Инженерно-геоморфологическая оценка условий строительства газотранспортных систем в Ленинградской области

Актуальность темы

Создание газотранспортных систем в Ленинградской области можно рассматривать в качестве одного из приоритетных и перспективных направлений в развитии данной отрасли в нашей стране. Научно-практическое обеспечение проектирования, строительства, а также эксплуатации сооружений этого класса относится к одному из мало разработанных разделов инженерной геоморфологии. Вероятно, поэтому в основных документах, регламентирующих предпроектную и проектную инженерную деятельность в данной области, учету особенностей рельефа местности отведено не очень много места. Вместе с тем, именно с рельефом земной поверхности тесно связаны особенности существования сооружений и надежность их функционирования.

Газотранспортные системы (ГТС), представляют собой совокупность линейных сооружений газопроводов и объектов компрессорных и газораспределительных станций, обычно ведущих от мест добычи, производства или хранения газа в районы его потребления. Иногда в состав газотранспортной системы включают подземные хранилища газа (ПХГ) и распределительные сети. В настоящей работе рассматривается проектируемая экспортная газотранспортная система, включающая магистральный газопровод (МГ) в двухниточном исполнении и компрессорные станции (КС), размещенные на северо-западе Ленинградской области. Строительство таких сложных инженерных объектов требует тщательного анализа территории их размещения, при этом к условиям строительства газотранспортных систем проектировщики относят всю совокупность природных и техногенных условий зоны строительства, значимых при реализации проектов строительства ГТС. Высокая сложность природно-техногенной обстановки на территории размещения объектов влечет увеличение стоимости проектно-изыскательских, строительно-монтажных и эксплуатационных работ. В районах со сложными природными и техногенно измененными условиями строительства часто наблюдается ухудшение экологической обстановки и большое количество отказов инженерных систем, многие из которых прямо или косвенно связаны с рельефом или рельефообразующими процессами.

Территория Ленинградской области характеризуется выгодным экономико-географическим положением в силу наличия выхода к морю и границы со странами Европейского союза (Финляндия и Эстония), который является главным торговым партнером России. Во многом в силу указанных условий, территория Ленинградской области выбрана в качестве «плацдарма» для диверсификации экспорта природного газа в страны ЕС путем строительства мощной газотранспортной системы. Вместе с тем, территория Ленинградской области характеризуется достаточно сложными для равнин природными условиями, во многом типичными для северо-запада России.

В связи с этим особую актуальность инженерно-геоморфологические исследования приобретают на территории именно Ленинградской области в силу необходимости оценки природных и техногенных условий территории для обеспечения экологической и геотехнической безопасности газотранспортных систем, в том числе на основе дополнительной информации о рельефе. Наряду с такими традиционными задачами, как определение морфологии, происхождения, возраста, истории развития и современной динамики рельефа, которые решаются традиционными методами, требуют решения качественно новые, для которых необходимо создавать информационно-методическое обеспечение в кратчайшие сроки. Среди них такие задачи, как оценка устойчивости рельефа к антропогенным воздействиям, характера и величины тех последствий, которые возникают и развиваются при возрастающих антропогенных нагрузках. Сложившаяся практика проектно-изыскательских работ для проектирования сооружений показывает, что во внимание часто не принимаются данные о функциях, которые выполняет рельеф в природных и природно-хозяйственных геосистемах, а сами исследования рельефа проводятся в недостаточном объеме. Представляется, что проведение комплексной инженерно-геоморфологической оценки условий строительства газотранспортных систем позволит получить более обоснованные оценки воздействия на рельеф и разрабатывать прогнозы изменения окружающей среды в результате техногенного воздействия, в том числе на основе исследований объектов-аналогов.

Цель диссертационной работы — разработать методологические основания инженерно-геоморфологической оценки условий строительства газотранспортных систем и апробировать их на примере участка Ленинградской области. Чтобы создать эти основания, необходимо решить следующие задачи:

• Оценить современное состояние теоретико-методологической базы ' инженерно-геоморфологических оценок, возможности их применения при проектировании и строительстве газотранспортных систем и геоморфологическую изученность территории исследования.

