Физические показатели 1 страница

Плотность сложения. Оптимальная плотность пахотного горизонта для большинства культурных растений – 1, 0–1, 2 г/см³. Эта величина является очень важной характеристикой окультуренности почвы, для городских почв она чаще выше 1, 4–1, 6 г/см³.

Переуплотнение корнеобитаемого слоя. При характеристике переуплотнения почв выделяют следующие градации:

– нормальная плотность сложения – 1, 0 до 1, 2 г/см³;

– слабоуплотненная почва – 1, 2 до 1, 4 г/см³;

– среднеуплотненная почва – 1, 4 до 1, 5 г/см³;

– сильноуплотненная почва – 1, 5 до 1, 6 г/см³;

– переуплотненная почва (более 1, 6 г/см³).

Гранулометрический состав измеряется через содержание физической глины (частиц < 0, 01 мм), в %. По содержанию физической глины городские почвы можно сгруппировать следующим образом:

– рыхлопесчаные – 0–5%;

– связнопесчаные – 5–10%;

– супесчаные -10–20%;

– легкосуглинистые – 20–30%;

– среднесуглинистые – 30–40%;

– тяжелосуглинистые – 40–50%;

– легкоглинистые – 50–60%;

– средне- и тяжелоглинистые – > 65%.

Химические и физико-химические показатели характеризуют изменение химических свойств почв: истощение запасов питательных элементов, подщелачивание, подкисление и загрязнение токсикантами.

Содержание гумуса. При характеристике гумусированности почв выделяют следующие градации:

– норма для данных почв (см. приложение);

– среднеобеспеченные – снижение запасов гумуса на 25%;

– слабообеспеченные – снижение запасов гумуса на 50%;

– очень слабообеспеченные – снижение запасов гумуса на 75%;

– потеря почвой плодородия и гумуса, полная дегумификация почвы.

Содержание токсичных веществ и тяжелых металлов (ТМ). Распределение загрязнителей по поверхности почв зависит от особенностей источников загрязнения, метеорологических особенностей, геохимических факторов, форм рельефа.

Степень проявления процесса загрязнения определяется как отношение содержания загрязняющего вещества в почве к величине ПДК или другой нормативной величине.

Содержание загрязняющих почву веществ определяется по стандартным методикам, а степень загрязненности оценивается по ГОСТ 17.4.3.06–86. Химическое загрязнение ТМ определяется по ориентировочно допустимым концентрациям (ОДК). ТМ в почвах с различными физико-химическими свойствами (мг/кг) [ГН 2.1.7.020–94]. Величина ОДК ТМ для песчаных и супесчаных почв в несколько раз ниже, чем для кислых или нейтральных суглинистых и глинистых почв (табл. 23).

Таблица 23

Степень загрязнения почв тяжелыми металлами (мг/кг почвы)

ОДК диагностирует удовлетворительную экологическую ситуацию, при которой желательно не допускать попадание ТМ в почву.

Низкий уровень загрязнения диагностирует относительно удовлетворительную ситуацию, при которой необходимы меры по закреплению ТМ (известкование, применение органических и минеральных удобрений). Средний уровень загрязнения диагностирует неудовлетворительную экологическую ситуацию. Необходим комплекс агротехнических мер по предотвращению поступления ТМ в растения.

Высокий уровень загрязнения диагностирует чрезвычайную экологическую ситуацию. Необходима рекультивация плодородного слоя в 20–30 см с частичным вывозом и сменой грунта.

Очень высокий уровень загрязнения диагностирует ситуацию экологического бедствия. Необходима полная замена токсичного грунта и почв в зависимости от глубины корнеобитаемого слоя.

Биологические показатели. Признаками биологической деградации почвы являются: снижение жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, о котором можно судить по уменьшению уровня активной микробной биомассы, а также по более распространенном, но менее точному показателю – дыханию почвы; изменение состояния организмов-биоиндикаторов (почвенных водорослей, почвенных беспозвоночных, например, червей и др.) показывает на загрязнение почвы. Отбор и подготовка проб для бактериологического и гельминтологического анализа производятся согласно ГОСТ 17.4.4.02–84.

Уровень активной микробной массы является информативным показателем состояния почвенной микробиоты и служит раннедиагностическим критерием при незначительных изменениях окружающей среды. Степень выраженности процесса устанавливается по уменьшению уровня активной микробомассы по сравнению с контролем. При невыраженном процессе деградации допускается не более чем пятикратное снижение по сравнению с контролем. Для сильно измененных деградированных почв установлено более чем стократное снижение.

