Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Міністерство освіти і науки України
Чернігівський державний педагогічний університет імені Т.Г. Шевченка
Кафедра екології та техногенної безпеки
КУРСОВА РОБОТА
МІСТО ТА ЙОГО СЕРЕДОВИЩЕ
Чернігів – 2007
Вступ
Розділ 1. Характеристика типів міських селітебних ландшафтів України
Розділ 2. Геологічна структура міських ландшафтів
2.1 Ґрунтовий покрив
2.2 Літогенна основа міских територій
Розділ 3. Зміна міських територій під дією антропогенного навантаження
3.1 Антропогенний вплив на геологічне середовище міста
3.2 Небезпечні геологічні процеси на території міських ландшафтів
Висновки
Список використаних джерел
В процесі урбанізації рельєф освоюваної території піддається перетворенням відповідно до потреб певного етапу розвитку міста. Основною тенденцією в зміні міського рельєфу можна вважати його вирівнювання, зв'язана з плануванням території в процесі підготовки площадок під будівництво.
Геологічний вигляд будь-якої території постійно змінюється, часом швидко, частіше непомітно для людини. Активна господарська діяльність приводить до інтенсифікації екзогенних геологічних процесів, іноді них називають техногенним або інженерно-геологічним. Геологічні й інженерно-геологічні процеси, які впливають на території, господарські і промислові об'єкти, життєдіяльність людей, називають небезпечними геологічними процесами (НГП).
Створення міських поселень супроводжується змінами натуральних компонентів ландшафтних комплексів: літогенної основи (в результаті видобутку гірських порід, засипки та вирівнювання ярів, балок і боліт, підсипки ділянок заплав і терасування схилів, зрізання горбів тощо), повітряних мас (зміни мікро- та мезоклімату), водних мас (зміни якісних і кількісних характеристик поверхневих і підземних вод), ґрунтів (вивіз, "поховання" та забруднення ґрунтового покриву), біоти (знищення натуральних і поява нових угруповань флори та фауни).
Мета роботи: проаналізувати структуру та особливості міських територій.
Завданнями роботи є наступні:
В структуру натуральних ландшафтів вводиться технічний блок, представлений асфальтовим та іншим покриттям, будинками різного призначення та іншими будівлями, підземними комунікаціями тощо. Створення технічного блоку та перетворення натуральних компонентів і комплексів приводять до формування міських ландшафтів. Їх типи формують сучасний "образ" і визначають характер ландшафтної структури міст.
Тип міських ландшафтів визначається співвідношенням таких трьох взаємопов'язаних показників: 1) закритість - це виражена у відсотках або в десятичному дробі частка забудованої та замощеної ("вкритої" асфальтовим, кам'яним та іншим покриттям) площі; 2) озелененість - це виражена у відсотках або в десятичному дробі частка площі зелених насаджень; 3) висотність забудови - це середня висота будинків ділянки [1, 3].
У територіальній структурі типів міських ландшафтів виділяються антропогенні комплекси наступних трьох категорій: власне антропогенні ландшафти (ВАЛ), ландшафтно-технічні системи (ЛТчС), ландшафтно-інженерні системи (ЛІС). Останні дві категорії ми об'єднуємо в узагальнену одну - ландшафтно-техногенні системи (ЛТгС) [4].
Антропогенні комплекси всіх категорій (ВАЛ, ЛТчС, ЛІС) - це системи, але з різною структурною організацією. Як і натуральні (корінні, незаймані), власне антропогенні ландшафти - компонентні системи, єдиний комплекс рівнозначних компонентів. Проте, якщо в структурі натуральних ландшафтів наявні тільки незаймані або докорінно не змінені людиною компоненти, то в структурі власне антропогенних, крім них, обов'язково присутні, визначають властивості та особливості функціонування антропогенні (докорінно змінені натуральні) компоненти. Після формування власне антропогенні ландшафти, як і натуральні, розвиваються за природними закономірностями.
Міські ландшафтно-техногенні (технічні та інженерні) системи не компонентні, а блокові. Завдяки тому, що створені вони природним і технічним блоками, розвиток систем підпорядкований природним і суспільним закономірностям. Основну роль в них відіграє технічний блок, функціонування якого направляється і контролюється людиною. Функціонуючі сьогодні міста - типовий приклад ландшафтно-техногенних систем [1].
Природний блок ЛТчС і ЛІС представлений власне антропогенним ландшафтом (компонентною системою). Відмінності між комплексами цих двох категорій ми вбачаємо у функціонуванні їх технічних блоків. В ЛТчС характеристики блоків залишаються незмінними після їх створення, а в ЛІС характеристики змінюються у відповідності з функціональним призначенням технічних елементів [5]. В ЛІС технічний блок представлений активною інженерною спорудою [1].
Ландшафтно-інженерні системи бувають різного ступеня складності. У структурі найбільш складних ЛІС, крім природного й технічного, виділяється третій блок (підсистема) - управлінський. Такі комплекси представляють собою форму найбільш інтенсивної інтеграції технічного і природного блоків [4,6].
Виділено 15 типів міських ландшафтів. Територія одного типу міського ландшафту зайнята одним або двома домінуючими типами (підтипами) комплексів певної категорії (чи ВАЛ, чи ЛТчС, чи ЛІС).
Малоповерховий тип міських ландшафтів представлений ділянками 1-2-поверхової забудови. В його межах домінує ЛТчС типу малоповерхової житлової забудови, яка складається з наступних ЛТгС і ВАЛ нижчих рангів: а) ЛТчС груп 1-2-, груп 3-х і 4-5-поверхових будинків, груп гаражів, спортивних майданчиків, цвинтарів; б) ЛІС невеликих промислових підприємств, теплиць, будівельних майданчиків, діючих кар'єрів, автомобільних доріг, трубопровідного типу та енергопостачання; в) ВАЛ присадибних ділянок (садів і городів), парків, спортивних майданчиків [1].
