Инженерно-геодинамическая эволюция урбанизированных территорий: На примере г. Иркутска тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.08, кандидат геолого-минералогических наук Кадетова, Алена Васильевна

• Кадетова, Алена Васильевна
• кандидат геолого-минералогических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Кадетова, Алена Васильевна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Город как объект изучения инженерной геологии.

1.1. Состояние изученности геологической среды территории г. Иркутска.

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

Глава 2. Природные факторы формирования геологической среды.

2.1.1. Геолого-геоморфологические условия территории г. Иркутска.

2.1.2. Речная сеть и подземные воды.

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

Глава 3. Город как фактор изменения геологической среды.

3.1 История развития г. Иркутска.

3.2. Техногенные факторы эволюции геологической срсды.

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

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

4.1. Изменение геологической среды па территориях гражданской застройки.

4.2. Изменение геологической среды в зонах влияния коммуникаций.

4.3. Изменение геологической среды при промышленном и гидротехническом строительстве.

4.3.1 Изменения геологической срсды при разработке карьеров и выработок.

4.3.2. Изменения геологической срсды при гидротехническом строительстве.

4.3.2.1. Изменение поверхностной и подземной гидросферы.

4.3.2.2. Изменение экзогенных геологических процессов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Инженерно-геодинамическая эволюция урбанизированных территорий: На примере г. Иркутска»

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

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

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

Основные задачи исследовании:

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

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

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

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

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

Научная новизна:

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

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

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

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

Защищаемые положения:

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

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

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

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

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

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

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

Структура и объем работы;

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

Заключение диссертации по теме «Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение», Кадетова, Алена Васильевна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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

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

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

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

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

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

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

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Кадетова, Алена Васильевна, 2005 год

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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