ИГ подходы к анализу природных условий при проектировании транспортных артерий

Транспортные артерии — это линейные сооружения, связывающие отдельные территории и хозяйственные объекты между собой. Их примерами являются авто- и железные дороги, линии электропередач (ЛЭП) и трубопроводы, каналы, дрены и коллекторная сеть. Если при проектировании каналов и коллекторной сети их приспосабливают к долинам и другим вытянутым депрессиям рельефа, то дороги, трубопроводы и ЛЭП проходят по территориям с разным рельефом, секут его. Оптимизация проектов транспортных артерий базируется на учете технических требований к природным условиям и стоимости строительства и эксплуатации трасс и транспортных средств. Так железнодорожный и автотранспорт требуют для безопасной эксплуатации разных ограниченной по уклонам и радиусам поворотов их трасс. В условиях пересеченного рельефа это существенно удорожает строительство, удлиняет трассы, создает дополнительные трудности при их строительстве и эксплуатации. Поэтому обычно проводится многофакторный ИГ анализ транспортных коридоров на вариантной основе. Оценка каждого варианта дороги базируется на следующих критериях: выбор кратчайшего пути между связываемыми ею территориями или хозяйственными объектами, экономичностью строительства и эксплуатации. Последние два критерия в условиях пересеченного рельефа часто противоречат первому и наоборот. Это обусловлено с тем, что удешевление строительства определяется максимальным совпадением допустимых уклонов дороги с естественными уклонами местности, минимальным пересечением оврагов, долин рек, озер, болот, поднятий и т.д. Кроме того, приходится избегать участков с интенсивно текущими природными и природно-антропогенными неблагоприятными процессами, осложняющими строительство и эксплуатацию дорог (заносы рыхлым и обломочным материалом, снегом, затопление, пучение и др.). Последнее время большое внимание при проектировании транспортных магистралей уделяется экологическим факторам, связанным с загрязнением и шумом на прилегающих территориях, а также расчленением ландшафтов.

Примерный план содержания “Геоэкологического обоснования проектов строительства транспортных магистралей”, может выглядеть следующим образом:

Введение. (Цель, значимость, направления).

1. Экономико-технологическая оптимизация строительства и эксплуатация объектов, минимизация их стоимости: а) по протяженности; б) по стоимости строительства, связанной с его удорожанием из-за сложных и опасных природных условий (заболоченность, лавины, отвалы, сели, просадки грунтов, расчлененность территории, катастрофические наводнения, затопления, ветры и т.д.); в) по вариантам проложения (наземный, подземный), количеству мостовых и других переходов; г) по стоимости эксплуатации.

2. ИГ обоснование экологической безопасности строительства и эксплуатации (оценка воздействия на окружающую среду - ОВОС):

а) вариантный анализ маршрутов трассы, технологий строительства и эксплуатации сооружений, влияющих на ОС;

б) фоновые физико-географические условия по маршрутам магистралей (природные районы, рельеф, климат, ландшафты и т.д.);

в) анализ ландшафтных особенностей распространения и интенсивности проявления опасных природных процессов и явлений, ограничивающих и удорожающих строительство, способных привести к технологическим и экологическим авариям и катастрофам.

г) хозяйственная освоенность территории, влияющая на экологическую ситуацию в регионах, и возможные экономические ущербы от строительства.

д) современные ландшафтные особенности территорий вдоль маршрутов трассы и экологическая ситуация;

е) анализ технологических особенностей воздействия на ландшафты при строительстве магистралей (механические, энергетические, химические и т.д.).

ж) экологическая оценка последствий этих воздействий в ландшафтах и хозястве прилегающих к магистрали территорий;

з) анализ технологических особенностей взаимодействия природных комплексов и технических объектов в процессе нормальной эксплуатации сооружений;

и) анализ и экооценка последствий эксплуатационных воздействий на ландшафты и хозяйственную деятельность;

к) анализ и оценка экологических последствий при различных авариях на авто- и железнодорожном транспорте, трубопроводах.

3. Разработка мероприятий, снижающих риск и неблагоприятность экологических последствий в природе и хозяйстве.

4. Разработка рекомендаций по эколого-экономической оптимизации хозяйственной деятельности на территориях, прилегающих к магистралям.

5. Экономическая оценка затрат на предотвращение неблагоприятных экологических последствий строительства и эксплуатации объекта с анализом их возможной минимизации.

Заключение: выводы об экологической допустимости и экономической целесообразности строительства, его наиболее приемлемые варианты.

Однако для конкретных видов транспортных артерий и разных регионов содержание разделов и подразделов геоэкологических обоснований проектов могут существенно различаться.

