Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Инженерно-геоэкологические особенности воздействия техногенеза на геологическую среду урбанизированных территорий

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Инженерно-геоэкологические особенности воздействия техногенеза на геологическую среду урбанизированных территорий"

од

/-••¡I > >г:

J ..-.и Ростовский государственный

университет

На правах рукописи

Ханснпарова Надежда Михаиловна

УДК 624.131

И шжеиер н о-геоэкол оппескне особенности воздействия техногенеза на геологическую среду урбанизированных территорий (на примере г. Ростова-на-Дону)

Специальность 04.00.07. -инженерная геологин, мерзлотлпедеиие и грунтоведение; 04.00.06. • гидрогеология

Автореферат диссертации на соискание ученом степени кандидата геолого-минералогическнх наук

г. Ростов-на-Дону, 1995

Работа выполнена в Ростовской Государственном Университете

Научный руководитель -доктор геолого-минералогических наук профессор Коробкии Владимир Иванович.

Официальные оппоненты -доктор геолого-минералогических наук

профессор Водяник Николай Владимирович.

-доктор геолого-минералогических наук профессор,академик Российской Экологической Академии Эакруткин Владимир Евгеньевич.

Ведущая организация -Новочеркасский политехнический институт, кафедра гидрогеологии.

Защита состоится " )~> " октября 1995 г. в 14.00 часов на заседании специализированного совета К 063.52.10 геолого-географического факультета Ростовского Государственного Университета по адресу:344090, г.Ростов-на-Дону, ул.Зорге 40. Геолого-географический факультет, аудитория 202.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Ростовского Государственного Университета.

Автореферат разослан * Д "СБУГ&ЬУа 1995 г.

Ученный секретарь специализированного совета К 063.52.10, кандидат геолого-минералогических наук Нагаренко

' Владимир Степанович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Изучение процессов, происходящих в геологической среде под влиянием инженерно-хозяйственной деятельности Человека все возрастает. Наиболее активно перемены происходят в пределах городских территорий, где геологическая среда находится в тесном контакте с техносферой. Результатом этого контакта является формирование сложных природно-технических систем (ПТС) (В.Т.Трофимов, 1985), функционирование которых проводит к трансформации рельефа и природных ландшафтов, изменению состава, состояния и свойств грунтов, нарушению условий питания, залегания, химического и температурного режимов подземных вод. Все это имеет место в г.Ростове-на-Дону - самом крупном промышленном центре юга России, расположенном на лессовых грунтах, обладающих рядом специфических свойств. Одно из них - проявление просадочности при замачивании, что в условиях прогрессирующего подъема подземных вод становится неизбежным. Другим малоизученным свойством лессовых грунтов является их способность вступать в химические взаимодействия с компонентами фильтрующихся растворов, в том числе сорбировать тяжелые металлы. Исследования в этой области становятся все более актуальными, особенно при выявлении типов и масштабов воздействия на геологическую среду индустриально-промышленных ПТС.

В настоящее время в черте города располагаются более трехсот предприятий различного профиля. Ими захороняются технологические отходы, имеющие пестрый химический состав. В большинстве случаев сброс сточных вод носит стихийный характер. Аварийные выбросы, переполнения очистных сооружений, а также их дефекты приводят к систематическому проникновению сточных вод в лессовые грунты и подземные воды, формируются новые геохимические типы подземных вод; компоненты техногенных сбросов концентрируются и в грунтах.

Исследование геохимических особенностей лессовых грунтов позволило оценить степень опасности загрязнения некоторых составляющих геологической среды тяжелыми металлами и выявит» характер из-

ыенения их инженерно-геологических свойств при взаимодействии с агрессивными промышленными средами.

ЦЕЛЬЮ НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ являются изучение причин и факторов, определяющих инженерно-геологические изменения геологической среды городов и городских агломераций, расположенных на толщах лессовых отложений и разработка рекомендаций по оценке опасности этих изменений для эксплуатации промышленных и гражданских зданий и сооружений .

Для достижения поставленной цели потреОовалось решение следующих задач:

1. Исследовать сорбционные свойства лессовых грунтов по отношение к тяжелым металлам (2п, N1, Си, Сг), содержащихся в сточных водах большинства промышленных предприятий города.

2. На примере Ростова изучить природную и техногенную подсистемы ПТС, функционирующие на урбанизированной лессовой территории.

3. Выполнить ландшафтно-урбанистическое районирование территории города и установить особенности его техносферы.

4. Определить инженерно-геоэкологическую нагрузку, оказываемую урбанистическими ландшафтами на геологическую среду города.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ;

1. Впервые для лессовых массивов урбанизированных территорий (на примере г.Ростова-на-Дону), автором на основе экспериментальных данных установлено, что лессовые грунты и погребенные почвы в них являются естественными геохимическими сорбционными барьерами по отношению к тяжелым металлам (2п, N1, Си, Сг).

