Екологічна безпека геологічного середовища у зв’язку із розвитком зсувних процесів (на прикладі Харківської області)

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДЕРЖАВНА ЕКОЛОГІЧНА АКАДЕМІЯ ПІСЛЯДИПЛОМНОЇ ОСВІТИ ТА УПРАВЛІННЯ

УДК 502+551.4

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ЕКОЛОГІЧНА БЕЗПЕКА ГЕОЛОГІЧНОГО СЕРЕДОВИЩА У ЗВ'ЯЗКУ ІЗ РОЗВИТКОМ ЗСУВНИХ ПРОЦЕСІВ (НА ПРИКЛАДІ ХАРКІВСЬКОЇ ОБЛАСТІ)

21.06.01 - екологічна безпека

БУТКО ОЛЬГА ВОЛОДИМИРІВНА

Київ - 2009

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Державній екологічній академії післядипломної освіти та управління Міністерства охорони навколишнього природного середовища України

Науковий керівник:

доктор геолого-мінералогічних наук, доктор географічних наук, доктор технічних наук, професор

Рудько Георгій Ілліч,

завідувач кафедри екології Державної екологічної академії післядипломної освіти та управління

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, доцент

Абрамов Ігор Борисович,

директор Харківського державного відділення комплексних досліджень і ОВНС Українського головного науково-дослідного і виробничого інституту інженерно-технічних і екологічних вишукувань Мінрегіонбуду України

доктор технічних наук, ст.н.с.

Кризський Микола Михайлович,

Київський національний університет будівництва і архітектури МОН України

Захист відбудеться 09 червня 2009 року об 11⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.880.01 у Державній екологічній академії післядипломної освіти та управління за адресою: 03035, м. Київ, вул. Урицького, 35, корпус Б.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Державної екологічної академії післядипломної освіти та управління за адресою 03035, м.Київ, вул. Урицького, 35, корпус Б.

Автореферат розісланий 29 квітня 2009 р.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради,

к.т.н., доцент М.М.Тимошенко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

зсувний схил геологічний

Актуальність теми. Сучасний темп та масштаби розвитку господарської діяльності на території України охоплюють значні площі земної поверхні, включаючи діяльність у геологічному середовищі, та потребують створення таких умов, за яких зазначена діяльність має бути безпечною.

На цей час все частіше постають проблеми ліквідації руйнівних наслідків зсувних процесів. У межах досліджуваної території - Харківської області, зсуви мають як природне, так і техногенне походження і мають руйнівний характер. Їхня загальна кількість сягає більш ніж 780 зсувних об'єктів. Процент ураженості зсувами території Харківської області середній (11%), але катастрофічність наслідків зсувів висока, про що говорять руйнування сотень житлових будинків, районів міст та інженерних комунікацій.

У зв'язку з цим виникла необхідність вирішення ряду практичних та теоретичних завдань, установлення закономірностей розвитку зсувних процесів, упровадження системи оптимізаційних заходів, управління небезпечними процесами, розробки технічних схем захисту зсувонебезпечних територій, що дозволить поглибити наукове підґрунтя забезпечення екологічної безпеки та раціонального природокористування в межах Харківської області. Рівень екологічної небезпеки і матеріальні збитки, які може спричинити активізація зсувів, потребують застосування ефективних, науково-обґрунтованих управлінських та інженерно-технічних рішень.

Ураховуючи вищевикладене, актуальними і невідкладними є питання, пов'язані з науковим обґрунтуванням забезпечення екологічної безпеки геологічного середовища у зв'язку із розвитком зсувних процесів у межах природних і техноприродних геосистем, а також розробка технічних рішень (методів), яка дозволить істотно зменшити рівень їхнього негативного впливу на навколишнє середовище та життя людей.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у рамках реалізації пунктів 9, 10, 13 додатку 2 до постанови Кабінету Міністрів України від 22 вересня 2004 року №1256 «Про затвердження Комплексної програми протизсувних заходів на 2005-2014 роки». Відповідно до цієї постанови проводився ряд науково-дослідних робіт, у виконанні яких дисертант брала участь: науково-дослідна робота «Створення методики ведення моніторингу екзогенних геологічних процесів (ЕГП) на державному, регіональному та об'єктовому рівнях (І етап. Зсуви, обвали)», «Аналіз стану моніторингу дослідження зсувонебезпечних територій, розроблення нових та вдосконалення існуючих програмно-технічних засобів, 1 етап».

Мета дослідження - розробити оптимальну інженерно-технічну схему керованого контролю розвитку зсувних процесів для забезпечення екологічної безпеки та раціонального природокористування у межах природних і техноприродних геосистем Харківської області.

Для досягнення поставленої мети необхідно розв'язати такі завдання:

- обґрунтувати принципи регіональної комплексної еколого-геологічної оцінки умов і факторів розвитку небезпечних зсувних процесів у межах Харківської області;

- виконати розрахунки ризику катастрофічної активізації зсувів на зсувонебезпечних територіях регіонального, локального і об'єктового рівнів;

- визначити інженерно-технічні параметри схилів, механізм та динаміку зсувних систем з використанням інструментальних методів дослідження;

- розробити оптимізаційну схему інженерно-технічного захисту техноприродних геосистем на зсувонебезпечних територіях.

Об'єкт дослідження: розвиток зсувних процесів, який впливає на рівень екологічної безпеки території в межах техноприродних і природних геосистем.

Предмет дослідження: вплив зсувних процесів на функціонування техноприродних геосистем з метою розробки інженерно-технічних рішень і оптимізаційних заходів для забезпечення екологічної безпеки на зсувонебезпечних територіях Харківської області.