Особое внимание при проектировании линейных транспортных сооружений уделяется мостовым и другим переходам через водные артерии. Дело в том, что при пересечении водных преград, помимо выбора самого места перехода и удобного подхода к нему, необходимо выявить предельно возможные границы размыва берегов и активизации склоновых процессов в результате инженерных нарушений их естественного состояния. Так при пересечении транспортными магистралями рек имеет место концентрация стока дождевых и талых вод по кюветам и эрозионным бороздам при нарушенном почвенно-растительном покрове. Быстро развивающиеся овраги в бортах террас могут угрожать устойчивости инженерных сооружений. Кроме того, установка опор в реке и прокладка по дну трубопровода сильно изменяет русловые процессы. В результате возможно переформирование русла, изменение границ размыва берегов и повреждение инженерных сооружений. Соответственно резко возрастает стоимость защитных сооружений и объемы земляных работ. Кроме того в процессе и после завершения строительства возможно разрушение естественных нерестилищ ценных проходных рыб (осетровых, лосося и др.)

Инженерная подготовка трассы транспортной магистрали включает расчистку и планировку (срезание бугров и подсыпку в депрессии рыхлого материала). В результате уничтожается и почвенно-растительный покров вдоль всей трассы, изменяется поверхностных сток, активизируется эрозия, оползни, развиваются овраги. В районах в многолетнемерзлыми грунтами резче проявляются криогенные явления (термокарст, пучение, наледи, глубина протаивания и промерзания, солифлюкция, термоэрозия и др.). Так средняя глубина протаивания суглинистых грунтов под растительным покровом и при его нарушении изменяется в 1,5-3 раза (табл. 4.1.). При этом просадка грунтов увеличивается в 2-4 раза, что резко негативно сказывается на устойчивости инженерных сооружений.

В аридных районах уничтожение растительности вдоль трассы строящихся дорог ведет к резкой активизации развеивания и перевеивания мелкозема. В частности, могут приходить в движение ранее закрепленные пески. Для предотвращения засыпания дорог перевеиваемым мелкоземом и снегом их полотну придают выпуклую форму и слегка приподнимают над остальной поверхностью. Кроме того, в безлесных районах на открытых ветренных участках возможно выдувание мелкозема из под опор, полотна и обнажение фундаментов. Поэтому с наветренной стороны или с двух сторон вдоль трасс проектируют защитные экраны из растительности или щитов.

Обычно до начала строительства транспортных и других инженерных сооружений, а также на начальном этапе освоения территорий проводятся изыскательские работы в условиях слабо развитой дорожной сети. Кроме того начало строительства связанно с земляными работами и доставкой строительных материалов. Для этого в условиях бездорожья используется большое количество тяжелых автомобилей и гусеничного транспорта. Поэтому перед началом проектных и инженерно-строительных изысканий проводятся исследования и оценка территорий по условиям проходимости транспорта (табл. 4.2.). При углубленных исследованиях условий проходимости анализируется рельеф, почво-грунты, их засоленность, заболоченность, залесенность территории, плотность дернины, климатические особенности сезонов и другие характеристики ландшафтов.

Таблица 4.2.

Классификация условий проходимости территорий

Автодороги. Стоимость и безопасность строительства и эксплуатеции автодорог сильно зависят от природных и хозяйственных факторов и условий. Их учитывают при проектировании исходя из соответвующих строительных норм и правил, справочников, научно- учебных пособий и практических наработок (Васильев, 1986; Виноградский, 1989; Инженерные изыскания, 1982; Звонкова, 1970, Симонов и Кружалин, 1990 и др.). От назначения, класса, покрытия и других характеристик автодорог, зависят безопасность и экономичность использующих их автотранспортных средств. По ширине полос движения, их количеству и типу покрытия выделяют пять классов автомобильныз дорог. В соответствии с классом дорог определяется и максимально допустимая скорость движения по ним автотранспорта (табл. 4.3.). Качество автодорог, их покрытия сильно влияют на срок службы и состояние автомашин.

Таблица 4.3.

Некоторые технические характеристики автомобильных дорог разного класса.

В свою очередь состояние дорожного покрытия и дороги в целом зависит как от интенсивности движения и типа транспорта, так и от комплекса природных факторов (климатических, слагающих грунтов, рельефа, увлажненности, растительности и др.). От них же зависит стоимость строительства и эксплуатации автодорог, определяемая объемами земляных работ, характером и частотой ремонтных работ. Так расчлененный рельеф, большие уклоны местности, а также слабые грунты увеличивают объемы земляных работ, связанных с выравниванием (планировкой) трассы автодороги, строительством мостов, насыпей и выемок, уменьшающих предельные уклоны и повышающих устойчивость полотна дороги. Частые и большие уклоны снижают скорость движения автотранспорта, увеличивают расход горючего и загазованность трассы. Кроме того это ведет к более сильной и быстрой деформации и разрушению полотна дорожного покрытия, эрозии обочин и откосов, насыпей и выемок. На участках с большими уклонами снижается обзор дороги водителем, что увеличивает опасность движения. На шоссейных дорогах участки с уклонами > 9⁰ должны быть небольшой протяженности. Аналогичная ситуация и на участках автодорог с частыми и крутыми (с малым радиусом) поворотами. Повороты обычно связаны со стремлением проектантов обойти сложные для строительства участки территории (болота, долины рек, крутые склоны, овраги и т.д.). На крутых склонах приходится прокладывать дороги в виде серпантина, а это удлиняя, усложняет их эксплуатацию.