• Определить нормативные и научные основания оценок условий строительства газотранспортных систем.

• Описать природные условия и современное хозяйственное использование территории исследования.

• Оценить инженерно-геоморфологические условия для строительства газотранспортных систем на основе разработанных инженерно-геоморфологических карт.

• Выявить особенности газотранспортного освоения районов с разными инженерно-геоморфологическими условиями.

Материалы и методы. Для проведения исследования использовались топографические и тематические карты масштаба 1: 50 ООО — 1:1 500 ООО, космические снимки Landsat 7 (ЕТМ+), SPOT, QuickBird, данные моделей GTOP030, ЕТ0Р01(2) и др., данные полевых геолого-геоморфологических и ландшафтных исследований автора в 2003;2008 гг., фондовые и опубликованные материалы о территории региона, материалы инженерных изысканий, общая и отраслевая нормативная документация строительной индустрии.

Основными методами исследования служили: картографический, сравнительно-географический, морфометрические и статические методы, полевые маршрутные наблюдения и измерения.

Защищаемые положения:

1. Современное состояние теории и методов инженерной геоморфологии позволяет проводить исследования, направленные на оптимизацию проектирования и строительства газотранспортных систем. Необходима дальнейшая работа по институциализации данных исследований в системе предпроектных и проектных работ в рамках инженерных изысканий для строительства.

2. В качестве оснований для инженерно-геоморфологической оценки условий строительства ГТС следует принимать актуальные строительные нормы и правила, дополняя их современными представлениями геоморфологической науки по трем направлениям: морфометрическому, морфолитологическому и морфодинамическому.

3. Природные условия исследуемой территории значительно осложняют строительство объектов газотранспортных систем и определяют многофакторность инженерно-геоморфологической оценки территории для строительства ГТС.

4. Инженерно-геоморфологические условия коридора исследуемой ГТС в Ленинградской области оцениваются, преимущественно, как простые и средней сложности.

5. Интегральная трехфакторная инженерно-геоморфологическая оценка условий строительства ГТС применима при анализе размещения объектов ГТС, обосновании инженерной защиты, оценках условий строительства и эксплуатации объектов ГТС.

Научная новизна:

1. Определены основные направления инженерно-геоморфологических исследований для проектирования и строительства ГТС.

2. Обоснован масштаб инженерно-геоморфологических исследований для строительства газотранспортных систем на основе представлений об организации геоморфологических и технических систем.

3. Обоснованы критерии и разработана методика оценки инженерно-геоморфологических условий для строительства ГТС на основе составления и анализа специальных карт.

4. Описано влияние инженерно-геоморфологических условий на проектирование и строительство газотранспортных систем, и обратное влияние объектов ГТС на рельеф.

Реализация и внедрение результатов работы.

По материалам диссертации написаны и опубликованы несколько научных статей и тезисов, в том числе статья, опубликованная в журнале из списка, рекомендованных ВАК РФ.

Результаты исследований использованы для составления трех технических отчетов по инженерным изысканиям для строительства крупной газотранспортной системы в регионе.

Методологические основания инженерно-геоморфологической оценки условий строительства газотранспортных систем внедрены в производство инженерно-экологических изысканий для строительства ряда объектов ГТС в Краснодарском крае, Ленинградской и Сахалинской областях.

К диссертации прилагается справка о внедрении результатов в ЗАО «ИЭЦ «Эконефтегаз».

Практическая значимость работы. Предложенные критерии оценки инженерно-геоморфологических условий могут быть использованы в ходе разработки соответствующих методик производства инженерных изысканий, разработки природоохранных мероприятий и технологических регламентов проектирования, строительства и эксплуатации ГТС. Результаты работы могут быть использованы при разработке программ инженерных изысканий для строительства других ГТС и линейных сооружений в данном регионе и районах со сходными природными условиями, а также в учебном процессе по курсам инженерно-геоморфологической направленности.

