Б.Ф.Перевозников д-р.техн.наук ООО «Союздорпроект», М.И.Афонина к.т.н.  МГСУ, В.А.Селиверстов к.т.н. ОАО «Гипротрансмост»

Теоретические разработки и методические основы в области проектирования карьеров-водоемов  направлены на повышение качества проектов карьерных разработок и  непосредственно сопряжены с проблемами экологической безопасности и последующей надежной эксплуатации, а также должны вписываться в рамки схем территориального планирования, тем самым определяя их эколого-экономическую обоснованность.

Современные требования проектирования устанавливают необходимость изучения притрассовых карьеров с такой полнотой, которая позволила бы, с одной стороны, оценить возможность получения необходимых объемов грунтов требуемого состава и качества, принципиальную схему их разработки и использования в строительстве, а с другой – эффективность  методов их рекультивации в процессе эксплуатации автомобильных дорог и дальнейшего использования временно занимаемых под строительство земель.

Анализ реализованных проектов автомобильных дорог выявил недостаточную проектную проработку и даже полное отсутствие решения очевидных экологических и гидрологических вопросов при проектировании карьеров-водоемов. Так, на стадии «инженерный проект» проекты горных разработок выполняются далеко не на все карьеры и соответственно не прорабатываются варианты рекультивации нарушенных земель. Для большинства карьеров-водоемов эти вопросы откладываются на стадию «рабочая документация», где, как показывает опыт, возможны скоропалительные необоснованные решения. Вместе с тем, следует отметить, что в тех проектных документах, где они и предусмотрены в составе общего проекта дороги, карьеры рассматриваются обособленно, без увязки с имеющимися водопропускными и другими сооружениями, и будущего благоустройства  не обозначаются границы водосборов, направления поверхностного стока и логов, не приводятся поперечные сечения местности от дороги до карьера и другие условия, т.е. другими словами не производится оценка гидрологических и экологических последствий устройства карьера-водоема или испарительного бассейна в нем.

Опыт строительства ряда объектов в СНГ и за рубежом, а также требования по охране окружающей среды показывают, что решение задачи выбора места расположения карьера и его дальнейшего хозяйственного требуют комплексного инженерно-гидрометеорологического и экологического обоснования.

При проектировании карьерных разработок и испарительных бассейнов в состав решаемых задач должны быть включены:

· вариантные проработки по возможным видам рекультивации нарушенных земель, а также выбор наиболее оптимального варианта для землепользователей и прилегающей природной среды;

  • минимальное вмешательство в окружающую природную среду и предусмотрение полного восстановления нарушенного экологического равновесия, а также  с учетом требований землепользователей по дальнейшему хозяйственному использованию временно занимаемых земель под горные разработки;
  • обеспечение сохранности дорожных сооружений и других объектов, расположенных на предельно допустимом расстоянии удаления от карьерного поля;
  • прогнозирование явлений, способных возникнуть в карьере во время его эксплуатации, после завершения разработок и рекультивации;
  • обеспечение заданного режима функционирования рекультивированных горных разработок во внутригодовом и многолетнем периодах. [1]

Если в качестве карьеров-водоемов используются открытые разработки, то они способны вызывать значительные изменения гидрологического и гидрогеологического режимов прилегающей территории. Устройство карьеров-водоемов и испарительных бассейнов несомненно влияет на водно-тепловой режим земляного полотна, подходов к мостам, а также других сооружений и объектов. В районах действующих карьеров могут происходить существенные изменения уровней грунтовых и поверхностных вод. В некоторых районах наблюдается усыхание и истощение грунтовых вод. А в районах с затрудненной разгрузкой водоносных горизонтов и избытком атмосферных осадков, наоборот, возникает дополнительное локальное заболачивание в местах устройства карьеров-водоемов. При этом аналогичные изменения могут охватывать территории в 25 раз большие по площади, чем сам карьер. В связи с этим возникает необходимость тщательного инженерно — экологического изучения около карьерных территорий с целью наиболее эффективной защиты и ландшафтного обустройства элементов рельефа и гидрографической сети (логов, оврагов, водотоков), а также борьбы с эрозией и другими опасными процессами инженерно-геологического и гидрометеорологического происхождения.

Для эколого-гидрологических исследований, выполняемых при инженерных изысканиях и строительстве дорог, первоочередными задачами являются достоверный анализ сложившейся ситуации и прогнозная оценка возможных условий функционирования карьеров-водоемов и испарительных бассейнов:

— исследование особенностей расположения и функционирования карьеров-водоемов в различных условиях ландшафта;

— учет гидрологических и геологических предпосылок обеспечения устойчивости дорожных сооружений и социально-экологических требований при устройстве этих типов дорожных сооружений;

— методологическая разработка вопросов влияния испарительных бассейнов и карьеров-водоемов на природную среду;

— теоретическая разработка метода водного баланса и его практического применения для карьеров-водоемов и испарительных бассейнов;

— экспериментальный анализ взаимодействия водно-балансовых пространственно-временных факторов;

— исследование водно-балансовых методов регулирования поверхностного стока с использованием карьерных выемок и испарительных емкостей.

