ВВЕДЕНИЕ
«Задача превращения непригодных земель в пригодные имеет большое государственное значение и требует дополнительных исследований, разработки научно-обоснованных рекомендаций по инженерной подготовке и мелиорации этих земель».
Ф.В.КОТЛОВ Актуальность работы
Научно-обоснованное, экологически безопасное, рациональное использование земель является общенародной задачей. Развитие городов влечет за собой сокращение пригодных земель и выдвигает проблему изыскания новых, дополнительных земельных ресурсов для городского строительства. Резервным фондом являются так называемые «непригодные» территории, которые, при проведении соответствующих мероприятий по инженерной подготовке, могут быть использованы под различные виды строительства. К ним, в частности, относятся овражно-балочные территории.
Вопросы, связанные с рациональным использованием городских земель, поднимались еще в 50-е годы XX века многими учеными и проектировщиками. В то время все нормативы и вся литература по градостроительству проводили в жизнь принцип строительства на свободных территориях, т.е. развитие городов, их расширение, происходило, в основном, за счет использования сельскохозяйственных земель. В связи с принятием в 1968 году Закона «Об утверждении основ земельного законодательства Союза ССР и союзных республик»!^], ограничивающего использование для расширения городов сельскохозяйственных земель, требования в области градостроительства изменились.
Современные социально-экономические условия потребовали коренных изменений в градостроительстве, активного использования «бросовых», непригодных и малоценных земель.
Освоение территорий со сложными инженерно-геологическими условиями - актуальная задача не менее, чем для 20% крупных и больших городов [76,77]. Непригодные по естественным условиям земли, по данным Ф.В.Котлова [72], в среднем составляют 10-15%, а в отдельных городах достигают 35-40%. Немалую долю среди них занимают городские овраги и балки.
Последовательное развитие рыночной экономики привело к включению в сферу товароденежных отношений землю, как важную составляющую при оценке объектов недвижимости. В связи с этим современные градостроительные требования ставят на повестку дня вопросы бережного отношения к землям городов и поселков, их рационального, экологически безопасного использования.
Освоение такого «территориального резерва, каким являются городские овражно-балочные земли, позволит значительно сократить изъятие сельскохозяйственных земель. Кроме того, создается компактное, хорошо организованное в градостроительном отношении пространство.
Тем не менее, темпы вовлечения «непригодных» земель в градостроительную практику очень низкие, несмотря на то, что в Новосибирске овраги занимают 15% от общей площади города, в г. Волгограде — 19,7%, в г. Курске — 19,5%, в Нагорной части г. Нижнего Новгорода — 17%.
Кроме того, наметились негативные тенденции при освоении городских оврагов и балок. Одна из них связана с пренебрежением инженерной подготовкой территорий, недостаточным учетом возможности проявления опасных инженерно-геологических процессов. Более распространенным явлением становится несоответствие между значительным объемом работ по инженерной защите территории и ее малоинтенсивным градостроительным использовани-
ем, вплоть до полного ее исключения из освоения, а также большой временной разрыв между этими основными стадиями процесса освоения территорий.
Сформировалась особая форма преобразования и эксплуатации городских территорий, которая получила название инженерной защиты города.
Под инженерной защитой овражно-балочных территорий понимается комплекс мероприятий научно-исследовательского, проектно-изыскательского, строительного и эксплуатационного характера, направленный на ослабление или ликвидацию проявлений опасных геологических процессов (оползней, эрозии и других).
В настоящее время возрастает необходимость не только инженерной защиты овражных территорий от опасных геологических процессов и явлений, но и преобразования их в пригодные для различных видов градостроительства путем проведения экологически безопасной инженерной подготовки.
Под инженерной подготовкой овражно-балочных территорий понимается комплекс мероприятий, направленный на изменение природных условий территории с учетом требований ее градостроительного освоения, на ослабление или исключение проявлений опасных геологических процессов и явлений и на поддержание освоенной территории на определенном нормативно-техническом уровне, т.е. в состоянии, удовлетворяющем благоприятным, экологически безопасным условиям проживания людей и нормальной эксплуатации зданий, сооружений, территории.
Среди причин, тормозящих процесс вовлечения непригодных территорий в интенсивное градостроительное освоение, следует отметить преобладание сравнения вариантов освоения по затратам на реализацию и выбор самых дешевых из них, в то время как их длительная социально-экономическая эффективность не учитывается. Отсутствие комплексного плана использования указанных городских земель приводит к тому, что вопросы решаются для отдельных локальных участков. Поэтому возникла необходимость введения понятия «технология освоения территорий».
Под технологией экологически безопасного градостроительного освоения овражно-балочных территорий следует понимать непрерывный, комплексный научно-производственный процесс, обеспечивающий техническую, экономическую, экологическую и социальную эффективность их использования.
