионной деятельностью рек, повышенным уровнем грунтовых вод и трещиноватостыо юрских пород Заболачивание и затопление территории наблюдалось на пойменных участках и на поверхности первой террасы р Ангары. На территории современного сквера Кирова в XVII было старинное озеро, осушенное посредством спуска вод в р Ангару Площадь, где на современном этапе расположены здания центрального рынка и торгового комплекса в XVIII веке представляла собой болото, которое также было

осушено путем засыпки строительным материалом После осушения вышеупомянутых участков, здесь во {обновлялись процессы затопления и заболачивания в периоды обильных осадков Выходы грунтовых вод и связанные с ними просадки грунта были распространены в бывшем русле реки Грязнухи, которое пролегало на территории современных улиц Урицкого, Карла Маркса, 5-ой Армии На протяжении всего периода развития города природные факторы шрали определяющую роль в развитии процессов, минимальные же вмепшельства человека, происходившие на первых этапах развития города, не влияли существенным образом на инженерно-геодинамическую обстановку Но техногенные изменения, происходившие на четвертом, и пяюм этапах, повлекли за собой коренные изменения условий геологической среды и стали доминировать в развитии ЭГП (см рис 1)

Застройка и благоустройство городской территории на последних этапах сопровождались изменениями практически всех компонешов геологической среды Так, в результате вырубки лесов для строительства жилых массивов в начале XX века изменился водный баланс и условия питания рек на участке водораздельного пространства рр Ангары и Ушаковки Например, в начале XX века на упомянутом водораздельном пространстве протекала река Пшеничная, в настоящее время она представляет небольшой водоток Причиной этому стало освоение участка, расположенного выше ее истока, изменившее условия питания реки Подобная же ситуация произошла с рекой Сарафановка и ручьем Каштачный, условия их пшания и гидрометрические характеристики изменились в результате вырубки леса и застройки территории Изменение рельефа городской терршории интенсивно происходило на последних этапах при строительстве транспортных путей, при подготовке строительных площадок и промышленном освоении (насыпные формы рельефа, подрезки склонов, разравнивание) Эти изменения привели к появлению новых техногенных процессов, развивающихся в искусственной среде или иод воздействием техногенных факторов Например, в 1990 году при расширении водозаборного сооружения г Иркутска вблизи Ершовскою залива после подрезки бульдозером склона возник оползень объемом около 300 м2 Оползание произошло единовременно с формированием небольшого цирка и нескольких оползневых ступеней Для остановки движения оползня была отсыпана дамба, которая предохраняет строящиеся объекты от разрушения Но к полной стабильности склона это не привело В пределах территории г Иркутска существует ряд карьеров, в которых велась добыча строительного материала В настоящее время склоны карьеров являются средой развития таких ЭГП как оврагообразование, осыпи, обвалы, оползни В микрорайоне Солнечный, на берегу водохранилища в борту отработанного карьера развивается процесс солифлюкции

Вдоль автомобильных дорог, коюрыс из-за отсутствия ливневой канализации нередко являются временными водотоками, после обильных осадков часто образуются эрозионные промоины, разрушающие асфальтовое покрытие Из фондовой литературы известно, что в связи с ухудшением поверхностного стока при устройстве дорог возникает процесс заболачивания Примером заболачивания вследствие подпора поверхностного стока служит участок поймы между поселком Горького и Ново-Ленино Здесь наблюдаются обширные болота, стоку из которых препятствует, в частности, железнодорожное полотно

Для длительно развивающегося города, каким и является г Иркутск, характерна большая мощность техногенных отложений К ним относятся как культурные слои, мощность которых в г. Иркутске достигает 1,5 м, так и техногенно-преобразованные грунты, к которым относятся перео итоженные насыпные грунты Таким образом, в настоящие период времени такие экзогенные процессы как эрозия, суффозия развиваются в техногенной среде Развитию суффозионно-просадочных процессов способствуют и удечки из подземных водонесутцих коммуникаций

Подтопление для г Иркутска, в частности для центральной его части, является унаследованным процессом, который в настоящее время усу!убляется воздействием техногенных факторов К ним относятся неудовлетворительное состояние трасс подземных водонесуших коммуникаций (потери из водопроводных, канализационных и тепловых

сетей) подпор грунтовых вод в ■зоне обходной фитьтрации в плечах плотины Иркутской ГЭС, сверхнормативные пропуски воды чере! плотину подпор грунтовых вод при заглублении в них фундаментов крупных зданий, строительство в поймах рек и ручьев, нарушение естественною дренажа, сооружение железнодорожной и автомобильных сетей, изменяющих характер поверхностного стока (Бурдуковский 1997, Лузина, 1997), почти повсеместное покрытие территории асфальтом и, как следствие этого, недостаточная испаряемость

Как упоминалось выше, после строительства Иркутской ГЭС и образования водохранилища претерпела значительные изменения не только гидрогеологическая обстановка на территории города 11а правом боре 17 Иркутского водохранилища, сложешюм лессовидными суглинками, широко развиты процессы связанные с переработкой берегов В пределах территории микрорайона Солнечный, на берегу водохранилища широко распространены абразионные процессы Контакт суглинков с водой на абразионных отмелях вызывает явления набухания, происходит переход породы в состояние вязкости и распада ее на отдельные частицы Основными причинами развития абразионного процесса является легкоразмываемость лессовидных суглинков и волноирибойная деятельность водохранилища При одинаковых грушовых условиях и одинаковой влажности пород наиболее сильное разрушение береюв происходит на участках открытых акваюрий водохранилища Например, в Чертугеевском заливе, где деятельность волн и ветра небольшая, разрушения берегов практически не происходит Кроме того, при изменении гидрологических, гидрогеологических условий ускорился процесс выветривания В первый год существования котлована Иркутской ГЭС при вскрыши аргиллитов и алевролитов скорость выветривания составляла 1,5 м в год Скорость формирования элювия на данных породах в искусственных обнажениях колеблется от 1,0 до 1,5 м в год Косвенное воздействие выветривания в угленосно-герригенных породах проявилось в приплотинной левобережной части Иркутского водохранилища На данном участке в 380 м от береговой линии колебание подземных вод, вызванное изменением уровня водохранилища, привело к образованию в зоне перемешюго водонасыщения слоя выветрелых пород мощностью до двух метров, что привело к изменениям естественного состояния глинистых пород (Овчинников, Тржцинский и др 1999, 2002)

Таким образом, в результате инженерной деятельности человека принципиально изменилась геосистема города Природные условия и постоянно увеличивающиеся техногенные нагрузки привели к образованию новой природно-техногенной системы При этом воздействие природных факторов уменьшается, некоторые процессы, развивавшиеся под действием именно этих факторов, прекратили свое существование, а многие современные процессы развиваются под действием техногенных факторов или в новой техногенной среде

ТРЕТЬЕ ЗАЩИЩАЕМОЕ ПОЛОЖЕНИЕ. Увеличение пораженности городской территории техногенными аналогами суффозионных, эрозионных и гравитационных процессов явилось результатом использования геологической среды г. Иркутска без учета ее инженерно-геологических особенностей.