Методи дослідження: аналіз статистичної звітності, аналіз літературних джерел, методи картографічного моделювання, системний аналіз, експериментальна оцінка, натурне спостереження, геофізичні дослідження методом природного імпульсного електромагнітного поля Землі (далі - ПІЕМПЗ). Польові роботи, маршрутні обстеження.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у наступному:

- вперше на регіональному, локальному і об'єктовому рівнях виконана комплексна еколого-геологічна оцінка зсувних процесів, як невід'ємна складова екологічної безпеки геологічного середовища;

- розроблений механізм прийняття оптимізаційних інженерно-технічних рішень у межах природних і техноприродних геосистем для зсувонебезпечних територій із застосуванням інструментальних і картографічних методів досліджень;

- виконані розрахунки ризиків ураження інженерних споруд та комунікацій для зсувонебезпечних територій на регіональному, локальному та об'єктовому рівнях;

- уперше побудовані цифрові картографічні моделі локального рівня для оперативного прогнозування розвитку зсувних процесів;

- обґрунтована інженерно-технічна схема захисту зсувонебезпечних територій для техноприродних геосистем платформного типу геологічного середовища.

Практичне значення одержаних результатів полягає у можливості безпосереднього використання результатів дослідження для практичної діяльності на досліджуваній території. Виконані інструментальні дослідження методом ПІЕМПЗ дозволяють оперативно оцінити стан зсувонебезпечної системи та визначити фазу розвитку зсуву. Це дає можливість швидко прийняти рішення про необхідність можливого відселення людей, вжиття протиаварійних заходів тощо. Розрахунки ризиків надають змогу вжити заходи для попередження негативних наслідків розвитку зсуву. Цифрові картографічні моделі можуть бути використані як інтерактивна база для зсувонебезпечних регіонів.

Регіональний підхід у комплексі з встановленням певних взаємозалежностей між процесами, які виникають, та факторами, що призводять до їхнього виникнення, дає змогу розробити систему управління зсувними процесами з метою упровадження екологічної безпеки території. Отримані здобувачем результати використані при розробці постанови Кабінету Міністрів України від 22 вересня 2004 року №1256 «Про затвердження Комплексної програми протизсувних заходів на 2005-2014 роки». Тема дослідження безпосередньо пов'язана з багаторічними геологічними дослідженнями, які проводилися і проводяться дотепер структурними підрозділами Державної геологічної служби Міністерства охорони навколишнього природного середовища України (ДНВП «Геоінформ України», ДП «Південьукргеологія» УкрДГРІ), Інституту геологічних наук НАН України, Інституту проблем національної безпеки РНБО України.

Особистий внесок здобувача. Вивчено, проаналізовано значний обсяг наукової літератури з теми дисертації. Здобувачем особисто виконані польові роботи, у тому числі інструментальні дослідження методом ПІЕМПЗ. Проведена основна частина натурних спостережень за розвитком зсувів. Виконані розрахунки ризиків зсувів, побудована інженерно-технічна схема захисту від зсувів на локальному рівні, виконане інженерно-геологічне районування зсувонебезпечної території, побудовані цифрові картографічні моделі зсувонебезпечних територій.

Апробація результатів дослідження. Основні аспекти дисертації були представлені на наукових конференціях:

- Всеукраїнській науковій конференції «Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища» (Київ, 2006 р.);

- Міжнародній науково-практичній конференції «Екологічна безпека техногенно-перевантажених регіонів та раціональне використання надр» (Коктебель, 2007 р.);

- Другій Міжнародній науково-практичній конференції «Моніторинг навколишнього середовища: науково-методичне, нормативне, технічне, програмне забезпечення» (Коктебель, 2007 р.);

- ІІІ Міжнародній науково-практичній конференції «Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення» (Алушта, 2007 р.);

- Міжнародному симпозіумі «Міжрегіональні проблеми екологічної безпеки» (Одеса, 2007 р).

Публікації. Матеріали дисертаційної роботи опубліковані у наукових журналах, акредитованих ВАК України (8 статей), з яких 6 у співавторстві.

Обсяг і структура роботи. Дисертація складається зі вступу, шести розділів, загальних висновків, списку використаних джерел (156 найменувань). Повний обсяг - 178 сторінок, з них основний текст - 160 сторінок. Робота містить 19 таблиць, 29 рисунків (з них 9 таблиць та 11 рисунків на окремих сторінках).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі проведено оглядовий аналіз вивченості питання щодо розвитку небезпечних екзогенних геологічних процесів, зокрема зсувів на території Харківської області. Фундаментальні геологічні дослідження на території Харківської області пов'язують із початком заснування Харківського університету. Слід відзначити діяльність таких видатних вчених, як С.Проходський, І.Леваковський, Д.Борисяк, А.Бріо, О.Гуров, П.Замятченський, П.П'ятницький, М.Ремізов, М.Дмитрієв, О.Федоровський, Я.Едельштейн. На сучасному етапі досліджень необхідно відзначити ґрунтовні наукові праці М.Демчишина, Г.Стрижельчика, В.Смоляги, І.Черваньова, Ю.Соколова, В.Сидоренка, В.Краєва, Б.Єськіва, І.Решетова, А.Лущика, М.Шаврило, Є.Яковлева.

Проте, необхідно зазначити, що більшість праць присвячена вивченню зсувних процесів, які розвиваються в межах гірськоскладчастих та передгірських територій, тоді як фактори та причини поширення зсувів в межах платформних територій вивчені недостатньо.

У другому розділі проаналізовано методику виконання роботи, яка обумовлена метою оцінки умов виникнення, розвитку, динаміки зсувних процесів на території Харківської області. Виконання дослідження базувалося на систематизації, аналізі, інтерпретації накопиченого фактичного матеріалу, картографічних даних, а також на основі польових спостережень на опорних зсувних ділянках, в межах яких проводилися інструментальні виміри, лабораторні аналізи гірських порід тощо, з урахуванням факторів природного середовища (постійно-, повільно- та швидкозмінних).

