WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В последние годы на территории РФ активно развиваются опасные природно-техногенные процессы, представляющие угрозу не только зданиям и сооружениям, но и самой жизни людей. Одним из основных природно-техногенных процессов является подтопление городских территорий. В той или иной мере подтоплены практически все города и тысячи других населенных пунктов России. Основными негативными последствиями техногенного подтопления являются: деформация зданий и сооружений; разрушение подземных сооружений и коммуникаций; теплопотери из теплотрасс вследствие ухудшения условий эксплуатации коммуникаций; загрязнение подземных вод, используемых для хозяйственно питьевых целей; загрязнение поверхностных водотоков и водоемов; ухудшение санитарно-эпидемиологической обстановки, как результат ненадежности эксплуатации систем жизнеобеспечения.

Данные кризисные явления можно преодолеть с помощью разработки и осуществления схем и программ по защите урбанизированных территорий от опасных природно-техногенных процессов, позволяющих экологизировать городскую среду. Под экологизацией городской среды подразумевается поддержание экологического равновесия между городом и природой, т.е., достижение условий сбалансированного сосуществования окружающей природной среды и хозяйственной деятельности человека с долгосрочным использованием природных ресурсов.

Учитывая высокий темп развития производства и уровень его технического обновления, результатом экологизации станет повышение материального, культурного уровня жизни населения, улучшение социально-бытовых и санитарно-гигиенических условий проживания в городах; сохранение окружающей среды путём снижения темпов потребления природных ресурсов.

Цель диссертационной работы. Исследование природно-техногенных условий урбанизированных территорий для разработки научно-практических основ рационального использования ресурсов и обеспечения экологической безопасности.

Задачи исследований:

  1. Исследовать геоэкологическое состояние городской среды.
  2. Дать прогнозную оценку изменения гидрогеологических условий по степени подтопляемости в пределах городской среды.
  3. Выявить инженерно-геологические и геоэкологические условия, влияющие на состояние водонесущих систем.
  4. Дать оценку эффективности существующих видов инженерной защиты и предложить предупредительные мероприятия по предотвращению подтопления.
  5. Разработать мероприятия по экологизации водохозяйственного комплекса инженерной инфраструктуры как основополагающее направление в системе жизнеобеспечения.

Научная новизна работы. Рассмотрены взаимосвязанные и взаимообусловленные научные проблемы техногенного подтопления городских территорий, состояние коммунальной инфраструктуры г. Томска, добыча подземных вод на Обь-Томском междуречье и транспортировка хозяйственно питьевых вод по системам водоснабжения города.

Охарактеризованы проблемы водохозяйственного комплекса (ВХК) инженерной инфраструктуры с позиций экологизации, определена её значимость для современного города с точки зрения социальных, экологических и экономических отношений.

Предложены схемы и мероприятия по защите урбанизированных территорий в условиях влияния процессов техногенного подтопления.

Практическая значимость работы. Материалы доложены (2005) и используются в областной целевой программе «Большой город» Администрации Томской области и в работе Государственной жилищной инспекции Томской области. Результаты исследований являются одними из базовых положений организации при ТГАСУ регионального ресурсного центра по комплексному использованию и охране водных ресурсов, созданного по решению круглого стола «Чистая вода», проведенного в 2007 году в Томске по инициативе партии «Единая Россия» и Администрации Томской области.

Материалы используются при выполнении госбюджетной НИР «Исследование особенностей формирования подземных вод на территории Сибирского Федерального округа и разработка методов их комплексного использования с учетом эколого-гидрогеологических условий» (номер государственной регистрации ГР № 01.2.00409052).

Результаты исследований введены в учебный процесс кафедры «Гидрогеоэкология и водохозяйственная деятельность» ТГАСУ по дисциплинам «Основы гидрологии в условиях Западной Сибири», «Почвоведение».

Основные защищаемые положения

  1. Природно-техногенные особенности развития процессов подтопления, возникающие при неупорядочной зарегулированности поверхностного стока и потерь воды на водонесущих системах, обуславливают формирование дополнительного инфильтрационного питания, величина которого для г. Томска составляет 46,5-216 мм/год. Сложившаяся ситуация требует безатлогательных действий по разработке и практическому осуществлению схем и программ по экологизации урбанизированных территорий.
  2. Комплексный и системный подход к разработке практических рекомендаций по инженерной защите территории г. Томска от процессов техногенного подтопления.
  3. Мероприятия по экологизации водохозяйственного комплекса инженерной инфраструктуры с учетом природно-техногенных условий и геоэкологических особенностей г. Томска.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на: 1-ом Международном научно-практическом симпозиуме «Проблемы водных и других ресурсов и геоэкология», посвященная оценке устойчивости окружающей среды (Пенза 2006). V-й Международный симпозиум «Контроль и реабилитация окружающей среды» (Томск 2006). XVIII Всероссийском совещании «Подземные воды Востока России» (Иркутск 2006).

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы и 10 приложений. Основной текст изложен на 130 страницах и включает 22 таблицы, 15 рисунков. Список литературы содержит 142 источника.

Методы исследований и фактический материал. Исследования заключались в анализе инженерно-геологических и геоэкологических проблем, в основу которых положены материалы ИПЖКХ по климатическим, гидрогеологическим, структурно-тектоническим особенностям территории г. Томска, инженерно-геологические условия которого преобразовались под воздействием производственной деятельности человека.