Интенсивное использование территории г Иркутска с середины XX века, привело к увеличению пораженности ЭГП отдельных участков и территории города в целом

В настоящее время практически вся территория Иркутска покрыта сетью подземных водонесущих коммуникаций При их прокладке происходит экскавация и перемещение больших объемов грунтов, с чем связаны изменения естественной структуры грунта, его состояния и свойств Недоуплотнение грунтов после засыпки приводит со временем к их усадке, поверхностному или внутреннему размыву Пустоты в грунте и утечки приводят к образованию суффозионных процессов вдоль люгай коммуникаций Повсеместно на территории города, над участками подземных коммуникаций наблюдаются провальные

Условные обозначения:

} | пойма рр Ангары. Иркута и Ушаковки и пониженные участки (0 2-2 5 м) первая надпойменная терраса Ангары, Иркута, Ушаковки (4-8 м)

вторая надпойменная терраса Ангары, (10-15м)

третья надпойменная терраса Ангары, (16-25 м)

четвертая надпойменная терраса Ангары (25-35 ы)

| древние оползни

современные оползни

1-Сд солифлюкция

| V ¡деформации подпорных стенок

ровные поверхности водоразделов (до 10 градусов) и пологих склонов ^■ц слабонаклонные поверхности склонов

средней (до 20 градусов) крутизны [ | днища падей, долин временных водотоков ДаД придолинные склоны

нетеррасироваиные склоны, крутизной более 15 градусов переработка берегов водохранилища

осыпи, обвалы -ф суффозионно-просадочные ~" процессы

эрозионные формы

Рис 2 Фрагмент карты инженерно-геодинамической обстановки территории г Иркутска на современном этапе развития

явления, разрушающие асфальтовые покрытия Все выявленные суффозионно-просадочные процессы приурочены к зонам влияния трасс подземных водонесущих систем Например, после аварии на трассе коммуникаций на участке прогяжешюстыо 200 м, расположенном в микрорайоне Университетский, за один весенний месяц образовалось 10 крупных суффошонных форм шириной до 2,8 м глубиной до 1,0 м Провалы и просадки проявились здесь в лессовидных суглинках, для которых выявлены скелетно-агрегированная микроструктура (26,9%) и низкий коэффициент свободы тонко1 линистой фракции (15,4%) Суглинки карбонатны, пластичны (7,1%), средней плотности (1,72 г/см3), обладают пониженной прочностью в водонасышснном состоянии (сцепление - 0,25 кгс/см2, угол внутреннего трения - 31°) Все суффозионно-просадочные явления, зафиксированные на территории г Иркутска, были закартированы и внесены в базы данных с учетом их параметров Для участков города, где, согласно данным карты развития ЭГП, суффозионно-просадочные процессы имеют наибольшее распространение, была посчитана пораженность Коэффициент пораженности был посчитан по формуле Кпр - ХСпр/Г (Г - общая площадь оценочной единицы, ^ - суммарная площадь проявления процесса) Общая пораженность микрорайонов Университетский и Первомайский составляет 11% Полученный коэффициент для данной территории значителен, поскольку до застройки и благоустройства этих микрорайонов, данные участки не были подвержены развитию суффозионных процессов Пораженность суффозионными процессами района Синюпгиной горы составляет 9% Этот процесс для данной территории унаследованный На карте инженерно-геологического районирования территории г Иркутска (1964 г) для территории Синюшиной горы отмечены бугристо-западинные формы рельефа, которые, как известно, связаны с просадочпостью грунтов В настоящее время просадочность грунтов усугубляется утечками из коммуникаций и имеет чисто техногенный характер На территории центральной части города, пораженность суффозионными процессами которой в настоящий момент составляет 14%, просадочные процессы также являются унаследованными На центральных улицах города в XIX, начале XX века, образовывались провалы и просадки различных форм и размеров, чему способствовал высокий уровень грунтовых вод на бывших заболоченных участках В насюящее время суффозионно-просадочные процессы, как унаследовашше так и вновь образованные, развиваются под воздействием техногенных факторов и распространены на значительных площадях Кроме того, средой развития суффозионно-просадочпых процессов в центральной части являются техногенно-насыппые грунты, где их мощность достигает 1,5 м

Такие факторы как изменение микрорельефа строительных площадок, подрезка склонов, в совокупности с техногенными утечками, могут также вызвать негативные последствия Так, на ул Бородина рядом с жилым домом произошли деформационные разрушения подпорной стенки подрезанного склона Стена высотой около 2,5 м отклонилась на 20° после аварии на трассе водонесущих коммуникаций В данном случае бетонная конструкция послужила водоупором, и при отрицательных температурах произошел процесс морозного пучения что и привело к деформации В результате исследования территории города на предмет распространения негативных геологических процессов выявлен ряд случаев, когда подрезка склонов является причиной деформаций подпорных стеиок, ступеней лестниц в жилых массивах

При интенсивной промышленной разработке, в том числе и добыче строительного материала открытым способом, происходит изменение рельефа приводящее к снижению устойчивости массивов и возникновению техногенных ЭГП В результате многолетней (с середины XIX века) добычи песчаника в массиве древнего оползня на правом берегу р Ушаковки образовался карьер В пределах открытых трещин древних оползней здесь велась добыча строительного материала Рассматриваемый участок расположен на нетеррасированном склоне, крутизной более 15°, сложенном слаболигифицированными песчаниками, в массиве которых наблюдаются рвы шириной до 1 - 1,5 м Мощность рыхлых четвертичных отложений до 3 м В настоящее время борта карьера вертикальны, имеют