2. Выявлены количественные критерии для выделения вышеуказанных барьеров по степени интенсивности сорбции в зависимости от литоло-гического вида пород и их возраста.

3. Предложена методика инженерно-геоэкологического районирования урбанизированных территорий, расположенных на лессовых массивах.

4. Разработан макет и составлена карта "Инженерно-геоэкологических изменений геологической среды" для территории г.Ростова-на-Дону.

$

ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ. В основу диссертационной работы положены результаты полевых и лабораторных исследований автора за голы работы в НИЧ и обучения в аспирантуре геолого-географического факультета РГУ (198S-1994 гг.). В процессе работы были изучены отчеты по 150 объектам города, содержащие сведения о свойствах его территории. Использованы данные более чей по 1600 скважинам. Обследовано 68 крупных промышленных предприятий города и собраны данные о составе сбрасываемых сточных вод.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ. Физико-механические свойства лессовых пород определялись по стандартным методикам действующих ГОСТ. Минералогический состав глинистой фракции пород изучен на ренгген-дифрактометре Дрон-1,5 по методике В.П.Ананьева, В.И.Коробки-на (I960). Состав и содержание воднорастворимых солей определены по результатам химических анализов водных и солянокислых вытяжек из пород (Е.В.Аринуакина, 1970).

Статистическая обработка результатов анализов to корреляционных зависимостей выполнена по программе QuattroPro версия IV.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты исследований были доложены на III Международной конференции "Экология города" (Ростов-на-Дону, 1994), Международной конференции "Проблемы сейсмологии и инженерной геологии, посвященной 85-летию академика Г.А.Мавлянова (Ташкент, 199S). Методика ландшафтно-урбанистического районирования использована в гидрогеологической экспедиции ПГО "Севкавгеология" и в Северо-Кавказской государственном научно-исследовательском и проектном институте нефтяной промышленности Чеченской республики. Предложенная схема геоэкологического районирования отмечена в 1995 г. Премией на городском конкурсе "Экология. Безопасность. Жизнь".

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Схема районирования по степени геоэкологических изменений геологической среди демонстрирует территориальные ресурсы городских земель и их инженерно-геоэкологическое состояние; качественно оценивает состояние геологической среды го-

рода; служит основой литомониторинга городских лессовых территорий .

В настоящее время материалы диссертации получили следующее внедрение. Подготовлено В Ростовском госуниверситете методическое посоСие для студентов специальности 08.04 по составлению инженерно-геоэкологических карт, которое используется в учебном процессе кафедрой гидрогеологии, инженерной и нефтегазовой геологии.

Схема подразделения территории Ростова-на-Дону по природно-техногенным факторам и иллюстрирующие ее карты приняты Комитетом по архитектуре и градостроительству Ростовской области для разработки "Основных положений государственной системы строительных норм, правил и стандартов Российской Федерации".

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация изложена на страницах машино-

писного текста, содержит 32 рисунка и 11 таблиц, состоит из введения, семи глав, заключения, списка использованной литературы из 162 наименований.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ изложены история исследования особенностей лессовых отложений территории юга России, основные этапы изучения инженерно-геологических, гидрогеологических, геоэкологических условий территории г. Ростова-на-Дону.

В развитии идей Г.К.Бондарика, В.Т.Трофимова, В.К.Епишина о ПТС, автор рассматривает Ростовскую городскую агломерацию как полисистему, которая состоит из природной и технической подсистем. Что касается первой составляющей, то на территории г.Ростова-на-Дону она описана детально.

Систематическое изучение геологического строения территории г.Ростова-на-Дону началось в 40-х годах Волго-Донским геологическим управлением. Инженерно-геологические исследования проводили различные изыскательские организации.

Сводная работа об инженерно-геологических условиях всей плошали Ростова-на-Дону по состоянию на 1976 год выполнена К.А.Меркуловой.

Практически на всей территории г.Ростова-на-Дону строительство осуществляется в сложных инженерно-геологических условиях.

Генезис, состав и свойства лессовых грунтов горола изучались В.М.Зеленским (1938), В.Е.Воляником (1953), Г.И.Поповым (1912).

Минералогический состав лессовых отложений Северного Кавказа детально исследован В.П.Ананьевым, Л.Г.Бадаевым, В.П.Царевым, В.И.Коробкиным, И.А.Шамраем. Лессовые породы имеет сложный химический состав, от которого в значительной мере зависят их инженерно-геологические свойства. На территории юга Европейской части России они рассмотрены в работах С.С.Морозова, М.П.Казакова,

A.К.Ларионова, А.К.Бостанджияна. Наиболее полные исследования обменного комплекса были выполнены С. С.Морозовым, В.П.Ананьевым,

B.И.Коробкиным.