Для дорог разного класса радиусы их допустимых поворотов различны. Они определяются допустимой скоростью движния и видимостью. Так для существующих в России автомагистралей максимально допустимая правилами скорость движения 110 км/час, на других шоссейных дорогах от 90 до 70 км/час. Соответственно меняются и радиусы допустимых изгибов трассы.

В зависимости от того, по каким элементам рельефа проходят участки автодорог, выделяют дороги водораздельные, долинные, косогорные (на склонах) и секущие долины и водоразделы. Для каждого из таких участков дорог будут характерны свои специфические условия строительства и виды природных процессов, влияющих на их эксплуатацию. Так для участков дорог, проходящих по водоразделам, характерным является сильное ветровое воздействие как на сами автодороги, так и условия их эксплуатации (табл. 3.13.; 4.4.). Для “косогорных” автодорог неблагоприятными факторами могут быть большие уклоны, занос полотна дороги рыхлым материалом с верхней части склона, повышенная опасность эрозии и размывов, оползание грунта. Дороги, проходящие по днищам долин с большей вероятностью подвергаются затоплению и подтоплению. Для них характерны процессы деформации полотна, связанные с переувлажнением, а в северных районах и пучением грунта. В зимний период возможны снежные заносы и завалы. Для секущих водоразделы и долины участков дорог типичны деформации полотна и насыпи, связанные со склоновыми процессами (оплываем грунта, оползнями, эрозией и т.д.).

Таблица 4.4.

Шкала опасности воздействия ветров и других метеофакторов на автотранспорт при разных скоростях его движения

МО - малоопасные; О - опасные; ОО - очень опасные.

Специфические процессы, сказывающиеся на строительстве, устойчивости и эксплуатации автодорог, типичны и для разных природных зон и подзон. Так в северных тундровых и таежных районах наиболее неблагоприятными процессами для автодорог являются переувлажнение грунтов, мерзлотное пучение и просадки, наледи, снежные заносы и связанные с ними неблагоприятные процессы и явления. В осенне-весенний и зимний периоды активное действие будут оказывать процессы физического выветривания и разрушение полотна дороги, обусловленное замерзанием и оттаиванием воды в микро- и макротрещинах. Кроме того во влажные периоды активнее идут деформации переувлажненной насыпи и ее основания, что также разрушает полотно дороги

Для аридных районов ярко выраженными негативными ИГ факторами являются засоленные грунты и активная ветровая деятельность. Здесь активнее идет и процесс физического выветривания, обусловленный большими суточными амплитудами температур. Сильное нагревание асфальтового покрытия автомобильных дорог в летний период, особенно на склонах солнечной экспозии, ведет к его деформации и последующему активному разрушению колесами автотранспорта и природными процессами.

Очень неблагоприятное влияние на состояние и устойчивость полотна автодороги оказывает близкое к поверхности залегание грунтовых вод, выходы на поверхность подземных вод, а также застаивание поверхностных вод. Застаивание поверхностных вод может иметь место на плоских плохо дренируемых междуречьях и в понижениях рельефа, а также в ложбинах стока, перегороженных полотном дороги. Подтапливаемые участки трасс часто приурочены к депрессиям рельефа, а также к основаниям склонов водоразделов.

Сильное влияние на строительство и состояние автодорог оказывает литологический состав поверхностных отложений. В частности, полотно шосейных и грунтовых дорог, проложенных по территории с сухим песчанным грунтом более устойчиво и долговечно по сравнению с полотном дороги, проложенной по глинистым (особенно сильно набухающим) или торфянистым грунтам. На границе смены литологических комплексов происходит резкая смена несущей способности грунтов, что сказывается на состоянии полотна дороги. ИГ исследования позволяют индицировать смены литологии грунтов по изменениям в ландшафтах.

Уплотнение грунта при прокладке автодорог может отрицательно сказаться на условиях поверхностного и подземного стока вод, что в качестве обратной связи может вызвать деформации и более быстрое разрушение полотна дороги. Прокладка дороги по склонам без их специального закрепления часто сопровождается активизацией эрозии.