Личный вклад автора. В соответствии с поставленными задачами собран и целенаправленно проанализирован обширный фактический материал и результаты исследований других авторов. Это позволило сформулировать научные положения о защите урбанизированных территорий и возможностях улучшения экологической ситуации в пределах городской среды. В целом, выполнено и исследовано геоэкологическое состояние городской среды, дана прогнозная оценка изменения гидрогеологических условий по степени подтопляемости территории г. Томска. Определены инженерно-геологические и геоэкологические условия, влияющие на состояние водонесущих систем. Дана оценка эффективности существующих видов инженерной защиты и предложены предупредительные мероприятия по предотвращению подтопления. Разработаны мероприятия по инженерной защите застроенной территории мкр. Черемошники.

Благодарности. За помощь в работе, консультации и ценные советы при подготовке работы автор выражает глубокую признательность научному руководителю профессору Г.М. Рогову, автор искренне благодарен и считает приятным долгом выразить коллективу кафедры гидрогеоэкологии и водохозяйственной деятельности ТГАСУ глубокую благодарность за помощь и поддержку в проведении исследований и подготовке диссертационной работы. За понимание, полезные советы и всестороннее обсуждение работы автор приносит искреннюю благодарность профессорам Г.Г. Щербаку, Д.С. Покровскому, В.К. Попову.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Геоэкологические условия

В данной главе рассмотрено и представлено геологическое строение, гидрогеологические условия территории г. Томска, особенности которого предрасположены к развитию и активизации опасных природно-техногенных процессов.

В изучение геоэкологических условий, проблем урбанизированных территорий г. Томска посвящено большое количество научных работ М.Э Янишевский, М.К. Коровин, К.В. Радугин, Л.А. Рагозин, Б.В. Плотников, Т.И. Подгорная, Л.А. Рождественская, Г.М. Рогов, Д.С. Покровский, В.Е. Ольховатенко, А.И. Полищук, С.Л. Шварцев, М.Б. Букаты, В.К. Попов, Н.В. Крепша, А.В. Мананков, В.П. Парначев, Г.Г. Щербак, М.Г. Рутман, и многих д.р.

В результате проведенного комплексного анализа структурно-тектонического строения, геологических, гидрогеологических и инженерно-геологических условий территории г. Томска установлено, что в пределах городской застройки развиты блоковые поднятия и впадины палеозойского фундамента.

В пределах блоковых поднятий палеозойского фундамента сформировался террасовый комплекс р. Томи, в основании которого залегают глинистые водоупорные породы коры выветривания палеозойских пород.

В юго-западной части города пойменные отложения в связи с отсутствием первой надпойменной террасы примыкают к отложениям второй надпойменной террасы р. Томи. В верхней части аллювиальные отложения поймы представлены слабопроницаемыми глинистыми отложениями, которые в зоне примыкания образуют противофильтрационные завесы, т.к., перекрывают водоносный горизонт в подошве второй надпойменной террасы. Воды данной террасы поступают в насыщенные грунты или на поверхность поймы, вызывая заболоченность и затопление тыловой части поймы в районе ул. Московский тракт (рис. 1).

В северной части города (мкр. Черемошники) пойменные отложения примыкают к отложениям третьей надпойменной террасы, воды которой разгружаются на поверхность поймы, вызывая затопление и подтопление территории в тыловой части поймы.

В тыловой части второй надпойменной террасы р. Томи на многих участках залегают слабопроницаемые суглинистые отложения, которые являются противофильтрационной завесой при разгрузке подземных вод третьей надпойменной террасы.

Фактически все ресурсы подземных вод кайнозойских отложений разгружаются в слабопроницаемые отложения данной террасы и формируют подтопление зданий и сооружений. Статические уровни грунтовых вод на таких участках устанавливаются на глубине 1,2-2,0 м.

Условные обозначения
1. Стратиграфо-генетические комплексы 2. Инженерно-геологические типы по ГОСТ 25100-82
Рис. 1. Гидрогеологический разрез через площадку Краеведческого музея

На водораздельной части в северной и юго-восточной части городской территории, развиты осадки палеогенового, неогенового и четвертичного возраста. Особое значение для городской застройки имеют нижне-среднечетвертичные и средне-верхнечетвертичные отложения, в которых развит слабоводоносный горизонт, приуроченный к невыдержанным по мощности линзам тонкозернистых песков и супесей. Статические уровни данных вод залегают на глубине 3-7 м (в зависимости от расчлененности рельефа), что свидетельствует об отсутствии естественного подтопления на данной территории.

Возникновение подтопления на локальных участках рассматриваемых отложений может быть вызвано только техногенными факторами, в первую очередь утечками на водонесущих системах.

Проведенный анализ геологического строения и гидрогеологических условий территории г. Томска свидетельствует о наличии благоприятных условий для развития естественного подтопления, которые в значительной мере усиливаются с развитием техногенной составляющей подтопления.

Глава 2. Техногенное подтопление интегральный показатель

развития урбанизированных территорий

Впервые для г. Томска в контексте решения проблем подтопления городской среды представлено детальное описание природно-технической системы городской среды. Рассмотрена структура города, застройка и состояние водохозяйственного комплекса инженерной инфраструктуры.