Подробное изучение геохимии лессовых пород проведено Н.И.Кригером. Что касается геохимии лессов, непосредственно распространенных в пределах г,Ростова-на-Дону, то данные о таких работах еще не получили своего обобщения.

Выявление сор:ционной способности лессов проводилось только в связи с применением химических растворов, используемых для закрепления грунтовых оснований.

В настоящее время а инженерной геологии определилось новое направление - инженерная геохимия (С.Д.Воронкевич, 1994). Главной целью этого направления является изучение геохимических аспектов изменения геологической среды при инженерно-хозяйственном освоении территорий. При исследовании влияния техногенеза на геологическую среду целесообразно использовать понятие ландшафта. На территории Ростовской области выделены природные, антропогенные (М.И.Кизицкий, Т.А.Смагина, В.С.Кугилин) и геохимические (В.А.Алексеенко) ландшафты.

В настоящей работе речь идет об урбанистическом ландшафте под которым понимается приповерхностная часть литосферы, измененная функциональным влиянием определенной формы техногенеза.

Геоэкологическое состояние компонентов геологической среды города изучено достаточно полно. По мнение автора, особенно широкие исследования в этом направлении проведены Л.Я.Кизильштейном, В.в.Приваленко, В.А.Алексеенко, О.А.Бессоновым и др. Кроме того, сведения о загрязнении почв, подземных и поверхностных вод, растительности города содержатся в отчетах отдела геохимии НИИФОХ, Гидрохимического института, ПГО "Южгеология", РГУ.

Важным этапом в исследовании изменений геологической среды при ее взаимодействии с техносферой является картирование геоэкологической ситуации. Решению вопроса прогнозирования изменений геологической среды лессовых массивов посвятили свои труды К.В.Волчник, A.M.Лехатинов, Т.Г.Рященко, А.В.Садов, С.Е.Сальников, А.И.Снобкова, В.Т.Трофимов, И.В.Финаев, Н.Л.Шешеня. Наличие карт и программы для ЭВМ дает возможность создать систему управления окружающей и геологической средами города.

ГЛАВА ВТОРАЯ содержит общие сведения о районе работ: местоположение, климат, орогидрографию.

ГЛАВА ТРЕТЬЯ посвящена тектонике, стратиграфии, литологии, геоморфологии, гидрогеологии и геодинамической обстановке исследуемой территории. Особое внимание уделено толще лессовых отложений. Она имеет трехъярусное строение и содержит пять погребенных почв. Грунты представлены преимущественно суглинками, средняя мощность которых 25 м. Суглинки желто-бурые, бурые, макропористые от легкого до тяжелого состава, с преобладанием средних. Подстилаются, в основном, глинистыми породами скифского горизонта.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ рассмотрены природные особенности геологической среды территории Ростова в конкретно приповерхностной части литосферы. Эти исследования были проведены с использованием принципа типизации геологической среды, который заключается в выделении геологических тел, с характерными для них условиями протекания природных и техногенных процессов и обладающих различной способностью к изменению при инженерно-хозяйственном освоении территории (Г.А.Голодковская).

Результатом такого подхода явилась морфолитогенная основа, учитывающая геолого-литологическое строение грунтовой толщи, условия залегания пород, их состав, свойства и состояние; рельеф поверхности, его морфологические характеристики, история формирования, генезис, энергия (С.Е.Сальников) . В составе морфолитогенной основы территории города выделены типичные элементы ее строения, которые подразделяются на районы и подрайоны описанные ниже.

Район А - понтическое шТато: ровное водораздельное пространство древней поверхности выравнивания, с абсолютными отметками 90100 м, расчлененное долиной р.Темерник, ее притоками и овражно-балочной сетью. В его пределах выделены подрайоны: западный (A-I), расположенный к западу от долины р.Темерник; центральный (A-II), занимающий часть водораздела в верхнем течении р.Темерник; восточный (A-III), расположенный к востоку от долины р.Темерник.

Район Б - плиоценовая терраса р.Дон: уклон поверхности в строну долины реки, абсолютные отметки от 25-35 до 60-85 м, а ширина террасы от 0,1 до 6,5 км. В пределах террасы выделены: западный подрайон (Б-I), западнее р.Темерник; центральный подрайон (Б-II) - между долиной р.Темерник и б.|Кизитеринки и восточный подрайон (B-III) занимает площадь восточнее б.Кизитеринки.

Террасы притоков Дона и балки выделены в самостоятельный район (В), который рассекает территории районов (А) и (В) . Район (Г) занимает пойменную террасу Дона в левобережной части города, в его пределах выделены два подрайона: дельтовая равнина (Г-I) и пойменная (Г-'II) .

Разработка морфолитогенной основы позволила получить целостную картину инженерно-геологического состояния городской территории, учесть особенности протекания инженерно-геологических процессов. Принцип типизации, разработанный МГУ, для лессовых территорий юга России применен впервые.

