Классификация природно-технических систем в природоохранном обустройстве территорий

Зона влияния «Объекта деятельности» определяется на стадии проектирования и разработки раздела оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС). В системном рассмотрении ПТС в природоохранном обустройстве территорий представляется как: «Природная среда — Объект деятельности — Население», модель которой приведена на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Модель взаимосвязи и элементов Г1ТС в природоохранном обустройстве территорий

ПТС «Природная среда — Объект деятельности — Население» по целенаправленному назначению подразделяются: внутрибассейнового регулирования стока; внугрибассейнового перераспределения стока; мелиорация земель (орошение, осушение и т. д.); рекультивация земель; водоснабжение и водоотведение (коммунально-бытовые, промышленные, сельские); обустройство свалок (городских, поселков городского типа) твердых бытовьпс отходов; обустройство рекреационных территорий; окультуренных (улучшенных) ландшафтов; защита населения и территорий от затопления (природного и техногенного характера); защита населения и урбанизированных территорий от селевых потоков; защита территорий от подтопления; защита территорий от эрозии почв (водной, ветровой); регулирование руслоформирующими процессами речного русла.

ПТС внутрибассейнового регулирования стока создаются для целей

комплексного использования местного стока в пределах бассейновой гидрографической речной сети (притоках 1-п порядка). Комплексное использование местного стока малых рек и водотоков обусловливается потребностью водоснабжения населенных пунктов и предприятий сельскохозяйственного производства, орошения локальных земельных участков, благоустройство речных ландшафтов, обустройство рекреационных зон , подпитка подземных вод поверхностным стокам.

ПТС внутрибассейнового перераспределения стока предусматривает более эффективное использование водных ресурсов, например, для целей выработки электрической энергии на малых ГЭС.

Внутрибассейновое перераспределение стока осуществляется путем создания специального комплекса гидротехнических сооружений (водоподпорных, водозаборных, водопроводящих и др.), обеспечивающих отбор воды из русел рек на более высоких отметках и переброски отбираемого стока на более низкие отметки, где устанавливаются гидроагрегаты малых ГЭС.

ПТС мелиорации земель направлена на создание оптимальных условий жизнедеятельности для флоры и фауны, обусловливаемые водным, воздушным, тепловым и пищевыми режимами, физическими и химическими свойствами почвенного покрова в корнеобитаемом слое (от 0,15 до 1,0 м) параметрами микроклимата (температурой, относительной влажностью и скоростью движения воздуха) в приземном слое атмосферы (высотой до 20 м), а также защитой от ветровой и водной эрозии почвенного покрова на мелиорируемом участке.

Мелиорируемый земельный участок (Объект деятельности) располагается на земной поверхности и ограничивается задаваемой (расчетной) площадью от нескольких гектар до нескольких тысяч гектар. Как объект деятельности или техногенный компонент ПТС, мелиорируемый земельный участок в свой состав включает: инженерную систему водоподачи для орошения (открытую или закрытую сеть), систему водоотведения дренажных вод (открытую, закрытую и комбинированную) в водный объект (реку, озеро и др.); источник водоснабжения (реку, озеро, водохранилище, подземные воды); поливную технику; систему моторизированного наблюдения за состоянием динамики изменения влажностного, воздушного, гидрохимического, гидрогеологического, температурного и др.

ПТС рекультивации земель размещаются в пространственных пределах бассейновых геосистем и занимают локальные участки земной поверхности.

Рекультивация земель (от лат. — обрабатываю, возделываю) — восстановление территорий, нарушенных хозяйственной деятельностью человека, включает в себя восстановление продуктивности почв, растительности и ландшафтов. Рекультивация земель включает в себя — комплекс работ, осуществление которых позволяет восстановить продуктивность и потребительскую ценность ранее нарушенных земель, а также экологическое улучшение окружающей среды в интересах общества (населения). В процессе рекультивации на ее техническом этапе специально создается верхний слой почвы, который обладает свойствами, благоприятными для последующего осуществления биологической рекультивации. Под рекультивированными принято понимать такие земли, которые первоначально были нарушены в результате антропогенной деятельности, а затем восстановлены таким образом, что все показатели их продуктивности, плодородия и потребительской ценности, а также условия окружающей среды для жизнедеятельности оказались улучшенными. Рекультивация включает два основных этапа: этап технической рекультивации, на протяжении которого осуществляется подготовка земель к последующему целевому использованию в хозяйственной деятельности; этап биологической рекультивации предусматривает осуществление агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, направленных на восстановление продуктивности и потребительской ценности нарушенных земель. К технической рекультивации обычно относятся: планировка поверхности земель; формирование откосов; снятие, транспортирование и нанесение почв и плодородных пород, при необходимости коренная их мелиорация; строительство дороги и возведение необходимых зданий и сооружений.