Патогенные микроорганизмы – показатель (количество патогенных микроорганизмов в 1 г почвы), который характеризует биологическое загрязнение почвы и ее санитарно-гигиеническое состояние. Определяется по стандартным методикам.

Колититр для почвы – наименьшая масса почвы (в г), в которой содержится 1 кишечная палочка. Бактерии этой группы населяют фекальные массы и свойственны загрязненным почвам. Большое значение в жизнеспособности кишечной палочки имеет кислотность почвы. В кислой среде (рН 2, 9–3, 7) кишечная палочка практически полностью вымирает за 10 дней, в нейтральной среде (рН 5, 6-, 6, 3) может существовать и даже размножаться в течение 110 дней. Размножение быстрее затухает на поверхности, чем в глубоких слоях почвы. В песчаных почвах, по сравнению с суглинистыми, жизнеспособность бактерии снижается. Содержание яиц гельминтов в 1 кг почвы. Для быстрой оценки санитарного состояния почвы по содержанию яиц гельминтов рекомендуются две градации: почва чистая -. отсутствие яиц гельминтов и почва загрязненная-любое количество яиц гельминтов на 1 кг почвы.

Фитотоксичность почвы определяется методом «почвенных пластинок» по снижению числа проросших семян, длины проростков и подавлению их роста по сравнению с контролем. Начало проявления фитотоксичности почвы коррелируется с ОДК и ПДК (табл. 24). Уменьшение числа проростков более чем в 2 раза свидетельствует о значительной деградации почв и падении продуктивности, такие грунты требуют проведения рекультивации.

Разнообразие почвенной мезофауны. Присутствие тех или иных видов мезофауны свидетельствует об изменении экологических условий и почв, а в ряде случаев о деградации городских земель. Методика ручной разборки проб почвы состоит в подсчете почвенных беспозвоночных на 1 м². Подсчет производится по сетке со стороной 10 см в трех повторностях до глубины встречаемости мезофауны.

Генотоксичность почвы. Повышенное содержание этого показателя ведет к возникновению мутагенов и заболеваемости человека. Он определяется по числу генных мутаций по сравнению с контролем. В сильноизмененной почве число мутаций, по сравнению с контролем, возрастает более чем в тысячу раз. Оценивается в краткосрочных тестах.

Таблица 24.

Биологические показатели почв и их критерии

2.4. Охрана геологической среды

Под инженерно-геологическими условиями обычно понимаются геологическое строение и горные породы, рельеф, гидрогеологические условия, геологические процессы (включая инженерно-геологические). Инженерно-геологические условия оказываются одинаковыми у тех территорий, которые имеют одну и ту же или близкую историю геологического развития и находятся в одних и тех же природно-климатических зонах.

Инженерно-геологические особенности и свойства горных пород, развитых на интересующей территории, и действующие на ней геологические процессы должны быть рассмотрены в зависимости от геологического строения, рельефа, гидрогеологических и ландшафтно-климатических условий. Причем это рассмотрение должно быть проведено в ретроспективе (в историческом плане).

Во всех случаях при инженерно-геологических исследованиях территории исходят из того, для каких практических задач это исследование проводится и какова перспектива дальнейшего использования данной территории.

Инженерно-геологическая типизация территории. Проблема инженерно-геологической типизации территории имеет большое практическое значение, так как от нее во многом зависит рациональное решение ряда практических вопросов и, в частности, рациональное построение детальных инженерно-геологических изысканий применительно к решению самых разнообразных задач.

В основу инженерно-геологической типизации территории должны быть положены: тектоника, история геологического развития территории в новейшее время, гидрогеологические особенности и современные ландшафтно-геоморфологические условия. При этом общий ряд характеристик инженерно-геологических условий территории должны вводиться геохимические условия (распространение химических элементов как результат загрязнения окружающей среды.

Практически в каждом городе появляются и развиваются нарушенные территории всех типов. Нарушением территории следует считать пороговое, сверхкритическое изменение какой-либо из характеристик инженерно-геологических условий территории, ограничивающее конкретное ее функциональное использование без осуществления рекультивации, т. е. комплекса работ, направленных на восстановление биологической и народнохозяйственной ценности нарушенных земель. Так, методы и приемы рекультивации определяются характером функционального использования территории: сельскохозяйственное, лесохозяйственное, рыбохозяйственное, санитарно-гигиеническое, строительное и рекреационное. Преимущественное изменение какой-либо характеристики инженерно-геологических условий территорий определяет их тип (табл. 25).