При геоэкологическом обосновании проектов трасс автодорог анализируются также площади и ценность изымаемых под них земель, площадь и степень повреждения или уничтожения почвенного покрова и растительности, а также нарушения в миграции животных. Кроме того, при проектировании крупных шоссейных дорог с интенсивным движением автотранспорта прогнозируют зоны загрязнения прилегающих территорий и их возможное воздействие на особо ценные природные и исторические объекты (заповедники, заказники, памятники истории и культуры, редкие виды животных и растений). Для автодорог со средне интенсивным движением ширина полосы хорошо выраженного загрязнения в среднем колеблется около 20 - 25 м., в зависимости от наличия и типа растительных и других барьеров. До 50 - 100 м прослеживается зона слабого геохимического воздействия. Вдоль автомагистралей с очень интенсивным движением, например, Ленинградское шоссе или МКАД, зона сильного воздействия с хорошо выраженными повреждениями растений, имеет ширину до 100 м, а среднего и слабого геохимического влияния — до 200 - 250 м.

Важным элементом ИГ исследований является также разработка типовых и уникальных природо- и дорогозащитных мероприятий, привязанных к конкретным ландшафтным комплексам. Поэтому при проектировании, строительстве и реконструкции автодорог следует проводить районирование территорий по неблагоприятным факторам их эксплуатации и допустимым скоростям движения автотранспорта.

Железные дороги. При проектировании трасс железных дорог большое значение имеют нормативно-технологические требования к рельефу, обусловленные мощностью локомотивов и прочего подвижного состава. То есть, их способностью преодолевать те или иные уклоны местности и вписываться в определенные радиусы кривизны железнодорожного полотна. Эти и другие факторы сильно сказываются на стоимости строительства и эксплуатации железных дорог, а также их безопасности.

Предельные уклоны полотна определяется весом поездов и силой тяги локомотивов. При нормальной колее для большегрузных поездов, уклоны более 1,2 % создают сложности эксплуатации железной дороги, поэтому недопустимы. Для местных узкоколеек с колеей 1 м допускаются продольные уклоны до 4 %. Допустимые радиусы кривизны железной дороги в горизонтальной плоскости в России составляют 600 м, а для железных дорог местного значения он может быть снижен до 200 м.

В соответствии со строительными нормативами при проектировании железных дорог их трассы, в зависимости от уклонов местности и степени расчлененности рельефа, делят на 4 категории сложности (табл. 4.5).

Таблица 4.5.

Категории сложности рельефа для железнодорожного

транспорта

Природные факторы (условия) могут существенно удорожать строительство и эксплуатацию дорог из-за повышенных объемов земляных работ, удлинения трассы, более частого их ремонта, больших расходов энергии, снижения скорости движения поездов. К таким неблагоприятным факторам относятся сильная расчлененность рельефа и большие уклоны, активные опасные рельефообразующие и другие процессы (тектоника, карст, суффозия, просадки, оползни и др.), состав грунтов, увлажненность территории, мерзлотные и климатические условия, влияющие на сохранность и состояние железнодорожного полотна. Сложные природные условия требуют прежде всего больших земляных работ при планировании (выравнивании) трассы и создании устойчивой насыпи, а также строительства дополнительных защитных сооружений. Особо сложные по природным условиям строительства участки приходится обходить, что увеличивает длину железных дорог и усложняет их эксплуатацию.

Исходя из нормативно-технологических показателей оцениваются степень пригодности территорий, варианты трасс и стоимость строительства железных дорог. Для снижения неблагоприятных инженерно-технических и экологических последствий строительства и эксплуатации железных дорог при их проектировании разрабатываются типовые ландшафтно- технологически обусловленные природо- и дорогозащитные мероприятия и сооружения (водопропускные, противомерзлотные, противооползневые, против заносов и размыва и др.).

Линии энергопередач. К линиям энергопередач относятся линии электропередач (ЛЭП), нефте- и газопроводы. Ведущим принципом при проектировании их трасс является кратчайшее растояние между объектом (месторождением, ТЭС) или регионом донором и объектами потребителями (крупные предприятия, регионы). Фактор расстояния (длины линий энергопередач) в значительной степени определяет общую стоимость строительства.

При их проектировании также используются типовые технические нормативы строительства и, соответственно, требования к природным условиям вдоль трассы. Отклонение природных условий от природно-технических норм ведет к удорожанию строительства, снижает их долговечность и надежность эксплуатации. В частности, повышенные уклоны и расчлененность земной поверхности влияют на длину и стоимость строительства линий энергопередач. Например, прирост длины линии энергопередач, а следовательно и количество их опор, строительство которых тоже требует затрат, можно определить по формуле:

dL = (1 - cos a) . 100% / cos a

где dL - прирост длины в %, а - угол наклона местности

Для надземных магистральных трубопроводов из-за изрезанности рельефа, пересечения других транспортных магистралей, огибания селитебных и промышленных зон все расстояния при проектировании, особенно в освоенных районах, следует брать с коэффициентом 2.