Устойчивость геологической среды территории Ростова. Под устойчивостью геологической среды понимается ее сопротивляемость энергии техносферы, направленной на ломку ее структуры, состояния

и качества. Устойчивость определяет характер и интенсивность реакции среяы на техногенное воздействие (Г.А.Голодовская, 1989). При оценке устойчивости морфолитогенной основы учитывались геологическое строение, геоморфологические условия (энергия рельефа, степень его расчлененности, крутизна склонов), геодинамическая обстановка, гидрогеологические особенности (глубина залегания подземных вод, их защищенность от техногенного воздействия), наличие геохимических барьеров различной степени интенсивности.

Для территории г.Ростова-на-Дону предложено три таксономических типа устойчивости: высокая, средняя, низкая.

На территориях с высокой степенью устойчивости эрозионные процессы сведены к минимуму; подземные воды залегают на глубине свыше 15 м от поверхности (т.е. не оказывает существенного влияния на фундаменты зданий и сооружений). Просадочные, набухающие и во-донасыщенные породы отсутствуют или их мощность не превышает 2-5м т.е. они могут быть прорезаны фундаментами. Характерны инженерно-геохимические условия типов. Эти участки удобны для всех ви-

дов строительного освоения.

На территориях со средней степенью устойчивости геологической среды эрозионные процессы занимают менее 25% площади. Подземные воды залегают на глубине 10-15 м (т.е. фундаменты зданий находятся в основном вне их влияния). Просадочные и набухавшие породы присутствуют, но их мощность не превышает 7-10 м. Наблюдаются инженерно-геохимические условия 111 типа. Эти участки могут требовать применения технической мелиорации пород.

На территориях с низкой степенью устойчивости геологической среды эрозивные процессы имеют широкое распространение (не менее 50% площади). Подземные воды залегают близко к дневной поверхности (1,5-3 м). Породы водонасыиенные и их мощность превыаает 5 м. Подземные воды могут отсутствовать или залегать на глубине свыше 15 м, но площадки сложены преимущественно лессами мощностью более 15м. Инженерно-геохимические условия 1-11 типов.

Кроме того, к низкоустойчивым отнесены: эрозионно-оползневые участки, сложенные лессовыми и слабыми водонасыщенными породами (уступ плиоценовой террасы на правом берегу р.Дон); заболоченной поймы рек Дон и Темерник; склоны б.Кизитеринка, образованные насыпными грунтами.

Низкая степень устойчивости геологической среды отличается интенсивным протеканием природных и антропогенных процессов, подземные воды не защищены от проникающего извне загрязнения. На таких территориях нецелесообразны все виды промьшшенно-городского строительства; на уже существующих городских площадях необходимо создание системы инженерной защиты зданий и сооружений от опасных природных и техногенных процессов, а также защиты геологической среды от необратимого загрязнения водоносных горизонтов.

ПЯТАЯ ГЛАВА содержит результаты эксперимента, проведенного для определения сорбционной способности лессовых пород по отношению к металлам (N1, Си, Сг, гп) .

Для выявления некоторых закономерностей взаимодействия сточных вод с лессовыми породами в лабораторных условиях был поставлен эксперимент. В соответствии с разрабо*анной морфолитогенной основой территории города было выбрано три типовых геолого-литологических разреза лессовых пород, иэ которых осуществлен отбор проб ненарушенной структуры. Из этих образцов моделировались разрезы пород в виде колонок. При этом учитывалась мощность в естественном залегании. Опытные разрезы уменьшались в 100 раз по сравнению с природными. В эксперименте ииыитировался безнапорный сброс сточных вод. Подготовленные модели растворов промстоков из смеси солей заливались сверху в трубки.

Состав опытных растворов был получен путем систематизации сведений о химическом составе сточных вод, сбрасываемых многими предприятия. Установлено, что практически все они содержат водные растворы неорганических солей металлов цинка, меди, никеля, хрома, алюминия, железа. Соответственно, в эксперименте использовались

водные растворы солей: 2п50<х7Н20; Ге2 (БСЫ зх9Н20; N1 (ЫОз) 2х6Н20; Си(N0})2х6Н20; а12(80,)зх18Н20; К2С220->.

Содержание металлов в породах определялось химическими, спектральным эмиссионным и атоыно-адсорбционным методами. Кроме того, изучались физические и сорбционные свойства пород с разными числами пластичности, а также мономинеральных разностей каолинита, гидрослюды и монтмориллонита, которые помещались в растворы. По разности концентраций металлов в растворах до и после замачивания в них пород, рассчитывалось количество сорбируемого ими металла.