Таблица 25.

Типы нарушенных территорий в зависимости от изменения характеристики
их инжененрно-геологических условий

Для большинства городов и пригородных зон службой инженерных изысканий составляются инженерно-геологические, гидрогеологические, геоморфологические, мерзлотные карты и др. в масштабе 1: 25 000 (в отдельных случаях 1: 10000, 1: 5000). Более сложные задачи возникают, когда инженерно-геологическому изучению подлежат недостаточно изученные территории, для которых отсутствуют геологические и другие карты необходимого масштаба. В этом случае приходится проводить дополнительное геологическое изучение территории наряду с изучением специальных вопросов проектирования. Особое место при этом занимает анализ неблагоприятных геологических процессов, являющихся совокупностью взаимодействия целого ряда природных факторов.

На схемокартах выделяются территории, в различной степени подверженные процессам эрозии, карстообразования, селеобразования и др. При этом должны быть приняты во внимание допустимые нагрузки на грунты оснований сооружений, глубина залегания грунтовых вод от поверхности, вероятность затопления, интенсивность оползневых процессов, закарстованность и др. Далее рассматриваются возможные изменения геологических условий, их характер (по степени благоприятности или неблагоприятности), скорость развития геологических процессов при антропогенном воздействии в процессе хозяйственного функционирования территории.

Одной из основных задач анализа и оценки инженерно-геологических условий города и пригородных зон является определение характера и степени нарушенности территорий с точки зрения их наиболее рационального восстановления и использования для градостроительных целей и улучшения окружающей среды. Оценка степени нарушенности территории производится формализовано, с тем, чтобы обеспечить сопоставление разнокачественных характеристик состояния территорий, которые отражают типологические особенности их развития (подтопленные, эродируемые и пр.) При этом принимается оценочная шкала, где наличие нарушений обозначается «1», а любое иное изменение характеристик, не достигшее уровня нарушения – «0».

Анализ состояния территорий включает построение схемы территориальной дислокации нарушенных территорий и карты категоризации территории по характеру необходимых преобразований (инженерной подготовки). Результаты изучения состояния нарушенных территорий могут служить обоснованием функционального использования территории города.

При разработке генеральных планов, ПДП, проектов застройки и реконструкции городов необходимо произвести оценку территории по следующим направлениям.

При анализе геологических и инженерно-геологических условий территории особое внимание следует уделить:

– тектоническим и нетектоническим условиям территории;

– сейсмичности;

– трещиноватости пород;

– литологическому составу пород с учетом минералогического и химического состава (размер зон, ориентация, их контакты, складчатость, нарушения);

– условиям залегания (тип пластов, их контакты, складчатость, нарушения);

– мощности и строению зоны аэрации;

– фильтрационным свойствам пород, слагающим зону аэрации;

– сорбционным свойствам пород зоны аэрации, с определением емкости поглощения для каждого из токсичных элементов промстоков;

– мощности слабопроницаемых отложений, наличию или отсутствию «окон» в перекрывающих и подстилающих породах;

– мощности разделяющих водоупоров;

– современным экзогенным процессам и явлениям (многолетняя и сезонная мерзлота, оползни, обвалы, сели и т.д.);

– развитию карстовых процессов в верхней части разреза в области распространения пресных подземных вод.

К гидрологическим факторам относятся:

– литолого-минералогическое строение зоны аэрации;

– геохимические свойства пород зоны аэрации;

– фильтрационные характеристики пород зоны аэрации;

– гидрогеологическая стратификация вертикального разреза территории предполагаемого строительства (глубина залегания подземных вод, напоры, пути и скорости фильтрации);

– литолого-геохимические особенности пород водоносных комплексов и верхних горизонтов (водно-растворимая и соляно-кислотная составляющая, емкость поглащения и состав обмена катионов, специфические компоненты в соответствии с технологическими схемами производства);

– органические, радиоактивные и микрокомпоненты;

– водно-физические свойства водовмещающих пород: пористость, фильтрационные свойства и др.;

– структура водоносных комплексов, установление характера их взаимосвязи;

– характер и размещение источников питания этих водоносных комплексов (атмосферные осадки, подстилающие водоносные комплексы и др.);

– характер и расположение участков разгрузки (речные долины, участки усиленного испарения и пр.);

– характер, скорость и направленность движения подземных вод;

– характер взаимосвязи подземных вод с поверхностными;

– характер гидрохимических условий водоносных комплексов;

– источники вещественного состава подземных вод;

– факторы и процессы формирования состава подземных вод, пути его преобразования, региональные геохимические закономерности.