В общих принципах технология освоения непригодных территорий со сложными природными условиями определяет долгосрочную эксплуатационную политику, которая выражается в трех главных целевых установках: снижение или недопущение впредь возникновения новых причин и источников отрицательного воздействия на окружающую среду; постепенное снижение действующих негативных факторов и планомерное улучшение состояния природных и санитарно-гигиенических условий.
В настоящее время у проектировщиков, строителей и эксплуатационников ощущается дефицит конкретных рекомендаций по рациональному использованию сложных в природном отношении территорий. Недостаток соответствующих документов привел к необходимости обобщения опыта, систематизации правил и разработки методов экологически безопасного освоения и эксплуатации овражно-балочных городских земель.
Цель работы. Задачи
Основной целью диссертационного исследования является разработка методологического обеспечения устойчивого, экологически безопасного освоения городских оврагов и балок.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
• обобщить отечественный и зарубежный опыт освоения овражно-балочных городских территорий;
• изучить в историческом аспекте пространственно-временные закономерности изменения овражно-балочной сети городов на примере г. Нижнего Новгорода;
• выполнить анализ природных и техногенных условий формирования городских оврагов, провести их классификацию по генетическому принципу;
• разработать методику инженерной оценки овражно-балочных городских территорий по степени их благоприятности для городского строительства;
• разработать классификацию схем организации рельефа (вертикальной планировки) оврагов и склонов;
• исследовать варианты проектных решений экологически безопасной и рациональной организации рельефа оврагов и склонов; разработать методику определения оптимальных параметров оврагов и балок для различных видов их устойчивого функционального использования;
• разработать систему геоэкологического мониторинга овражно-балочных городских территорий для обеспечения эффективного управления территориальными резервами;
• разработать комплекс организационно-экономических мер по решению проблемы безопасного, с экологически щадящим режимом, освоения городских оврагов и склонов.
Тема и задачи работы сформировались в результате многолетних исследований по оценке площадок овражно-балочной сети г. Нижнего Новгорода. В основу положены материалы, полученные во время технического обследования, инженерных изысканий, проектирования конкретных объектов, при разработке предложений по инженерной подготовке и благоустройству городских оврагов и склонов, обобщению опыта освоения оврагов для размещения жилой, промышленной, общественной застройки, прокладки линейных соору-
жений, анализа практики эксплуатации сооружений инженерной защиты территорий.
В процессе проведения исследований использованы: нормативно-справочная литература, Законы РФ и Нижегородской области, подзаконные акты Правительства РФ и Нижегородской области, Администрации г. Нижнего Новгорода; фондовые материалы Территориального геологического фонда ФГУГП "Волгагеология", материалы Нижегородского областного архива, архивные материалы (отчёты по НИР) Управления научно-исследовательских работ Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета; результаты исследований российских и зарубежных учёных согласно приведённого библиографического списка используемой литературы.
Методологической основой аналитического и экспериментального исследования явились труды ведущих отечественных и зарубежных учёных, специалистов в области геоэкологии, инженерной геологии, градостроительства.
Методы исследования
В работе использованы методы как эмпирического, так и теоретического исследования:
• наблюдение за процессами техногенного воздействия человека на геосреду;
• измерение направленности изменений в природной среде овражно-балочной сети под действием техногенных нагрузок;
• структурно-генетический анализ при разработке классификации городских овражно-балочных земель;
• исторический метод - при изучении динамики пространственно-временных изменений овражно-балочной сети г. Нижнего Новгорода;
• моделирование различных схем проектных решений по организации рельефа городских склонов, оврагов и балок;
10
анализ природных и антропогенных условий городских овражно-балочных территорий;
синтез отдельных микроучастков со сходными инженерно-геологическими и техногенными условиями при составлении карты районирования территории овражно-балочной сети города по степени благоприятности для градостроительного освоения;
анализ и сравнение вариантов трассировки магистрали общегородского значения по территории Большого и Малого Красных оврагов в г. Нижнем Новгороде с позиций геоэкологии;
диагностические методы неразрушающего контроля состояния грунтовых массивов и конструкций систем инженерной защиты на склонах оврагов и балок.
Основные защищаемые положения:
выявленные пространственно-временные закономерности развития овражно-балочной сети г. Нижнего Новгорода в результате антропогенной деятельности;
основанная на анализе природно-техногенных условий методика инженерной оценки и районирования городских овражно-балочных территорий для целей устойчивого, экологически безопасного развития города; разработанная методика определения оптимальных параметров оврагов и балок для различных видов экологически безопасного освоения; алгоритм ведения мониторинга овражно-балочной сети города как при-родно-технической системы с применением новейших неразрушающих методов и средств диагностики грунтов и конструкций; организационно-экономический механизм обеспечения экологически безопасного, устойчивого градостроительного освоения городских склонов, оврагов и балок.
