авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |

Исследование закономерностей и методов совершенствования инженерной устойчивости природно-технических систем в развитии санкт-петербургской агломерации

-- [ Страница 4 ] --

Но и это ещё не всё. Ведь расход грунта на намыв, как показала уже и практика, в пять раз превышает объём поступления наносов в губу. Изучение механизма водообмена между Невской губой и восточной части Финского залива позволило предствить суть литодинамических процессов в ней. Объём взвешенных наносов реки Невы в среднем составляет около 510 тыс. куб м. в год. По обновлённым к тому времени данным научно-исследовательского института Земной коры Ленинградского государственного университета получалось, что в Невскую губу со стоком реки Невы и малых рек поступало 258 тыс. куб м. наносов в год, примерно столько же – из Финского залива через Северные ворота и 175 тыс. куб м. – через Южные. Значит ориентировка на имеющийся их баланс тоже была крайне важна. Данные ЛенморНИИпроекта (Лазаренко Н.Н.), ещё 25 лет назад проводившего здесь исследования подтвердили, что какое-либо обмеление Невской губе не грозит. Но при этом надо быть и достаточно экономным, чтобы не нарушить морфологический рисунок дна, что, в конечном счёте, явилось одной из причин прекращения в дальнейшем работ по намыву территорий в Невской губе.

Всего же за 31 год выполнения работ по образованию новых территорий из подводных карьеров было поднято 75.6 млн. куб м. песка и намыто 2905 га.

Все эти работы сопровождались тщательными научными наблюдениями, которые на первом этапе велись учёными ЛИСИ (Фёдоров Н.Ф., Лапшёв Н.Н., Цветкова Л.И. и др.). Позднее в практику наблюдений была в итоге внедрена трёх уровневая система мониторинга, в том числе и во время намыва почти 500 га территорий стройплощадок и причальных фронтов в Горской, на острове Котлин и в Бронке при сооружении КЗС.

Тем не менее «намыв» новых территорий, который сопровождал развитие города на протяжении столь продолжительного времени пришлось остановить, так как баланс грунтов, привносимых ранее в акваторию Невской губы со стоком реки Невы и в результате подъёмов воды со стороны восточной части Финского залива был практически исчерпан. Теперь баланс лимитируется почти построенными защитными сооружениями, а стремление возобновить былую практику не исчезает. Свидетельством этого является намыв новой территории с запада от Васильевского острова для строительства морского пассажирского терминала и создания нового района застройки. Процесс этот проходит весьма напросто, так как начался размыв геоморфологического основания Невской губы. Строители этого не замечают, так как обслуживающие процесс мониторинговые организации ограничиваются точечными наблюдениями. Но вот наблюдатели стран Балтии уже обратили на это внимание. Ведь речь теперь идёт не о взвесях,

которые всегда образуются при работе земкараванов, а о более серьёзных загрязнениях (схема 6). И это происходит во внутригородском водоёме, который отныне надо охранять особенно внимательно.

Вот почему, на фоне этого опыта подход создателей «Морского фаса-

да Санкт-Петербурга» сразу вызвал озабоченность и критику у специалистов [49]. Небольшие глубины, медленные скорости движения водных масс, обнаженный морфологический рисунок дна – вот, что прежде всего характеризует район Невской губы в зоне западной оконечности Васильевского острова и недостаточно учитывалось в проекте (схема 7).

.

Ускоренные темпы намыва требовали вполне определён-ных корректировок. Абрис выполняемого намыва уже в ходе разработки проекта был скорректирован в результате исследовательской работы, выполненной создателем из-вестной математической мо-дели Невской губы «Карди-нал», д.физ.- мат. наук К.А. Клеванным по настоянию соискателя, который давал той работе и соответ-ствующее заключение.

Рефулированные тер-ритории – тоже своего рода природно-техническая систе-ма. В её осуществлении участвует большое количест-во специализированной тех-ники, которая внедряется в реальную природную среду, функционирующую по своим законам, например, периоди-зации нерестовых процессов рыбного стада, балансу кормовой базы для него и т. д. Поэтому все эти начинания требуют очень серьёзной научной и методологической подготовки, включая и приёмы моделирования [7].