Важливим етапом дослідження було комплексне вивчення умов середовища, в межах якого розвиваються зсувні процеси. Під час геоморфологічних досліджень широко використані картометричні, стаціонарні, польові методи.

За даними ПІЕМПЗ були визначені та оцінені фази розвитку зсувних систем. При застосуванні цього методу можливо встановити тенденцію зміни стану напруженості порід в цілому по зсувному тілу, а також в межах його окремих блоків.

З метою визначення інженерно-технічних параметрів схилів, по яких відбувається катастрофічне зсування мас ґрунту та породи, а також для визначення та прогнозування подальшого розвитку процесу було побудовано тривимірні цифрові картографічні проекції рельєфу; дочетвертинних відкладів на поверхню сучасного рельєфу території дослідження тощо. Методологія полягає у перетворенні растрового зображення ізогіпси (чорних на білому фоні) у зображення, яке містить відтінки кольору, де кожен відтінок відповідає певній висоті. Реалістичне зображення створюється як деформація певної призми. Для проведення цих дій використане відповідне програмне забезпечення, а також топографічні карти крупного масштабу.

У третьому розділі надана регіональна характеристика умов розвитку зсувних процесів на території Харківської області. Значний негативний вплив зсувів на функціонування природних та природно-техногенних систем на території дослідження обумовив необхідність розробки основних принципів вивчення, прогнозування їхнього виникнення та методів управління. Виникнення та розвиток зсувних процесів обумовлений рядом факторів, що характеризують їх як такі, що виникають під впливом причинно-наслідкових зв'язків, відбуваються у відкритих геосистемах і мають імовірнісний характер. Складність дослідження зсувних систем полягає у тому, що просторово-часову модель цих процесів неможливо уніфікувати та застосовувати у кожній точці вивчення. Науково-методологічні аспекти вивчення природних систем викликають певні труднощі та вимагають дослідження значної кількості факторів та умов, комплексного підходу та інтеграції компонентів системи. В кінцевому результаті, така постановка питання повністю виправдовує регіональний підхід до вивчення природних та природно-техногенних систем, а також процесів, що виникають у їхній сфері.

Розповсюдження та інтенсивність прояву зсувів контролюється геологічною будовою території, тектонічним режимом території, особливостями геоморфологічної будови, гідрогеологічними, клімато-гідрологічними умовами. Динаміка цих процесів пов'язана з окремими комплексами гірських порід, що складають горизонти та зміщуються унаслідок змін постійно- та періодично діючих умов.

Виникнення та розвиток зсувів на території Харківської області обумовлені впливом геологічних структур першого порядку: Дніпровсько-Донецької западини, Донецької складчастої споруди, схилів Воронезького кристалічного масиву, опосередковано Українського кристалічного щита. При комплексній оцінці зсувних систем доцільно ураховувати вплив пород кайнозойської групи на формування зсувів. Гідрогеологічні умови виступають одним із головних факторів формування та активізації зсувних процесів.

Важливим чинником виступає кліматичний режим, зокрема режим опадів. Кількість опадів з року в рік має певні коливання від максимальних до мінімальних значень, середнє значення складає близько 500 мм/рік. Максимальних значень кількість опадів досягала у 1960, 1966, 1970, 1973 роках. З 1977 по 1982 рік спостерігалося стійке перевищення середньорічної норми опадів. Наступний максимум відбувся у 1988, 1995, 1998 роках. З 2000 по 2007 роки кількість опадів стійко перевищувала середньорічний максимум. Циклічність метеоумов пов'язана з 11-річним циклом сонячної активності, що підтверджується регіональними дослідженнями.

У четвертому розділі вивчені закономірності розвитку зсувних процесів на території Харківської області та принципи упровадження системи моніторингу.

Площі проявів зсувних процесів за останні 30-40 років збільшилися у 2-4 рази, що негативно впливає на безпеку споруд і будівель, функціонування господарських об'єктів і територію в цілому. Активізація зсувного процесу в межах промислово-міських агломерацій (ПМА) викликана, в основному, господарською діяльністю (підрізка схилів, витоки з водонесучих мереж, полив територій, перенавантаження схилів).

Треба відмітити, що зсуви, сформовані під впливом техногенних чинників, є позасистемними, їх формування не завжди пов'язане з певними геолого-геоморфологічними умовами.

В геологічному відношенні найбільша кількість зсувів приурочена до схилів Воронезького кристалічного масиву та Північного борту Дніпровсько-Донецької западини. У територіальному відношенні найбільша кількість зсувів, більшість з яких активні, розвинуті у Балаклійському, Вовчанському, Ізюмському, Куп'янському та Нововодолазькому районах (рис. 1). Найбільша кількість активних зсувів формується при значеннях висот рельєфу від 115 м до 140 м (рис. 2).

Організація моніторингу зсувних процесів. Система моніторингу зсувних процесів ґрунтується на використанні існуючих організаційних структур в державних геологічних організаціях і функціонує на основі нормативного, організаційного, методичного і метрологічного забезпечення. Основою системи мають бути ті ділянки (полігони) спостережень за станом зсувних процесів, які вже існують. Крім того, ця мережа повинна бути доповнена новими спостережними ділянками і пунктами для уточнення і удосконалення прогнозів зсувних процесів у майбутньому. За результатами проведених робіт, рекомендовано упровадити модель спостереження за розвитком зсувних процесів:

1. Контроль за розвитком зсувних процесів у межах геологічного середовища на регіональному рівні.

2. Диференційний контроль:

а) контроль за розвитком зсувних процесів у межах промислово-міських агломерацій;

б) контроль та спостереження за розвитком зсувних процесів за межами промислово-міських агломерацій.