Системное и комплексное изучение природных и антропогенных процессов при проектировании притрассовых сосредоточенных карьеров, как правило, игнорируется вследствие сжатых сроков проектирования и ограничением методических возможностей.

К природным факторам, требующим проведения наблюдений и учета при прогнозировании, относятся метеорологические и климатические характеристики (осадки, испарение, температура воздуха, сила и направление ветра, район исследования); чередование засушливых и увлажненных периодов; возникновение пыльных бурь; склонность почвогрунтов и горных пород к эрозионным и гравитационным процессам, а также другие факторы. Для их учета необходима комплексная геологическая и гидрологическая оценка возможных проявлений в пространстве и времени.

К антропогенным факторам, подлежащим изучению, должны быть отнесены: условия разработки месторождения по степени нарушения природных процессов в окружающей среде; влияние на функционирование незавершенных строительных работ и близлежащих объектов, распашка склонов, замусоривание полезной аккумулирующей площади; другие негативные, а также позитивные процессы, возникающие от влияния хозяйственной деятельности вблизи карьеров-водоемов.

Современный подход к проектированию карьеров-водоемов во главу угла ставит инженерно-экологические аспекты, когда достигается наименьшее вмешательство в природную среду и обеспечивается заданное функционирование этих сооружений для хозяйственного использования.

При разработке документов территориального планирования, проектов планировки территории определяющим является социальная направленность, а именно, обеспечение необходимых условий жизни и занятости населения данного района, а также эффективное взаимодействие между природоохранными, общественными и проектно-строительными организациями. Рассматриваемая проблема теснейшим образом связана с вопросом правовой охраны природы, в последние годы приобретающим приоритетное значение в нашей стране.

В дорожной отрасли документами, регламентирующими природоохранные требования при проектировании, строительстве, реконструкции и эксплуатации автомобильных дорог являются ВСН 8-89 [2], Рекомендации Минтранса России [3] и Руководство Росавтодора [4].

Однако не только строительные нормы на проектирование, строительство и защиту дорог [5-11], но и нормативные требования, регламентированные инструктивно-рекомендательными документами [2-3], не содержат хотя бы в минимальном объеме соответствующих требований к устройству карьеров-водоемов, как одному из видов дорожных сооружений функционального и природоохранного назначения.

Так, работы по мелиорации земель, созданию прудов и водохранилищ, ликвидации оврагов, балок, болот и выработанных карьеров, выполняемые попутно со строительством объектов промышленного и гражданского назначения, предписывалось производить только при наличии соответствующей проектной документации, согласованной в установленном порядке с заинтересованными организациями и органами государственного надзора.

Нередко в местах забора грунта нарушается природный и городской ландшафты и их эстетическое восприятие, а отдельные участки местности приобретают малопригодный техногенный характер. Имеют место случаи устройства несанкционированных стихийных свалок в выработанных карьерах.

Карьеры, эксплуатируемые и заброшенные (что, к сожалению, продолжает иметь место в строительстве), способствует возникновению эрозионных и других процессов. Кроме этого, близко расположенные к дороге карьеры могут являться дополнительным источником увлажнения и разрушения земляного полотна, заиления кюветов. Необратимые нарушения способны происходить в плодородном слое почвы, что проявляется в ее деградации, гибели растительности, изменении мест обитания животных. Ущерб, наносимый живой природе в районе строительства дороги, в ряде случаев несоизмерим с экономическим эффектом от ее наличия.

Однако в практике дорожного строительства прошлых лет имели место и положительные факты хозяйственного использования карьеров и их влияния на природную среду и близлежащие объекты, и в том числе те, которые были рекультивированы в период строительства дороги.

При сельскохозяйственном, гражданском и других видах строительства достаточно широко применяется методология превращения выработанных карьеров в пруды и водоемы различного расположения и предназначения. Это в ряде известных случаев способствует благоустройству территорий и их рациональному  хозяйственному использованию.

Оригинально был решен этот вопрос при застройке одного из микрорайонов Чертаново в районе Днепропетровской улицы города Москвы. Использованные карьеры нередко превращают в каскады прудов.

Каскадное расположение низководных запруд и плотин используют как в отечественной, так и зарубежной практике (США, Швейцария, Австрия и др.) для регулирования речного стока и селевых потоков на малых равнинных и горных водотоках (рис. 1). В отдельных случаях пространство перед плотинами, заполняемое твердым стоком, может быть использовано для забора из него остатков этого стока.