– Геоморфологические факторы:

– тип рельефа (эрозионный, эрозионно-аккумулятивный и т.д.);

– формы рельефа (терраса, склоны долины и т.д.);

– густота эрозионного расчленения;

– тип ландшафта (болото, суходолы и т.д.).

Морфометрические и морфологические характеристики рельефа приводятся в зависимости от масштаба исследования.

Оценка последствий изменения геологической среды. При анализе изменения геологической среды в результате реализации проектируемых предложений необходимо производить оценку следующих возможных последствий:

– изменение водного баланса и влажностного режима пород, которые вызывают: понижение уровня подземных вод и осушение пород, образование депрессионной воронки; повышение уровня подземных вод и обводнение пород. Изменение напряженного состояния пород вызывают статистическая или динамическая нагрузки или разгрузка (вскрытие пород) и приводит к образованию зон пород, ослабленных за счет гидродинамических преобразований массива;

– изменение температурного режима пород в районах распространения и многолетне-мерзлых грунтов, которые вызывают: повышение температуры воды; понижение температуры пород;

– изменение сейсмичности условий, повышение сейсмичности территории оценивается на основании предварительного микросейсмического районирования по изменению бальности и интенсивности землетрясений в пределах каждого из выделенных таксонов структурно-тиктонического районирования в зависимости от прогнозируемых изменений гидрогеологических и инженерно-геологических условий и масштабов возможных тепломассопереноса;

– изменение естественного электрического поля. Оценка производится по величине удельного электрического сопротивления грунтов в пределах прогнозируемого техногенного поля блуждающих токов, от которых зависит связанная с ним коррозионная активность в литосферном пространстве.

Возникновение и активизация экзогенных процессов происходит в результате изменения гидрогеологических, инженерно-теологических и мерзлотных условий в зоне техногенного воздействия. При этом происходят образование: оползней, обвалов, осов, осыпей, селей; карста и карстово-суффозионных процессов; термокарста, бугров пучения, солифлюкционных потоков и других мерзлотных явлений в зонах распространения многолетнемерзлых пород; просадочных и суффозионно-просадочных процессов; линейной эрозии; заболачивание и подтопление и т.д. Данные о глубине изменения геологической среды в зависимости от вида воздействия приведены в таблице 26.

Таблица 26

Глубине изменения геологической среды

Учет инженерно-геологических условий территории в соответствии со СНиП 3.01.01–85 необходимо проводить и на стадии разработки проектов организации строительства и производства работ. При этом в качестве основных неблагоприятных для строительства процессов рассматриваются: подтопление территории; склоновые эрозионные процессы (сели, лавины, оползни, обвалы); карст, суффозия.

2.5. Животные в городе и их охрана

Животный мир городских территорий характеризуется определенной специфичностью, поскольку на животных в крупном городе действует целый ряд неблагоприятных факторов: повышенная по сравнению с внегородской территорией температура воздуха; высокая химическая загрязненность воздуха, почвы, воды; повышенный уровень шума; обедненное и отличное от естественного биологическое разнообразие растительного мира и т.п. Биологическое разнообразие животного мира городов увеличивается от центра к периферии, где основная часть животных концентрируется на территориях с сохранившимися природными местообитаниями, насыщенными зелеными насаждениями. Здесь довольно обычны не только мелкие животные типа различных видов беспозвоночных (насекомых, пауков, дождевых червей и т.п.), но встречаются и крупные представители позвоночных животных (лоси, кабаны и др.).

В центральной части города видовое разнообразие животных минимальное. Наиболее обычны здесь виды, обладающие высокой экологической пластичностью: домашние мыши, крысы, воробьи, вороны, галки, голуби. Наиболее разнообразны здесь беспозвоночные животные, многие из которых приспособились к постоянному обитанию в жилище человека. Большинство из них относится к вредным по отношению к человеку организмам, поскольку являются не только вредителями пищевых запасов, шерстяных, кожаных, меховых, пуховых материалов и изделий, книг, бумаги, комнатных растений и животных, но и паразитами человека, переносчиками многих опасных заболеваний.