высоту бозее 10 м и у их подножья формируются осыпи - результат выветривания песчаников При интенсивном воздействии на оползневой массив на одном из участков карьера древние оползневые блоки пришли в движение В борту карьера на расстоянии 10 м от бровки склона вскрылись оползневые трещины, рафывагашие поверхностный слой рыхлых отпожений Здесь же наблюдаются деформированные деревья - пьяный лес, то есть присутствуют все признаки того, что на этом участке массива продолжаются оползневые смещения (рис 3)

Другой пример техногенного проявления процессов на склонах отработанных карьеров - территория кирпичного завода в Ново-Ленино Характеризуемый участок расположен на поверхности совместной террасы рр Ангары и Иркута Карьер, в котором о ранее велась добыча глины, имеет крутой северо-западный откос На его склонах

развиваются такие экзогенные геологические процессы, как оползни, сплывы, эрозия, обвалы Пораженносгь участка склона протяженностью 400 м эрозионными процессами / составляет 40% В процессе полевых наблюдений, на склонах карьера выявлено и описано 10

Ц эрозионных форм различной морфологии Наиболее крупные эрозионные формы достигают

длины более 20 м и глубины около 3 м Большинство оврагов и промоин активные, механизм их приращения просадочпый Конус выноса одного из оврагов образовался рядом с подстанцией кирпичного завода (максимальная ею ширина достигает 50 м), при этом вынесенный материал перекрыл нижнюю часть ворот завода Средой развития эрозионных форм на данном участке являются лессовидные супеси и суглинки, которые при увлажнении легко размываются По результатам анализа физических и деформапионно-прочностных свойств образцов, взятых в борту одного из оврагов, грунт недоуплотнен, плотность скелета (ра) составляет 1,2 г/см3, что говорит о пониженных прочностных свойствах фунтов (коэффициент относительной просадочности при природном давлении - 0,026, сцепление -0,43 кгс/см2, угол внутреннего трения 22°)

Кроме того, на склоне рассматриваемого карьера имеют место оползневые деформации В середине 80-х гг в лсссовидн'гх суглинках и супесях с прослоями глин и песков по обводненному глинистому горизонту (см рис 3) произошел оползень Причиной активизации данного оползня стала концентрация поверхностных вод над глинистым слоем в результате его обводненности при свалке бытовых отходов, расположенной выше по склону При скоплении мусора замедлился процесс испарения атмосферных осадков из грунта Сошедшие оползневые массы вплотную подошли к отдельным хозяйственным объектам завода и захватили опору высоковольтной сети

Наличие оползневых деформаций откоса, активное развитие эрозионных форм создают определенную степень риска нормальной эксплуатации предприятия Предполагаемая зона скольжения формирующихся в настоящее время оползней закладывается на контакте глин и суглинков пойменной фации и имеет дугообразную (круглоцилиндрическую) поверхность С целью оценки устойчивости откоса был произведен расчет коэффициента устойчивости (Куст) Расчет выполнен для естественною состояния *) откоса с использованием формулы НН Маслова (1977) для круглоцилиндрической

поверхности скольжения

Ну« = (Р^ср + С*Ь)*И ,, -

(Р*<1)

I де Р - вес существующего склона, кг, <р - угол внутреннего трения, С - сцепление пород, Ь - длина дуги плоскости скольжения, м\ (I - плечо рыча! а относительно центра тяжести, м, К - радиус дуги скольжения, м

В результате проведенных расчетов установлено, что К,„борта карьера, в зависимости от веса изменяется от 0,97 до 1,02, то есть склон находится в состоянии предельною равновесия Вместе с тем, необходимо подчеркнуть, что в соответствии с существующими нормативными документами, устойчивым считается склон с коэффициентом выше 1,25

л

Глубина м

Условные обозначения

П I П Суглинки лессовидные 11 '-Ц ([(горизонт)

Суглинки и супеси с прослоями глин и песков (I горизонт) ("пины и су глинки пойменной фацин Гравий и галька с песком

Песчаники

Г 'УЯЯ Рыхлые породы и прочукты выветривания

г^ | Граница скольжения '—5=_' оползня

м^н Осыпи (результат выветривания песчаников)

| у Т | Оползневые трещины

Рис 3. Схема развития склонов в результате взаимодействия природно-техногенных факторов а) карьер кирпичного завода (Ново-Ленино), б) песчаниковый карьер (предместье Рабочее)

Таким образом, любое техногенное вмешательство (подрезка уступа, его пригрузка) и даже слабый сейсмический толчок, могут спровоцировать техногенные деформации Повышенное увлажнение также может стать причиной оползневых смешений на рассматриваемом склоне Так, например, после обильных осадков на данном участке образовались оползни-потоки, степень водонасыгаения (5Г) грунтов составляла от 0,7 до 1, что свидетельствует о том что грунты находились в водонасыщенном состоянии

Рассмотрев наиболее характерные примеры развития техногенных аналогов ЭГП в результате несоблюдения правил строительства и эксплуатации инженерных объектов, можно сделать вывод неправильная подрезка склонов, необдуманное изменение микрорельефа строительных площадок, неуплотнение грунтов после их экскавации, о неудовлетворительное состояние трасс водонесущих коммуникаций и другие инженерные

мероприятия, проводимые на территории г Иркутска без учета особенностей геологической среды, приводят к увеличению пораженное™ ЭГП отдельных участков и территории города ' в целом

л

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 Проведенное историко-геологическое исследование территории г Иркутска позволило выделить пять основных этапов развития городской геосистемы, с присущими для каждого из них инженерно-геодинамической обстановкой и техногенными факторами С ростом города, изменением транспортно-промышленных нагрузок изменяется соотношение воздействий на природную систему, возрастает относительная доля искусственных факторов, увеличиваются масштабы влияния техногенеза, формируется природно-техническая система. Установлено, что на рубеже XIX и XX веков произошел резкий скачок промышленного развития и роста населения, что в свою очередь вызвало существенное увеличение темпов техногенного воздействия.