Забудова малоповерхового типу міських ландшафтів сучасними житловими комплексами і промисловими спорудами приводить, за останні десятиріччя, до поступового зменшення його площ і трансформації в інші типи міських ландшафтів, здебільшого в багатоповерховий [2].
Території багатоповерхового типу міських ландшафтів зайняті ЛТчС типу багатоповерхової житлової забудови (з будинками із трьох і більше поверхів). У структурі системи виділяються наступні комплекси нижчих рангів: а) ЛТчС груп 5-9-, груп 1-2-, груп 3-4-поверхових та більшої поверховості будинків; пішохідних заасфальтованих доріг, заасфальтованих чи засипаних відсівом дитячих і спортивних майданчиків; груп гаражів різних розмірів; базарів; б) ЛІС автомобільних доріг, промислових підприємств, будівельних майданчиків, трубопровідного типу та енергопостачання; в) ВАЛ зелених насаджень, городів. Зелені насадження представляють собою ділянки, зайняті деревами, кущами та трав'янистими рослинами. Вони розташовані між будинками, у дворах. ВАЛ городів розташовані вздовж будинків, інколи утворюючи смуги значної довжини [10].
Різноповерховий тип міських ландшафтів представлений ЛТчС типу різноповерхової житлової забудови. В структурі системи виділяються деякі з комплексів нижчих рангів, що входять до складу перших двох типів міських ландшафтів.
Рекреаційний тип міських ландшафтів сформувався на територіях лікарень, санаторіїв, диспансерів, будинків відпочинку, дитячих таборів, спортивних баз. Йому відповідає ЛТчС рекреаційного типу з різноповерховими будинками, заасфальтованими майданчиками та пішохідними доріжками, клумбами та іншими зеленими насадженнями.
Дорожній тип міських ландшафтів представлений ЛІС дорожнього типу. В структурі останнього виділяються такі три підтипи систем: автомобільних доріг, трамвайних доріг і залізниць. В містах України дорожні ландшафти представлені переважно автомобільними ЛІС. Вздовж доріг тягнуться смуги ВАЛ зелених насаджень. Вони можуть бути у вигляді вузьких і довгих квітників або - широких і довгих ділянок з трав'янистими рослинами (в т.ч.з квітниками), кущами і деревами, із великими площами "відкритих" грунтів [1].
Трубопровідний тип міських ландшафтів формується на основі сильно розгалужених систем трубопроводів. Взаємодіючи з довкіллям, останні приводять до утворення ЛІС трубопровідного типу. В його структурі виділяються ЛІС наступних підтипів: водопостачання, каналізаційного водовідведення, теплопостачання, газопостачання.
Власне промисловий тип міських ландшафтів формується на територіях промислових підприємств і їх довкілля. Йому відповідає власне промисловий підтип ЛІС, який включає до свого складу наступні комплекси нижчих рангів: а) ЛІС виробничих підрозділів, автомобільних доріг, залізниць для кранів і поїздів, будівельних майданчиків, теплиць, оранжерей; б) ЛТчС різноповерхових будинків адміністрації, складів, котелень, гаражів, заасфальтованих майданчиків, автостоянок, автозаправок; в) ВАЛ зелених насаджень - це різні за площею ділянки, одні з яких зайняті травою, інші - клумбами та деревами [1].
Складський тип міських ландшафтів представлений одноіменним типом ЛТчС і дорожнім типом ЛІС. У його структурі виділяються складські приміщення, майданчики та автомобільні дороги з різним покриттям, залізниці для кранів і поїздів.
Гаражний тип міських ландшафтів відповідає гаражному типу ЛТчС і дорожньому типу ЛІС та сформований на територіях гаражно-будівельних кооперативів. Цей тип ландшафтів відрізняється закритістю близькою до 100 %. Деякі кооперативи частково озеленені деревами.
Своєрідним є ринковий тип міських ландшафтів, що відповідає ринковому типу ЛТчС. Ринки характеризуються закритістю 100 %, наявністю суцільного асфальтового покриву доріг і майданів, одноповерхової нежитлової забудови, великої кількості палаток, "ракушок", прилавків.
На будівельних майданчиках формується будівельний тип міських ландшафтів з одноіменним типом ЛІС. Останній, на відміну від усіх інших типів ЛІС, є найбільш короткочасним (за винятком "довгобудів"), по закінченню будівництва припиняє своє існування та набуває іншого статусу. Наприклад, при будівництві групи багатоповерхових житлових будинків ми ведемо мову про будівельну ЛІС, по закінченню будівельних робіт - про ЛТчС типу багатоповерхової житлової забудови. У випадку припинення будівництва, коли об'єкт залишається недобудованим на тривалий період, маємо справу із ЛТчС. Цікавими варіантами є так звані "довгобуди", на яких будівельні роботи можуть припинятися на деякий час, а потім знову відновлюватись і знову припинятись. У деяких випадках розвиток таких об'єктів можна охарактеризувати наступною схемою: ЛІС=> ЛТчС => ЛІС => ЛТчС => ЛІС => ЛТчС. Можливе й повільне функціонування "довгобуду" як ЛІС протягом тривалого періоду з певних причин. Будівельна ЛІС може переходити в ЛІС іншого, наприклад, гідроенергетичного типу [1].
Цвинтарний тип міських ландшафтів представлений цвинтарним типом ЛТчС. До складу останнього входять наступні комплекси нижчих рангів: а) ЛТчС кварталів поховань (могил), замощених пішохідних доріг, автопарків, будинків адміністрації та деяких інших господарських приміщень; б) ВАЛ зелених насаджень, незамощених стежок; в) ЛІС майстерень з виготовлення пам'ятників, деревообробних цехів, автомобільних доріг, водопостачання (водопроводи). ЛІС займають незначні площі цвинтарів. У структурі діючих цвинтарів і багатьох із тих, на територіях яких припинено поховання, переважають ландшафтно-технічні системи.
У населених пунктах виділяються гідроенергетичний та рибогосподарський типи ЛІС. Вони формуються на річках шляхом створення гребель, ГЕС (в гідроенергетичному типі) і штучних водойм (ставків і водосховищ) з метою виробництва електричної енергії, вирощування риби та рекреації. Навколо гребель та штучних водойм утворюються смуги їх впливу на довкілля. Ці смуги також входять до складу ЛІС обох типів.