Большое значение для экономичности эксплуатации и строительства линий энергопередач имеют метеорологические условия территории, литология слагающих ее грунтов, увлажнение, характер заболоченности и мерзлота. Кроме того, экологические, ресурсные и хозяйственные составляющие строительства таких линейных объектов связаны с изъятием земель, возникновением границ, затрудняющих миграции животных, а порой и хозяйственные связи прилегающих территорий, активизацией неблагоприятных природных процессов и явлений (эрозия, подтопление и заболачивание территорий, термокарст, пучение). При разрывах трубопроводов и других авариях возможны загрязнения почв и водоемов и др.). Для снижения неблагоприятных экологических последствий при строительстве линий энергопередач на особо опасных участках организуются наблюдательные посты, природо- и объектозащитные мероприятия и сооружения. Геоэкологическое обоснование и разделы ОВОС являются важными составляющими проектов их строительства.

ИГ вопросы проектирования и обустройства городских территорий.

Города - это сложные инженерные системы, состоящие из элементов, объединенных функциональными связями. В практике их проектирования и обустройства используют множество различных СНиПов и других справочников и разработок (СНиП 2.07. 01--89; СНиП 2.07-85 и др.). Главными хозяйственными элементами городских ландшафтов являются улицы и кварталы, промышленные и жилые комплексы, отдельные здания и парки. Сейчас все большее значение приобретают элементы природно-экологического каркаса городов.

Функционально улицы выполняют роль транспортных артерий. Вдоль них прокладываются и основные магистральные трубопроводы и ЛЭП. Загруженность улиц транспортными средствами зависит от того, какие функциональные зоны они соединяют и какова планировка города. Их пропускная способность определяется (при прочих равных) шириной проезжей части и уклонами, то есть площадью изымаемой под нее земли и рельефом территории. Обычно ширина улиц в городах колеблется от 12 - 15 м в жилых кварталах, до 30 - 40 м (магистрали). В том числе на газоны отводится от 3 до 14 м.

Наиболее благоприятным для всех видов городского транспорта является профиль улиц, близкий к горизонтальному. Увеличение уклонов ведет к снижению скорости, увеличению расхода горючего у автотранспорта, перерасходу электроэнергии, загазованности улиц. Однако абсолютно горизонтальный профиль улиц при плохо организованном дренаже ведет к их затоплению в периоды обильных дождей и таяния снега, что тоже снижает их пропускную способность. На сток и застаивание воды, а следовательно на допустимые уклоны влияет также профиль и покрытие дороги.

Уклоны местности, сказываются и на выборе направления улиц, и на удорожании земляных работ при их строительстве. Определение оптимальных уклонов для разных улиц основывается на технических возможностях и безопасности разных видов транспорта в городе. Заметное влияние на безопасность транспорта оказывает и климат. То есть природные условия могут предопределить преимущественные виды городского транспорта. В таблице 4.6. приведены допустимые уклоны улиц для разных видов городского транспорта.

Таблица 4.6.

Нормативы максимально допустимых уклонов улиц

для городского транспорта

Для безрельсового транспорта предельные уклоны зависят от дорожного покрытия (табл. 4.7.), а также погодных условий холодного периода (морозы, гололед, оттепели).

Таблица 4.7.

Допустимые уклоны городских улиц в зависимости от их

дорожного покрытия

Максимальные уклоны улиц с разным покрытием расчитываются, исходя их условий торможения движущегося транспорта на спуске. Если уклоны местности больше допустимых то для прокладки дороги необходимы работы по выполаживанию ее трассы.

Проектные материалы Генеральных планов городов и других крупных поселений обычно включают в себя следующие разделы, в разработке которых могут принять участие географы-геоэкологи:

1. Общие сведения о городе и историко-географическая справка.

2. Природные и инженерно-строительные условия территории.

3. Экономическая, социальная и историческая база развития города.

4. Общая планировочная организация территории. В том числе: а) основные ландшафтно-архитектурные, историко-культурные, экономические и экологические принципы проектной организации городской территории; б) ландшафтно-архитектурный анализ и оценка территории и строительно-планировочных условий; в) принципиальные положения по формированию объемно-пространственной композиции города; г) планировочная структура и функциональное зонирование территории.

5. Планировочно-архитектурная организация территории жилой и общественной (историко-культурной, коммунально-бытовой и т.д.) застройки.

6. Организация промышленных и складских территорий.

7. Организация транспорта и основные магистрали.

8. Организация и обустройство природно-экологического каркаса территории, зеленых насаждений, санитарных, водоохранных и рекреационных зон.

9. Инженерно-техническое обустройство территории: водо- и энергоснабжение, канализация, связь, уборка территории.

10. Охрана окружающей Среды. Мероприятия по охране воздушного бассейна, вод, почв, растительности, санитарно-гигиенические, ландшафтно-планировочные, организация уборки, вывоза, складирования и переработки мусора и других отходов.