2 Анализ природных и техногенных пропессообразующих факторов показал, что на первых этапах развития территория города Иркутска отличалась заболоченностью, природным подтоплением, многочисленными наводнениями и паводками, развитием оползневых, эрозионных и просадочных процессов Длительное время, до начала XX века минимальная техногенная нагрузка, сводившаяся к освоению и первоначальной застройке территории, существенным образом не влияла на ЭГП При увеличении техногенного воздействия на четвертом и пятом этапах развития городской системы, ЭГП активизировались, стали развиваться в новой, искусственной среде Произошла активизация унаследованных процессов, формирование новых форм В тоже время такие процессы как наводнения в результате зарегулирования стока р Ангары Иркутской ГЭС прекратились

3. Создана геоинформационная система г Иркутска, включающая комплект электронных карт и баз данных по условиям геологической среды, характеру техногенной нагрузки, распространению и характеру ЭГП на всех этапах развития города Информационная система представлена следующими слоями (картами) грунтовые комплексы, сейсмичность площадок, гидрография, геоморфология, разрывные нарушения Отдельными слоями представлены ЭГП с начала освоения города до настоящего времени Для ЭГП, распространенных на современном этапе, дана их морфологическая характеристика Характер техногенной нагрузки представлен картой застройки города, база данных которой включает следующие поля тип застройки; этажность зданий; характер назначения (жилые, промышленные, офисные здания и т.д.)

4 Выявлены, охарактеризованы и представлены, с точной привязкой на электронной карте, современные суффозионно-просадочные, оползневые и эрозионные процессы, характеризующие настоящий этап инженерно-геодинамического состояния городской территории Произведен расчет коэффициентов пораженное™ участков города ЭГП, где они имеют наибольшее распространение Возросла пораженность суффозионными процессами центральной части города (до 14%), микрорайонов Синюшина гора (до 9%), Первомайский,

Университетский (до 11%) Фактором активизации суффозионных процессов являются vi емки из подземных водонесущих коммуникаций и недоугаютненность грунтов при их прокладке

5 С благоустройст вом территории середины XX века существующие эрозионные формы снивелировались В настоящее время зафиксировало 40 проявлений эрозии Основная их локализация связана с освоением склонов и террас, а также концентрацией стока вдоль автодоро1

6 При интенсивной промышленной разработке, в том числе и добыче строительного материала открытым способом, на территории города созданы несколько карьеров (в предместье Рабочее, кирпичный завод в Ново-Ленино, в микрорайоне Солнечный) Изменение рельефа, привело к снижению устойчивости массивов и возникновению техногенных ЭГП на откосах заброшенных карьеров С целью оценки определения устойчивости откоса одного из карьеров произведен расчет коэффициента устойчивости (Куст) Установлено, что в зависимости от веса Kvcr борта карьера изменяется от 0,97 до 1,02 Склон находится в состоянии предельного равновесия, любое дополнительное вмешательство (подрезка уступа, его пригрузка, повышенное увлажнение, слабый сейсмический юлчок) могут спровоцировать деформации

7 Таким образом, процесс техногенного воздействия города на геологическую среду сопровождается возникновением и развитием многих негативных явлений Нерациональная подрезка склонов и изменение микрорельефа строительных площадок, неуплотнение грунтов после их экскавации, неудовлетворительное состояние трасс водонесущих коммуникаций и другие инженерные мероприятия, проводимые на территории г Иркутска без учета особенностей геологической среды, приводят к увеличению нораженносги ЭГП отдельпых участков и территории города в целом

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1 Кадет ова A.B., Рыбченко А А. Геоэкологические аспекты инженерно- reo динамической оценки урбанизированных территорий на примере г Иркутска// Современные вопросы геологии. - М Научный мир, 2002 -С. 381-384. 2. Кадетова A.B. Техногенные геологические процессы на территории j Иркутска// Геофизика на пороге третьего тысячелетия Труды третьей Байкальской молодежной школы-семинара//Под ред А Г Дмитриева - Иркутск Изд-во ИрГТУ, 2002-С 15-19

3 Кадетова A.B., Рыбченко А А. Техногенные факторы развития опасных геологических процессов на территории г Иркутска // Анализ, оценка и управление рисками на уровне региона Техногенные, природные и социальные аспекты Сборник докладов областной научно-практической конференции - Иркутск ИСЭМ СО РАН, 2001 -С 250-256

4 Кадетова A.B., Дзись Л В., Радзимипович Я Б. Макросейсмические эффекты землетрясения 26 февраля 1999 года в г Иркутске // Анализ, оценка и управление рисками на уровне региона. Техногенные, природные и социальные аспекты Сборник докладов областной научно-практической конференции. - Иркутск ИСЭМ СО РАН, 2001.-С. 263-267

5 Кадетова A.B. Эволюция города как фактор преобразования экзогеодинамической обстановки // II Всероссийская молодежная конференция Строение литосферы и геодинамика. - Иркутск 2001 -С 209-210

6. Кади ова A.B. Антропо1 енные воздействия и инженерная геодинамика территории г Иркутска на разных стадиях его развитая// Тезисы докладов Первой Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о земле - Новосибирск ОИГГМ СО РАН, 2002. - С- 76-77 7 Кадетова A.B., Радзиминович Я Б, Кириллов П Г Геоэкологические и геодинамические аспекты оценки конструктивной устойчивости деревянных зданий // Вестник Томского

Государственного Университета Серия «Науки о Земле» Приложение №3(V) Апрель 2003 г РИОТГУ,2003 -С 137-138

8 Кадетова A.B., Рыбченко А А. Инженерно-геодинамическая обстановка территории г Иркутска как результат взаимодействия природных и техногенных факторов // Современные вопросы геологии - М Научный мир, 2003 - С 405-408

9 Рыбченко А А Кадетова A.B. Техногенные факторы активизации эрозионного процесса на городской территории // Современные вопросы геологии - М Научный мир, 2003 -С 429-431

10 Кадетова A.B. Оценка реакции геологической среды на природно-техногенные воздействия в пределах городской системы // Строение питосферы и геодинамика Материалы XX Всероссийской молодежной конференции Иркутск ИЗК СО РАН, 2003 -С. 219-220

11 Радзиминович Я Б , Черкашин Е А , Федоров Р К, Кадетова A.B. Моделирование и оценка сейсмического воздействия на населенные пункты // Программа и тезисы докладов международной конференции "Математическое моделирование и информационные технологии" - Иркутск, 2002 - С 28-29.