3. Локальний контроль (спостереження на стаціонарах).

У п'ятому розділі представлені результати натурних спостережень на локальному і об'єктовому рівнях, які проводилися протягом 2006-2008 років на території Куп'янської ПМА, де унаслідок тривалого режиму надмірного перезволоження гірських порід при активному сніготаненні та перезволоженні верхньої зони лессово-суглинистих слабкозв'язаних гідрофільних відкладів, за умов попереднього підйому рівнів ґрунтових вод до критичних глибин (0-1,0 м), відбулася катастрофічна активізація зсувів із деформаціями схилів та розташованих на них будівель та інженерних споруд.

Зсув структурно-пластичний з чіткою блоковою структурою зсувного тіла. Зсувний деформаційний горизонт пов'язаний з верховодками та з перезволоженими глинами обухівської світи. Нерівності рельєфу, чисельні ерозійні ритвини та техногенне перезволоження призводять до втрати міцності порід та переходу їх у пластичний стан. Зсуви мають фронтальну форму в плані. Зсувні тіла починають розвиватися як структурні, переходячи у пластичні в підошвенній частині схилу.

Рис. 1. Співвідношення між кількістю зсувів та активними зсувами на території адміністративних районів Харківської області

За результатами інструментальних досліджень, виконаних в межах Куп'янської ПМА протягом 2006-2008 років, методом вимірювання ПІЕМПЗ були визначені фази активізації зсувного процесу та стан зсувних тіл. Цей метод повністю виправдовує себе при упровадженні оперативного прогнозування розвитку небезпечних зсувних процесів. Була визначена специфіка змін показів ПІЕМПЗ при моніторингових обстеженнях зсувних систем Куп'янської ПМА.

На основі проведених інструментальних вимірювань та з використанням топографічних карт Куп'янської ПМА були побудовані цифрові картографічні моделі (рис.4), вихідними даними для складання яких були топографічні карти та натурні спостереження. Запропоновані моделі можуть бути використані у проектно-вишукувальних роботах для будівництва, при проектуванні схем і мереж, складанні прогнозів та інших інженерно-технічних потреб. Робота з картографічними моделями суттєво розширює набір прикладних завдань, які можна розв'язувати в межах території дослідження, а також дає змогу розширювати базу даних для певної ділянки, залежно від потреб поставленого завдання. Цифрові картографічні моделі дозволяють забезпечити автоматизоване прогнозування виникнення зсувних та інших екзогенних геологічних процесів на досліджуваній території.

Рис. 2. Співвідношення між кількістю активних зсувів та енергією рельєфу в межах адміністративних районів Харківської області

Було також виконане інженерно-геологічне районування території Куп'янської ПМА, в ході якого були виділені такі рівні: І. Середньоросійська височина; І.1. Правий берег р.Оскол; І.1.1. Плато; І.1.2. Схили правого берега р.Куп'янки.

У шостому розділі розглянуті питання екологічної безпеки та інженерного захисту зсувонебезпечних територій. Локально-об'єктовий рівень ураженості території зсувами визначається з урахуванням взаємодії зсувних тіл з промисловими і житловими об'єктами у структурі природно-техногенних геосистем (ПТГС) двох типів:

І. ПТГС промислово-міська агломерація (ПМА) - геологічне середовище в межах її впливу з урахуванням її ураженості зсувними ділянками (полями):

S₁ = P_e : P_пма,

де P_e - загальна площа зсувних ділянок в межах ПМА, км²; P_пма - загальна площа промислово-міської агломерації, км².

ІІ. ПТГС будівельний об'єкт - зсувний об'єкт на рівні співвідношення площі житлових і промислових об'єктів до площі ПМА:

S₂ = P_об. : P_пма ,

де P_об. - загальна площа промислових об'єктів в межах ПМА, км²; P_пма - загальна площа промислово-міської агломерації, км².

Отже, для оцінки ураженості зсувами (табл.1) можна використати такі показники:

1) регіональна ураженість:

R_рег.=f_рег.зс. : F_рег.,

де f_рег.зс. - площа зсувних об'єктів в межах регіону, км²; F_рег. - площа регіону, км²;

2) локальна ураженість:

R_пма=f_зс. : F_пма,

де f_зс. - площа зсувних об'єктів в межах ПМА, км²; F_пма - площа ПМА, км²;

3) об'єктова ураженість:

R_об.=(f_зс. : F_пма) · (f_об. : F_пма),

де f_об. - площа зсувного об'єкту, км².

Таблиця 1. Ураженість зсувами адміністративних районів Харківської обл.

Район	Площа району, Ri, км2	Площа зсувних ділянок, fрег.зс, км2	R рег. = fрег.зс : Ri,
Балаклійський	1986,5	12,6	0,006
Барвенківський	1364,0	3,2	0,002
Близнюківський	1380,0	1,4	0,001
Богодухівський	1160,3	1,8	0,001
Борівський	875,0	2,66	0,003
Валківський	1300,0	11,6	0,008
Великобурлуцький	1220,0	3,44	0,002
Вовчанський	1880,0	21,2	0,011
Двурічанський	1124,0	4,93	0,004
Дергачівський	900,1	1,75	0,001
Зачепилівський	794,0	2,8	0,003
Зміївський	1365,7	7,1	0,005
Золочівський	968,6	1,8	0,001
Ізюмський	1513,4	18,2	0,012
Кегичівський	782,5	1,253	0,001
Коломацький	320,5	-	-
Красноградський	985,1	4,68	0,004
Краснокутський	1040,8	3,88	0,003
Куп'янський	1313,4	23,8	0,018
Лозівський	1421,8	5,4	0,003
Нововодолазький	1182,7	7,605	0,006
Первомайський	1225,3	6,2	0,005
Печенізький	467,5	2,232	0,004
Сахновщанський	1169,9	2,52	0,002
Харківський	1403,4	3,6	0,002
Чугуївський	1160,0	5,04	0,004
Шевченківський	977,4	2,97	0,003