В частности функциональное зонирование городской территории проводится исходя из эколого-экономической, технологической и гигиенической целесообразности. Обычно, из экологических соображений, выделяются селитебная, промышленная и рекреационная зоны. Ветровой режим, уклоны местности и направления течений в реках, определяющие перенос загрязнителей из промзон, сильно влияют на взаимное размещение и характер застройки остальных функциональных зон поселений. Поэтому они подлежат обязательному анализу при ИГ обосновании проектных решений.

Территориальное планирование этих зон включает: — геоэкологический анализ территории жилой застройки и композиционной вписанности в нее территорий общественной застройки (административных, коммунально-бытовых, культурных и спортичных сооружений), а также элементов озеленения;

— геоэкологический анализ промзон и их взаимодействия с селитебными, рекреационными и природоохранными территориями;

— анализ уличной сети (прямоугольная, радиальная, кольцевая) и основных транспортных корридоров (магистральных), мостовых переходов, а также геоэкологических проблем с ними связанных;

— анализ системы зеленых насаждений, их типы, размещение, количество и состояния (природно-экологический каркас территории);

— анализ организации систем энергообеспечения, водоснабжения, канализации и обоснование их геоэкологического обустройства;

— анализ организации уборки, складирования и переработки отходов;

— анализ технолого-экологического каркаса территории, геоэкологических проблем с ним связанных и путей их решения;

— организация и обустройство рекреационных территорий.

Важным элементом пространственной планировки городов является ее оптимизация по критериям минимизации протяженности транспортных маршрутов между промышленной, селитебной и рекреационной функциональными зонами и благоприятности экологической обстановки в них.

При проектировании кварталов жилой застройки рельеф и преобладающие ветры могут определять ориентировку зданий, планировку кварталов и улиц. Так уклоны местности около 1⁰ не влияют на ориентировку зданий. Однако при увеличении уклонов и горизонтальных размеров зданий быстро растут объемы земляных работ. Если здание длинной стороной расположено вдоль склона, то дополнительный объем земляных работ (V) можно расчитать по формуле: V= ml²tga / 2,

где m - ширина, l - длина здания, а - угол наклона поверхности.

В таблице 4.8. приведены допустимые уклоны местности при разной ширине зданий, расположенных поперек склонов, расчитанные В.Г.Давидовичем, исходя из санитарных и строительных норм.

Таблица 4.8.

Допустимые уклоны местности в зависимости

от ширины зданий

Исходя из нормативов данной таблицы можно варьировать уже и параметрами технических систем (шириной и ориентацией зданий).

Очень большое влияние на планировку, характер застройки и архитектуру зданий оказывает климатический фактор, а также этнокультурные традиции и цивилизационные установки, наличие и размещение на застраиваемой территории памятников культуры. Например, скорости, повторяемость и направления преобладающих ветров сильно сказываются на проветриваемости (аэрации) городских территорий, соответственно, и степени их загрязненности автотранспортными и промышленными выбросами. Кроме того ветровой режим влияет и на климатическую комфортность проживания в городских кварталах. Их планировка и застройка, в свою очередь, влияют на ветровой режим территории. По скоростям преобладающих воздушных потоков в городах выделяют следующие аэрационные зоны: — застойные зоны - территории со скоростями ветров (V) 0 - 1 м/сек (в них приземный воздух почти не обновляется, загрязнителизастаиваются и накапливаются); — комфортные зоны V в пределах 1 - 3 м/сек (проветриваются, а ветер не создает биоклиматического дискомфорта для жизни); — зоны допустимого (умеренного) дискомфорта для людей находящихся вне помещений с V от 3 до 5 м/сек; — дискомфортные зоны с V ветра более 5 м/сек.

Для определения степени климатической комфортности и опасности загрязнения территории от источников атмосферных выбросов или перевеивания пыли по преобладающим направлениям ветров, используется классификация степени суточной устойчивости направлений ветра: С до 40 — слабая устойчивость; С от 41 до 70 — умеренная устойчивость; С > 70 — сильная устойчивость.

“Зеленое строительство” — создание природно-экологических элементов архитектурно-планировочного каркаса города. Сюда входят различные формы зеленых насаждений (лесопарки, парки, скверы, бульвары, газоны, санитарно-экологические зоны и др.). Их размещение в городе должно учитывать ландшафтную структуру территории, климатический район, характер застройки, численность населения и производственную специфику. Так по численности населения выделяют крупные города > 250 тыс. жителей, большие — 100 - 250 тыс. человек, средние — 50 - 100 тыс. чел., мелкие — < 50 тыс. жителей. В них по видам пользования выделяют насаждения общего пользования ( парки, скверы, сады, стадионы, газоны на улицах), ограниченного пользования (в жилых микрорайонах, кварталах, дворах, школах и других общественных территориях), специального назначения (санитарно-защитные, кладбища и др.).