12 Алена В. Кадетова, Артем А Рыбченко Техногенная нагрузка и инженерно-геологические процессы в пределах территории г Иркутска на разных этапах его развития // Z BADAN NAD WPLYWEM ANTROPOPRESJI NA SRODOWISKO Tom 4 SOSNOWIEC, 2003 - С. 28-34

13 Артем А Рыбченко, Алена В. Кадетова. Современное экзогеодинамическое состояние геологической среды территории города Иркутска // Z BADAN NAD WPLYWEM ANTROPOPRKSJI NA SRODOWISKO Tom 4 SOSNOWIEC, 2003 - С 87-91

14 Кадетова A.B. Факторы активизации природных, природно-техногенных и техногенных геологических процессов урбанизированных территорий (на примере г Иркутска) // Проблемы геологии и освоения недр Труды Седьмого Международного научного симпозиума им академика М.А Усова - Томск Изд-во Томского политехи ун-та, 2003 -С 167-168

15 Кадетова A.B. Факторы изменения геоэкологической ситуации в пределах урбанизированных территорий (на примере г Иркутска) // Проблемы устойчивого развития региона Материалы третьей школы-семинара молодых ученых России - Улан-Удэ Изд-во БНЦ СО РАН, 2004 - С 277-278.

16 Кадетова A.B. Инженерно-геодинамическая характеристика некоторых районов г Иркутска разных этапов застройки // Геофизика на пороге третьего тысячелетия Труды четвертой Байкальской молодежной школы-семинара (Иркутск-Черноруд, 5-10 сентября 2002 г) / Под ред А Г. Дмитриева - Иркутск Издательство ИрГТУ 2004 - С 50-55

17 Алена В. Кадетова, Ян Б Радзиминович, Екатерина Ю Готовская Применение геоинформационных систем для изучения геологической среды урбанизированных территорий (на примере г Иркутска) // Z badan nad wplywem antropopresji na srodowisko /Pod redakcja Machowski R., Rzetala M Tom 5 Studenckie Kolo Naukowe Geografow US, Wydztal Nauk o Ziemi US - Sosnowiec 2004 - С 45-52

Подписано к печати 11 05 2005 Формат 60x84 Печать RISO. Уч-изд.л 1,2печл 1,4

Тираж 110 экз Заказ № 404 Отпечатано типографией ИЗК СО РАН 664033, г Иркутск ул Лермонтова, 128

1

u

»11957

РЫБ Русский фонд

2006-4 8262 (

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Кадетова, Алена Васильевна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Город как объект изучения инженерной геологии.

1.1. Состояние изученности геологической среды территории г. Иркутска.

1.2. Применение геоинформационных систем для исследований геологической среды г. Иркутска.

Глава 2. Природные факторы формирования геологической среды.

2.1.1. Геолого-геоморфологические условия территории г. Иркутска.

2.1.2. Речная сеть и подземные воды.

2.1.3. Инженерно-геологическая характеристика особенностей состава и свойств грунтов.

Глава 3. Город как фактор изменения геологической среды.

3.1 История развития г. Иркутска.

3.2. Техногенные факторы эволюции геологической срсды.

3.3. Последовательность нарастания техногенных факторов с ростом и развитием городской территории.

Глава 4. Роль техногенных факторов в изменении геологической среды и развити и экзогенных геологических процессов.

4.1. Изменение геологической среды па территориях гражданской застройки.

4.2. Изменение геологической среды в зонах влияния коммуникаций.

4.3. Изменение геологической среды при промышленном и гидротехническом строительстве.

4.3.1 Изменения геологической срсды при разработке карьеров и выработок.

4.3.2. Изменения геологической срсды при гидротехническом строительстве.

4.3.2.1. Изменение поверхностной и подземной гидросферы.

4.3.2.2. Изменение экзогенных геологических процессов.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Инженерно-геодинамическая эволюция урбанизированных территорий"

Актуальность темы. Урбанизированные территории представляют собой сложные природно-техногенные системы, в которых на довольно ограниченном пространстве взаимодействуют различные компоненты геологической срся.ы и техногенные фаг.оры. Геологическая среда г. Иркутска *а ' более чем трехсотлетнюю историю развития претерпела коренные изменения при постоянно нарастающем воздействием техногенных нагрузок. Результатом таких воздействий стало увеличение пораженности территории города экзогенными геологическими процессами (ЭГП), в частности, и изменение некоторых компонентов геологической среды, в целом. Совокупность природно-техногенных взаимодействий создает сложную пространственно-временную картину состояния природно-технической системы городской агломерации, а её понимание представляет необходимую предпосылку прогнозирования эколого-геодинамического состояния агломерации, предвидения и предотвращения опасных проявлений ЭГП на территории города. Решение этих задач предусматривается через исследование ипжснерно-геодинамической эволюции города Иркутска. В настоящее время город развивается, застраиваются новые: участки, проводится реконструкция старых территорий, поэтому исследование свойств геологической среды и ЭГП по-прежнему является важной задачей и долгое время будет оставаться актуальным.

Объектом исследования является природно-тсхничсская геосистема г. Иркутска с его инфраструктурой, коммуникациями, промышленными зонами, и развивающимися в ее пределах экзогенными геологическими процессами. Границы изучаемой территории совпадают с административными границами г. Иркутска;

Цель работы - проследить эволюцию ипжснсрно-гсодинамических обстановок территории г. Иркутска, выделив основные этапы ее развития.

Основные задачи исследовании:

1. Анализ историко-хронологическнй эволюции городской геосистемы, как одного из основных факторов развития природных и природно-техногенных геологических процессов на территории г. Иркутска.

2. Создание геоинформационной системы (ГИС) г. Иркутска, которая включает в себя информацию по условиям геологической среды, характеру застройки, распространению и характеру ЭГП.

3. Детальное обследование территории города с целью выявления современных проявлений ЭГП и их техногенных аналогов.

4. Характеристика основных процессообразующих факторов с учел ом постоянно нарастающего техногенного прессинга.

5. Анализ закономерностей развития природных и природно-техногенных геологических процессов на территории города.

Научная новизна:

1. Проведен детальный историко-геологический анализ развития территории г. Иркутска, и прослежена взаимосвязь различных рискообразуюших факторов.

2. Впервые для территории г. Иркутска произведен анализ динамики развития основных ЭГП в различных временных рамках с различным набором техногенных воздействий, что позволило выделить пять основных этапов ипжснсрно-геодинамичсской эволюции территории г. Иркутска.

3. Выявлены, охарактеризованы и представлены с точной привязкой на электронной карте современные суффозионно-просадочные, оползневые и эрозионные процессы па территории г. Иркутска, характеризующие настоящий этап инжсисрно-геодинамического состояния городской территории.

