Specifics of zoning urban areas for assessing risk caused by natural hazards

全文:

ВВЕДЕНИЕ

В основе любой хозяйственной деятельности должны лежать оптимальные решения по ее реализации. Освоение территорий, в том числе урбанизированных, связанное в первую очередь со строительством, должно осуществляться на основе специального районирования, обусловливающего оптимальные решения для выбора площадок строительства и обоснования проектных решений.

Город и природная среда представляют единое целое, они взаимосвязаны и взаимообусловлены. Постоянно возрастает антропогенное воздействие на геологическую среду урбанизированных территорий. И в то же самое время природная среда оказывает свое воздействие на объекты строительства. Изменения природных условий существования города чаще всего формируются стихийно. Изменения состояния техногенных объектов могут быть оценены с использованием различных методов (натурных исследований, инструментальных измерений, моделирования и т.д.).

Обеспечение безопасного развития урбанизированных территорий связано в настоящее время с оценками природного риска как основного инструмента, необходимого для уменьшения негативного воздействия друг на друга природной и техногенной среды.

Урбанизированная территория – сложная природно-техногенная система, в пределах которой невозможно выявить влияние какого-либо одного природного или техногенного фактора на состояние зданий и сооружений, определяющего возможные негативные последствия. Это состояние определяется сочетанием природных и техногенных факторов, и, соответственно, формирование риска и его значение зависят напрямую от условий и характера взаимодействия этих факторов.

Основной задачей, согласно общей методологии оценки природных рисков на урбанизированных территориях, нам представляется проведение районирования по основным природным и техногенным факторам с целью обособления территорий (конечных таксонов), в пределах которых риск формируется по определенным сценариям. Под сценариями в данном случае понимается возможность развития определенных опасных геологических и инженерно-геологических процессов и их взаимодействий с конкретным техногенным типом (реципиентом опасности), которые приводят к потерям, чаще всего в виде деформирования и разрушения зданий и сооружений в соответствующих показателях риска.

СПЕЦИФИКА РАЙОНИРОВАНИЯ

Районирование, являющееся основой для оценок риска, предполагает последовательное разделение территории города на относительно однородные части с использованием, как правило, одного признака для выделения этих частей на каждом уровне районирования, как по природным, так и техногенным факторам. Конечные таксоны районирования обособляются путем наложения друг на друга двух независимых и индивидуальных (иерархических) по содержанию подсистем районирования по основным природным и техногенным факторам, характеризующим инженерно-геологические условия [2]. Таким образом, достигается, с одной стороны, последовательность деления общего на части для каждой из двух групп факторов, а с другой – учитываются разнообразные сочетания этих факторов при обособлении типологических конечных таксонов (табл. 1).

Таблица 1. Схема районирования урбанизированных территорий по природно-техногенным обстановкам (факторам) формирования риска (в масштабе 1:10 000)

* Периоды освоения территории I-IV: I - до 1909 г. (окружная железная дорога); II - 1909-1962 гг. (МКАД - Московская кольцевая автомобильная дорога); III - 1962-2012 гг. (присоединение территорий на северо-западе и юго-западе Москвы); IV – 2012 г. - наст. время (новая Москва).

РАЙОНИРОВАНИЕ ПО ПРИРОДНЫМ ФАКТОРАМ

При районировании урбанизированных территорий по природным факторам для выделения конечных таксонов оценки на структурно-геодинамическом уровне необходимо учитывать современную геодинамику земной поверхности (регион).

В настоящее время результаты геодезического мониторинга подтверждают наличие современных вертикальных движений земной коры в пределах территории г. Москвы. Эти движения в основном зафиксированы в разделяющих современные блоки земной коры разломных геодинамических зонах. Подобные исследования имеют не только научный интерес, но и диктуются практическими потребностями, и, в первую очередь, в градостроительстве. Анализ этих исследований показал, что земная поверхность на территории Москвы испытывает разновеликие и разнонаправленные вертикальные смещения [1].

Примечательно следующее, что в пределах блоков, в соответствии с неотектонической картой, отмечены опускания земной поверхности на общей тенденции этого блока к поднятию. И, наоборот, в пределах опускающихся блоков, расположенных в пределах наиболее опущенной части долины р. Москвы, некоторые участки испытывают поднятия. Т.е. инструментально обнаружены такие аномальные зоны, на которые, по нашему мнению, необходимо обращать внимание при оценке инженерно-геологических условий при градостроительстве и дальнейшей оценке риска.

Области выделяются по геоморфологическим критериям, отвечающим современным формам рельефа. В пределах областей обособлены районы, соответствующие различным сочетаниям комплексов пород. Самый низкий иерархический уровень (участок) – территории, в пределах которых проявляются различные опасные геологические и инженерно-геологические процессы различной интенсивности (см. табл. 1). Следует отметить, что районирование по природным критериям является наиболее разработанной и общепринятой частью рассматриваемого деления территорий.