В градостроительных нормативах существуют нормы площади и формы зеленых насаждений на 1 тысячу жителей и на 1 человека, в зависимости от численности городского населения. Однако они несколько меняются в зависимости от климатического района. В умеренно холодном и умеренном районах, где сосредоточены почти все города России, эти колебания весьма незначительны. В больших и крупных городах по градостроительным нормам на 1 жителя должно быть: насаждений общего пользования — 24,6 м², ограниченного пользования (в зависимости от норм жилой площади) — 32 - 40 м² (в том числе в жилых микрорайонах — 15 - 24,7, а на промплощадках — 8 м²), спецназначения — 13 м². Для средних, соответственно, — 20,6; 34 - 43 (в т.ч. 18 - 27 и 8); 13 м², а для мелких — 18; 38 (в т.ч. 22 - 33 и 8); 13 м². Однако, на то, как реально используются эти пространства жителями городов, а также на ландшафтно-экологический каркас территории не всегда обращают внимание. Сейчас же характер, конфигурация и размещение зеленых массивов по значимости, приближаются к критериям оценки жилья по удаленности от места работы и его площади. Общая площадь зеленых зон часто жителей заботит меньше, чем наличие зелени во дворе или поблизости. Оказывается, что если из окна квартиры видны газоны и деревья, то увеличивается работоспособность и даже продолжительность жизни. Дом с видом на зеленый массив стоит на 20 - 30 % дороже, чем с видом на застроенную территорию. То есть, в разных социально-экономических условиях одни и теже эколого-технологические факторы и условия имеют неодинаковую значимость и по разному интерпретируются в общественном сознании. Это следует учитывать при ИГ проектировании. Важную экологическую, ландшафтно-архитектурную и санитарно-гигиеническую роль в городах могут играть зеленые корридоры вдоль городских водных артерий и других водоемов, а также вдоль тальвегов рельефа, перегибов рельефа (бровок террас и др.) и господствующих водоразделов. Кроме того все более заметную роль в проектировании имеют эколого-технологические и геотехнологические обоснования организации санитарно- и природо-защитных зон вокруг промышленных комплексов и ценных природных объектов.

Для территории России с суровым и разнообразным климатом значительная роль в проектировании поселений отводится энергоснабжению, в частности, отопительным системам. Они расчитываются на основе таких климатических характеристик как продолжительность холодного периода, минимальные декадные температуры, ветровой режим, максимальные глубины промерзания почво-грунтов и др. Эти климатические характеристики по регионам сильно варьируют. В строительной климатологии и СНиПах существуют региональные нормативы отопительных систем и сезонов, а также карты районирования СССР и его регионов по продолжительности и интенсивности отопления.

Водоснабжение и канализация. Огромное значение для городских ТПХС имеют условия организации водоснабжения и сброса канализационных стоков. При организации водоснабжения города проводят исследования по выбору мест водозаборов. Для этого оцениваются гидрометеорологический режим имеющихся источников водоснабжения (расходы воды, их надежность), особенности русловых и других деформаций, ледовый и температурный режимы, химический состав вод и санитарно-гигиенические условия самого водоема и прилегающих территорий. Кроме того анализируются потенциально опасные хозяйственные объекты, способные отрицательно влиять на источник водоснабжения. Для водозабора должны выдерживаться нормы и требования как по химическому составу, температуре и перепадам температур воды, так и по расстоянию от источников возможного и существующего загрязнения (очистных сооружений, сбросов, пристаней, портов и др.).

Особая роль для организации водоснабжения принадлежит рельефу местности (уклоны, расчлененность, перепады высот). Чем больше относительные превышения, тем больше энергетические расходы на подъем воды, необходимый для устойчивого водоснабжения города. Рельеф городской территории и особенности застройки характеризуются полями высотных уровней. Они и определяют сложности и удорожание водоснабжения. Если город расположен у подножья возвышенности или горного хребта, то достаточно поднять воду на определенную высоту (большую, чем высота городской территории с застройкой), и далее она пойдет самотеком. В крупных городх с промышленными зонами, разбросанными на обширной территории территории с относительно ровным рельефом, проектируют водонапорную сеть с водонапорными башнями и подстанциями в узловых точках. С удалением от каждой башни, в соответствии с падением пьезометрического уровня, падает напор воды. Соответственно выделяются концентрические зоны возможной разноэтажной застройки городской территории. То есть условия водоснабжения могут определять архитектуру города. При пересеченном рельефе эта картина осложняется. В данном случае в понижениях могут располагаться здания повышенной этажности, а на возвышенностях - наоборот пониженной. В крупных современных городах водонапорные башни заменяют насосными станциями. Прокладка магистральных водопроводов наиболее оптимальна по линиям местных городских водоразделов, так как это повышая надежность, снижает стоимость водоснабжения. Водозаборы бывают поверхностные из открытых водоемов и подземные из аллювиальных и межпластовых горизонтов. Вокруг водозаборов организуются санитарно-защитные зоны. Максимальные радиусы подзон особо строгого водоохранного режима (до 3 км) имеют открытые водозаборы и системы неглубоких водозаборных скважин из аллювиальных отложений (0,3 - 1 км). Далее организуются две зоны менее строгого режима. Последняя определяется из расчета времени возможной фильтрации из нее имеющихся загрязнителей до водозабора. Это время не должно быть меньше 50 лет. В противном случае загрязняющие производства следует удалить из нее.