Исследование территории г. Томска позволило выделить следующие причины возникновения техногенного подтопления:

  • стихийная, фрагментарная инженерная подготовка без соответствующих сооружений по сбору и отводу подземных и поверхностных вод;
  • утечки из водонесущих коммуникаций (хозяйственно бытовая канализация, водопровод, теплотрассы), за счет которых формируется дополнительное инфильтрационное питание;
  • уничтожение естественных дренажных систем (рек Медичка, Игуменки др.), ликвидация старичных озер, засыпка и застройка гаражами логов и оврагов;
  • барражный эффект от многочисленных свайных фундаментов;
  • подача поверхностного стока с городских территорий по системам ливневой канализации в подстилающие грунты при заиливании труб на выпусках данной системы.

Последствия, вызванные подтоплением, настолько серьезны, что в настоящее время можно говорить о возникновении в городе чрезвычайной ситуации, о чем свидетельствует активизация оползневых процессов, представленная в работе В.Е. Ольховатенко, М.Г. Рутмана, В.М. Лазарева (2005).

Поэтому, в данной и последующих главах, основное внимание уделено прогнозу и предотвращению техногенного подтопления застраиваемых и застроенных территорий, где интенсивность инженерной нагрузки характеризуется степенью концентрации водонесущих коммуникаций основных видов (водопровод, канализация, теплоснабжение и ливневая канализация).

Обобщенная интенсивность техногенного питания, создаваемая в результате потерь из водонесущих коммуникаций участвует в формировании дополнительного инфильтрационного питания, вызывающего значительное повышение уровня грунтовых вод, либо формирование техногенной верховодки в ранее сухих грунтах. Величина дополнительного инфильтрационного питания, колеблется для районов индивидуальной застройки в пределах м/сут, (46,5 мм/год), а для районов с современной многоэтажной застройкой эта величина составляет м/сут (216 мм/год).

Данные величины дополнительного инфильтрационного питания несопоставимы со значениями естественного инфильтрационного питания, которое на Обь-Томском междуречье, находится в пределах 65-197 мм/год.

Высокие значения величин дополнительного инфильтрационного питания обусловлены значительными потерями на водонесущих коммуникациях, величина которых достигает 34% на системах водоснабжения и 27% на канализационных сетях.

Надежность эксплуатации водонесущих коммуникаций зависит от различных техногенных и природных факторов и условий их функционирования, которые значительно уменьшают фактический срок их эксплуатации и снижают нормативные показатели надежности данных систем.

В работе рассмотрены факторы, влияющие на состояние данных систем:

  1. По данным, полученным в ходе инженерно-геологических исследований удельное электрическое сопротивление грунтов (не превышает 70-80 Ом/м) в которых проложены коммуникации (а это в основном суглинки), обладают средней степенью коррозионной активности по отношению к стали. На подтопленных участках удельное электрическое сопротивление глинистых грунтов уменьшается в 2-3 раза, что ведет к увеличению коррозионных процессов стальных трубопроводов. В связи с увеличением влажности грунтов, которая наблюдается на участках находящихся в подтопленном состоянии, удельное электрическое сопротивление грунтов уменьшается, следовательно, увеличивается его коррозионная активность по отношению к металлическим и железобетонным конструкциям (рис. 2).

Условные обозначения
Участки с высокой степенью опасности электрокоррозионного поражения Участки со средней степенью опасности эллектрокоррозионного поражения Граница участков, постоянно или периодически подтопленных Железнодорожная линия Трамвайная линия
Рис 2 Схема районирования по степени опасности электрокоррозионного поражения подземных коммуникаций

Практически половина аварий, происходящая на водопроводных сетях города, связана с образованием свищей. Это значит, что половина всех учтенных аварий произошла в результате коррозионного разрушения. На территории г. Томска, не менее 50 км канализационных коммуникаций (приблизительно 20% от общей протяженности) проложено вдоль участков с развитым электрифицированным транспортом, причем более 20% из них составляют железобетонные и стальные трубопроводы, которые наиболее подвержены электрокоррозийному разрушению.

  1. Производственные сточные воды содержат органические и минеральные загрязнения, вид которых зависит от характера производства и технологических процессов, применяемых на предприятиях. Существующая нормативная база сроков службы канализационных трубопроводов и насосного оборудования не учитывает особенности их эксплуатации. Сточные воды снижают надежность, фактический срок службы и эксплуатации канализационных систем, в результате чего увеличивается количество аварий, капитальных ремонтов на сетях. Экономический ущерб, создаваемый сточными водами, определяется затратами на устранение аварий, повреждений, превышением фактической стоимости капитальных ремонтов над нормативной стоимостью.
  2. Анализ материалов магистральных трубопроводов показал, что около 60% от общего количества хозяйственно бытовой канализации составляют бетонные и железобетонные коллекторы, сильно подвержены разрушению из-за агрессивности техногенных вод, обладающих углекислотной агрессией по отношению к бетону марки W4 W6 (содержание СО2 агрессивной 14,0 - 79,2 мг/л) и агрессивностью выщелачивания по отношению к бетону марки W4. (рис. 3).

 Схема коррозийного разрушения бетона Хлоридной агрессии подвержены-11Рис. 3. Схема коррозийного разрушения бетона

Хлоридной агрессии подвержены стальные и железобетонным конструкции (содержание хлоридов составляет 227,2-305,8 мг/л).