Проблема долгосрочных интегральных экологических оценок, проблема улучшения качества мониторинга, проблема его методического и технического обеспечения встанут в полный рост при дальнейшем развитии Петербургской агломерации в XXI веке. Рано или поздно этими проблемами придётся заниматься системно. Научное обеспечение таких работ и качестве первого шага – создание специализированной экспертной комиссии по проблеме Невской губы и восточной части Финского залива является по мнению соискателя неотложной задачей. Это тем более важно, что Невская губа по своему функциональному назначению в Генеральном плане развития Санкт-Петербурга со своими рекреационными и другими подобными задачами и намывные территории – это по-существу новые природно-технические системы, которые требуют развития соответствующего берегового законодательства.

Комплекс сооружений защиты Санкт-Петербурга от наводнений (КЗС), занявший порядка 6% акватории Невской губы и воспринимавшийся на первых порах своего рождения как угроза окружающей среде, а теперь ставший центральным объектом в «Программе интегрированной системы управления водными ресурсами региона», - это, в то же время сложнейшее инженерно-техническое сооружение [4,19]. На его примере особенно наглядно видно, что критерием устойчивости природно-технических систем служит сохранение системой способности, испытывая внешние воздействия, играть свою роль в рамках определённых экосистем и обстоятельств [47].

С точки зрения обеспечения устойчивой работы судопропускного сооружения и ремонтопригодности соискателю и его коллегам в первую очередь бросилось в глаза явная недоработка узла откатных ворот (рисунок 1) в судопропускном сооружении С-1 КЗС.

Понимая всю ответственность сложившейся ситуации, соискатель вместе с группой разработчиков «ЛенморНИИпроекта» включился в решение этой задачи. В итоге родилось решение, квалифицированное затем как изобретение нового судопропускного оградительного сооружения. В его основу был положен принцип батопорта – плавучего гидротехнического затвора.

Осуществление замены откатных ворот на батопорты, её научное и методологическое обоснование позволило современным российским разработчикам и эксплуатационникам взглянуть по-новому на целый ряд других вопросов гидротехнического строительства, лучше обеспечивать устойчивость гидротехнических объектов, создавать добротную основу для решения многих геоэкологических проблем в нашей стране.

На сокращение работ непосредственно в акватории было направлено и использование принципа наплавных элементов (фото 1) при сооружении водопропускных сооружений В-4 и В-2 с помощью изготовления монтируемых блоков сооружений в береговых доках, а затем путём их наплавки к месту штатного расположения.

Главным достиже-нием применения этого принципа явилось то, что период непосредственного антропогенного влияния на геоэкологическое сос-тояние Невской губы был сокращён почти на год.

Но наиболее зна-чительным экспериментом стали крупные комплекс-ные исследования по ма-неврированию затворами водопропускных соору-

жений, впервые осуществлённые в натурных условиях. Главной научной посылкой предпринятого эксперимента была мысль о том, что маневрирование затворами позволит разрушить малопроточные зоны в Невской губе, сместить потоки сточных вод, интенсифицировать процессы самоочищения и т.д. Для этого были проведены четыре цикла исследований с поочерёдным закрытием сегментных затворов (схема 8).

В программу исследований реально вошли гидрологические наблюдения, анализ качества воды по многим гидрохимическим и бактериологическим показателям, гидробиологические и ихтиологические исследования, космические наблюдения за распределением полей взвешенных веществ от городских очистных сооружений с помощью трассеров; исследования химического состава и бактериологического загрязнения донных отложений. Были проведены 2234 замера скоростей (самописцы работали более 2000 часов), отобраны более 1500 тысяч проб воды на 46 станциях и 360 проб донных отложений. Выполнено свыше 12000 различных анализов и 6 серий аэрофотосъёмок. Результативность была очень впечатляющей – Невская губа отреагировала на маневрирование. Инструмент оптимизации геоэкологической обстановки в Невской губе был найден [46, 51].

Не менее важной в специфических петербургских условиях является ещё одна природно-техническая система – подземное пространство (схема

СХЕМА 8

ЭКСПЕРИМЕНТ С МАНЕВРИРОВАНИЕМЗАТВОРАМИ СЕВЕРНОГО СТВОРА КЗС

9). Оно всё больше насыщается инженерными и транспортными коммуникациями, общественно-торговыми зонами.