4. Создана геоинформационная система (ГИС) для г. Иркутска, включающая комплект электронных карт и баз данных по условиям геологической среды, характеру техногенной нагрузки, распространению и характеру ЭГП на всех этапах развития города. ч

Защищаемые положения:

1. История инженерно-геологического развития г. Иркутска прошла в несколько этапов, в течение которых техногенное воздействие на геологическую среду возрастало. И сели на первых этапах (1652 - 1903 гг.) оно было минимально и фактически не вызывало геоэкологических проблем, то XX век отличен резким всплеском вмешательства человека в городские ландшафты, что и определило существенное антропогенное изменение геодинамической обстановки.

2. Закономерности развития инженерно-геодинамической обстановки урбанизированной территории определяются взаимодействием естественных процессообразующих факторов и техногенных воздействий. Интенсивность влияния природных факторов с течением времени уменьшается, в то время как техногенное воздействие увеличилось в несколько раз, что привело к образованию новой природно-техногенной системы.

3. Увеличение пораженное™ городской территории техногенными аналогами суффозионных, эрозионных и гравитационных процессов явилось результатом использования геологической среды г. Иркутска без учета ее инженерно-геологических особенностей.

Практическое значение. Данные, полученные автором, и созданные базы данных ГИС являются информационной базой для дальнейших инженерно-геологических исследований па территории города, и могут использоваться в проектных и изыскательских организациях при освоении новых участков строительства и реконструкции застроенных территорий. Кроме того, результаты работы дают возможность обосновывать допустимые величины техногенных воздействий на геологическую срсду города и разрабатывать методы борьбы с негативными инженерно-геологическими процессами.

Исходные материалы и личный вклад автора. В основу диссертации положен фактический материал, полученный автором в результате полевых исследований па территории г. Иркутска, проводившихся в 2000-2004 годах. Кроме того, автором изучены летописные источники, анализ которых позволил представить изменения геологической среды территории города на протяжении всей истории его развития. Теоретической основой для решения поставленных задач являются результаты исследований, проведенных на территории г. Иркутска в течение последних десятилетий по инженерно-геологическим условиям территории Иркутска. В их числе были использованы результаты комплексной геологической, гидрогеологической и инженерно-геологической съемки масштаба 1: 50000, опубликованные и фондовые работы Л.А.Сироткипа, БЛ.Шурыпша, Т. Г. Рященко, В. В. Акуловой, В. В. Пиннекера, И. С. Ломоносова, Б. М. Шенькмана, И.Б. Шснькман, Ф. И. Лещикова, Р. М. Лобацкой, 10. Б. Тржцинского, В. М. Литвина, II. И. Демьянович, Г. И. Овчинникова.

Апробация работы проводилась на следующих научных симпозиумах, конференциях, семинарах: XIX Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика» (Иркутск, 2001); Третьей Байкальской молодежной школе-семинаре «Геофизика на пороге третьего тысячелетия» (Иркутск - Черноруд, 2001); Четвертой Байкальской молодежной школе-семинаре «Геофизика на пороге третьего тысячелетия» (Иркутск— Черноруд, 2002); Первой Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о земле (Новосибирск, 2002); XX Всероссийской молодежной конференции. «Строение литосферы и геодинамика» (Иркутск, 2003); Седьмом Международном научном симпозиуме им. академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2003); Пятой Байкальской молодежной школе-семинаре «Геофизика на пороге третьего тысячелетия» (Иркутск - Черноруд, 2004); Третьей школе-семинаре молодых ученых России «Проблемы устойчивого развития региона» (Улан-Удэ, 2004); Восьмом Международном научном симпозиуме им. академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2004), где автор выступал с докладами по теме диссертационной работы.

Публикации. По результатам исследований автором лично или в соавторстве опубликовано 17 работ, в том числе 3 статьи в зарубежных сборниках.

Структура и объем работы;

Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Объем работы 183 страницы, в том числе 51 рисунок, 8 таблиц, список использованной литературы составляет 102 наименования.

Заключение Диссертация по теме "Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение", Кадетова, Алена Васильевна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведенное историко-геологичеекое исследование территории г. Иркутска позволило выделить пять основных этапов развития городской геосистемы, с присущими для каждого из них инженерно-геодинамической обстановкой и техногенными факторами. С ростом города, изменением транспортно-промышленных нагрузок изменяется соотношение воздействий на природную систему, возрастает относительная доля искусственных факторов, увеличиваются масштабы влияния техногенеза, формируется природно-техническая система. Установлено, что на рубеже XIX и XX веков произошел резкий скачок промышленного развития и роста населения, что в свою очередь вызвало существенное увеличение темпов техногенного воздействия.

2. Анализ природных и техногенных процессообразующих факторов показал, что на первых этапах развития территория города Иркутска отличалась заболоченностью, природным подтоплением, многочисленными наводнениями и паводками, развитием оползневых, эрозионных и просадочных процессов. Длительное время, до начала XX века минимальная техногенная нагрузка, сводившаяся к освоению и первоначальной застройке территории, существенным образом не влияла на ЭГП. При увеличении техногенного воздействия на четвертом и пятом этапах развития городской системы, ЭГП активизировались, стали развиваться в новой, искусственной среде. Произошла активизация унаследованных процессов, формирование новых форм. В тоже время такие процессы как наводнения в результате зарегулирования стока р. Ангары Иркутской ГЭС прекратились.

3. Создана геоинформационная система г. Иркутска, включающая комплект электронных карт и баз данных по условиям геологической среды, характеру техногенной нагрузки, распространению и характеру ЭГП на всех этапах развития города. Информационная система представлена следующими слоями (картами): грунтовые комплексы, сейсмичность площадок, гидрография, геоморфология, разрывные нарушения. Отдельными слоями представлены ЭГП с начала освоения города до настоящего времени. Для ЭГП, распространенных на современном этапе, дана их морфологическая характеристика. Характер техногенной нагрузки представлен картой застройки города, база данных которой включает следующие поля: тип застройки; этажность зданий; характер назначения (жилые, промышленные, офисные здания и т.д.).