Значительное развитие на территории города получила электрохимическая коррозия, в связи с наличием здесь техногенных электрических полей, создаваемых электрифицированным транспортом и высоковольтными электролиниями. Недоучет данного явления ведет к преждевременному износу водонесущих систем и металлических конструкций (рис. 3).

Эти обстоятельства должны в корне изменить планировку, размещение и материалы, используемые при строительстве хозяйственно бытовой канализации на территории города.

Повышение эффективности эксплуатации водонесущих коммуникаций возможно, учитывая основные технологические свойства сетей и в первую очередь: надежность, долговечность, ремонтопригодность, повреждаемость (табл. 1).

Таблица 1

Материалы трубопроводов

Сети Асбестоцемент Чугун Железобетон Керамика Сталь Пластмасса
Водопровод 0,2% 52,2% 0,2% -||- 47,4% -||-
Хозяйственно бытовая канализация 32% 28% 20% 13% 6% 1%
Ливневая канализация 27% 1% 58% 4% 10% -||-

Для оценки степени аварийности на водонесущих коммуникациях нами были собраны данные учета аварий и утечки на них. Сбор осуществлялся в ЖЭУ №№ 1, 3, 5, 8, 12, 13, 16, 17, 20, 29 ПЖРТ, ОАО «Томскводоканал», АО «Томскэнерго», МП «Томсктеплосети» за 1993 - 2005 гг., где в журналах учета фиксируются в основном адреса и причины аварий, но очень редко присутствуют сведения о продолжительности и объёму утечек. В пределах только Советского и Кировского районов протяженность водонесущих коммуникаций составляет свыше 480 км, из них на водопроводные сети приходится 152 км, протяженность теплотрассы, составляет 147 км, протяженность хозяйственно бытовой канализации - 140 км, ливневой канализации - 33 км.

Одной из причин утечек и аварий на водонесущих коммуникациях является превышение их сроков эксплуатации (табл. 2).

Таблица 2

Сроки эксплуатации водонесущих систем

Сети Сроки эксплуатации
<10лет 10-20 лет >20 лет
Водопровод 6,4 % 25% 68,2 %
Фекальная канализация 25,8 % 28,2 % 46%
Ливневая канализация -||- -||- >51 %

Из таблицы видно, что около 60 % всего парка эксплуатируемых трубопроводов выработали свои нормативные сроки эксплуатации, то есть не отвечают предъявляемым нормативным техническим требованиям, что в свою очередь ведет к высокому уровню аварий и утечек связанных с ними.

Отличие показателя работы сетей в реальных условиях от нормативного показателя надежности их эксплуатации влечет за собой потери материальных, трудовых и природных ресурсов и, как следствие, увеличение непроизводительных потерь в народном хозяйстве, что приводит к колоссальным убыткам, которые являются результатом неэффективного использования основных инженерных фондов, потерь от досрочного разрушения трубопроводов, увеличения эксплуатационных расходов.

Технологическая надежность эксплуатации водонесущих коммуникаций является комплексной проблемой. Основные факторы, влияющие на надежность и долговечность эксплуатации водонесущих коммуникаций, приведены на (рис. 4).

Глава 3. Инженерно-геологические мероприятия по защите

от процессов техногенного подтопления

Рассматривая эффективность существующих видов инженерной защиты г. Томска от опасных природно-техногенных процессов, обратим внимание на ливневую канализацию (ЛК), являющаяся одним из видов инженерной защиты города от процессов подтопления. Предназначенная для своевременного удаления поверхностного стока. Сеть ливневой канализации состоит из магистральных колодцев, станций перекачки и выпусков ливневых стоков в водоемы.

Сеть ЛК в г. Томске начала функционировать с 1965 г. и к настоящему времени 55% трубопроводов эксплуатируется более 30 лет, т.е. значительно превышает нормативные сроки эксплуатации.

На территории Советского и Кировского районов выпуски ливнестоков в р. Томь, расположенны по пер. Буяновскому, пер. Иванова, ул. Беленца и пер. Нахановича, но не оборудованы затворными устройствами и затапливаются во время половодья. Часть труб в районе ул. Московский тракт и на выпуске в р. Томь заилены, подходы к реке размыты и представляют собой траншеи, наполненные водой. На территории этих районов ЛК принимает более 2 млн. м3/год вод сформированных атмосферными дождями и талыми водами. Из них в р. Томь сбрасываются 1,1 млн. м3 в год и 1,3 млн. м3 в р. Ушайку.

Наличие нормально функционирующей ЛК имеет прямое отношение к решению проблем по регулированию уровня грунтовых вод. Во-первых, в ливневую канализацию подключаются все виды дренажных систем. Во-вторых, траншея ЛК засыпается дренирующем материалом (песком или гравийно-песчаной смесью), поэтому такая траншея является дренажной и способствует осушению прилегающей к ней территории.

Особое значение в плане мероприятий по защите территории от процессов техногенного подтопления уделяется мкр. Черемошники.

В результате эрозионной деятельности р. Томи на значительной части территории микрорайона были полностью размыты первая и вторая надпойменные террасы и отложения поймы глубоко врезались в песчано-глинистые палеогеновые образования. Сформировался крутой склон третьей надпойменной террасы (Каштачная гора), относительное превышение поверхности террасы над поверхностью поймы составляет 20-32 м.