Это – наиболее сложная природно-техническая среда [25]. Мало кто учитывает, что Санкт-Петербург не имеет под собой выходов коренных пород. Он стоит в дельте недавно образовавшейся реки и расположен на 11 террасах, спускающихся к морю. Изменение механических свойств грунтов в процессе обводнения ведёт к снижению динамической устойчивости грунтов, особенно рыхлых, типичных для Санкт-Петербурга. Песчаные грунты переходят в плывунное состояние, а глинистые – в текучее. Повышается их виброчувствительность, они могут перемещаться буквально от любого стороннего воздействия.

При этом, также необходимо исходить из того, что любое тектоническое нарушение в кристаллическом фундаменте оказывает воздействие на всю толщу осадочных пород, находящимся над этим нарушением. Идёт как бы залечивание этого тектонического разлома в виде перемещения частиц сверху вниз. К сожалению, в сложившейся строительной практике влияние тектоники практически игнорируется. Поэтому необходимо как можно быстрее создавать банк данных о наличии тектонических разломов, в соответствии с ним выбирать места для строительства и соответствующие приёмы его ведения.

Территория города в настоящее время испытывает довольно активные тектонические движения различного знака. Современное поднятие фиксируется только в юго-восточной и южной частях города – от Ближней Рогатки до ст. метро «Звёздная». В центральной части города общее возрастание опускания происходит в направлении с востока на запад, в южной части – с юго-востока на северо-запад. На западе города, в дельте Невы, захватывая акваторию Невской губы, происходит опускание территории со скоростями от 2.0 до 4.3 и, вероятно, более мм. в год. Вертикальное движение земной коры отражает наличие в ней геодинамических напряжений и соответственно – зон разломов, активных в настоящее время. В юго-западной части города, от Дачного до Сосновой поляны, пос. им. Володарского, скорости современных вертикальных движений земной коры практически не изменяются, они составляют примерно от 1.0 до 1.2 мм. в год, что говорит о стабильности тектонических движений. Практически вся территория Санкт-Петербурга находится в зонах весьма высокой, высокой и повышенной неотектонической опасности. Поэтому необходимо учитывать новейшие достижения геофизической науки при проектировании и строительстве инженерных сооружений на всём пространстве города.

В диссертации специально подчёркивается, что при любом крупном строительстве в городе должны проводиться и спектрально-сейсмографическое профилирование с целью выявления и оконтуривания участков с неустойчивыми грунтами, и электропрофилирование для оценки степени обводнённости грунтов.

СХЕМА 9

СХЕМА ПОДНЯТИЯ И ОПУСКАНИЯ ГРУНТОВ В САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ

В последнее время изучение динамики городской среды с целью прогнозирования влияния антропогенной деятельности при градостроительном освоении наземного и подземного пространства, становится одной из самых актуальных проблем развития Санкт-Петербурга. Практика градостроительного освоения территории показывает, что на современном этапе решение таких задач невозможно без надёжного информационного обеспечения, без построения на основе ГИС трёхмерных моделей территории.

В городе накоплен обширный фактический материал о строении подземного пространства – сотни тысяч скважин, пробуренных и опробированных для решения конкретных задач. В центре города среднее расстояние между скважинами, вскрывшими лужскую морену, составляет 30-50 метров. Однако, практическое использование данной информации не представляется возможным без её детального и достаточно трудоёмкого преобразования, так как фондовая первичная информация содержится на бумажных носителях, выполнена разными организациями, на основе различной нормативной документации, по разным методикам. Основными этапами подготовки работоспособной информации являются:

- «привязка» к конкретным наблюдениям за состоянием отдельных элементов геологической среды;

- модельное описание изменчивости характеристик геологической среды под влиянием антропогенных и природных процессов.

На основе статистического подхода разработаны критерии риска деформации зданий и сооружений и подготовлена карта зонирования территории Санкт-Петербурга в границах зон охраны объектов культурного наследия по уровню риска просадок зданий и сооружений.

В процессе исследований выявились особенности кинематики поверхности городской среды, заключающиеся в «высокочастотных» знакопеременных её вертикальных движениях. Показано, что наибольшие деформации поверхности отмечаются в пределах засыпанных болот и намывных территорий. Именно этот аспект прежде всего заставил соискателя состыковать прагматическую деятельность сотрудников ГлавАПУ Ленгорисполкома и исследовательские начинания В.И. Горного.