4. Выявлены, охарактеризованы и представлены, с точной привязкой на электронной карте, современные суффозионно-просадочные, оползневые и эрозионные процессы, характеризующие настоящий этап инженерногеодинамического состояния городской территории. Произведен расчет коэффициентов пораженное™ участков города ЭГП, где они имеют наибольшее распространение. Возросла пораженность суффозионными процессами центральной части города (до 14%), микрорайонов Синюшина гора (до 9%), Первомайский, Университетский (до 11%). Фактором активизации суффозионных процессов являются утечки из подземных водонесущих коммуникаций и недоуплотненность грунтов при их прокладке.

5. С благоустройством территории середины XX века существующие эрозионные формы снивелировались. В настоящее время зафиксировано 40 проявлений эрозии. Основная их локализация связана с освоением склонов и террас, а также концентрацией стока вдоль автодорог.

6. При интенсивной промышленной разработке, в том числе и добыче строительного материала открытым способом, на территории города созданы несколько карьеров (в предместье Рабочее, кирпичный завод в Ново-Ленино, в микрорайоне Солнечный). Изменение рельефа, привело к снижению устойчивости массивов и возникновению техногенных ЭГП на откосах заброшенных карьеров. С целью оценки определения устойчивости откоса одного из карьеров произведен расчет коэффициента устойчивости (Куст). Установлено, что в зависимости от веса Куст борта карьера изменяется от 0,97 до 1,02. Склон находится в состоянии предельного равновесия, любое дополнительное вмешательство (подрезка уступа, его пригрузка, повышенное увлажнение, слабый сейсмический толчок) могут спровоцировать деформации.

7. Таким образом, процесс техногенного воздействия города на геологическую среду сопровождается возникновением и развитием многих негативных явлений. Нерациональная подрезка склонов и изменение микрорельефа строительных площадок; неуплотнение грунтов после их экскавации; неудовлетворительное состояние трасс водонесущих коммуникаций и другие инженерные мероприятия, проводимые на территории г. Иркутска без учета особенностей геологической среды, приводят к увеличению пораженности ЭГП отдельных участков и территории города в целом.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Кадетова, Алена Васильевна, Иркутск

1. Акулова В.В. Лессовые грунты как фактор геоэкологического риска // Проблемы оценки и прогноза устойчивости геологической среды г. Иркутска / отв. ред. P.M. Лобацкая. Иркутск, 1997. - С. 112-115.

2. Акулова В.В. Структура, просадочность и тиксотропно-реологические свойства лессовых грунтов Иркутского амфитеатра. Автореферат на соискание ученой степени канд. геол.-мин. наук, Иркутск, 1994.

3. Божинский А.П. К истории четвертичного периода Прииркутского участка долины реки Ангары // Бюл. МОИП. Отд. геологии. 1939. - Т.17, вып. 6. - С. 187 -202.

4. Братское водохранилище. Инженерная геология территории. Москва: Издательство академии наук СССР, 1963. 275 с.

5. Бурдуковский В.А. Влияние повышенных пропусков воды Иркутской ГЭС на подтопление территории г. Иркутска // Проблемы оценки и прогноза устойчивости геологической среды г. Иркутска. Сборник трудов научно-практической конференции. 1997. - С. 162-164.

6. Геннадий И. Овчинников, Юрий Б. Тржцинский, Мариуш Жентала, Мартына А. Жентала Абразионно-аккумулятивные процессы в береговой зоне водохранилищ. На примере Южного Приангарья и Силезской возвышенности. Сосновец Иркутск 2002. - 102 с.

7. Геоэкологическая характеристика городов Сибири // Отв. Редактор-составитель А.Н.Антипов.- Иркутск: Институт географии СО АН СССР, 1990.- 223 с.

8. Голодковская Г. А., Зеегофер Ю.О., Лебедева Н.И., Лихачева Э.А. и др.

9. Вопросы и методика комплексного картографирования городских территорий для прогнозной оценки изменения геологической среды// Новые типы карт. Методы их создания. М.: Изд-во МГУ, 1983. С. 48-73.

10. Григорьева А. А. Народное хозяйство Иркутской области. Иркутск: Воет - Сиб. книж. изд-во., 1973 г. - 186 с.

11. Демьянович Н.И. Ангарские оползни в юрских породах. В кн.: Материалы конференции молодых научных сотрудников ИЗК СО АН СССР. - Иркутск, 1963. -С. 89-91.

12. Демьянович Н.И. Инженерно-геологические особенности Топкинского микрорайона г. Иркутска // Научный отчет, ИЗК СО АН СССР. Иркутск, 1988. -110 с.

13. Демьянович Н.И. О предпосылках изменения сейсмической интенсивности на территории г. Иркутска // Сейсмический риск и сейсмическое микрорайонирование. Иркутск, 1994. - С. 75-76.

14. Демьянович Н.И. Подтопление как фактор современной эволюции геологической среды на территории г. Иркутска / Проблемы оценки и прогноза устойчивости геологической среды г. Иркутска. Сборник трудов научно-практической конференции. 1997.-С. 33-38.

15. Демьянович Н.И. Прогноз оползней на ангарских водохранилищах. -Новосибирск: Наука, 1976. 80 с.

16. Демьянович Н.И. Промежуточный отчет «Ангарские оползни в юрских породах». Иркутск, 1965. - 62 с.

17. Золотарев. А. Г. Геоморфологическое районирование Иркутской области. Материалы по геологии и полезным ископаемым Иркут. обл., вып. 4, 1962. С. 8998.

18. Иркутская летопись 1661-1940 гг. / Составитель, автор предисловия и примечаний Ю.П. Колмаков. Иркутск: «Оттиск», 2003. - 848 с.

19. Кадетова A.B. Техногенные геологические процессы на территории г. Иркутска./ Геофизика на пороге третьего тысячелетия. Труды третьей Байкальской молодежной школы-семинара/ Под ред. А.Г. Дмитриева. Иркутск: Изд-во ИрГТУ. 2002.-С. 15-19.

20. Кадетова A.B. Эволюция города как фактор преобразования экзогеодинамической обстановки. // II Всероссийская молодежная конференция. Строение литосферы и геодинамика. Иркутск. 2001. С. 209-210.

21. Котлов Ф.В. Изменение геологической среды городов под влиянием деятельности человека. М.: «Недра», 1978. 260 с.

22. Кудрявцев Ф.А., Вендрих Г.А. Иркутск. Очерки по истории города. Иркутск:

23. Восточно-Сибирское книжное издательство, 1971. -433 с.

24. Леггет Р. Города и геология. М.: Изд-во «Мир», 1976. - 557 с.