В тыловой части поймы р. Томи при отсутствии второй надпойменной террасы, аллювиальные песчано-гравийные отложения примыкают к водовмещающим отложениям третьей надпойменной террасы, обуславливая тесную гидравлическую связь этих горизонтов (рис. 5).

Пьезометрическая поверхность водоносного горизонта третьей надпойменной террасы располагается значительно выше поверхности пойменных отложений и при отсутствии второй надпойменной террасы происходит разгрузка вод террасовых отложений на поверхность поймы р. Томи в виде многочисленных родников. Это вызывает затопление и подтопление большой площади микрорайона, создавая трудности для строительства и эксплуатации жилых зданий и промышленных объектов.

Рис. 5. Инженерно-геологический разрез пойменных и террасовых отложений

в мкр. Черемошники

На участках второй надпойменной террасы присутствует скрытая разгрузка этих вод в водоносный горизонт пойменных отложений.

По данным гидрометрических измерений Института проблем ЖКХ суммарный расход подземного стока поступает со стороны третьей надпойменной террасы на поверхность поймы, равный 3500 м3/сут.

С рекой Томью водоносный горизонт пойменных отложений имеет тесную гидравлическую связь, т.е. имеет границу первого рода. В прибрежной части р. Томи (прилегающие к дамбе территории микрорайона) в весенне-летний и осенний паводковые периоды, в результате повышения уровней воды в р. Томи создает подпорный режим, способствующий повышению уровней грунтовых вод.

Подтопление центральной части микрорайона «Черемошники» определяется наличием двух встречных потоков подземных вод: со стороны р. Томи и подземных вод поступающих со стороны третьей надпойменной террасы. Кроме этого, положение уровней грунтовых вод пойменных отложений значительную часть времени года определяется граничными условиями.

Существующая система инженерной защиты мкр. Черемошники представлена ливневой канализацией по ул. Героев Чубаровцев и открытыми дренажами по некоторым улицам микрорайона, но это не решает главной причины подтопления и затопления территории микрорайона, перехват потока подземных вод, разгружающихся в тыловой части поймы и отвода их в систему озер Керепеть.

В 2003 году нами предложен план мероприятий по инженерной защите застроенной территории в мкр. Черемошники.

  1. Капитальный ремонт ливневой канализации по ул. Героев Чубаровцев, на участке ул. Б.Подгорная - ул. Учительская.
  2. Капитальный ремонт ливневой канализации по пер. Зырянскому.
  3. Устройство открытого железобетонного лотка по ул. Ангарской.
  4. Капитальный ремонт насосной станции на оз. Керепеть.
  5. Капитальный ремонт сбросного сооружения с затворами дамбы у оз. Керепеть.
  6. Создание отсечного горизонтального дренажа в комбинации с вертикальным и дополнительной системой ливневых канализаций по улицам микрорайона.
  7. Обустройство у оз. Ериневское Зырянское системы понижающих скважин.
  8. Заложение дополнительной водопропускной трубы на более низких отметках для более эффективного сброса вод в оз. Керепеть.
  9. Расчистка оз. Керепеть и открытых дренажных систем.

Целью данных мероприятий является обеспечение оптимальных условий взаимодействия городской застройки с природной средой, охрана и рациональное использование геологической среды застраиваемой территории микрорайона. Часть мероприятий данного плана, стоимостью более 20 млн. руб, были выполнены департаментом ДСБиТ в 2004-2005 гг. (капитальный ремонт насосной станции, сбросного сооружения, ливневой канализации по ул. Героев Чубаровцев, расчистка оз. Керепеть и открытых дренажных ситем), что дало положительный эффект по снижению затопления мкр. Черемошники.

В целом для инженерной защиты территории г. Томска от подтопления предлагается план мероприятий, виды и объёмы которых представлены в (табл. 3).

Таблица 3

План мероприятий по инженерной защите территории

г. Томска от подтопления

Виды работ Единицы измерения Объём работ Стадия работ Стоимость работ тыс. руб
1 2 3 4 5 6
Снижение внутридомовых потерь хозяйственно питьевой воды в жилом фонде г. Томска
1 Установка подомовых приборов учета холодной воды прибор 2000 схема 20000
2 Консервация эксплуатационных скважин на Томском водозаборе подземных вод скв 30 - -
Советский и Кировский районы
3 Локальные дренажные устройства для зданий и сооружений (пластовые, пристенные дренажи, водосборные скважины, колодцы в комбинации с лучевыми дренажами) устройство 50 - 50000
4 Ливневая канализация м 10000 - 90000

Продолжение табл. 3

1 2 3 4 5 6
5 Отсечный горизонтальный дренаж в тыловой части поймы (вдоль ул. Московский тракт) м 1500 - 15000
Ленинский район (ул. Р. Люксембург)
6 Скважины водосборные скв 5 - 1500
мкр. Каштак, Иркутский тракт, Солнечный.
7 Локальные дренажи устройства для зданий и сооружений устройства 50 - 50000
8 Капитальный ремонт ливневой канализации по пер. Зырянскому м - Рабочий проект 619
9 Строительство в ливневой канализации по улицам мкр. Черемошники м 5800 схема 58000
10 Строительство отсечного горизонтального дренажа в тыловой части поймы м 3000 - 50000
Обустройство озер Ереневское, Зырянское скв 4 схема 300
11 Заложение водопропускных труб на оз. Керепеть м 100 - 1000
Итого 336000

Таким образом, для снижения подтопления территории г. Томска необходимы комплексные, программные методы, позволяющие учесть уязвимость и перспективы развития городской среды в непростых инженерно-геологических условиях (рис. 6).