Таблиця 2. Ураженість зсувами території Куп'янської ПМА

Площа Куп'янської ПМА, Fпма, км2	Загальна площа зсувних ділянок f пма зс., км2	Локальна ураженість Куп'янської ПМА R0= f пма зс : Fпма	Площа зсувних об'єктів f зс.об., км2	Об'єктова ураженість правобережної частини Куп'янської ПМА R1= f зс.об. : Fпма
33,4	11,69	0,35	6,68	0,4

Ураженість території Харківської області зсувами складає 11%, що становить середній рівень. Для території Куп'янської ПМА цей показник становить 35% для локального рівня і 40% для об'єктового, що відповідає сильній ураженості (табл. 2).

Розрахунки ризиків. Оцінювалися такі типи ризиків: індивідуальний, соціальний, економічний.

Для розрахунку ризику для Харківської області необхідно мати початкові данні: площа території області S = 31,585 тис.км², площа, уражена активними зсувами S_азх = 44,86 км², кількість закадастрованих активних зсувів N_aх=442, середня щільність населення в межах області P = 108 осіб/км².

Використовуючи початкові дані, визначимо площу, задіяну одним зсувом S_зх за формулою:

S_зх= S_азх : N_aх = 44,86 км² : 442 = 0,101 км²

Кількість населення Р_зх в межах зсувонебезпечних ділянок становить:

Р_зх = S_азх · Р = 44,86 км² · 108 осіб/км² = 4845 осіб.

Для розрахунку ризику для Куп'янської промислово-міської агломерації необхідно зробити аналогічні розрахунки, ураховуючи, що площа, уражена активними зсувами для Куп'янської ПМА становить S_азк = 6,53 км², кількість закадастрованих активних зсувів N_aк=45.

Таким чином, площа задіяна одним зсувом S_зк становить:

S_зк = 6,53 км² : 45 = 0,145 км²

Кількість населення Р_зк в межах зсувонебезпечних ділянок:

Р_зк = 6,53 км² · 108 осіб/км² = 705 осіб

Для орієнтовної оцінки ризику від зсувів (регіональний і локальний рівень) за методикою О.Л. Рагозіна використовуємо коефіцієнти та робимо певні припущення:

1) всі зсуви відносяться до 5 категорії загрози (Z): жертви на обмежених площах, кількість жертв до 25 осіб;

2) періодичність виникнення 1 зсув на 75 років (P);

3) частота виникнення загрози 0,013 випадків на рік (Z_t);

4) соціальна вразливість у часі - 1 (вірогідність знаходження мешканців у зоні ураження) (P_t);

5) ступінь соціальної вразливості для зсувів 5 категорії - 0,25 (P_c);

6) фізична вразливість для зсувів 5 категорії - 0,5 (P_i);

7) припустимо, що умовна одиниця щільності національного багатства - 1000 у.о. (C).

1. Індивідуальний ризик R_i(H) встановлюємо за формулою:

R_i(H) = Z_t · P_t · P_c = 0,013·1· 0,25 = 3,25·10^-3

Для всіх досліджуваних територій в запропонованих розрахунках індивідуальний ризик однаковий і залежить лише від соціальної вразливості категорій населення.

2. Соціальний ризик R_s(H) дорівнює кількості смертельних випадків від цієї загрози протягом року і розраховується за формулою:

R_s(H) = R_i(H) · D_p

де D_p - загальна кількість населення в межах оцінюваного об'єкта (щільність населення · площа уражена активними зсувами). Результати розрахунків наведені у таблиці 3.

3. Економічний ризики втрат від загрози зсувів R_е(Н) розраховується за формулою:

R_е(Н) = Z_t · P_i · (C · S_аз)

де S_аз - площа, уражена активними зсувами (для регіонального чи локального рівня).

Таблиця 3. Соціальний ризик регіонального і об'єктового рівнів

Територія, що оцінюється	Площа уражена активними зсувами, тис. км2	Кількість населення в межах оцінюваного об'єкту, осіб	Rs(H), осіб/рік
Харківська область	0,045	4845	15,74
Куп'янський район	0,0065	705	2,29

Розробка інженерно-технічної схеми захисту зсувонебезпечних територій. При управлінні розвитком зсувонебезпечного процесу у кожному конкретному випадку мають бути складені технічні паспорти з умов поводження в межах даного схилу, а також розроблені та упроваджені заходи з мінімізації небезпечного розвитку даного процесу.

Кількість та ефективність заходів, запроваджених для подолання чи упередження активізації небезпечних процесів, має відповідати ступеню їхньої небезпеки. Слід здійснювати запобіжні та інші інженерно-технічні заходи (табл. 4), спрямовані на гальмування подальшого розвитку процесу, мінімізацію його наслідків.

По-перше, це заходи з регулювання водного стоку, зменшення обводненості масиву порід, недопущення збільшення зволоження зсувних мас з техногенних джерел (втрати з інженерно-комунікаційних мереж та інших джерел). По-друге, має бути підвищена загальна стійкість зсувного тіла шляхом розгрузки напруженого стану деформованих схилів.