Рис. 1. Схемы устройства каскадного расположения карьеров-водоемов в руслах малых водотоков:

а – на предгорных и горных водотоках со значительным твердым стоком и необходимостью его частичной задержки и последующего использования; б – на равнинных водотоках для использования в хозяйственных целях и улучшения ландшафтно-природной среды в поселениях: 1 – уровень воды при паводках; 2 – то же, во внепаводочные периоды; 3 – низководные поперечные русловые  плотины; 4 – карьерное пространство, заполняемое твердым стоком и периодически очищаемое от его избытков; 5 – декоративная растительность по дну и берегам водотока в межкарьерном пространстве; 6 – дно водотока до разработки карьеров; 7 — водонакопительные емкости в карьерных разработках, используемые под водоемы.

Карьеры-водоемы со спланированными берегами, прочным дном, свободным от остатков деревьев, торфа и т.п., были устроены при строительстве автомобильной дороги Москва-Минск-Брест в районе г.Иванцевичи.

Если такие водоемы соединяются с естественным источником воды (рекой, ручьем) и группируются вместе, то может возникнуть дорожная зона отдыха. Вода таких искусственных водоемов в сочетании с климатическими условиями становится ресурсом, способным служить интересам развития отдыха, спорта, лечения.

Карьеры могут быть предназначены для аккумуляции сбросного стока из магистральных оросительных каналов, который в дальнейшем может быть использован для орошения или других нужд. Для создания в отработанных карьерах- водоемах предусматривают необходимость выполаживания берегов, сооветствующую защиту дна, берегов для предотвращения оползней, инфильтрации и эрозии. Могут быть рекомендованы способы использования карьеров для погребения кавальерных грунтов, отходов строительных материалов, вышедших из строя конструктивных элементов мостовых переходов и др. Карьеры, в которых закончена добыча материала, могут быть использованы в качестве временных или постоянных накопителей пресной воды для бытового потребления, коммунального хозяйства и других хозяйственных целей.

Карьеры в оврагах, балках (суходолах), на склонах наполняются, главным образом, поверхностными водами от весеннего снеготаяния и выпадающих дождей, а в ряде случаев они получают дополнительное питание за счет грунтовых вод.

Карьеры, заполненные водой, могут быть использованы в сельском хозяйстве для орошения, водоснабжения, а также для разведения рыбы и водоплавающей птицы. Такие водоемы весьма распространены в Тамбовской, Липецкой, Московской и некоторых других областях.

Небольшие карьерные выемки иногда используют в качестве хранилищ жидких хлоридов для борьбы с гололедом. Во избежание просачивания соляного раствора в грунт дно предварительно выстилается пленочным или другим материалом.

Следует отметить, что диапазон использования отработанных карьеров достаточно широк и не исчерпывается приведенными здесь возможными вариантами.

Эффективность проработок охраны окружающей среды при устройстве карьеров-водоемов во многом предопределяется обязательностью проведения на каждом объекте инженерно-экологических изысканий в общем составе инженерных изысканий и другими требованиями.

Современные требования к проведению инженерно-экологических изысканий регламентированы СП 11-102-97 [12]. Для наиболее достоверного обоснования и достижения многолетнего природоохранного и социально полезного функционирования карьеров-водоемов необходимо обеспечить полноту сбора исходных данных, выявление и учет факторов природно — техногенных воздействий на прилегающую природную среду, дорогу и другие объекты хозяйственной деятельности.

Влияние карьеров-водоемов должно оцениваться в начале проектирования автомобильной дороги на стадии изысканий и выбора трассы. На этой стадии необходим учет возможности заболачивания, активизации оползней, осыпей, развеивания песков и других явлений: вызванных съемом почвенного слоя, растительности, горными выработками и устройством карьеров-водоемов на отдельных участках рельефа и в различных условиях проявления природных и техногенных факторов.

Под понятием «влияние карьера на среду» подразумевается процесс качественных и количественных изменений среды (положительных и отрицательных), обусловленных деятельностью по добыче строительных материалов и влиянием карьерной выемки после разработок и функционирование этой среды.

Притрассовый карьер-водоем представляет собой искусственно созданный природный объект, влияющий на природу силой своего активного вмешательства в нее, являясь в то же время частью этой природы.

Карьер входит в состав сложного образования – геотехнической (природно-технической) системы. Сама геотехническая система состоит из природных и технических элементов, связанных между собой вещественными, энергетическими, пространственными и информационными потоками.

К техническим элементам или подсистемам относятся добывающая и транспортирующая техника, подъездные дороги к карьеру, система водоотвода, обвалование, элементы и параметры самого карьера. Карьер и каждый из названных технических элементов функционируют как целостное образование.