Глава 4. Экологизация урбанизированных территорий

Экологизация - это система знаний, мероприятий и решений по сохранению среды жизни, поддержанию экологического равновесия, сокращению негативных воздействий человеческой деятельности на природную среду. Постепенный переход к «мягкому» взаимодействию, направленному на сохранение и восстановление природы и среды жизни, с использованием природосберегающих и природовосстанавливающих методов хозяйствования.

Концепция экологизации ВХК урбанизированных территорий позволяет учесть экологические требования в градостроительстве, архитектуре, строительстве, сохранить ландшафты в пределах городской территории (рис. 7). Комплексное решение проблем экологизации городской территории в перспективе позволят улучшить не только внешнюю городскую среду (чистота воздуха, почв, состояния флоры и фауны, визуальная и акустическая среда), но и внутренний среды зданий (чистота атмосферы, внутренний климат, тепловой и акустический комфорт, солнечная облученность, визуальная среда и пр.).

 Принципиальная схема внутренних связей городской инженерной-15
Рис. 7. Принципиальная схема внутренних связей городской инженерной инфраструктуры

Кроме этого, экологизация ВХК инженерной инфраструктуры позволит экономить энергию, и как следствие возможность её возобновления, осуществлять мониторинг качества воды, полифункциональное использование территорий и природных технологий в водоснабжении, переработке отходов и т.п.

Оценка необходимости в экологизации ВХК инженерной инфраструктуры, основывается на крайней степени износа инженерных коммуникаций, ведущие к значительному росту количества потерь воды.

Данные потери хозяйственно питьевой воды происходят на наружных системах водоснабжения (34%) и внутридомовых системах жилого фонда г. Томска, где они достигают 15% (табл. 4).

Снижение только внутридомовых потерь воды на 15% приведёт к снижению объёмов добычи воды на 30 тыс. м3/сут, и уменьшению количества действующих эксплуатационных скважин (на 30 скважин) на Томском водозаборе подземных вод, что в конечном результате приведет к снижению затрат по добыче подземных вод и соответственно снижению тарифов на холодную и горячею воду. Только по электроэнергии на добычу подземных вод Томском водозаборе ежегодная экономия составит 15 млн. руб.

Таблица 4

Подачи и потери воды в системах водоснабжения по г. Томску

Наименование Единицы измерения Годы
2000 2001 2002 2003
Подано воды в сеть Тыс. м3 68316,4 70446,1 70407,1 71678,0
Утечки и неучтенные расходы воды Тыс. м3 28693,8 31656,3 32940,3 35590,2
(15%) внутри домовые потери воды тыс. м3 24389,7 26907,8 27999,2 30251,6
всего % 42 44,9 46,8 49,07

Снижение объёмов добычи природных вод приведет к снижению нагрузки на подземную гидросферу на Обь-Томском междуречье, снижению потерь на системах водоснабжения и соответственно снижению развития процессов техногенного подтопления на территории г. Томска.

Нормативная проблема имеет и далеко идущие экономические последствия. При существующих экономических условиях неизбежен ежегодный рост тарифов на коммунальные услуги. И единственная возможность снизить или замедлить рост стоимости коммунальных услуг - это снижать нормативы потребления данных услуг, следовательно, непроизводительных потерь. В частности, по воде имеется достаточный резерв для снижения норматива с 200 до 120-150 л/сут на человека, т.к. реальное водопотребление, определяемое приборами учета, не превышает 100 л/сут на человека.

В свою очередь отказ от борьбы с непроизводительными потерями вызывает следующие негативные последствия:

  • неоправданное отвлечение из бюджета муниципального образования, дополнительных капитальных вложений, материальных и трудовых ресурсов;
  • при значительных потерях воды возрастет интенсивность техногенного подтопления территорий г. Томска. В настоящее время по этой причине ухудшаются условия эксплуатации и сохранности жилищного фонда и объектов инженерной инфраструктуры, возрастают финансовые расходы на обслуживание жилищного фонда;
  • увеличение добычи подземной воды приведет к ущемлению социально-экономических и экологических интересов населения, проживающего на территории Обь-Томского междуречья. Экономический ущерб и упущенная выгода предприятий ЖКХ ежегодно составляет порядка 30.0 млн. руб., которые не восполняет ОАО «Томскводоканал».

Сегодня принято пользоваться понятием износа, прежде всего в экономическом смысле этого слова, опираясь на данные по амортизации. При одной и той же величине амортизационного износа, определяемого сроком службы, физическое состояние тех или иных сетей может быть кардинально различным. Реальная ситуация зависит от конкретных условий эксплуатации, которые могут как ускорять разрушение объекта, так и увеличивать срок его службы, превышающий нормативный срок эксплуатации.