ПТС водоснабжения и водоотведения (коммунально-бытовое, промышленное, сельскохозяйственное) размещается в пространственных пределах бассейновых геосистем и функционально взаимосвязаны с водным объектом, который является центральным природным компонентом.

Системы водоснабжения включает в себя необходимый комплекс сооружений (водозабор, очистные сооружения, магистральный водовод, разводящую сеть подземных трубопроводов, вспомогательные контролирующие и защитные устройства и др.) для обеспечения водопот- ребителя необходимым количеством и качеством воды (питьевой, технической).

Система водоснабжения подразделяются на централизованные и децентрализованные, на местные и индивидуальные, с очисткой воды и без очистки. Так централизованные системы водоснабжения (коммунальные) состоят из: водозаборных сооружений с предварительной очисткой воды; насосов первого подъема для подачи воды на очистные сооружения; системы очистных сооружений, состоящих из блока коагулирования, отстаивания, фильтрования, дегазации и обеззараживания; очищенная вода поступает в резервуары чистой воды и с помощью насосов второго подъема направляется в городскую сеть трубопроводов для использования.

Системы водоотведения предназначена для отвода сточных вод от промышленных и сельскохозяйственных предприятий, коммунальнобытовой сферы городов и населенных пунктов. Отвод сточных вод осуществляется через специальные очистные сооружения в водный объект. На очистных сооружениях производится очистка сточных вод до нормативных санитарно-гигиенических требований.

Широко используется понятие — норма водоотведения. Нормы водоотведения в промышленности — это количество сточной воды на единицу производимой продукции. Ее величина зависит от степени прогрессивности, масштаба применения, качества применяемой воды и др.; в животноводстве — количество образующихся сточных вод при оптимальной норме водопотребления на одну голову животного; в коммунальном хозяйстве — среднесуточное количество сточных вод на одного жителя (принимается в зависимости от степени благоустройства этих районов, а также от климатически, санитарно-гигиенических и других местных условий).

ПТС обустройство свалок твердых бытовых отходов размешается в близи городов и населенных пунктов, и офаничиваются территориями от нескольких гектаров до нескольких десятков гектар в зависимости от количества населения проживающего в городе (части города) и населенном пункте. Обустройство свалоктвердых бьгговых отходов определяется доминирующими экологическими требованиями, которые обусловливаются их взаимодействием с гидросферой (поверхностный и подземный сток) и атмосферой, а также жизненно необходимыми потребностями населения, проживающего в городе или населенном пункте.

Свалки твердых бытовых и промышленных отходов — образовавшиеся из-за деятельности человека искусственные геологические образования площадью не менее 0,5 га при мощности отложений не менее 1 м. Санкционированные свалки — разрешенные органами исполнительной власти территории для размещения твердых отходов, но не обустроенные в соответствии с нормативными требованиями и эксплуатируемые с отклонениями от требований санитарно-эпидемиологического надзора. Они являются временными и эксплуатируются до окончания строительства полигонов или заводов для утилизации отходов. Ликвидация санкционированных и стихийных несанкционированных свалок ведется по 3 напраатениям: вывоз и замена зафязненного фунта; консервация (капсуляция) зафязненного фунта, заключающая ся в создании поверхностных защитных экранов и устройстве вертикальных противофильтрационных завес; очистка и санация зафязненных фунтов, включающая: вентиля цию зафязненных массивов фунта и удаление летучих веществ с помощью устройства вакуумных скважин или специальных штаммов х\шк- роорганизмов; нейтрализацию токсичных веществ физико-химическими методами; термическое санирование.

Организованное захоронение твердых бытовых и промышленных отходов осуществляется на специально обустроенных полигонах. Современные полигоны — комплексы природоохранных сооружений, предназначенных для складирования, изоляции и обезвреживания твердых отходов, обеспечивающие защиту от загрязнения атмосферы, почвы, поверхностных и грунтовых вод, препятствующие распространению грызунов, насекомых и болезнетворных микроорганизмов. Основными элементами такого полигона являются: подъездная дорога, участок складирования, хозяйственная зона, инженерные сооружения и коммуникации. Участок складирования занимает большую часть площади полигона (до 95 %) и представляет собой сложное инженерное сооружение — каскад котлованов глубиной до 10-20 м с защитным про- тивофильтрационным экраном из современных геосинтетических материалов в основании и на поверхности полигона и оборудованный системой сбора й утилизации биогаза и фильтрата.