Таблиця 4. Інженерно-технічні заходи та обмеження в умовах активізації зсувних процесів

Фаза розвитку зсуву	Обмеження щодо господарської діяльності	Інженерно-технічні заходи
Фаза активної підготовки процесу	Заборонити полив та інші дії, що призводять до надмірного перезволоження схилів. Заборонити підрізку схилів. Заборонити будь-які дії, пов'язані з порушенням цілісності схилу. Не допускати втрати води з комунікацій та мереж. Не дозволяти вирубки дерев, знищення рослинності, ведення городництва.	Облаштувати спостережні свердловини. Облаштувати дренажні свердловини. Облаштувати інші технічні водовідводні мережі (горизонтальні, пологонахилені). Облаштувати захисні підпірні споруди на нестійких схилах. Забезпечити постійне проведення спостережних заходів (моніторинг). Виконати картографування території.
Фаза катастрофічної активізації	Заборонити полив та інші дії, що призводять до надмірного перезволоження схилів. Заборонити підрізку схилів. Заборонити будь-які дії, пов'язані з порушенням цілісності схилу. Не допускати втрати води з комунікацій та мереж. Не дозволяти вирубки дерев та чагарників, знищення іншого рослинного покриву, ведення господарства. Відселити людей з небезпечних ділянок.	Облаштувати підпірні стінки в підошві схилу. Закласти у свердловини бетонні палі та шпони. Здійснити дренаж ґрунтових вод у верхній частині зсувного схилу. Здійснити перехоплення поверхневих вод та вод з інших джерел. Проводити постійний моніторинг за розвитком зсувного процесу. Виконати картографування зсувонебез-печної території.
Фаза активного розвитку зсувних ділянок	Заборонити полив та інші дії, що призводять до надмірного перезволоження схилів. Заборонити підрізку схилів. Заборонити будь-які дії, пов'язані з порушенням цілісності схилу. Не дозволяти втрати води з комунікацій та мереж. Не дозволяти вирубки дерев та чагарників, знищення рослинного покриву, ведення городництва.	Виконати планування та терасування зсувного схилу. Здійснити дренаж ґрунтових вод у верхній частині зсувного схилу. Здійснити перехоплення поверхневих вод та вод з інших джерел. Посадити дерева та кущі на зсувному схилі. Виконати задернування схилу. Проводити постійний моніторинг за розвитком зсувного процесу.
Фаза відносної стабілізації зсувних ділянок	Заборонити полив та інші дії, що призводять до надмірного перезволоження схилів. Заборонити підрізку схилів. Заборонити будь-які дії, пов'язані з порушенням цілісності схилу. Не допускати втрати води з комуніка-цій та мереж. Не дозволяти вирубки дерев та чагарників, знищення іншого рослинного покриву, ведення городництва.	Здійснити дренаж ґрунтових вод у верхній частині зсувного схилу. Здійснити вертикальне планування схилу. Уположити верхню частину схилу. Привантажити нижню частину схилу. Здійснити перехоплення поверхневих вод та вод з інших джерел. Посадити дерева та кущі на зсувному схилі. Проводити постійний моніторинг за розвитком зсувного процесу.

ВИСНОВКИ

1. Науково обґрунтована та розроблена для практичного застосування оптимальна інженерно-технічна схема керованого контролю розвитку зсувів у межах природних і техноприродних геосистем Харківської області. Вона реалізується на основі комплексної еколого-геологічної оцінки умов і факторів розвитку небезпечних зсувних процесів у межах Харківської області і є невід'ємною складовою екологічної безпеки території дослідження. Встановлено, що одним із головних чинників сучасної активізації зсувів у межах платформної частини території України є техногенне порушення природної вологості лессово-суглинистих порід. У ході натурних спостережень, розраховані показники техногенно-природного перезволоження та підтоплення лессово-суглинисті породи схилів, які тривалий час можуть бути нестійкими в інженерно-геологічному плані та формують зони критичного еколого-геологічного ризику.

2. При розробці схеми інженерно-технічного захисту процесонебезпечних територій та еколого-геологічному аналізі зсувонебезпечної обстановки розраховані ризики регіонального і локально-об'єктового рівня. За допомогою розрахунків ризиків оцінено можливі людські жертви на регіональному, локально-об'єктовому рівнях, доцільність забудови території, можливі економічні та матеріальні збитки. Розрахований ризик дозволяє здійснити інженерні заходи або уникнути забудови на небезпечних ділянках.

3. Уперше визначені інженерно-технічні параметри схилів, динаміка та механізм зсувних систем з використанням інструментального методу природного імпульсного електромагнітного поля Землі на локально-об'єктовому рівні дослідження в межах зсувних систем на території Куп'янської промислово-міської агломерації Харківської області. Дослідження виконувалися на типових ділянках для генетично однотипних зсувів і включені до розробленої схеми моніторингу зсувів регіонального і локально-об'єктового рівнів.

4. Вперше побудовані картографічні моделі Куп'янської промислово-міської агломерації з визначенням показників розчленованості рельєфу, висот схилів, кутів нахилу поверхні рельєфу, перегинів поверхні рельєфу, тангенціальної кривизни схилів, як невід'ємна складова комплексної еколого-геологічної оцінки умов і факторів катастрофічного розвитку зсувів локального рівня.

5. Розроблена оптимізаційна схема інженерно-технічного захисту зсувонебезпечних геосистем на процесонебезпечних територіях платформного типу геологічного середовища регіонального і локально-об'єктового рівнів, яка дозволить, після проведення економічних розрахунків щодо впровадження, забезпечити належний рівень екологічної безпеки території, протягом існування природно-техногенної геосистеми (на прикладі Куп'янської промислово-міської агломерації).

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Статті у журналах та збірниках наукових праць

1. Коваленко О.В. Регіональний прогноз зсувів методом гармонічного аналізу Карпатського регіону, узбережжя Азовського моря та Харківської області / Г.І.Рудько , О.В.Коваленко // Екологія довкілля та безпека життєдіяльності. - 2005. - № 6. - С. 62-73.