Вопросы водно-экологических отношений заключаются в решение проблем чрезмерного количества объёма добываемой воды, влияющего на подземную гидросферу (рис. 8).

Томский водозабор имеет протяженность более 70 км, пересекает значительную территорию междуречья с её особенностями ландшафта и условиями питания подземных вод, с различным состоянием биосферы и гидросферы. Со времени начала эксплуатации водозабора фиксируются постоянные изменения в формировании ресурсов и качества вод за счет вмешательства в водный режим, следствием чего может стать нарушение нормального функционирования всех сложившихся экосистем. Как известно, интенсивная эксплуатация подземных вод приводит к значительному оседанию (до нескольких метров) земной поверхности на площади водозабора и прилегающей территории. Следствием этого являются деформации инженерных сооружений на водозаборных участках, в том числе подземных коммуникаций, водоводов. Таким образом, существует потенциальная угроза для нормальной, безаварийной работы водозабора и бесперебойной подачи воды к объектам потребления. Практика эксплуатации крупных водозаборов показывает, что под влиянием интенсивной откачки подземных вод происходит существенное изменение состояния и физико-механических свойств глинистых пород, способных при снятии гидростатических напоров значительно уплотняться, изменять фильтрационные свойства, при этом также имеет место объемное сжатие пород. В процессе интенсивного водопонижения в водовмещающей толще пород возникают процессы механической и химической суффозии, обычно приводящие к деформации поверхности на отдельных локальных участках водозабора и прилегающих площадях. Принимая во внимание вышесказанное можно утверждать, что важной частью экологизации являются достижение экологически обоснованного соотношения между освоенными и естественными территориями, установление контроля по водоснабжению и водоотведению необходимые городу. И дальнейшее промедление решения проблем, связанных с непроизводительными потерями приведет к ухудшению экологической безопасности эксплуатации систем водоснабжения города Томска.

Очередным этапом в решения проблем подтопления территории г. Томска станет разработка проектно-сметная документации на стадии рабочих проектов по мероприятиям, изложенным в (табл. 3).

Задачи и направления экологизации ВХК инженерной инфраструктуры:

  1. Повышение качества услуг водоснабжения и водоотведения;
  2. Оптимизация эксплуатационных затрат;
  3. Снижение водопотребления на основе снижения внутридомовых потерь и потерь на системах водоснабжения снижение объёмов добываемой воды, снижение затрат на добывание воды;
  4. Внедрение современных эффективных технологий;
  5. Увеличение капитальных вложений в реконструкцию в модернизацию инженерного оборудования.

Разработка системных программных мероприятий по защите территории г. Томска от опасных природных и техно - природных процессов представлено на (табл. 5).

Практическое значение схем и программ по экологизации ВХК инженерной инфраструктуры является основополагающем направлением в решении вопросов жизнеобеспечения.

Таблица 5

Система программных мероприятий по защите территории г. Томска

от опасных природных и техно-природных процессов

Задачи Первоочередные мероприятия) Перспективные мероприятия
1 2 3
I Блок нормативно-правовой
Совершенствование нормативно-правовой базы. - подготовка нормативной базы по разработке и утверждению региональных норм и правил на инженерные изыскания, проектирование, строительство и эксплуатацию природно-технических систем; - разработка и утверждение нового направления «экологизация» и его механизмы в сфере инженерно-хозяйственной деятельности; - разработка и утверждение положения об особом статусе участков и территорий, находящихся в зоне проявления опасных природных и техно-природных процессов.
II Блок организационный
Совершенствование системы управления в сфере инженерной защиты территорий. - разработка и утверждение направления «экологизация» как системы управления в сфере инженерно-хозяйственной деятельности; - создание специального уполномоченного органа государственного управления в сфере инженерно-хозяйственной деятельности; - поддержка разработки и реализации муниципальных программ «зон риска», включение первоочередных мероприятий в целевые программы. Координация работы органов местного самоуправления по решению проблем инженерной защиты территорий.
III Блок информационно-аналитический
Организация системы единого государственного мониторинга природных и природно-техногенных систем. - создание системы государственного мониторинга за состоянием геологической среды и техно-природных процессов; - создание системы мониторинга за состоянием эксплуатируемых инженерных сооружений; - создание геоинформационной поддержки системы мониторинга; - разработка концепции постоянно действующих моделей гидролитосферы г. Томска. - создание государственного банка данных по состоянию геологической среды и техно-природных процессов; - создание информационной подсистемы мониторинга инженерных сооружений в рамках ЕГСЭМ г. Томска; - создание информационно-компьютерной системы постоянно действующих моделей гидролитосферы г. Томска.
IV Блок производственно-технический
Организация комплексного изучения состояния геологической среды и техногенных процессов на территории г. Томска. - проведение крупномасштабного комплексного геолого-гидрогеологического картографирования территории г. Томска; - оценка условий подтопления территории г. Томска и разработка мероприятий по защите от воздействия подземных и техногенных вод; - оценка состояния и устойчивости природно-технических систем урбанизированных территорий; - оценка опасности и риска при освоении территории и строительстве различных объектов. проведение комплексных геологических, гидрогеологических, геоморфологических и инженерно-геологических исследований для выяснения причин и закономерностей развития опасных природных и техноприродных процессов на территории г. Томска.