Сравнение химического состава лессовых пород до и после фильтрации опытных растворов свидетельствуют о том, что в нем произошли изменения. В тех разрезах, по которым были получали фильтратн, в породах снизилось количество ионов кальция, магния, натрия, хлора и увеличилось количество ионов алюминия, железа, калия, цинка, хрома, никеля, анионов сульфатов, нитратов и др. Поменялся состав типоморфных минералов: карбонаты, гипс, эпсомит, бишофит практически полностью исчезли из пород, что согласуется со значительным количеством ионов кальция, магния, сульфата и хлора в фильтратах. В разрезах, заканчивающихся скифскими глинами, фильтратов не было, и весь пролитый раствор остался в лессовой породе. В этих колонках качественный состав химических элементов остался прежним (добавились только анионы нитрата). Однако в их количественном соотношении произошли значительные изменения. В верхней части разрезов количество ионов натрия, кальция, калия, магния уменьшилось; в нижней же части разрезов, особенно на контакте со скифскими глинами, их количество увеличилось. По данным рентгенографии состав кластогенных и глинистых минералов остался тот же по всем разрезам пород. Типоморфные минералы разрушились полностью. В связи с водо-насыиенностью пород после фильтрации растворов химические элементы, кроме устойчивой минеральной формы, существуют в виде ионов, заполняющих поглощенный комплекс пород и поровые растворы, что подтверждается исследованием последних.

В процессе фильтрации растворов, лессовые грунты по всем разрезам сорбировали вышеуказанные тяжелые металлы, при этом четко устанавливаются общие закономерности для всех разрезов (см. рис.)~ Для построения графиков использованы среднестатистические содержания металлов всех опытных данных. Сорбция увеличивается от меди к хрому. Кривые поглощения никеля и меди лежат рядом, затем - кривые цинка и хрома. Существенной разницы по количеству сорбированных металлов суглинками разного возраста не установлено. Современная и погребенная почвы сорбировали металлы в количествах, значительно превышающих сорбцию лессовых суглинков.

Повышенное содержание металлов (на 1-3 порядка) отмечено на контакте лессовых отложений с глинами скифского яруса. В самих глинах количество их изменилось незначительно, что, по-видимому, связано с низкой проницаемостью этих пород.

В опытах с мономинералами и суглинками с разными числами пластичности величина сорбции всех металлов возрастала от гидрослюды к монтмориллониту и от легкого суглинка к тяжелому.

По результатам эксперимента получены кривые зависимости количества сорбируемого металла от концентрации этих элементов в исходных растворах. Кривые по содержанию приближаются к известной изотерме адсорбции. Они дают основание считать, что сорбция каждого металла идет до определенной концентрации его в растворе. Причем, устанавливается связь с объемом фильтруемого раствора.

Как показали исследования, твердой фазой пород сорбируется до 30-50% металлов от общего содержания их в фильтруемом растворе в случае отсутствия скифских глин. При наличии последних в разрезе, металлы в лессовых грунтах накапливаются в тех же пределах, а остальное количество концентрируется на их контакте со скифскими глинами. Поглотительная способность грунтов зависит в первую очередь от их удельной поверхности и величины порового пространства. Общая пористость изученных пород составляет 40-50%, т.е. достаточно высока. Удельная поверхность всех частиц и заряд определяют способность их удерживать ионы тяжелых металлов наряду с другими

известными обменными катионами и анионами. Наиболее высокой развитой удельной поверхностью характеризуются глинистые минералы. Сорбция тяжелых металлов полностью согласуется с содержанием этих минералов в грунтах. Различия в сорбции между лессовыми суглинками, ископаемыми почвами и современной почвой связано с тем, что последняя за счет повышенного содержания гумуса в физико-химическом отношении более активна, чем лессовые породы. Этим, очевидно, объясняется, что максимум поглощения приходится на современную почву, в которой содержание гумуса в 6-10 раз больше, чем в ископаемых почвах.

Результаты определения подвижных форм соединений металлов (водно-растворимых, ионнообменных, легкорастворимых и непрочносор-бированных) методом атомной адсорбции свидетельствуют о том, что «се изученные металлы частично могут легко извлекаться из лессовых пород, почв и скифских глин (в среднем: никеля - 44, меди - 27, цинка - 44, хрома - 55%).

Из сточных вод а лессовые грунты и подземные воды одновременно с ионами металлов попадают анионы химических соединений. В результате происходит увеличение концентраций 3042"; N03"; С1" и др., что создает опасность в повышении степени агрессивного воздействия пород и воды на строительные конструкции.

Экспериментально установлено, что при длительном замачивании происходит возрастание границы текучести лессовых грунтов.

Действие химических растворов вышеуказанных солей на лессовые суглинки увеличивает их просадочные деформации. Причем величина относительной просадочности их оказалась выше по сравнению с этими же величинами, полученными при замачивании пород питьевой водой.