В результате можно утверждать, что геомеханические свойства грунтов в значительной степени определяют амплитуды знакопеременных деформаций дневной поверхности. Отмечено, что знакопеременные вертикальные движения поверхности грунтов могут вызвать деформации зданий и сооружений. Высказано предположение, что такие движения могут быть вызваны периодическими изменениями уровня грунтовых вод, резкими колебаниями атмосферного давления.

Знакопеременные деформации поверхности в пределах таких крупных мегаполисов как г. Санкт-Петербург предполагают определённую периодичность (возможно – цикличность) проявлений каких-то из вышеописанных факторов. В частности, на территории Санкт-Петербурга неоднократно отмечались деформации поверхности с последующим её частичным восстановлением в результате непродолжительных строительных водопонижений. Анализ и прогнозирование таких деформаций предполагает детальное представление о динамике уровенного режима подземных вод, что, в свою очередь, определяет необходимость высокой достоверности гидродинамических прогнозов на базе численного моделирования гидрогеодинамики и трёхмерного моделирования свойств подземного пространства города.

Опыт работы с соответствующими программными комплексами показывает, что для успешного решения сопряжённых задач фильтрации и напряжённого состояния горных пород необходима внимательная детализация гидродинамических условий, обоснование параметрической базы и анализ значимости изучаемых процессов.

Четвёртая глава диссертации раскрывает прежде всего существо экологической политики, которая реализуется путём проведения комплекса природоохранных мер, направленных на повышение экологических характеристик. Эти меры по направлениям деятельности могут быть представлены четырьмя группами: организационно-правовые, архитектурно-планировочные, конструкторско-технические и эксплуатационные. При совершенствовании управления природно-техническими системами требуется создание надёжного информационного обеспечения. Оно должно включать данные о состоянии природных экосистем, о природоресурсном потенциале региона, антропогенной нагрузке на окружающую среду, о здоровье населения, характере социально-экономического развития агломерации.

Глава содержит исследовательский материал по технологическим и методическим средствам контроля, обеспечивающих взаимодействие природно-технических систем, от средств точечного наблюдения до математического моделирования.

Во-первых, это – сертифицированный автоматизированный банк геоэкологических данных, созданный в управлении «Ленморзащита». Получаемая в результате исследований информация анализировалась и структурировалась по длительности и полноте временных рядов, дискретности наблюдений и распределению их внутри года, однородности по горизонтам наблюдений и возможности сохранения рядов там, где менялась методика наблюдений. Учитывая пространственную неоднородность качества воды в Невской губе, было произведено районирование её акватории. Перенос данных на магнитные носители и использование персональных ЭВМ позволили значительно расширить спектр решаемых задач и повысить производительность труда. Появилась возможность увеличить точность расчётов за счёт использования корректного метода статистической обработки, адекватного объёму и структуре данных. В расчётах было принято решение использовать квартильный метод статистической обработки данных (схема 10).

СХЕМА 10

СХЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ СТАНЦИЙ НАБЛЮДЕНИЯ В НЕВСКОЙ ГУБЕ И СОСТАВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО БАНКА ДАННЫХ

Во-вторых, это - дистанционные методы наблюдений [45] и специально построенный в 12 км. от Соснового Бора на базе дублёраКронштадского футштока – исходной точки нивелирной сети России Шепелевский геодинамический полигон, ставший вторым во всём северном полушарии планеты [21]. По инициативе соискателя, полигон был оснащён глубинными реперами, погруженными в Балтийский кристаллический щит, и гидродинамическими скважинами, опущенными в подземные водоносные горизонты. Таким образом, удалось создать хорошую базу для проведения широкого комплекса скоррелированных исследований в области геодинамики земной коры и колебаний уровня моря, без чего крайне затруднительно решать проблемы взаимодействия океана, атмосферы и суши.

И, наконец, в-третьих. В середине 90-х годов совместно с АО «Ассоциация предприятий морского приборостроения» была проведена большая подготови-тельная исследовательская и экспериментальная работа по строительству на заводе «Алмаз» первого специализированного судна для экологического мониторинга. В 1995 году прошли швартовые, ходовые и прочност-ные испытания головного пат-рульного катера проекта 16220,

оснащённого комплексом контроля экологического состояния водной среды «Акватория», получившего название «Экопатруль-I».



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

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