25. Лещиков Ф.Н., Попов В.Н., Пуляевский Г.М. и др. Изменение геологической иих прогноз. Новосибирск: Наука, 1985. - 149 с.

26. Лещиков Ф.Н., Шац М.М. Мерзлые породы юга Средней Сибири. Новосибирск: Наука, 1983.- 168 с.

27. Лихачева Э.А., Тимофеев Д.А., Жидков М.П. и др. / Город экосистема / М.: ИГ РАН, 1996.- 336 с.

28. Лобацкая P.M., Кононов Е.Е., Серова Г.Е., Чернов Ю.А., Чернов А.Ю.

29. Принципы прогнозной оценки сейсмической опасности территории Большого Иркутска с учетом техногенной нагрузки // Сейсмический риск и сейсмическое микрорайонирование. Иркутск, 1994. - С. 74-75.

30. Логачев H.A., Ломоносова Т.К., Климанова В.М. Кайнозойские отложения Иркутского амфитеатра. М.: Наука, 1964. - 195 с.

31. Локшин Г.П. Виброметрические наблюдения // Инженерная география. М.: МФГО СССР, 1989. С. 133-137.

32. Локшин Г.П., Чеснокова И.В. Транспортные магистрали и геологическая среда (оценка техногенного воздействия). М.: Наука, 1992. 112 с.

33. Ломоносов И.С. Подземные воды северо-западной части впадины Иркутского угленосного бассейна прилегающей части Присаянья. Вост.-Сиб. филиал АН СССР, Автореферат дисс. на соиск. учен. степ. канд. геол.-мин. наук. Ленинградский горн, ин-т, 1959.

34. Ломтадзе В.Д. Геологические экскурсии в окрестности Иркутска. Иркутск 1938. -72 с.

35. Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Инженерная геодинамика./ Ленинград, «Недра», 1977.-479с.

36. Макаров С.А., Рященко Т.Г., Акулова В.В./ Геоэкологический анализ территорий распространения природно-техногенных процессов в неоген-четвертичных отложениях Прибайкалья. Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 2000. - 160 с.

37. Маслов H.H. Механизм грунтов в практике строительства (оползни и борьба с ними). М.: Стройиздат, 1977. - 238 с.

38. Оглы Б.И. Иркутск. О планировке и архитектуре города. Иркутск: Вост. - Сиб. кн. изд-во, 1982. - 112 с.

39. Павлов О.В., Вологодский Г.П., Лещиков Ф.Н. Инженерно-геологические особенности приангарского промышленного района и их значение для строительства. М.: Наука, 1965. 148 с.

40. Павлов О.В., Сироткин JI.A. Инженерно-геологические условия отдельных районов. Район Иркутского водохранилища. Инженерная геология Прибайкалья. М.: Наука, 1968. С. 140 - 146.

41. Памятники истории и культуры Иркутска. Иркутск: Восточно-Сибирское книжное издательство, 1993. - 448 с.

42. Пежемский П.И., Кротов В.А. Иркутская летопись. Иркутск: Паровая типография И.П. Казанцева, 1911. 418 с.

43. Перцик E.H., Питерский Д.С. Оценка потенциала развития городов России // Вестн. Моск. Ун-та, сер. 5, География, 2000, №1, С. 12-17.

44. Подгорная Т.И., Росликова В.И. Влияние техногенных геологических процессов на современное почвообразование в городах Дальнего Востока. Владивосток: Дальнаука, 1999. 75 с.

45. Подземные воды Иркутского угленосного бассейна. Москва: Издательство Академии наук СССР, 1961. 213 с.

46. Просунцова Н.С. Искусственные температурные поля и грунтовая коррозия / Вопросы геологии литосферы. М.: Наука, 1983. С. 10-12.

47. Радзиминович Я.Б., Черкашин Е.А., Федоров Р.К., Кадетова A.B.

48. Романов Н.С. Летопись города Иркутска за 1902-1924 гг. Иркутск: Вост.-Сиб. кн. изд-во. 1994. - 555 с.

49. Ружич В. В., Буддо В. Ю., Трусков В.А., Левина Е. А., Емельянова И.А.

50. Рященко Т.Г., Пальшин Г.Б. Лессовые породы юго-западной части Иркутского амфитеатра // Физико-механические свойства и вопросы формирования лессовых пород Сибири. М.: Наука, 1968. - С. 24 - 33.

51. Сироткин Л.А. Инженерно-геологические условия района г. Иркутска и их изменения при строительстве и эксплуатации сооружений. Диссертация на соискание ученой степени к.г-м.н. — Иркутск, 1965. 297 с.

52. Сейсмология и детальное сейсмическое районирование Прибайкалья / ред. В.П. Солоненко. Новосибирск: Наука, 1981. - 168 с.

53. Тржцинский Ю.Б. Роль техногенных факторов в развитии оползней В. Сибири // Геоэкология, 1997, №1. С. 78-89.

54. Тржцинский Ю.Б., Будз М.Д., Зарубин Н.Е. Оползни, сели, термокарст в Восточной Сибири и их инженерно-геологическое значение. Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-ние, 1969.- 135 с.

55. Тржцинский Ю.Б., Сараева Е.П., Баженова H.H. Методика изучения динамики блоков оползней Восточной Сибири // Мониторинг экзогенных геологических процессов.-М.: ВСЕГИНГЕО, 1986.-С. 175-177.

56. Угланов И.Н. Геоморфология, поверхностные и подземные воды Прибайкальской части Иркутского угленосного бассейна. Автореферат дисс. на соиск. учен. степ, канд. геол.-мин. наук. Иркутский гос. ун-т. 1958.

57. Чарушин Г.В. О связи гидросети и тектоники в Иркутском амфитеатре /Изв. Всесоз. геогр. об-ва/ М.: №5, 1960. С. 406-419.

58. Шастин В.И. Заключение по условиям фундаментирования на стройплощадке г. Иркутска. фонды ИГУ, 1936.

59. Шенькман Б.Н., Шенькман И.Б. Эволюция гидрогеологических условий на территории Большого Иркутска // Проблемы оценки и прогноза устойчивости геологической среды г. Иркутска / отв. ред. P.M. Лобацкая. Иркутск, 1997. - С. 39-43.

60. Шерман С.И., Рашутина Н.В., Демьянович Н.И., Бержинский Ю.А., Павленов