Крупный город часто представляет собой в историческом плане неустойчивую конечную стадию развития населенного пункта; промежуточными этапами на этом пути были деревня, мелкий и средний города. Его нельзя рассматривать как единую экосистему; в большинстве случаев речь идет о мозаике различных биотопов (квазигомогенных элементарных систем). Экологическое своеобразие отдельных городских местоообитаний животных зависит прежде всего от антропогенных форм их использования. Соответствующие структурные единицы можно сравнивать между собой, поскольку эти формы использования в различных городах схожи.

Почвы, климат, антропогенные ноксы (ноксами в специальной литературе принято называть вредные для живого агенты, как правило, загрязнители сред, биоциды и т.п.), растительность, другие пищевые ресурсы и наличие специфических структурных элементов в отдельных городских местообитаниях имеют более или менее сильные различия, что во многих случаях ведет к образованию характерных зооценозов. Мозаичное распределение местообитаний животных накладывается на более или менее выраженное зонирование городской среды от центра к окраине. Поэтому в зависимости от их расположения в одинаковых типах местообитаний прослеживаются эколого-фаунистические различия, выявление которых является главной предпосылкой для описания городских градиентов.

Городские местообитания условно можно условно подразделить на две большие группы: «строение» и «прочие наземные местообитания».

Урбанистические факторы смертности животных. По-видимому, не существует специфических для города факторов смертности животных, однако несомненно, что некоторые из них проявляются здесь особенно сильно. Ущерб, наносимый зоопопуляциям путем изменения местообитаний, применения пестицидов, интродукции гемерохорных растений («эффект ловушки», токсичность пыльцы и нектара), образования островных местообитаний, антропогенного влияния на конкуренцию и хищничество здесь подробно не рассматриваются.

Техногенно обусловленные факторы смертности животных в городских условиях (табл. 27). Соответствующие факторы в основном являются феноменами ХХ в., и животные не успели выработать к ним никаких специальных адаптаций.

Для большинства позвоночных животных максимальная смертность на дорогах приходится на летние месяцы. Наиболее часто гибнут европейский еж, домовый и полевой воробьи, дрозды. Главный максимум гибели ежей приходится на лето, меньший – на осень. Летний максимум обусловлен прежде всего активностью самцов в период спаривания, осенний – повышенной активностью, связанной с накоплением на зиму жировых запасов, увеличением плотности популяции и поиском мест зимоки. В населенных пунктах на дорогах погибает больше ежей, чем в других местообитаниях, а в мелких поселках – больше, чем в крупных городах, где такая смертность особенно велика на окраинах.

Таблица 27

Техногенно обусловленные факторы смертности животных
в городских условиях

Способы сохранения животных в городе при проектировании и строительстве. Необходимо создание условий для роста и существования мелких животных на озелененной или приспособленной для этого поверхности здания и сооружения, которая должна быть подобна природному субстрату (почва, кора деревьев, природные камни и др.). Наиболее просто этот вопрос может быть решен для берегоукрепительных сооружений в зоне, соприкасающейся с водой: устраиваются большие поверхности субстрата, удобные для крепления обрастаний, и большие объемы, омываемые водой (подводные «скворечники»). Более сложно решается этот вопрос для наземных зданий и сооружений. В конструкциях должны быть созданы «скворечники», укрытия среди озелененных поверхностей, которые могут быть заселены мелкими и средними птицами, летучими мышами и другими животными.

В стенах или на их наружных поверхностях можно сделать «домики» для птиц (собственно, это решение издавна используется птицами для устройства своих гнезд под карнизами зданий – в относительной безопасности от хищников). Оригинальное решение скворечника в стене сделано в Англии одним из энтузиастов экоадаптивного строительства – главой небольшой строительной фирмы; устройство гнезд за вертикальным озеленением стены, выполненным на относе. Б. Молисон (ФРГ) предложил устраивать коллективные гнезда (как это делают, например, стрижи) для небольших колоний птиц, летучих мышей и даже на земле для полевых мышей. В последнем случае «домик» выполняется в виде соединенных трубок.

Однако этим не ограничивается приспособленность (биоадаптивность) биопозитивных зданий для создания условий жизни различных растений и животных. Человек в устойчивом городе должен предоставить животным и растениям экологические объемы (площади), которые были заняты искусственными объектами.