Сточные воды являются сильными электролитами. Лессовые породы - дисперсные системы с хорошо развитой удельной поверхностью и во-донеустойчивыми структурными связями между частицами. Порода поглощает раствор электролита, который заполняет это поровое пространство и приводит к разрушению части трудно растворимых структурных связей, например, обновленных вторичным карбонатом и гип-

Количество поглощенных ионов металлов (Л) лессовыми породами по глубине (Н) экспериментальных колонох

о ■

Почга(Ур=16),Ре<1(31У

Суглинок С1р=10).(1<?Ш 05

Суглинок Ор=12).с10ШЫ

Суглинок (5р=17>, ¿(}М и»

Глина (1р=15). N23

Фильтратов нет

Насыпной глинистый грунт КЗПУ_

Суглинок (1р=Ю),<КЗШ 05

Погрсбенна» почва,е| ДРШ щ|

Суглинок (1р=17>. аОШ к!

Погребенная почва.е! dQIíГ ш|с

Фильтраты получены

Поч»аПр=16).РМ01У

Суглинок (;р=12),<1<?Ш 05

Погребенная почва,е! т!

Суглинок (Др=17),<КЗШк1

Фильтраты получены

сом. В результате указанных изменений после просадки в породе формируются новые связи, структура и физико-механические свойства. Глины скифского яруса при замачивании их химическими растворами проявляют способность к набуханию.

Установлено, что лессовые породы и погребенные почвы являются природными сорбентами по отношению к таким металлам, как никель, медь, цинк, хром. В связи с этим можно утверждать, что загрязнение пород металлами имеет локальный характер и происходит там, где отсутствуют близко расположенные к дневной поверхности подземные воды. Вся толю лессовых отложений может рассматриваться как сорбци-онный геохимический барьер по отношению к металлам: цинку, меди, никелю, хрому. По степени интенсивности сорбции породы различного состава и возраста лессовой толщи можно разделить на высокоинтенсивные (современные почвы, скифские глины, породы на контакте со скифскими глинами); среднеинтенсивные (погребенные почвы); слабоинтенсивные (суглинки); практически несорбирующие - пески и супеси. Характеризовать их предлагается коэффициентом интенсивности сорбции тяжелого металла, под которым понимается отношение количества сорбированного тяжелого металла (Ыс "*) лессовой породы к общему содержанию его в объеме сточной воды (Си") . Рассчитывается коэффициент по результатам лабораторных определений сорбции.

Характер техногенной составляющей урбанистической полисистемы рассмотрен в ГЛАВЕ ШЕСТОЙ. К настоящему времени в пределах территории г.Ростова-на-Дону практически не сохранились изначально естественные природные ландшафты. Они претерпели техногенные изменения и трансформировались в урбанистические ландшафты, которые в свою очередь оказывают существенные воздействия на геологическую среду, вызывая изменения свойств, состояния и качества всех ее компонентов. Оценить эти изменения позволило ландшафтно-урбанистическое районирование территории города в результате которого разработана классификация ландшафтов.

В качестве таксономических единиц приняты группы, типы, подтипы, виды, подвиды. Группы ландшафтов учитывают их природные

свойства и представляют собой коренные геосистемы. Они выделены по классификации ландшафтов территории СССР (А.Г.Исаченко, 1985).

В предлагаемой работе при разделении ландшафтов на типы и подтипы были использованы элементы начал функциональной классификации ландшафтов Басаликаса (1977). Типы ландшафтов определялись по принципу функционального использования отдельных частей территории. В рамках типов происходит деление по подтипам, при котором основным является преобладающая функция ландшафта. Схема обособления видов и элементарных урбанистических ландшафтов подвидов предложена автором и впервые применена для территории Ростова.

При выделении таксонов низшего ранга в качестве основных признаков были приняты воздействия ландшафтов различного функционального характера на геологическую сферу с учетом геохимических >особенностей этих воздействий.

В главе приведено краткое описание элементарных ландшафтов.

В СЕДЬМОЙ ГЛАВЕ систематизированы основные виды техногенных воздействий, оказываемых на геологическую среду города, и оценены ее инженерно-геоэкологические изменения под влиянием техногенеза.

Нами при инженерно-геоэкологических исследованиях геологическая среда и техносфера рассматривались в виде единой природно-технической системы, под которой понимается система инженерного сооружения или комплекса инженерных сооружений с частью геологической среды в зоне его (их) влияния (В.Т.Трофимов, 1985).

Практически по всей площади города в ПТС входит толща лессовых отложений, имеющих значительную мощность. В целом всю территорию можно представить как полисистему, в составе которой выделены элементарные и более сложные ПТС, совпадающие с границами урбанистических ландшафтов, которым присвоены названия этих ПТС.