У структурі гідроенергетичної та рибогосподарської ЛІС виділяється водно-рекреаційний тип міських ландшафтів, якому відповідає одноіменний тип ВАЛ. До складу останнього входять річки, ставки та водосховища, створені на них, а також їх берегова смуга, що інтенсивно використовуються міськими жителями для рекреації. В межах берегової смуги виділяються: а) ВАЛ зелених насаджень (із дерев, кущів і трав'янистих рослин), незамощених стежок і футбольних полів; б) ЛТчС, що включають до свого складу будинки, "грибки", топчани, лавочки, спортивні комплекси, покриття берегів водойм із плит, майданчики, греблі. ЛІС у складі ВАЛ водно-рекреаційного типу відсутні.
Садово-парковий тип міських ландшафтів представлений парками та ботанічними садами і зайнятий охоронно-рекреаційним типом ВАЛ. У його структурі виділяються наступні комплекси нижчих рангів: а) ВАЛ зелених насаджень із дерев (серед них окремо виділяються сади), кущів, трав і квітів; футбольних майданчиків; незамощених стежок; б) ЛТчС, що складаються з будинків музеїв, ігрових залів, бесідок, пам'ятників, заасфальтованих спортивних, танцювальних, дитячих та інших майданчиків, стадіонів, "вкритих" відсівом і асфальтом пішохідних доріжок; в) ЛІС діючих фонтанів і качелей. Охоронно-рекреаційний тип ВАЛ характеризується максимальною для міських територій озелененістю.
Городній тип міських ландшафтів представлений масивами городів. Вони відрізняються від сільських значно меншими розмірами ділянок і меншою кількістю внесення добрив. Цей тип міських ландшафтів може бути зайнятий ВАЛ городнього типу або ЛІС меліоративно-городнього типу. ВАЛ городнього типу представлений городами та стежками між ними. Часто городи утворюють смуги довжиною більше 100 метрів.
До складу ЛІС меліоративно-городнього типу, крім ВАЛ городів і "відкритих" стежок, входять сараї, будочки, огорожі земельних ділянок, невеликі містки через канали. Особливим елементом ЛІС є осушувальні річкові канали різної ширини, довжини та глибини. Часто вони мають вигляд розгалуженої системи, що простягається на відстань більше 150 метрів, обмежуючи земельні ділянки. Канали створені з метою зниження рівня підземних вод. Після меліорації грунти цих територій стали придатними для вирощування городніх рослин. Власники ділянок періодично прочищають канали від намулу, завозять грунт на городи, щоб підтримувати ЛІС у належному функціональному стані [1].
Різноманітність природних умов на Землі привело до формування неоднорідного ґрунтового покриву з певною закономірністю зміни типів ґрунтів за природними зонами та в зв’язку з висотною зональністю. У будь-якій точці місцевості ґрунт також неоднорідний і характеризується диференціацією профілю на більш-менш чітко виражені генетичні горизонти (рис. 1).
Рис. 1. Схема будови ґрунтового профілю:
А1 - гумусово-аккумулятивный горизонт; А2 - елювіальний горизонт; А2В - елювіально-ілювіальний горизонт; В - ілювіальный горизонт; С - материнська порода
В останні сторіччя важливим фактором ґрунтоутворення стала діяльність людини. На урбанізованих територіях, у порівнянні з природними, антропогенний фактор у ґрунтоутворенні можна вважати ведучим. Для міст характерні так звані техноземи - ґрунти, створені людиною в процесі рекультивації тих або інших об'єктів або господарського освоєння ділянок землі. Техноземи частково успадковують властивості зональних порушених ґрунтів і гірських порід, частково формуються під впливом могутньої техніки, яка використовується при укладанні ґрунтового шару. Для них характерна відсутність чітко виражених горизонтів, найчастіше мозаїчний характер забарвлення, підвищена щільність і, відповідно, менша пористість.
Повнопрофільні ґрунти, близькі до природних, можуть зберігатися в місті в зоні лісопарків і старих паркових насаджень [14].
Поза залежністю від типу ґрунтів основною властивістю, за якою проводиться їх оцінка, є родючість. Родючість ґрунтів обумовлена наявністю в їхньому складі органічних і мінеральних поживних речовин, певними параметрами структури, які підтримують нормальний газообмін та водообмін, фізико-хімічними характеристиками (концентрацією водневих іонів та сольовим режимом), які підтримують нормальне протікання фізіологічних процесів у рослинах. Родючість ґрунту забезпечує певну біологічну продуктивність природної рослинності і врожай сільськогосподарських культур. Будучи найважливішою ланкою біологічного кругообігу речовин, ґрунт продукує основний харчовий і енергетичний матеріал для інших мешканців планети. При цьому вона виконує функції регулятора, яка підтримує природний склад атмосфери за рахунок перетворення відмираючої біоти і продуктів виробничої діяльності людини. Саме ця сторона участі ґрунту в біологічному кругообігу речовин робить її найважливішою складовою екосистем міст. Використання ґрунтів у містах, як правило, має несільськогосподарський характер. Найважливіший напрямок їхнього використання - створення парків, скверів, газонів, покрить для спортивних споруджень. Дерновий шар ґрунтового профілю використовують для кріплення укосів при будівництві транспортних виїмок, насипів і т.п. Неродючі ґрунти поряд із суглинками й іншими ґрунтовими матеріалами застосовують для основ при будівництві будинків. Завдяки високій поглинальній здатності ґрунт виконує роль фільтра для очищення поверхневого стоку. Глини і суглинки використовують для протифільтраційних екранів полігонів поховання побутових і виробничих відходів [14].
2.2 Літогенна основа міских територій
Літосфера включає материки та ложе океанів, не є суцільною твердою оболонкою, вона складається з ряду літосферних плит, які повільно, але безперервно переміщаються відносно одна одної.