Продолжение табл. 5

1 2 3
IV Блок производственно-технический
Разработка генеральных схем и проектов инженерной защиты урбанизированных территорий. - разработка генеральной схемы инженерной защиты территории г. Томска; - разработка проектов инженерной защиты территорий, находящихся в «зонах риска». проектирование объектов инженерной защиты территорий.
Совершенствование методик оценки суммарной опасности природных и природно-техногенных процессов. - оценка современного состояния геологической среды применительно к задачам градостроительства и эксплуатации застроенных территорий; - совершенствование методики составления карт состояния, инженерно-хозяйственного воздействия, прогнозных изменений и природоохранных мероприятий по охране геологической среды. - разработка экологических и стоимостных критериев для оценки последствий взаимодействия природных и технических компонентов природно-социальной системы; - разработка природоохранных мероприятий с учетом факторов, регламентирующих возможности их технической, организационной и экономической реализации.
Создание материально-технической базы, рынка оборудования, приборов и средств для совершенствования технологии инженерной защиты территорий и объектов. - анализ существующих технологий инженерной защиты территорий; - научно-техническая разработка оборудования, приборов и средств для совершенствования контроля и организации инженерной защиты территорий; - опытно-промышленная отработка новых технологий инженерной защиты территорий. - создание производства оборудования, приборов и средств для совершенствования контроля и организации инженерной защиты территорий; - внедрение новых технологий для организации эффективной системы инженерной защиты объектов и территорий.

Концептуальность направления предусматривает программные действия, направленные на снижение социального, экономического, экологического риска урбанизированных территорий, создание экологически безопасной среды для проживания, снижение ущерба от разрушительных воздействий процессов подтопления путем экологизации инженерных коммуникаций и сооружений.

Заключение

Выполненные исследования позволяют сделать следующие выводы, определяющие теоретическую и практическую значимость работы.

В результате проведенного комплексного анализа структурно-тектонического строения, геологических, гидрогеологических, и инженерно-геологических условий территории г. Томска установлено, что определяющими факторами естественного подтопления являются структурно-тектонические особенности палеозойского фундамента, обусловившие осадконакопление, геологическое строение, и гидрогеологические условия рыхлых кайнозойских отложений осложненных современной эрозионно-аккумулятивной деятельности р. Томи. В районах с интенсивным техногенным питанием развитие процессов подтопления происходит при определенных геоморфологических условиях и геологическом строении верхних горизонтов четвертичных отложений.

Дан сравнительный анализ и обобщена интенсивность техногенного питания с помощью гидродинамических методов с элементами моделирования и фактического материала утечек из водонесущих систем, плотности сетей на исследуемой территории. Определён уровень технического состояния ВХК и надежность эксплуатации водонесущих коммуникаций. Проанализирован уровень техногенной нагрузки и условия формирования техногенных вод в зоне аэрации, а также суммарное воздействие факторов и условий влияющих на формирование подтопления территории г. Томска.

Установлено, что непроизводительные потери воды, а именно (утечки и неучтенные расходы воды) угрожающе увеличиваются с каждым годом, и связаны с высокой аварийностью на водопроводах и теплотрассах.

При выявлении причин техногенного подтопления территории г. Томска установлено, что необходимо экологизировать инженерные коммуникации. Необходимо в корне изменить планирование и размещение инженерной инфраструктуры в условиях городской застройки.

Осуществление разработанной программы мероприятий по инженерной защите территории г. Томска от подтопления позволит решить вопросы экологизации территории города, осуществить застройку мкр. Черемошники в соответствии с генеральным планом его застройки, разработанным домостроительным комбинатом в 2006 г.

Установка домовых приборов учета потребления хозяйственно питьевой воды позволит резко снизить внутридомовые потери холодной воды, снизить объемы добычи воды на Томском подземном водозаборе на (30 тыс. м3/сут), уменьшить количество эксплуатационных скважин на (30), снизить затраты на добычу подземных вод и соответственно снизить тарифы на холодную и горячую воду.

Снижение объемов добычи подземных вод уменьшит объемы потерь на водонесущих системах водоснабжения и уменьшит развитие процессов техногенного подтопления территории г. Томска.

Список опубликованных работ по теме диссертации

  1. Серяков, С.В. Управление инженерной инфраструктурой в рамках экологизации городского хозяйства./ С.В. Серяков // Проблемы ресурсов и геоэкология. - Пенза, 2006. – С. 79-81.
  2. Серяков, С.В. Экологизация городского хозяйства на фоне сформировавшихся видов техногенного воздействия. / С.В. Серяков // Контроль и реабилитация окружающей среды V Международный симпозиум. - Томск, 2006. – С. 135-137.
  3. Серяков, С.В. Эколого-экономические проблемы экологизации систем жизнеобеспечения. / С.В. Серяков // Подземная гидросфера. XVIII Всероссийское совещание «Подземные воды востока России». – Иркутск, 2006. – С. 440-441.
  4. Серяков, С.В. Экологизация систем жизнеобеспечения. / С.В. Серяков, В.В. Золотарева // Вестник ТГАСУ. – Томск, 2006 – С. 74-83.
  5. Серяков С.В. Техногенное подтопление как фактор, влияющий на Стабильное функционирование городов. / С.В. Серяков, В.К. Попов // Вестник ТГАСУ – Томск, 2007. - №2. - С. 131-137.


 




<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.