2. Коваленко О.В. Взаємозв'язок організації геологічного середовища з розвитком екзогенних геологічних процесів (на прикладі Харківської області) / Г.Рудько, О.Коваленко // Геолог України. - 2006. - № 2. - С. 42-50.

3. Коваленко О.В. Закономірності розвитку зсувів у межах платформного типу геологічного середовища (на прикладі Харківської області) / Г.Рудько, Є.Яковлєв, О.Коваленко // Геолог України. - 2006.- № 4. - С. 41-47.

4. Коваленко О.В. Локальні закономірності розвитку зсувного процесу в межах басейну р.Осколу (на прикладі Куп'янської промислово-міської агломерації) / Г.І.Рудько , Є.О.Яковлєв, О.В.Коваленко // Мінеральні ресурси України. - 2007.- Вип. 1. - С. 35-40.

5. Коваленко О.В. Закономірності розвитку і катастрофічної активізації зсувів у межах Куп'янської промислово-міської агломерації як складова техногенної безпеки Східного регіону України / О.В.Коваленко // Мінеральні ресурси України. - 2007. - Вип. 3. - С. 35-39.

6. Коваленко О.В. Моніторинг небезпечних геологічних процесів з урахуванням факторів і закономірностей їх розвитку в межах промислово-міських агломерацій (на прикладі зсувних процесів м. Куп'янськ Харківської області) / О.В.Коваленко // Проблеми охорони навколишнього природного середовища та екологічної безпеки : зб. наук. праць УкрНДІЕП. - Х.: Вид. «Райдер», 2007. - С. 151-168.

7. Коваленко О.В. Техногенна безпека Східного регіону України в умовах катастрофічної активізації зсувів (на прикладі Куп'янської промислово-міської агломерації Харківської області) / Г.І.Рудько, О.В.Коваленко // Екологія довкілля та безпека життєдіяльності. - 2008. - №1. - С.15-22.

8. Коваленко О.В. Регіональні та локальні закономірності розвитку небезпечних зсувних процесів на території Харківської області / Рудько Г.І., Яковлєв Є.О., Коваленко О.В. // Вісник Одеської державної академії будівництва і архітектури. - 2008. - Ч.1. - № 29. - С.287-296.

Матеріали конференцій

9. Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища: матеріали Всеукраїнської наукової конференції, (Київ, 22-26 вер. 2006 р.) / НАН України, М-во охорони навкол. природ. середовища [та ін.]. - НПЦ «Екологія Наука Техніка», 2006. - 120 с.

10. Екологічна безпека техногенно-перевантажених регіонів та раціональне використання надр: матеріали Міжнародної науково-практичної конференції (Коктебель, 18-22 чер. 2007 р.) / НАН України, М-во охорони навкол. природ. середовища [та ін.]. - К.: НПЦ «Екологія Наука Техніка», 2007. - 135 с.

11. Моніторинг навколишнього середовища: науково-методичне, нормативне, технічне, програмне забезпечення: матеріали другої Міжнародної науково-практичної конференції (Коктебель, 26-28 серп. 2007 р.) / НАН України, М-во охорони навкол. природ. середовища [та ін.]. - К.: НПЦ «Екологія Наука Техніка», 2007. - 85 с.

12. Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення: матеріали ІІІ науково-практичної конференції (Алушта, 14-16 вер. 2007 р.) / НАН України, М-во охорони навкол. природ. середовища [та ін.]. - К.: НПЦ «Екологія Наука Техніка», 2007. - 148 с.

13. Міжрегіональні проблеми екологічної безпеки: зб. текстів виступів на Міжнародному симпозіумі / НАН України, М-во охорони навкол. природ. середовища [та ін.]. - Одеса: МПЕБ, 2007. - 165 с.

АНОТАЦІЯ

Бутко О.В. Екологічна безпека геологічного середовища у зв'язку із розвитком зсувних процесів (на прикладі Харківської області). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.01 - екологічна безпека. - Державна екологічна академія післядипломної освіти та управління, Київ, 2009.

Дисертаційна робота спрямована на встановлення регіональних закономірностей розвитку зсувних процесів як складової екологічної безпеки територій (на прикладі Харківської області).

Встановлені основні закономірності розвитку зсувних процесів в межах платформного типу геологічного середовища; розроблена оптимальна система управління розвитком зсувів для забезпечення екологічної безпеки та раціонального природокористування; виконані розрахунки ризиків зсувонебезпечних територій на локальному і регіональному рівнях.

З використанням топографічних, геологічних карт були розроблені цифрові карти зсувонебезпечних територій, застосування яких дозволить оперативно приймати рішення про упровадження запобіжних протизсувних заходів.

При проведенні натурних спостережень протягом трьох років (2006-2008) з використанням інструментальних методів було встановлено, що одним із важливих чинників сучасної активізації зсувів платформної частини України є переважно техногенне порушення природної вологості покривних лесово-суглинистих порід, які в умовах техногенно-природного перезволоження та підтоплення в межах платформної частини України довгий час можуть бути нестійкими в інженерно-геологічному плані та формують зони критичного інженерно-геологічного ризику.

При управлінні розвитком зсувонебезпечного процесу у кожному конкретному випадку мають бути складені технічні паспорти з умов поводження в межах даного схилу, а також розроблені та упроваджені заходи щодо мінімізації небезпечного розвитку цього процесу. Прогнози і оцінки ризиків негативного впливу зсувних процесів доцільно виконувати для площинних сукупностей однотипних зсувів, які виділяються на основі інженерно-геологічного районування.

Ключові слова: зсувні процеси, геологічне середовище, протизсувні заходи, закономірності розвитку, регіональні дослідження, локальний рівень, ризик, ураженість території, технічна схема, захист території, моніторинг.