Основна частина території України відноситься до структур платформного типу. Їх геологічну будову в схематичному вигляді можна представити як тришарову: поверхневий покрив сучасних і четвертинних відкладень залягає на складчастій осадовій основі, що базується на кристалічному фундаменті, який являє собою масивну товщу магматичних і метаморфічних порід (рис. 2).
Рис. 2. Схема геологічної будови території:
І - чохол сучасних відкладень; ІІ - складчаста підстава; ІІІ - кристалічний фундамент
Основна інженерно-будівельна діяльність у межах міських територій пов'язана з верхнім осадовим чохлом, але в залежності від урболандшафтних умов і специфіки виробничої діяльності життєво важливу роль у формуванні умов міського середовища можуть грати і породи, глибоких структурних ярусів [14].
Усі гірські породи стосовно до будівельної діяльності можна розглядати як основу для будівництва будинку або спорудження, як матеріал для будівництва або як середовище, в якій розміщується споруда. Гірські породи, а також сучасні відклади природного і техногенного походження, які використовуються в будівельних цілях, називаються ґрунтами [1].
З інженерно-геологічних позицій усі гірські породи підрозділяють на два класи - скельні і нескельні. Серед нескельних порід виділяють піщані і великоуламкові породи, взаємодія між частками яких визначається лише тертям і зачепленням, і пило-глинисті, або зв'язкові, породи. Взаємодія між частками зв'язних порід обумовлено наявністю водно-колоїдних зв'язків. Різний характер зв'язків, властивий цим породам, визначає розходження в їх властивостях і поведінці в міському середовищі.
Скельні породи залягають частіше на значній глибині від поверхні землі і відносно рідко, у порівнянні з пухкими осадовими породами, слугують основою міських споруд. Вони є середовищем, у якому здійснюється підземне будівництво (шахти з видобутку корисних копалин, тунелі метро, підземні виробки іншого призначення). Оголення таких порід у межах міста можна бачити, наприклад, у Запорожжі, Севастополі, у містах передгірної зони. Характерною рисою скельних порід є їх монолітність, обумовлена міцними зв'язками між частками. Зв'язки ці носять кристалізаційний або цементаційний характер і визначають високу щільність, малу пористість і високу міцність порід як у сухому, так і у водонасиченому стані.
Зниження міцності порід і зростання водопроникності пов'язане з розвитком у їх масивах тріщинуватості.
Характерною властивістю піщаних та незцементованих порід є їх хороша водопроникність. Вона визначає роль дренуючих чи водовмісних елементів в осадочному комплексі. Показником водопроникності породи є коефіцієнт фільтрації, величина якого залежить від пористості породи і структури порового простору. Пористість уламкових порід коливається звичайно в межах 20-45%. Ці характеристики, у свою чергу, визначаються діаметром і обкатаністю часток, які складають породу, а також однорідністю зернового складу. Зі збільшенням середнього діаметра породоутворюючих часток і їх обкатаності при неоднорідному зерновому складі водопроникність породи зростає.
Величина водопроникності порід змінюється в широких межах. Рух фільтраційного потоку в незв'язній дисперсній породі створює гідродинамічний тиск і може викликати фільтраційні деформації, які звуться суфозійними явищами [14].
Фільтраційні деформації будуть розвиватися в пухкій уламковій породі в тому випадку, якщо в ній є частки, діаметр яких менший від найбільшого фільтраційного ходу, і якщо швидкості фільтраційного потоку достатні для переміщення цих часток.
Власне суфозія, або механічна суфозія, - явище виносу фільтраційним потоком з товщі породи дрібних часток. При цьому збільшується пористість порід і розміри пор.
Контактний випор відбувається у випадку, якщо фільтраційний потік виносить суфозійні частки з деформованого шару породи в глибший за його шар більш грубозернистого матеріалу. Затримуючись в цьому матеріалі, дрібнозернисті частки формують шар, відмінний по складу і властивостям від вихідних порід. Випор - таке руйнування породи, при якому починає рухатися деякий її обсяг із усіма фракціями, які складають породу, що приводить до розпушення частини породи, збільшенню пористості і розмірів пор.
До суфозійних порід відносять такі, з яких суфозійним потоком виноситься більш 3% часток. Швидкість фільтрації, при якій порушується гранична рівновага суфозійних часток у породі, називається критичною швидкістю фільтрації.
Негативні наслідки суфозійних деформацій виявляються у формуванні зон ослабленої міцності, тріщин у зв'язку зі зміною гранулометричного складу, щільності і пористості порід, обваленні бортів котлованів, порушенні покрівлі порід, які перекривають. Наслідком зміни водопроникності порід є збільшення водопритоків у підземні виробки і котловани, кольматація і вихід з ладу зворотних фільтрів і дренажів водопонижаючих пристроїв.
Характерною рисою пилувато-глинистих порід є здатність змінювати свою консистенцію при зміні вологості. Показниками цих граничних станів є межа пластичності і границя текучості. При вологості нижче межі пластичності глиниста порода має тверду консистенцію і властивості, близькі до властивостей твердих тіл. При вологості вище межі пластичності порода набуває текучої консистенції і властивостей рідини. Вміст фізично зв'язаної води в такій глині досягає 50%. Висока водопоглинаюча здатність глинистих порід пов'язана з перевагою в їхньому складі часток, які характеризуються колоїдними властивостями. Для глинистих порід характерна слабка водопроникність. У геологічному розрізі вони виконують роль водотривких шарів. Глинисті породи характеризуються такими властивостями, як усадка і набрякання, тобто зменшенням обсягу при висиханні і збільшенням при зволоженні. Набрякання зв'язане зі збільшенням товщини гідратних оболонок на поверхні глинистих часток, при цьому в породі виникає тиск, величина якого може досягати 0,8 МПа, який деструктивно впливає на відкоси виробок і основи споруд. Усадка супроводжується нерівномірною деформацією породи при висиханні, появою в ній тріщин і збільшенням водопроникності. Це знижує стійкість порід на природних схилах, у бортах кар'єрів і котлованів. В результаті розтріскування на схилах утворяться пухкі продукти руйнування породи у вигляді глинистої щебінки, яка обсипаючись по схилах, утворить скупчення. При водонасиченні вони можуть служити матеріалом для формування грязьових потоків [14].