Работа такой геотехнической системы зависит от свойств природной среды и деятельности человека (общества), осуществляющего воздействие на нее посредством техники.

Исходя из вышеизложенного следует, что природно-техническая система имеет свой режим, свои принципы существования, развивающиеся как по естественным законам, так и заданным условиям их регулирования. Автоматический перенос на данный объект только природных критериев для оценки его состояния совершенно не корректен: антропогенное воздействие необходимо оценивать и сопоставить с (естественным) природным.

При проектировании и устройстве притрассовых карьеров-водоемов следует учитывать все прямые и косвенные экологические и экономические последствия, к которым приведет реализация проекта. В каждом конкретном случае предпочтение должно быть отдано варианту, реализация которого связана с минимальными убытками при максимальном удовлетворении потребностей строительства с учетом способности среды к восстановлению.

Выводы

Карьеры-водоемы являются неотъемлемой частью дорожно — строительного комплекса. Необходимость их устройства должна обосновываться в проектных документах, отражающих характер использования земель и территорий для добычи дорожно-строительных материалов.

Карьеры-водоемы имеют важное значение не только при строительстве и эксплуатации автомобильных дорог, но и для их использования в природоохранных и социально-экономических целях.

По своему режиму функционирования, расположению на местности и относительно других природно-технических объектов, а также по конструктивным особенностям карьеры-водоемы являются одним из типов дорожных искусственных сооружений, имеющих водно-балансовый режим и способных регулировать природно-техногенные составляющие.

Гидрометеорологический режим функционирования карьеров-водоемов представляет собой многофакторный процесс формирования водно-балансовых составляющих притока и оттока из них воды и твердого стока. Эти сооружения способны оказывать воздействие на окружающую среду, дорогу и близлежащие к ней природные и техногенные объекты. Такое положение устанавливает необходимость тщательного и комплексного обоснования их устройства.

Список литературы.

1.   Перевозников Б.Ф., Селиверстов В.А., Афонина М.И. Карьеры-водоемы при устройстве автомобильных дорог. -М.  2008. -80 с. ( Автомоб. Дороги: Обзорн. Информ./ Информавтодор; Вып.3 .

2. Инструкция по охране природной среды при строительстве, ремонте и содержании автомобильных дорог. ВСН 8-89/Минавтодор РСФСР. – М.: ГУП ЦПП, 1999. – 86с.

3. Рекомендации по учету требований по охране окружающей среды при проектировании автомобильных дорог и мостовых переходов/ Минтранс России, ФДД. – М., 1998. -124с

4. Руководство по оценке воздействия на окружающую среду (ОВОС) при проектировании, строительстве, реконструкции и эксплуатации объектов дорожного хозяйства: ОДМ/Минтранс России, Гос. Служба дор. хоз-ва (Росавтодор). – М., 2001. – 145с.

5. Автомобильные дороги: СНиП 2.05.02-85; Утв. Госстроем СССР; Введ. 01.01.87. – Изд. офиц. — М.: ГУП ЦПП, 2001. -55с.

6. Внутрихозяйственные автомобильные дороги в колхозах, совхозах и других сельскохозяйственных предприятиях и организациях: СНиП 2.05.11-83. Утв. Госстроем СССР; Введ. 01.01.85. – Изд. офиц. –М.: ГУП ЦПП, 1999. -26с.

7. Автомобильные дороги: СНиП 3.06.03-85; Утв. Госстроем СССР; Введ. 01.01.86. – Изд. офиц. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. – 111с.

8. Защита горных выработок от подземных и поверхностных вод: СНиП 2.06.14-85; Утв. Госстроем СССР; Введ. 01.01.86. – Изд. офиц. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. -40с.

9. Инженерная защита территорий от затопления и подтопления: СНиП 2.06.15-85; Утв. Госстроем СССР; Введ. 01.07.86. – Изд. офиц. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. -20с.

10. Нормы на изыскания дорожно-строительных материалов, проектирование и разработку притрассовых карьеров для автодорожного строительства: ВСН 182-91/ Минтрансстрой. –М., 1992. -113с.

11. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения: СНиП 22-02-2003, Утв. Госстроем России; Введ. 01.01.2004. – Изд. офиц. – М.: ФГУП ЦПП, 2004. -40с.

12. СП 11-102-97. Инженерно-экологические изыскания для строительства/ Госстрой России. -М.: ПНИИС Госстроя России, 1997. -41с.

Опубликовано:

Актуальные задачи и перспективы городского строительство и хозяйства// Сборник научн. Трудов. – Вып. 2. – М.: Прима-пресс Экспо, 2009. – 224. Стр. 47 — 53.

Поделись:
  • Добавить ВКонтакте заметку об этой странице
  • Facebook
  • Twitter
  • В закладки Google
  • Яндекс.Закладки