Апробация работы. Основные результаты и методы работы докладывались на научно-практических конференциях, а также на заседании кафедре геоморфологии и палеогеографии Географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова:

2007 — «Экзогенные геологические процессы при строительстве трубопроводов в криолитозоне: оценка и мониторинг», Международная конференция «Мониторинг геологических, литотехнических и эколого-геологических систем», МГУ, г. Москва;

2008 — «Инженерно-геоморфологические исследования для строительства: проблемы и пути их решения», Международная конференция молодых ученых, студентов и аспирантов, СПбГУ, г. Санкт-Петербург;

2008 — «Пространственная организация экзогенных процессов на северо-западе Ленинградской области», Международная конференция «Ломоносов-2008», МГУ, г. Москва;

2008 — «Геоинформационный анализ рельефа и опасных экзогенных геологических процессов для целей и задач инженерно-экологических изысканий», Конференция молодых ученых и специалистов газовой отрасли, Московская обл.;

2009 — «Устойчивость рельефа к техногенным воздействиям (на примере строительства и эксплуатации газотранспортных систем)», Международная конференция молодых ученых, студентов и аспирантов, СПбГУ, г. Санкт-Петербург.

По материалам докладов опубликованы тезисы в сборниках трудов конференций.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 110 наименований. Работа содержит 145 страниц текста, 20 таблиц, 32 рисунка.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д.г.н., профессору Ю. Г. Симонову за чуткое руководство работой, ценные замечания и идеи, к.г.н., с.н.с. Т. Ю. Симоновой, к.г.н. Е.М. Мелик-Багдасарову за методическую помощь, к.г.н. А. И. Резникову, к.г.н. М. В. Маркелову, сотрудникам кафедры геоморфологии и палеогеографии Географического факультета МГУ за предоставленные материалы и постоянные консультации.

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Геоморфологическая изученность рельефа территории исследования (Карельский перешеек) оценена как недостаточная для решения проблем газотранспортного освоения территории. Несмотря на обилие материалов, рельеф на локальном уровне (морфогенетические комплексы мезои микрорельефа), на том, информация о котором необходима строителям и проектировщикам, морфологически (и морфометрически) плохо изучен.

Для решения этой проблемы проведена инженерно-геоморфологическая оценка условий строительства объектов ГТС. В качестве оснований для данной оценки приняты нормативы строительного производства и современные представления геоморфологии, в частности, концепция морфолитогенеза и представления об организации геоморфологических систем.

2. Природные условия исследуемой территории характеризуются значительным разнообразием на локальном уровне, предопределенным ее расположением на стыке разных геоморфологических провинций и уникальной четвертичной историей. Особенности природных условий оцениваются как осложняющие газотранспортное строительство.

3. Инженерно-геоморфологические условия строительства объектов ГТС подразделены на три типа: сложные, средней сложности и простыепри этом преобладают простые и средней сложности.

4. Морфометрические, морфолитологические и морфодинамические характеристики территории в значительной степени определяют размещение объектов ГТС, условия их строительства и эксплуатации.

5. Оценка условий строительства на основе нормативного и геоморфологического анализа территории позволила выявить участки с разной степенью сложности условиями рельефа именно для строительства объектов газотранспортных систем. Для строительства других объектов они, вероятно, будут другими.

Разработанная методика инженерно-геоморфологической оценки условий строительства объектов ГТС позволяет в первом приближении оценить возможные последствия техногенного вмешательства в работу геоморфологических систем.

Предложенная в работе последовательность инженерно-геоморфологической оценки условий строительства газотранспортных систем может быть использована при реализации аналогичных исследований и разработки соответствующих оценок в других регионах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В ходе проведенных теоретических и экспериментальных исследований достигнута цель настоящей работы — разработаны методологические основания инженерно-геоморфологической оценки условий строительства ГТС и апробированы на примере участка территории Ленинградской области.