Деякі тонкообломкові породи у водонасиченому стані мають специфічну властивість, характерну для колоїдних систем, - при вібраційному впливі переходити з гелю в золь, тобто розріджуватися. Це явище зветься тиксотропією і може бути викликане також електричними й ультразвуковими коливаннями. При знятті впливу система, поступово застигаючи, може знову переходити в гель. Породи з тиксотропними властивостями ведуть себе на зразок грузлих рідин, називають пливунами. При розмаїтості зернового складу пливуни обов'язково містять глинисті мінерали. Формуванню пливунних властивостей сприяє наявність гідрофільних глинистих мінералів типу монтморілоніту й особливих мікроорганізмів. Для істинних пливунів характерні низька водопропускна здатність і нульова водовіддача внаслідок колоїдних зв'язків між частками. Пливуни представляють велику небезпеку при проходці підземних виробок. Катастрофічні наслідки мало розкриття пливуна при проходці тунелю ленінградського метро в 1974 р. На глибині 80 м на незамороженій ділянці у виробку хлинули тисячі кубометрів пливунної породи. Масштаби переміщення мас були так великі, що навіть на поверхні землі утворилася мульда просідання.
Серйозні проблеми при будівництві створює просадочність порід, тобто їхня здатність до осідання при замочуванні під дією власної ваги або спільної дії власної ваги і зовнішнього навантаження. В результаті осідань відбувається опускання поверхні землі на величину до декількох десятків сантиметрів. Це приводить до деформацій будинків і споруд, побудованих на просадних породах. Морфологічними ознаками, які вказують на можливість просадних явищ на даній території, є такі форми рельєфу, як вимоїни, просадні лійки уздовж берегів рік, просадні блюдця на терасах і вододілах. Типовими для України просадними породами є леси і лесовидні породи, які утворюють у степовій і лісостеповій зонах майже суцільний покрив на вододілах і річкових терасах потужністю від 3 до 40-80 м [7].
Крім майданного поширення, для лесів характерна висока пористість (як правило, 42-58%) з великою кількістю макропор, вертикальна окремість і стійкість крутих укосів у сухому стані, вміст водорозчинних солей (переважно сульфатів і карбонатів) до 15%, що забезпечує зв’язаність часток породи, відносно стійкий зерновий склад, що відповідає суглинкам (вміст пилуватих фракцій від 50 до 82%, глинистих - від 10 до 30%, піщаних - до 15-20%), легка намочуваність при зволоженні. Просадочність лесовидних порід зв'язана як з їх природною розпушеністю, так і з наявністю великої кількості водорозчинних солей.
Осідання на території міст можуть відбуватися при відсутності регулювання поверхневого стоку, при витоках з підземних комунікацій і підтопленні ґрунтовими водами. На просадочність порід впливає інфільтрація з каналів, водоймищ, підпір рік при їхньому зарегулюванні.
Під спорудами вологість лесових порід зростає на 10-15%, що приводить до збільшення пластичності і зниження міцності. Тривале перебування лесовидних порід нижче рівня ґрунтових вод, що характерно для підтоплених міських територій, приведе до розчинення і виносу гіпсу й інших розчинних солей, викликає втрату несучої здатності і набуття ґрунтом тиксотропних властивостей [8].
Сучасні техногенні відклади є характерними елементами геологічного середовища міста, які потребують уваги. Джерелами цих відкладів можуть бути господарська і будівельна діяльність, тверді відходи промисловості і гірничодобувних виробництв. Загальним для них є широке майданне поширення, пухке складування і неоднорідний якісний і зерновий склад. Найбільший обсяг і площу поширення мають відходи гірничодобувної промисловості. Наприклад, у Донецьку площа під териконами займає 15 км2, без інших видів відкладів. Крім насипних техногенних відкладів, виділяють намивні, представлені переміщеними за допомогою гідротранспорту матеріалами. У таких містах України, як Київ і Харків, є житлові райони, побудовані на намивних пісках. Для районів видобутку корисних копалин характерні намивні відклади відходів збагачення руд.
Недооцінка властивостей сучасних техногенних відкладів може привести до розвитку небезпечних геологічних процесів, деформації і руйнування будинків і споруд, та людських жертв [14].
Антропогенний вплив на компоненти геологічного середовища міст виявляється в наступних аспектах:
Під впливом перетворення рельєфу, регулювання поверхневого стоку, витоків з водоносних комунікацій відбувається зміна гідрогеологічного режиму міської території. Наслідком є підвищення рівня ґрунтових вод, а нерідко і підтоплення певних ділянок міста. Пов'язане з цим водонасичення порід знижує їх міцність і приведе до деформації і руйнування будинків і споруд [14].
Фізичний вплив великого міста з розвинутою транспортною мережею, великим промисловим і енергетичним потенціалом виявляється в місцевій зміні температурного, електричного і магнітного полів. Виникають вібраційні поля. Створюється так називане фізичне забруднення геологічного середовища міста.
Виявляючись на локальній території, ці техногенні фізичні поля по інтенсивності значно перевершують природні аналоги, створюючи на території міста високі градієнти характеристик. Техногенний вплив надає геологічному середовищу додаткову кількість енергії через статичні (вага споруд), динамічні (вібрація), температурні й електричні поля. Нагромадження надлишкової енергії в середовищі, яка служить основним фундаментом або вміщає інженерні споруди і комунікації, несе в собі небезпеку погіршення якості цього середовища.