ПТС обустройства рекреационных территорий размещаются на водных объектах гидрографической речной сети бассейновых геосистем для целей создания зон отдыха, включающих в себя весь необходимый комплекс зданий, сооружений, дорог, систем водоснабжения и водоотведения, спортивных площадок и т. п.

ПТС окультуренных (улучшенных) ландшафтов размещаются на локальных участках бассейновых геосистем и обусловливаются тем или иным видом ландшафта.

Окультирование ландшафтов обусловливается необходимостью повышения роли природной среды в процессах преобразования природных компонентов под воздействием природной среды и хозяйственной деятельности. При окультуривании ландшафтов используют комплекс инженерных мероприятий, связанных с созданием малых водохранилищ, лесонасаждением, берегоукреплением, залужением и т. п.

ПТС заппггы населения и территорий от затопления размещаются на речных элементах гидрографической сети, в пойменных участках которой находятся населенные пункты, города с промышленными предприятиями и пахотные земли сельскохозяйственного производства.

Затопление — это процесс поднятия уровней воды в крупных элементах гидрографической сети (водотоки, реки) в период паводков и

половодий и выхода водного потока на пойменные участки. Основными причинами затопления территорий в период паводков и половодий являются стихийные бедствия природного характера, связанные с климатическими аномалиями, и хозяйственная деятельность человека на водосборной территории (вырубка лесов, сельскохозяйственное про^ изводство и др.); застройка пойменной прирусловой части рек, которая обусловливает уменьшение пропускной способности русловой и при русловой части реки.

В состав противопаводковых мероприятий входят: ограждение земель дамбами; регулирование русл естественных водотоков для повышения их пропускной способности путём расчистки их от мусора и растительности, ликвидации местных подпоров, углубления и расширения поперечного сечения, спрямлением излучин; строительство прудов и водохранилищ для задержания части паводковых вод; уменьшение расходов воды в реке за счёт агротехнических и лесомелиоративных мероприятий на водосборной площади.

IITC защита населения и урбанизированных территорий от селевых потоков размешаются в горных и предгорных районах бассейновой геосистемы. Гидрографическая речная сеть горных и предгорных районов состоит из множества мелких ручьев, водотоков и малых рек, гидрологический ре:ким которых определяется таянием ледников, снежного покрова и атмосферными осадками. Водосборная территория горных и предгорных рек в основном определяется земной поверхностью горных склонов, а тальвеги ручьев, водотоков и малых рек большими уклонами.

Селевые потоки (сели) — это кратковременные разрушительные потоки, перегруженные фязекаменным материалом, возникающие при выпадении дождей или интенсивном таянии снега в предгорных и гор ных районах, в пространственных пределах бассейновых геосистем ма лых [рек и логов с большими уклонами тальвега (i gt; 0,1).

На территории Российской Федерации селевые процессы развиты в республиках Северного Кавказа, Краснодарском, Ставропольском и Приморском краях, Чувашской республике, Камчатской, Сахалинской и Свердловской областях.

Сель является источником природной чрезвычайной ситуации с динамическим, гравитационным, гидродинамическим и аэродинамическим поражающими факторами, проявляющимися в смещении горных пород, ударе и механическом давлении селевой массы, гидродинамическом давлении селевого потока и ударной волне соответственно.

Основными противоселевыми сооружениями и мероприятиями являются: селезадерживающие, сущность которых сводится к задержанию селевого потока в верхнем бьефе и образованию селехранилищ. Это, как правило, глухие земляные и каменно-набросные плотины; селе пропускные, сущность которых сводится к пропуску селевых потоков через защищаемый объект или в обход него. К ним относятся каналы — для пропуска селевых потоков через населенные пункты, промышленные предприятия и другие объекты, позволяющие в одном уровне с ними пропустить селевой поток через объект или в обход его и се- леспуски — для пропуска селевых потоков через линейные объекты (автомобильные и железные дороги, каналы, газопроводы, нефтепроводы, и др.). селе направляющие, сущность которых сводится к направлению селевого потока в селепропускное сооружение. Выполняются в виде направляющих и ограждающих дамб и лотков различных конструкций; стабилизирующие, сущность которых сводится к прекращению движения селевого потока или ослабление его динамических характеристик. Широкое применение получили системы противоселевых запруд различных конструкций. Они являются активными противоселевыми сооружениями, направленными на стабилизацию русел и на затухание селевой деятельности в бассейне. Помимо непосредственного задержания значительного объема селевых выносов, такая система со временем образует новый, более пологий уклон русла на участке запруживания. Во многих случаях это может привести к частичному и даже полному прекращению селевой деятельности на зарегулированном участке и, следовательно, не только к обеспечению селевой безопасности нижерасположенных объектов, но и к затуханию селевой деятельности в бассейне вообще; селе предотвращающие , сущность которых сводится к предотвра шению селеобразующих паводков. Террасы (террасы-канаты, нагорные канаты) применяются для уменьшения максимального расхода дождевых паводков путем перехвата склонового стока и перевода его в грунтовый либо медленного отвода его в сбросные канаты или русла. Водосбросы следует осуществлять для предотвращения прорыва горных озер.