С системой водоснабжения городов функционально тесно связана система канализации. Территории, охватываемые системой городской канализации в соответствии с рельефом местности обычно делят на канализационные бассейны. В канализационной системе выделяются приемники, канализационная сеть, очистные сооружения, водосбросы. Жидкие сбросы в нее подразделяются на промышленные, комунально-бытовые и ливневые. Последние по особенностям загрязнения и объемам зависят от характера и повторяемости атмосферных осадков, а также территории, с которой они стекают (автомагистрали, промзоны, территории жилой застройки, парки и т.д.). Канализационная сеть обеспечивает отвод - сброс сточных вод с поверхности городской территории. Поэтому она должна иметь определенный общий уклон. Обычно канализационная сеть прокладывается по тальвегам в рельефе.

Слишком большие, или наоборот малые, уклоны местности ведут к удорожанию строительства за счет увеличения земляных работ, увеличения диаметра труб и других факторов. Минимальные диаметры труб в зависят от уклонов в канализационной сети городских территорий. Так для водопроводных и канализационных труб диаметром 250 мм минимально допустимые уклоны в сетях составляют 0,4%, а при диаметре 500 мм — 0,15%. Во избежании быстрого изнашивания труб их максимальные наклоны в подземных и наземных системах водопроводных и канализационных сетей редко превышают 5% (около 3% в среднем).

Однако глубины заложения водопроводной и канализационных сетей, влияющие на стоимость их прокладки, зависят не только от характера рельефа, но и других факторов. Прежде всего это климатические факторы, определяющие глубину промерзания грунтов - зимняя температура воздуха, продолжительность морозного периода, режим выпадения и глубина снежного покрова. Механический состав грунтов, их увлажненность, экспозиция склонов, растительность и другие природные факторы, также влияют на глубину промерзания грунтов. Заметно дороже строительство и в тех случаях, когда мощность рыхлых отложений меньше глубины промерзания грунта.

Для канализационной сети важное значение имеет положение основных базисных уровней: верхнего - начала канализационной сети на верхних ступенях водоразделов, и нижнего - местных базисов эрозии, куда сбрасываются загрязненные канализационные воды (поля орошения или фильтрации, река).

На поля орошения сбрасываются слабоочищенные или даже неочищенные сточные воды бытовой канализации. Они входят в систему очистных сооружений и служат для улавливания и естественного разложения (под влиянием солнечных лучей, кислорода воздуха, почвенных микроорганизмов и растений) значительного количества органических остатков. Часть территории полей орошения может использоваться для ведения пригородного сельского хозяйства. Неосвоенная часть полей орошения часто служит местом плотного заселения и сохранения различных видов околоводных птиц и зверей (кулики, ондатры и др.). Однако при неправильной организации и размещении поля орошения могут оказывать крайне неблагоприятное воздействие на прилегающие территории, инженерные объекты и население. При размещении их с наветренной стороны от жилых и промышленных объектов они становятся источником неприятных и вредных испарений и запахов. Могут они быть и источниками загрязнения поверхностных и подземных вод, очагом распространения заболеваний и паразитов. Обычно поля орошения располагают на хорошо фильтрующих почво-грунтах. Размеры занимаемых ими площадей устанавливают исходя из соотношения 10 м² полей, на 1 м³ канализационных сбросов. Однако, в связи с постоянным ростом загрязнения и заиливания почво-грунтов, эта норма увеличивается каждые 3 года до 30 м² на 1 м³ сбросных вод.

Поля фильтрации отличаются от полей орошения тем, что на них поступают воды с меньшим содержанием загрязняющих органических веществ. Использование полей фильтрации и, соответственно, таких вод в сельском хозяйстве ничем не отличается от обычного поливного земледелия.

Поля орошения и поля фильтрации размешают на открытых солнечных, хорошо проветриваемых участках местности, с подветренной стороны от населенных пунктов и промышленных зон. При обосновании проектов размещения полей орошения и фильтрации учитывают характер слагающих территорию пород, инженерно-геологические процессы и явления (карст, суффозию, просадки и др.), способные повлиять на загрязнение подземных и поверхностных вод, подтапливание территорий и фундаментов инженерных сооружений.