Вплив вібраційного поля на літогенну основу міського середовища є різним в залежності від типу порід, на які впливає вібрація. Скельні і напівскельні ґрунти з пружними властивостями, передають вібрацію від джерела до об'єкта впливу без значного поглинання енергії коливань. При вібраційному впливі на дисперсні породи найчастіше відбуваються необоротні зміни їхньої структури, наслідком чого є зменшення міцності, нерівномірне ущільнення і т.п. При нахилі масиву порід та прояві таких геологічних процесів, як зсуви, обвали, карст, пливунні явища, вплив вібрації може викликати переміщення порід і тим самим значно підсилити інтенсивність і негативні наслідки цих явищ. Основним джерелом вібрації стосовно літогеної основи території й інженерних об'єктів, які знаходяться в ній, є транспортні магістралі. За верхню межу припустимого вібраційного впливу на геологічне середовище приймається 73 дБ, що відповідає швидкості переміщення часток породи приблизно 225 * 10-6 м/с. Ці умови створюються, коли поряд з автомобільним транспортом або незалежно від нього функціонує рейковий транспорт із регулярним рухом. Стимулює прояв обально-зсувних процесів у сполученні з вібрацією підрізування схилів при прокладці транспортних магістралей, виїмка великої кількості породи при будівництві й інші зміни рівноваги в межах масивів порід і ґрунтів.
Теплове забруднення геологічного середовища в містах являє собою підвищення її температури щодо природних значень. На території великого міста порушення температурного режиму може спостерігатися до глибини 100-150 м і більш. При цьому на горизонтах 10-30 м спостерігається тенденція до розширення по площі геотермічних аномалій з підвищенням на 2-6° С фонових значень температури гірських порід і підземних вод.
Під впливом надлишкового тепла може відбуватися локальне просушування порід зі зміною їх міцності. З підвищенням температури ґрунтових вод зростає швидкість хімічних реакцій у зоні їхнього контакту з матеріалами підземних споруд. Встановлено, що швидкість корозії будівельних марок сталі лінійно зростає при зміні температури від 0 до 80°С. Збільшення температури порід і підземних вод активізує діяльність мікроорганізмів, які є агентами біокорозії. Найбільш розповсюдженими джерелами теплового забруднення геологічного середовища міських територій є магістральні теплопроводи і мережі гарячого водопостачання.
На ділянках проморожування ґрунтів при будівництві котлованів в обводнених умовах і прокладці трас метрополітену в складних інженерно-геологічних умовах під впливом холодоносія з температурою від -10 до -26°С істотно змінюються властивості водонасичених порід, порушуються сформовані режими водо-, массо- і теплообміну, мікробіоценозів [14].
Електричне поле блукаючих струмів у землі пов'язано з рейковим електротранспортом. Вплив його виражається в підвищенні корозійної активності середовища. Небезпека корозії виникає при щільності блукаючих струмів 5-10-2 А/м2, тоді як їхня щільність, яка спостерігається реально, у містах у 200 разів вища. При високому рівні електричного впливу швидкість корозії сталі складає до 2 мм у рік, а терміни безаварійної служби трубопроводів скорочуються вдвічі. Витоки з трубопроводів у свою чергу служать новими джерелами забруднення геологічного середовища міст.
Для запобігання критичних ситуацій, які представляють загрозу для життя людей і приводять до деформації і руйнування будинків і споруд, важлива достовірна оцінка сучасного стану геологічних об'єктів і процесів, прогноз їхньої зміни в часі при взаємодії з об'єктами техносфери.
Гірські породи є одним із природних джерел опромінення жителів міст. Від вмісту в породах радіонуклідів радію, торію і калію залежить як зовнішнє, так і внутрішнє опромінення людей. Внутрішнє опромінення найбільшою мірою пов'язано з надходженням через органи дихання газу радону, що є продуктом радіоактивного перетворення елементів уранового ланцюга. Цей газ має здатність еманувати з порід, проникати через отвори в підлогах і стінах, через стики елементів конструкцій у приміщення і накопичуватися на перших поверхах будинків.
Безпосереднім джерелом виділення радону є радій-226. За вмістом цього ізотопу гірські породи сильно розрізняються. Особливо високі вмісти радію можуть бути в деяких різновидах гранітів, а з осадових порід - у глинистих сланцях, збагачених органічною речовиною. Рівень радоновиділення залежить не тільки від концентрації в них радіоізотопів, але і від структурно-тектонічних особливостей території. У зонах тектонічних розламів і підвищеної тріщинуватості порід виділення радону відбувається більш інтенсивно.
В Україні райони з підвищеним радоновиділенням присвячені в основному до території Українського кристалічного щита і північно-західної частини Донецького басейну.
Землетруси - короткочасні коливання земної кори, пов'язані зі стрибкоподібним вивільненням енергії в деякому просторі усередині Землі. При сильних землетрусах у їх вогнищі - гіпоцентрі - виділяється енергія до 1018 Дж. На поверхні Землі, особливо в області епіцентру, який знаходиться над гіпоцентром, виникають тріщини довжиною до декількох кілометрів, шириною до декількох метрів і глибиною до 10 м, провали, які поглинають будівлі і людей. Землетруси часто стимулюють розвиток зсувів, обвалів, повеней, цунамі.
Найбільш активно і з великою частотою землетруси виявляються в областях розвитку молодої (альпійської) складчастості й опускань земної кори. В Україні сейсмічно небезпечними зонами є Карпати і Крим.
Інтенсивність землетрусів визначається по 12-бальній шкалі Ріхтера, яка враховує характер та зовнішній ефект землетрусів: максимальне прискорення деформації ґрунту, степінь пошкодження та руйнування будівель, реакцію людей та тварин [5].
Інтенсивність землетрусів залежить від властивостей гірських порід, в яких поширюються сейсмічні хвилі, глибини залягання підземних вод, тектонічних порушень і глибини гіпоцентру землетрусу. У пухких породах, особливо обводнених, інтенсивність землетрусу зростає. Підвищенню сейсмічності території сприяє високий рівень стояння підземних вод, наявність різко обкреслених форм рельєфу - крутих схилів, пагорбів, ярів.
При виверженні вулкана викидається величезна кількість попелу, що розсіюється в повітрі, а найбільш легкі частки залишаються у верхніх шарах атмосфери роками.