11
Научная новизна работы:
в теоретическом и прикладном аспектах обоснованы основные принципы и методы экологически безопасного освоения и устойчивого развития городских овражно-балочных земель;
на основе изучения вековых пространственно-временных изменений овражно-балочной сети в пределах городской застройки, на примере г. Нижнего Новгорода, показана историческая предопределённость её освоения и дан анализ последствий техногенных преобразований городских оврагов и балок;
разработана методика инженерной оценки овражно-балочных городских территорий по степени их благоприятности для городского строительства;
разработаны классификации городских овражно-балочных территорий, схемы и варианты решений организации рельефа; дана методика определения оптимальных параметров оврагов и балок для различных видов их функционального использования и безопасной эксплуатации создаваемых природно-технических систем;
в целях повышения геоэкологической безопасности освоения и эксплуатации городских овражно-балочных земель разработана система их мониторинга;
разработан организационно-экономический механизм практической реализации результатов исследований.
Практическая значимость исследования:
разработана и обоснована методика районирования овражно-балочных земель по степени благоприятности для градостроительного освоения; разработаны оптимальные технические решения по организации устойчивого рельефа городских склонов, оврагов и балок;
12
подготовлена и обоснована система контроля технического состояния сооружений инженерной защиты и принципы организации мониторинга овражно-балочных городских территорий;
разработан комплекс организационно-экономических мер по внедрению результатов исследования в практику освоения городских оврагов и балок.
Реализация результатов исследований:
в период с 1999 по 2001 год исследования выполнялись в соответствии с единым заказ-нарядом (ЕЗН) и тематическим планом НИР Минобразования России из средств федерального бюджета в рамках госбюджетной темы: «Разработка геоэкологической концепции, обоснование методов градостроительного освоения и рационального использования территориальных ресурсов городских территорий» (№ гос.рег. 01970004530); в период с 2001 по 2004 год исследования выполнялись по научно-технической программе, финансируемой из средств федерального бюджета, «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» подпрограмма 211 «Архитектура и строительство», в рамках госбюджетных тем: «Разработка методологии инженерной защиты объектов жизнеобеспечения при градостроительном освоении прибрежно-склоновых городских территорий (2001-2002 г.г.)» (№ гос.рег. 01200107232) и «Разработка и теоретическое обоснование систем инженерной защиты объектов жизнеобеспечения при строительном освоении городских овражно-балочных территорий» (2003-2004 г.г.) (№ гос.рег. 01200307801);
предложенный автором вариант трассировки магистрали общегородского значения с совмещённого метромоста через р. Оку, инженерной подготовки и благоустройства территории Большого и Малого Красных оврагов в г. Нижнем Новгороде с учётом геоэкологических требований был
13 ^
рассмотрен и использован Генпроектировщиком (проектной фирмой "Домос");
• разработанные принципы и методы геоэкологически безопасного освоения городских территорий со сложными инженерно-геологическими условиями реализованы при корректуре проекта противооползневых мероприятий по инженерной защите Окско-Волжского склона в районе Нижегородского кремля (хозяйственный договор на создание (передачу) научно-технической продукции от 15.03.2004 №2004/32), а также при реконструкции Нижегородской Духовной Семинарии по Похвалинскому съезду и при строительстве гостинично — оздоровительного комплекса на Нижне - Волжской набережной в г. Н. Новгороде.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы рассматривались и обсуждались на научно-технической конференции ННГАСУ «Строительный ком-плекс-98» (Н.Новгород, 1998), Международных научно-практических конференциях «Строительство-99, 2000, 2001» (Ростов-на-Дону, 1999, 2000, 2001), научно-технических конференциях ННГАСУ «Архитектура и строительство-2000, 2003» (Н.Новгород, 2000, 2003), Международных научно-промышленных форумах «Великие реки-2000, 2001, 2002, 2003, 2004» (Н.Новгород, 2000-2004), Международном научном симпозиуме «Безопасность жизнедеятельности. XXI век» (Волгоград, 2001), Международной научно-практической конференции «Проблемы энерго- и ресурсосбережения в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах» (Пенза, 2003), в Администрации г. Нижнего Новгорода.
Структура и объём диссертационной работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, выводов,
библиографического списка и 10 приложений. Общий объём работы составляет 248 страниц текста, в том числе 61 рисунок, 17 таблиц, библио-
14
графический список литературы из 158 наименований и 10 приложений на 63 страницах.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 работ, в том числе 7 единолично.
IS
Глава 1. АНАЛИЗ И ОБОБЩЕНИЕ ИСТОРИЧЕСКОГО ОПЫТА ОСВОЕНИЯ ГОРОДСКИХ ОВРАЖНО-БАЛОЧНЫХ ТЕРРИТОРИЙ
Одной из характерных черт современного градостроительства является освоение территорий, которые совсем недавно рассматривались как непригодные или „бросовые" для городской застройки.