На основании собранных данных о развитии природных и техногенных процессов в пределах города установлено, что геологическая среда подвергается техногенному воздействию с разной степенью интенсивности. Систематизация всех факторов позволила произвести районирование городской территории по степени техногенных воздей-

ствий и прогнозируемых инженерно-геоэкологических изменений геологической среды. В основу районирования положены наиболее существенные отрицательные геоэкологические изменения, имеющие практическое значение в строительстве.

Результат - схематическая карта "Инженерно-геоэкологических изменений геологической среды территории г.Ростова-на-Дону", на которой показаны районы с разной степенью техногенных воздействий и нарушения природного равновесия. Оценка районов выполнена по следующей градации: с сильной, средней, слабой степенью воздействий и изменений и с условно неизмененной геологической средой. При этом, изменения геологической среды рассматриваются в целом без разделения их на уже произошедшие и прогнозируемые.

Территории, претерпевшие сильное природно-техногенное воздействие, отличаются сложной геоэкологической обстановкой. Степень воздействия ПТС оценивается более 35% от общего количества факторов. Это в основном районы развития индустриально-промышленных ПТС, интенсивного мелиоративного освоения. Такие участки характеризуются отсутствием вообще или наличием только одного геохимического сорбционного барьера высокой или средней интенсивности. Эко-токсиканты, содержащиеся в сточных водах проникают в подземные воды. Сильная степень изменения геологической среды характерна также для транспортно-коммуникационных ПТС, рассекающих город в различных направлениях и имеющих широкое распространение.

Территории со средней степенью воздействий и изменений - это те, в пределах которых природно-техногенная иэмененность составляет 25-35%. Большая часть таких площадей занята селитебными ПТС (от 60 до 70%). Сюда относятся жилые микрорайоны: Западный, Северный, Чкаловский, Сельмаш, Красный город-сад, Центральная часть города, п.Александровка. Здесь имеются геохимические барьеры средней и высокой интенсивности.

Площади, на которых геологическая среда восприняла воздействие от 10 до 25% общего количества факторов, относятся к слабо измененным.

На пространствах с условно не измененной геологической средой неблагоприятные природные и техногенные процессы не зафиксированы или их проявления редки, носят локальный характер и составляют не более 15% от общего количества воздействующих факторов. Подземные воды в основном защищены несколькими геохимическими барьерами высокой и средней интенсивности.

Участки со слабой степенью воздействий и изменений, а также с условно неизмененной геологической средой наблюдаются в окраинных частях города. Отдельные незначительные участки в виде скверов, парков, зеленых зон разбросаны по всей территории города.

На пространствах, в пределах которых лнженерно-геоэкологичёскиё изм«нения проявляется в ;:сГ; стспгн», после-

дующее строительное освоение следует запретить.

Территории со средней степенью изменения геологической среды не рекомендуется застраивать без осуществления соответствующих мер по управлению инженерно-геоэкологическими условиями. Целесообразно провести реконструкцию имеющихся зданий и сооружений.

Оптимальные условия для проектирования нового строительства имеют место только на участках со слабыми инженерно-геоэкологическими изменениями, или практически не затронутые тех-ногенезом. Но и эти участки могут потребовать соответствующих средств технической мелиорации по улучшению условий строительства зданий и сооружений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. При разработке морфолитогенной основы для лессовых территорий юга России впервые был применен принцип типизации геологической среды, который до настоящего времени опробирован лишь для Московского региона.

2. Городская агломерация рассматривается как урбанистическая полисистема, состоящая из ряда природно-технических систем. Опираясь на это теоретическое положение, автором создана схема инженерно-геоэкологичеСкого подразделения территории г.Ростова-на-Дону, которое включает! районирование морфолитогенной основы с

оценкой «е устойчивости, выделение урбанистических ландшафтов и элементарных природно-технических систем, являющихся причиной сложных воздействий на геологическую среду города.

3. При определении устойчивости морфолитогенной основы города оценены тип геологического строения, геоморфологические условия (энергия рельефа, расчлененность, крутизна склонов), геодинамическая обстановка, гидрогеологические особенности, глубина и защищенность подземных вод; современное проявление овражной эрозии; наличие геохимических барьеров различной степени интенсивности.

Для качественной и количественной оценки техногенеза в границах города выделены урбанистические ландшафты и элементарные ПТС.

Главными признаками такого обособления ландшафтов были их основные (фоновые) назначения, которые оказывают воздействия на геологическую среду и определяют ее инженерно-геоэкологические изменения .