Досить розповсюдженим явищем у нафтогазоносних районах є грязьовий вулканізм. Грязевулканічні будови можуть мати діаметр від сотні метрів до декількох кілометрів, але не завжди досить чітко виражені в рельєфі. В Україні грязьові вулкани локалізуються в Криму на Керченському півострові, у тому числі три з них розташовані на території м. Керчі. Грязьові вулкани починають діяти, коли пластовий тиск в глинистих породах, до яких вони звичайно присвячені, перевищує гідростатичний. Тоді гази, до складу яких входить метан, оксид вуглецю, азот, сірководень, аргон, викидають із глибини води, уламки порід, перетертий глинистий матеріал.
Одним з найбільш розповсюджених небезпечних процесів на території міських агломерацій є зсуви. Зсув - ковзний зсув мас порід вздовж природного схилу або штучного укосу під впливом сили ваги [2].
Тіло зсуву являє собою сповзаючу по схилу масу породи, обмежену знизу поверхнею ковзання. Поверхня тіла зсуву звичайно нерівна, з локальними зниженнями й одним або декількома терасовидними уступами. У місці відриву тіла зсуву утвориться негативна форма рельєфу, яку називають цирком зсуву. У нижній частині тіла зсуву спостерігається підвищення, яке називається валом випору.
За формою, об’ємом, типом, швидкістю руху й інших ознак зсуви дуже різноманітні. Об’єм зсувів може змінюватися від десятків до сотень тисяч кубічних метрів, швидкість руху - від міліметрів у тиждень до десятків кілометрів на годину. Крім діючих зсувів, виділяють завмерлі, рух яких протягом тривалого часу геодезичними методами не фіксується.
Причиною сходження зсуву є порушення рівноваги схилу. Фактори, які викликають утворення зсуву, можна розділити на природні й антропогенні.
До природних факторів відносять: ослаблення міцності порід, які складають схил, внаслідок перезволоження атмосферними опадами і вивітрювання, збільшення крутості схилу внаслідок підмиву його водою, сейсмічні поштовхи [2].
До антропогенних факторів відносять: перезволоження порід за рахунок витоків, підтоплення або поливу території, підрізування схилів при прокладці доріг, трубопроводів або розробці кар'єрів, додаткове навантаження на схил внаслідок його забудови, вібраційний вплив транспортних засобів або вибухів.
Зсуви часто є постачальниками матеріалу для грязьових потоків - селів. Селі - водні потоки, насичені твердим матеріалом. Формуються найчастіше під час зливових опадів і сніготанення в горбкуватих або гірських районах при наявності великої кількості пухкого, вивітреного матеріалу. Селі мають значні швидкості руху і великою руйнівною силою. Область живлення селя являє собою звичайно верхню частину водозбірного басейну, яка має круті схили. Утворення селів часто провокується наявністю техногенних відкладень. У Києві в 1961 р. при будівництві трамвайно-тролейбусного депо в районі Жіночого Яру здійснювалося планування території методом гідронамиву піску зі зведенням серії дамб. Перенасичені водою ґрунти дамби перетворилися в селевий потік, який обрушився на житловий район міста - Куренівку, де переважали одноповерхові будинки.
На території міст України широко поширене таке явище, як підтоплення. До підтоплених міських територій відносять такі, на яких рівень ґрунтових вод розташований вище 2,5 м від відмітки рівня землі. На території зелених насаджень відповідно до санітарних норм допускається підвищення рівня ґрунтових вод до 1 м від поверхні.
Підтоплення в силу великої розмаїтості природних умов і складу порід, які складають територію міської агломерації, відбувається по-різному. В одних випадках може відбуватися підвищення рівня ґрунтових вод, в інших - формування техногенної верховодки або техногенного водоносного горизонту. Поряд зі зміною рівня ґрунтових вод відбувається зміна їх складу. Внаслідок обводнювання знижується несуча здатність порід основи споруд, руйнуються матеріали підземних комунікацій і конструкцій, забруднюються в результаті витоків з каналізації ґрунтові води [5].
Основними причинами розвитку підтоплення в містах України є:
Затоплення, тобто утворення вільної поверхні води над земною поверхнею, є одним з найбільш розповсюджених природних процесів, пов'язаних з виходом рік з берегів. Воно причиняє великі матеріальні збитки і супроводжується людськими жертвами
Затоплення на урбанізованих територіях характеризується рівнем підйому води і частотою повторюваності. Ці характеристики знаходяться в прямій залежності від площі з водонепроникним покриттям (забудова, асфальт і т.п.) і від обсягу зливового стоку.
Ерозія ґрунтів на території міст розвивається під впливом зосередженого поверхневого стоку, а іноді в результаті витоків з водоносних комунікацій. Найбільш інтенсивно ерозія ґрунтів відбувається при будівельних роботах внаслідок розпушення і виїмки ґрунтів. Інтенсивність ерозії в період будівництва в 10 разів вища, ніж на землях сільськогосподарського використання. Вміст зважених часток у водних потоках на території будівництва підвищується в десятки разів [14].
Річкова ерозія є результатом впливу водного потоку на русло і полягає в розмиві, транспортуванні й акумуляції наносів. Ерозійна робота ріки залежить від витрати і швидкості потоку, петрографічного складу порід, у яких ріка прокладає русло. Найбільша інтенсивність ерозії спостерігається при великих витратах ріки і малої стійкості до розмиву порід, у яких сформоване русло. В результаті ерозії виникає загроза спорудам, розташованим на берегах, що підмиваються. Відкладення наносів у ріці приводить до її обміління, утруднює судноплавство, підсилює загрозу підтоплення прилеглих територій. Зарегулювання річкового стоку в межах міських територій дозволяє знизити негативний вплив цих процесів.