Тип водосброса (траншейный, сифонный, туннельный и др.) определяется строительными условиями и характером озерной перемычки.

— организационно-технические, сущность которых сводится к прогнозу образования селевых потоков и предупреждению населения о грозящей опасности.

ПТС защиты территории от подтопления размещается в пространственных пределах бассейновых геосистем и ограничивается локальными участками (от нескольких гектар до нескольких сотен гектар) на зем ной поверхности, которые определяются эколого-экономическими расчетами с учетом социальных потребностей населения, проживающего в этой зоне.

Подтопление — это подъём уровня грунтовых вод до критических по условиям использования земель отметок. Такими отметками являются: при сельскохозяйственном использовании земель — отметки, обеспечивающие оптимальный водно-солевой режим почв, а также исклю чающие возможность вторичного засоления и заболачивания почв; при использовании земель под застройку и зоны отдыха — нормы осушения для защиты оснований зданий и сооружений и составляющие 15 м от поверхности земли — для территорий крупных промышленных предприятий, до 1 м — для парков и других зон рекреационного назначения.

Основными причинами подтопления территорий являются: взаимодействие климатических условий с геологическим строением верхних слоев литосферы, в пределах которой формируется подземный сток; хозяйственная деятельность, связанная с размещением на водосборной территории бассейновой геосистемы водохозяйственных объектов, а также объектов дорожно-транспортной сети, которые изменяют гидрогеологический режим поверхностных и грунтовых вод.

Все мероприятия по защите территории от подтопления условно можно разделить на: защитно-предупридительные, направленные на предотвращение поднятия уровня грунтовых вод (УГВ), и водопонизи тельные, напраатенные на понижение и стабилизацию УГВ. Первые связаны с организацией стока с территории и заключаются в расчистке русел водотоков, строительстве ливневой канализации, нагорных канав; ремонтно-восстановительных работах на гидротехнических сооружениях и объектах транспорта воды и т. п. Ко вторым относятся дренажи различных конструкций и дренажные системы, включающие в себя

кроме собственных дренажной сети и сооружения для отвода дренажного стока за пределы защищаемой территории (перекачивающие насосные станции, коллекторы, гидротехнические сооружения на сети т. п.).

ПТС защиты территории от эрозии почв (водной, ветровой) размещается в пределах бассейновой геосистемы и занимает значительные территории на земной поверхности от нескольких десятков гектар до сотен тысяч гектар.

Эрозия почв — это совокупность взаимосвязанных процессов отрыва, переноса и отложения частиц почвы под действиехМ ветра и воды.

Принято условно различать два основных вида эрозии, отличающихся по механизму возникновения процесса: ветровая эрозия (или дефляция) — выдувание и перенос частиц почвы ветром; водная эрозия — процесс удаления и переноса почвогрунта временными потоками воды на склонах.

По оценке ООН (1992 г.) степень деградации почвенного покрова на планете достигает: крайней степени — 1 %; сильной — 15,0 %; умеренной — 40 %; легкой — 38 %.

При этом из всех видов дефадации почв водная эрозия занимает 56 % от общего количества дефадированных земель и вефовая эрозия более 28%.

Необходимым условием возникновения водной эрозии почв является поверхностный сток воды на склонах и поэтому по характеру возникновения выделяют фи основных вида эрозии: дождевая или ливневая эрозия почв при дождях или кратковре менных сильных ливнях; эрозия почв при снеготаянии; ирригационная эрозия почв, вызванная воздействием оросительной воды при поверхностных поливах и поливах дождеванием.

По характеру проявления различают линейную эрозию в виде промоин, оврагов и балок и плоскостную в виде смыва верхнего слоя почвы.