За последние 40 лет обобщению опыта и разработке широкого комплекса теоретических и методических вопросов освоения городских территорий со сложными инженерно-геологическими условиями, в частности, со сложным рельефом, его преобразования в градостроительных целях, свои работы посвятили многие специалисты различного научного профиля [25-30,32,35-38,40,43-46, 48-51,54-78,82-84,87-97,100-103,107,109-118,121-127,130-136,139,147,151,152,158 и др.].
Обзор исследований по рассматриваемой проблеме представлен в виде блок-схемы вопросов, которым посвящена диссертационная работа (рис.1.1.).
Изучение природно — техногенных условий и факторов эрозионных и оползневых процессов при освоении территории
Инженерная защита и подготовка городских оврагов, балок и склонов
Градостроительное освоение овражно-балочных городских земель
Мониторинг и эксплуатация сооружений инженерной защиты овражно-балочных территорий
Рис.1.1. Блок-схема вопросов, связанных с экологически безопасным освоением городских овражно-балочных территорий
Значительная часть работ посвящена изучению овражной эрозии в городах и мерах борьбы с нею [31, 33, 34, 42, 52, 53, 63, 64, 68, 75, 91, 104, 116, 117,123,137,138,140].
16 i
Ковалёвым С.Н. [68] предложена определённая последовательность при изучении овражной эрозии в пределах городов:
• анализ формирования новых линий стока, перераспределение стока в пределах водосборных площадей;
• обследование долинно-балочной сети, склоны которой являются местом образования и развития овражных форм, определение современной активности оврагов по данным натурных обследований;
• расчётное определение потенциала оврагообразования. Выполнение этого комплекса работ и исследований даёт основание для
выработки рекомендаций по возможному использованию территорий с учётом географического положения, геолого-геоморфологических особенностей и антропогенной нагрузки.
Наблюдения за овражной эрозией с помощью картографических приёмов, лабораторные методы изучения свойств пород описываются Севостьяновым В.В. [117]. В качестве основных мер борьбы с оврагами предлагается планировка рельефа, засыпка крупных форм, уплотнение грунта, регулирование поверхностного и подземного стока, облесение водоразделов и склонов. Представляется, что было бы целесообразным рассмотреть вопрос оптимизации объёмов земляных работ при планировке рельефа.
Краев В.Ф. и Осипчук С.А. [75] обращают внимание на опасность для строительства объектов городских, промышленных и курортных зон процессов линейной эрозии и связанного с ней оврагообразования. В работе указаны техногенные факторы, вызывающие образование и развитие оврагов. Авторами доказывается необходимость учёта влияния эрозионных процессов при экологически безопасном строительстве.
В работе Марченко А.В.[91] обозначены факторы, влияющие на устойчивость оползневых участков. Автор выявляет положительную и отрицательную роль вмешательства человека в экзогенные геологические процессы, приводит классификацию природных и антропогенных факторов применительно к вре-
17
менным процессам, влияющим на параметры природного динамического равновесия оползневых участков.
Обратная связь в возникновении оползней при неразумной деятельности человека рассматривается в исследовании Тер-Степаняна Г.И. [123]. Автор констатирует, что большая часть оползней в развитых странах возникает в следствии антропогенной деятельности и приводит примеры оползней, которые могли бы произойти, если бы не был своевременно произведён геоморфологический анализ обстановки. В работе отмечается, что неожиданность образования оползней, как правило, связана с недостаточным знанием их природы и пренебрежением динамикой процесса.
Кислицина Л.И. [64] отмечает, что активизация оползнеобразования на территории населённых пунктов часто связана с повышением уровня грунтовых вод, вызываемого авариями водопроводных сетей, которые не устраняются в кратчайшие сроки. Водопроводные сети вблизи склонов и откосов должны прокладываться с учётом возможности нарушения их устойчивости.
Хазин В.И. [130] рассматривает некоторые принципы освоения ополз-неопасных территорий. Автор предлагает осуществлять выбор оптимальной стратегии освоения оползнеопасных территорий в зависимости от её принадлежности к одному из трёх типов: активно-оползневому, естественно- или ан-тропогенно-оползнеопасному. В первом случае необходима стабилизация участка инженерными мерами, во втором — учёт результатов расчётов устойчивости склонов с применением ряда мер, повышающих точность получаемых данных, в третьем - требуется рационализация строительно-монтажных работ с целью недопущения снижения устойчивости грунтов. Оптимальное расходование средств на противооползневую борьбу, ожидаемую и фактическую эффективность противооползневых мероприятий предлагается оценивать объективными количественными параметрами.
Роль геоморфологических процессов в развитии и использовании склонов рассматривается в работе Сваричевской З.А. [116]. Автор обсуждает во- |