АННОТАЦИЯ

Бутко О.В. Экологическая безопасность геологической среды в связи с развитием оползневых процессов (на примере Харьковской области). - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.01 - экологическая безопасность. - Государственная экологическая академия последипломного образования и управления, Киев, 2009.

Диссертационное исследование направлено на научное обоснование региональных закономерностей развития оползневых процессов как составляющей экологической безопасности территорий на примере Харьковской области. Цель работы: установление основных закономерностей развития оползневых процессов в пределах платформенного типа геологической среды, разработка оптимальной системы управления развитием оползневых процессов с целью обеспечения экологической безопасности и рационального природопользования.

Условиями и факторами для появления и развития оползневых процессов являются: геологическое строение территории, тектонические структуры и их активность, литологический состав пород, формы рельефа, в том числе: крутизна склонов, гидрогеологические условия, глубина залегания грунтовых вод и параметры обводненных пластов, развитие речной сети. Развитие оползней также тесно связано с системой «климат - солнечная активность».

Проблемы развития оползневых процессов достаточно широко представлены в научной литературе для горных и предгорных областей, тогда как для платформенного типа геологической среды характерно наличие оползневых процессов разрушительного характера.

В пределах Харьковской области широко развиты оползни на правых крутых берегах р.Северский Донец, Оскол, Бритай, Волчья и др., которые сложены неустойчивыми в инженерно-геологическом аспекте породами, способными к деформациям при переувлажнении или подрезке склонов (глины неогена, породы киевской, харьковской свит палеогена).

Важным фактором развития оползней выступает энергия рельефа территории; установлено, что наибольшее количество оползней возникает на склонах с высотой от 115 м до 140 м. Наибольшая поражённость оползнями наблюдается на территории, приуроченной к Северному борту Днепровско-Донецкой впадины и склонам Воронежского кристаллического массива.

В ходе исследования было установлено, что при значительном длительном переувлажнении пород лессовой формации, связанных с техногенной деятельностью и нерациональной городской строительной планировкой, склоны, даже с незначительной крутизной, могут быть крайне неустойчивыми в инженерно-геологическом плане, что приводит к массовой катастрофической активизации оползневых процессов. Такая ситуация характерна для других регионов Востока Украины.

При исследовании оползневых участков на локальном уровне для решения ряда задач использовались различные методы, в том числе и инструментальные. Было произведено определение фазы развития оползневых систем методом естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ).

На основе топокарт построены цифровые картографические модели рельефа оползнеопасной территории, проведено инженерно-геологическое районирование территории, в ходе которого было выделено 4 инженерно-геологических уровня, характеризующихся определенными параметрами оползневых процессов. Была установлена зависимость между величиной поражённости территории и последствиями активизации опасных оползневых процессов, которая носит характер обратной зависимости. В работе на основании проведенных расчетов риска были даны практические рекомендации по инженерно-геологической защите оползнеопасных склонов в соответствии с фазой развития процесса.

При внедрении управленческих решений для минимизации последствий оползневых процессов, а также предупреждения их возникновения необходимо составление технических паспортов условий для каждого оползнеопасного склона. Качество и эффективность внедрения мероприятий по защите территорий должны соответствовать степени экологической опасности оползневых процессов. Современные прогнозы и оценки рисков негативного влияния оползневых процессов, основанные на региональном изучении этих процессов, должны быть выполнены для площадных совокупностей однотипных оползней, выделенных на основе инженерно-геологического районирования.

Неотъемлемой частью комплексных региональных исследований, направленных на минимизацию риска активизации оползнеопасных процессов, является система мониторинговых исследований регионального, локального и объектового уровней.

Ключевые слова: оползневые процессы, геологическая среда, оптимизационные мероприятия, закономерности развития, региональные исследования, локальный уровень, инженерно-геологический риск, поражённость территории, техническая схема, защита территории, мониторинг.

ABSTRACT

Butko O.V. Ecological safety of geological environment in connection with development of dangerous landslide processes (on the example of Kharkiv region). - Manuscript.

Thesis for the Degree of Candidate in Engineering Sciences : Specialty 21.06.01 - Ecological Safety. State Ecological Academy of Postgraduating and Management. - Kyiv, 2009.

The dissertation represents a study of the regional patterns of development of dangerous landslide processes. The latter are considered to be an ecological safety component of platform type territories such as Kharkiv region. The thesis is based on the elaboration of basic patterns of development of dangerous landslides processes within the limits of platform as a geological environment. The development of the optimum control of dangerous exogenous geological processes is performed and the ways of ecological safety support and rational use of natural resources are provided in the dissertation. Dangerous landslide processes within the limits of geological environment are ecologically dangerous for geosystem's functioning became the research object. The dissertation also deals with the development of technical decisions for introduction of the optimization measures in the area of the geological structure of the northern side of Dnipro_Donetsk depression, of the northern borders of Donetsk plicate building, slopes of Voronez crystalline array (Kharkiv region) in connection with the development of dangerous geological processes.

The development of dangerous landslide processes is determined by such factors as geological organization of environment, tectonic structure of studied territory, development of relief and gidronet, litology composition of rocks, soil waters presence and descriptions, climatic and other factors. The management of every landslide process requires that specific technical passports should be made for the slope where this process takes place. All the measures are to be taken in order to minimize the development of dangerous landslide process.

Quality and efficiency of the measures introduced for the overcoming or prevention of dangerous processes are to meet danger degree of the latter. Up-to-date prognoses and estimations of risks of the negative influence of exogenous geological processes are to be conducted on the basis of regional studies of landslides' development and to consider the same types of changes selected on the basis of the engineer-geological districting.

Keywords: landslide processes, geological environment, optimization measures, regional studies, local level, engineer-geological risk, defence of territory, monitoring.

Размещено на Allbest.ru

...