Защита территорий от эрозии почв осуществляется организационно-хозяйственными, технологическими, агротехническими, агролесомелиоративными, гидротехническими мероприятиями: афотехническими противоэрозионными мероприятиями, сущность которых сводится к специальным системам земледелия направленных на повышение впитывающей способности почв, повышению

устойчивости верхнего слоя почв смыву и сдуванию, снижению скоростей водных и воздушных потоков в приземном слое и т. п. В составе мероприятий, обеспечивающих эту систему, могут быть: контурное земледелие; вспашка без оборота пласта; рыхление почв; кротование; ще- левание; бороздование; мульчирование поверхности и т. д. агролесомелиоративными противоэрозионными мероприятиями, сущность которых сводится к созданию защитных лесных насаждений, направленных на задержание поверхностного стока, снижению силы ветра на полях, улучшению природно-климатических условий и т. п. В составе мероприятий, обеспечивающих эту систему, могут быть: стокорегулирующие лесонасаждения, овражно-балочные лесонасаждения, полезащитные лесополосы и т. д. гидротехническими противоэрозионными мероприятиями, суш ность которых сводится к инженерной защите территории путем стро* ительства простейших гидротехнических сооружений на водосборной площади для задержания и рассеивания водных потоков на склонах и гидротехнических сооружений на овражно-балочной сети для закрепления вершины и бортов балок и оврагов. В составе сооружений, обес печивающих эту систему, могут быть: на водосборной площади — валы различных конструкций, террасы, канавы и распылители стока; на овражно-балочной сети — запруды различных конструкций на дне балок, быстротоки и перепады в вершинах оврагов, выполаживание и засыпка бортов балок и т. д. организационно-хозяйственными противоэрозионными мероприятиями, сущность которых сводится к правильной организации территории с учетом потенциальной опасности ускоренной (антропогенной) эрозии почв. В составе мероприятий, обеспечивающих эту систе му, могут быть: подбор почвозащитных культур в составе севооборотов, размещение полей длинными сторонами поперек склона, залуже ние берегов рек и ручьев и т. д. технологическими противоэрозионными мероприятиями, сущность которых сводится к снижению величин смыва почвы при орошении земель путем соблюдения почвозащитной техники и технологии поливов. В составе мероприятий, обеспечивающих эту систему, могул быть: полив допустимыми по условию неразмываемости почвы расходами воды, поверхностные поливы прерывистыми струями, с предварительной замочкой борозд, с заменой дождевальной техники на современную и т. д.

ПТС регулирования руслоретулирующими процессами речного русла

размещается на локальных участках гидрографической речной сети бассейновой геосистемы. Центральным природным компонентом рассматриваемой ПТС является участок речного русла, требующий искусственного вмешательства в естественные процессы взаимодействия речного потока с русловой и пойменной частями речного русла. Взаимодействие речного потока с русловой и пойменной частями речного русла характеризуется непрерывными процессами руслоформирования (изменение уклонов дна русла, размывы берегов, плановое изменение места протекания основного русла и др.), которые на отдельных участках речного русла наносят ущерб населению и хозяйственной деятельности. Для регулирования процессов руслоформирования на отдельных участках речного русла проводят комплекс инженерных мероприятий, включающих в себя берегоукрепление, возведение струенаправляющих дамб в речном русле, устройство донных порогов и др.

Берегозащита (берегоукрепление) представляет собой комплекс инженерных мероприятий, обеспечивающих устойчивость берегов рек, каналов, морей и др. водных объектов. Берегозащита является наиболее распространенным видом регулирования русел. Берегоукрепление производится с целью предотвращения размыва потоком берега реки, а также разрушения его плавающими льдинами, ветровыми и судовыми волнами. Выбор конструкций сооружений определяется многими условиями: характером русловых процессов, ожидаемой глубиной размыва, наличием строительных материалов, условиями производства работ, требованиями долговечности, а также стоимостью защищаемого объекта. Берегозащита от размыва может быть осуществлена различными неразрываемыми «одеждами» откоса, в число которых входят как простейшие мероприятия и работы, так и строительство подпорных стенок и набережных. При скорости течения до 1,8—2 м/с наиболее простым, весьма эффективным и долговечным креплением является посадка на береговых откосах кустарника. Достаточно надежным мероприятием является закрепление берегового откоса плетневыми стенками. Следующая более сложная и надежная конструкция крепления откоса берега — крепление рваным камнем, наброской рваного камня в воду; тяжелыми фашинами; габионной кладкой.