Карстоутворенням називають складний геологічний процес, основним компонентом якого є вилужування розчинних гірських порід підземними і поверхневими водами з утворенням великих порожнеч у породах (лійок, печер і т.д.), винос дисперсних часток із відкладів, а також осіданням і обваленням покрівлі. Тому частіше говорять про комплекс карстово-суфозійних процесів. За формою прояву розрізняють поверхневий (відкритий) карст, характерним прикладом якого служить Кримська Яйла, і підземний (прихований) карст. Підземний карст утвориться у випадку, якщо карстоутворюючі породи перекриті товщею нерозчинних, але водопроникних порід. Карст може розвиватися в карбонатних породах (вапняках, доломітах, крейдо-мергельних товщах), сульфатолітах (гіпсах, ангідритах), галолітах (кам'яних, калійних солях). На інтенсивність формування карсту впливає ступінь тріщинуватості порід, глибина залягання підземних вод, яка визначає швидкість фільтрації і водообміну, а також гідрохімічний склад вод. Природними факторами, які сприяють карстоутворенню, є пересічений рельєф, наявність потужного підземного стоку, високі швидкості фільтрації, присутність у воді вільної вуглекислоти, тріщинуватість порід. На активізацію карстоутворення можуть вплинути техногенні фактори, які сприяють обводнюванню покривних відкладень, зниженню рівня тріщинно-карстових вод, різкому коливанню рівня підземних вод, наприклад, при відкачці підземних вод або при скиданні стічних вод і відходів у карстові порожнечі, а також зміна гідрохімічного складу підземних вод [14].
На територіях міських агломерацій розвитку карсту сприяє формування значних за розмірами депресійних лійок в районах водозаборів, а також у районах розробок корисних копалин, де спостерігаються осідання і провали поверхні. Антропогенна активізація сульфатного карсту створює загрозу забудові південно-західної частини Львова, яка складає до 30% території міста.
Просідання поверхні характерні для зон залягання лесових порід. На сучасному етапі розвитку міст України різко збільшилася площа забудови на лесових підставах. Здатність цих відкладень до просідання при замочуванні обумовлює специфіку будівництва на цих ділянках. У Дніпропетровській і Запорізькій областях майже 80% господарських об'єктів побудовано на просадних лесових ґрунтах, з них більш ніж у 10 тисячах виявлені істотні деформації.
Для міст, розташованих на берегах морів, водоймищ, озер, серйозну проблему являє переробка берегів і руйнування споруд у прибережній смузі. Обвалення берегів відбувається в результаті хвильового впливу. Вітрові хвилі з'являються внаслідок сил тертя між повітряним потоком і поверхнею води [2].
Приливні хвилі мають невелику енергію розмиву, але висота припливу досягає в деяких місцях 10 м і більше і може являти значну загрозу для споруд.
Абразія - процес руйнування гірських порід хвилями і течіями в береговій зоні моря, озера або водоймища. В результаті виносу абразійного матеріалу утворюються високі і круті абразійні береги. Інтенсивність абразії обумовлена контуром берегової лінії, петрографічним складом порід, які складають берег, умовою їх залягання, руйнівною силою хвилі, кутом нахилу шельфу. В деяких місцях серйозну роль в абразійних процесах відіграє антропогенний фактор.
Береги, складені вапняками, конгломератами, є відносно стійкими до абразії, особливо при падінні шарів вбік моря.
Берегові глинисті відкладення не тільки розмиваються, але і сповзають униз при перезволоженні. Сполучення абразії й зсувоутворення характерно для району Одеси. Абразійні форми рельєфу розвиваються також на незакріплених ділянках узбережжя Дніпровського каскаду водоймищ. На пологих берегах у міру наближення до надводної частини берега хвиля деформується, розпластується, в результаті чого втрачає енергію, а сила удару зменшується. Відкат хвилі відбувається повільно, маса води гальмує наступну хвилю. Будівництво в смузі пляжу або зрізання частини його при будівельних роботах може привести до порушення динамічної рівноваги „море – берег”, збільшенню розмиву берега в одних місцях і нагромадженню наносів в інших.
Геологічні фактори - форми рельєфу, якість ґрунтів, властивості гірських порід, наявність корисних копалин, а також екзогенні й ендогенні процеси впливають на вибір місця закладення міста і його наступну долю.
Виділено 15 типів міських ландшафтів. Територія одного типу міського ландшафту зайнята одним або двома домінуючими типами (підтипами) комплексів певної категорії (чи ВАЛ, чи ЛТчС, чи ЛІС).
На формування певного типу ґрунту і ґрунтового профілю міского ландшафту впливають клімат, материнські гірські породи, які його підстилають, рельєф, характер водообміних процесів, тип природної рослинності, характерної для даної кліматичної зони, тварини і мікроорганізми, які живуть у ґрунті. Типовими для України є чорноземи, сірі і бурі лісові, каштанові і дерено-підзолисті ґрунти.
Антропогенні ландшафти міських територій існують не відокремлено один від одного. Вони взаємопов'язані між собою завдяки потокам речовин, енергії та інформації. Останні мають вигляд природних потоків з натуральною та антропогенною складовими. Вони об'єднують створені людьми системи у єдиний міський комплекс, який взаємодіє з оточуючими геосистемами. Властивості корінних порід, які можуть призводити до виникнення небезпечних геологічних явищ, можуть бути різними, а саме: водопроникність, пористість, просадочність, схильність до суфозійних процесів.
З удосконаленням технічної озброєності людини вплив господарської діяльності на геологічне середовище зростає. Ефекти антропогенного впливу на геологічне середовище мають тенденцію до кумуляції. Активізація небезпечних геологічних процесів у містах України, обумовлена техногенною діяльністю людини, привела до ряду катастрофічних наслідків. Величезний економічний збиток, зв'язаний з цим, і супутні їм людські жертви свідчать про необхідність особливої уваги до еколого-геологічних факторів при господарському освоєнні територій.
Існують небезпечні геологічні процеси, які становлять найбільшу загрозу міцності міських споруд і комунікацій та життю людини. До небезпечних геологічних явищ, які спричиняють небезпечні та негативні наслідки для міського середовища належать: землетруси та виверження вулканів, сельові потоки, підтоплення, затоплення, єрозія грунтів, кастроутворення, просідання ґрунту, абразія.