4. Впервые для лессовых толщ юга России выявлены инженерно-геохимические процессы, протекающие в лессовой толще при ее контакте с техносферой. Установлено, что лессовые породы и реликты древних почв в них являются естественными геохимическими сорбцион-ными барьерами по отношению к таким металлам, как Zn, Ni, Си, Сг. По степени интенсивности сорбции породы различного состава и возраста лессовой толщи можно разделить на высокоинтенсивные (современные почвы, скифские глины, породы на контакте со скифскими глинами); среднеинтенсивные (погребенные почвы); слабоинтенсивные ( суглинки); практически не сорбирующие - пески и супеси. Характеризовать их предлагается коэффициентом интенсивности сорбции тяжелого металла (Кс), под которым понимается отношение количества сорбированного металла (Nc1**) лессовой породы к общему содержанию его в объеме сточной воды (См") .

5. С инженерно-геоэкологической точки зрения инженерно-геохимические процессы и явления, изученные автором можно отнести к процессам загрязнения геологической среды, оказывающих отрицательное влияние на качество подземных вод и изменяющих инженерно-

геоэкологические свойства лессовых грунтов. Рассматривая с этих позиций влияние литологического строения (в том числе и циклического) грунтовой толщи города на загрязнение, автором показано следующее. Защищенность геологической среды на территории г.Ростова-на-Дону зависит от наличия сорбционных геохимических барьеров различного качества и их сочетания. Выделяются геохимические условия следующих типов:

I тип: отсутствие барьеров средней и высокой интенсивности. Геологическая среда не защищена;

II тип: наличие одного Барьера высокой интенсивности или средней интенсивности. Геологическая среда защищена слабо;

III тип: наличие одного барьеров высокой и средней интенсивности. Геологическая среда защищена удовлетворительно;

IV тип« наличие одного барьера высокой интенсивности и двух-средней интенсивности. Геологическая среда защищена вполне надежно;

V тип: наличие двух барьеров высокой интенсивности обеспечивает полную защиту геологической среды.

Рекомендуется использовать естественные сорбционны* способности лессовых толщ при проведении инженерно-геоэкологических изысканий при выборе площадок под оборудование полигонов твердых бытовых отходов и строительства сооружений для утилизации промышленных отходов, л также при создании новых промышленных предприятий. Автор предлагает считать исследования такого рода на территории крупных городов необходимой составной частью проектирования и инженерно-строительных изысканий.

6. Количественно оценить степень изменчивости геологической среды под влиянием инженерно-хозяйственной деятельности человека -весьма сложная задача, в связи с многогранностью такого воздействия. Выход ия этого положения автор видит в относительной оценке качества участия того или иного фактора в баллах. Разработана шкала, в которой каждому фактору присвоено количество баллов в зависимости от его интенсивности воздействия на геологическую среду.

Такие теоретические представления позволяют проведение районирования территории по степени инженерно-геоэкологических изменений геологической среды. На территории города выделены районы, в прег делая которых оценка нарушения природного равновесия выполнена по следующей градации: с условно измененной, со слабо измененной, средне измененной и сильно измененной геологической средой.

Данный подход позволяет дать рекомендации по дальнейшему освоению городской территории с учетом всех негативных последствий любых видов строительства.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Хансиварова Н.М., (в соавторстве с Чуприным В.Г.) Некоторые закономерности упрочнения лессовых пород II Строительство на лессовых грунтах (оценка свойств грунтов, проектирование оснований, устройство фундаментов). - Ростов-на-Дону; РИСИ, 1987.- С.52-55.

2. Хансиварова H.H., (в соавторстве с Черкасовым М.И.) Краткая характеристика экологической обстановки г.Ростова-на-Дону. Деп. В ВИНИТИ N 2484-В93.

3. Хансиварова Н.И., (в соавторстве с Черкасовым М.И.) Краткая история освоения территории г.Ростова-на-Дону.- Деп. В ВИНИТИ N 2485-В93.

4. Хансиварова H.H.,(в соавторстве с Черкасовым Н.И.) Ланд-шафтно-урбзнистическое районирование территории г.Ростова-на-Дону // Теория и практика в архитектуре.- Ростов-на-Дону: РГАС? 1995/-Н 2.

5. Хансиварова Н.М., (в соавторстве с Черкасовым М.И.) Оценка геохимических особенностей лессовых пород для составления инженерно-геоэкологических карт (на примере г.Ростова-на-Дону). Тезисы докладов III Международной конференции "Экология города",- Ростов-на-Дону, 1994 .

6. Хансиварова Н.М., (в соавторстве с Черкасовым М.И.) К методике оценки инженерно-геоэкологических условий лессовых толщ ур-

банизированных территорий (на примере г.Ростов«-на-Дону) // Доклл; на Международной научной конференции, посвященной 85-летш акад.Г.А.Мавляноаа.- Ташкент, 1995.

7. Хансивароаа H.H., |в соавторства с Коробкиным В.И.) К вопросу о геохимических свойствах лессовых пород территории юга Рос сии (на примере г.Ростова-на-Дону) // Сборник научных трудов НПИ. Новочеркасск, 1995 (• печати).

уст iat, № /И>