РАЙОНИРОВАНИЕ ПО ТЕХНОГЕННЫМ ФАКТОРАМ

Как известно, крупные города застраивались на протяжении многих сотен лет, соответственно, в их пределах сформировалась достаточно сложная по своей структуре застройка, оказывающая влияние на природные условия городов и испытывающая на себе их воздействие. Весьма логично районирование крупных городов по техногенным факторам начинать с выделения провинций (I…IV), отвечающих времени освоения и застройки территории (времени нарушения естественных природных условий) (см. табл. 1). Здесь необходимо выделить основные периоды освоения, которые в свою очередь определяют приоритетные направления и характеристики застройки. Совершенно очевидно, что территории, схожие по природным условиям, но подвергающиеся техногенному воздействию в течение времени, отличающемуся на порядок, будут характеризоваться различными природно-техногенными условиями и, соответственно, сценариями формирования риска.

По функциональному делению территории городов подразделены на зоны первого и второго порядка (см. табл. 1). Среди зон первого порядка рекомендуется выделять застроенные (З), транспортные (Т), рекреационные (Р), водных объектов (В), зоны, подлежащие реорганизации и реконструкции (РР) (в настоящее время, в пределах городов происходит массовая реконструкция промышленных зон в жилые или какие-то иные), неиспользуемые (Н) и сельскохозяйственные (С).

Застроенные зоны подразделяются на жилые (ЗЖ), историко-культурного наследия (ЗИК), промышленные (ЗП) и прочие (ЗПр). К прочим отнесены административно-деловые, учебно-образовательные, культурно-просветительские, торгово-бытовые, лечебно-оздоровительные, спортивно-рекреационные, учебно-воспитательные зоны и т.п.

Транспортные зоны также разделяются на зоны второго порядка, относящиеся к линиям метрополитена (ТМ), автомагистралям (ТА), железным дорогам ТЖд), транспортным узлам, кластерным повышенной плотности (ТМ_кл) и прочим (ТПр) (продуктопроводы, магистральные трубопроводы инженерной инфраструктуры и пр.).

Следующим важным фактором районирования нам представляется характеристика плотности застройки (см. табл. 1). При этом рекомендуется использовать объемно-площадные характеристики, наиболее четко отражающие техногенные нагрузки на природную среду в пределах исследуемой территории (м³/ед. площади) и численность населения. Интервалы значений градаций: высокая (в), средняя (с) и низкая (н), определяются из существующей плотности застройки в городах. В рамках районирования по данному критерию обособляются округа с различной плотностью застройки. Следует отметить, что в данном критерии районирования в косвенном виде учитывается и инженерная инфраструктура городов, и ее влияние на инженерно-геологические (природно-техногенные) условия. Где больше плотность застройки, там больше и инженерной инфраструктуры и, соответственно, можно предположить, к примеру, зависимость между плотностью и возрастом застройки и утечками из коммуникаций.

Следующим критерием деления урбанизированной территории предлагается использовать различные типы в пределах застроенных и транспортных зон для обособления ареалов (см. табл. 1). Типы застройки и транспорта отличаются параметрами разного плана (конструктивные, временные, глубина прохождения, сочетание различных видов транспорта и некоторые другие).

Типизация застроенной зоны проводится с использованием параметров, характеризующих тип здания по материалу и технологии строительства, этажности, времени застройки (возраст), принадлежности к типовому или специальному проектам. Т.е. выбираются параметры, описывающие состояние здания в определенный временной период. Как правило, большая часть территории крупных городов отведена под жилую застройку, которая в большей степени подвержена воздействию опасных процессов, а также оказывает наибольшее влияние на окружающую среду.

Типовая застройка определяет материал и технологию строительства, время ее возведения, что позволяет оценивать износ зданий. Этажность зданий, особенно серийных, и время их строительства определяет тип фундамента. Учет всех этих данных и их генерализация позволяют выделить преобладающие типы жилой застройки для урбанизированных территорий. Можно предложить следующую обобщенную типизацию жилой застройки по материалам возведения несущих и наружных ограждающих конструкций и технологии строительства, по типовым и специальным проектам, и соответствующим им временным периодам их возведения и этажности зданий (табл. 2).

Таблица 2. Типизация жилой застройки урбанизированных территорий

* по материалу и технологии строительства;

**(1) – до 1914 г., (2) – 1917-1940 гг., (3) – конец 1940-х - середина 1950-х гг., (4) – конец 1950-х середина 1970-х гг., (5) – середина 1970-х начало 1990-х гг., (6) – 1990 г. - настоящее время.

Согласно этой типизации в пределах урбанизированных территорий формально можно выделить 240 различных типов строений. В результате анализа жилой застройки г. Москвы выделено порядка 35 различных наиболее характерных типов, отличающихся по перечисленным выше параметрам, которые отражены табл. 2 с формальным номером. Остальные виды застройки подразделяются на различные типы аналогично проведенной типизации для жилой застройки с использованием тех же параметров. Их количество и номерной фонд могут меняться со временем. На данном этапе показаны подходы к выделению типов строений на застроенной территории крупных городов.

Типизация транспортной зоны осуществлена с использованием данных по расположению и сочетанию различных видов транспорта. В частности, метрополитен подразделяется по глубине станций и перегонов и соотношению перегонов и станций в различных высотных поясах. В качестве примера рассмотрен метрополитен (табл. 3). По глубине перегоны и станции подразделяются на:

• наземные – станции эстакадные, наземные, наземные части линий метрополитена (метромосты) (1);
• мелкие – подземные станции, подземные части линий метрополитена, глубина заложения до 15-20 метров (2);
• глубокие – подземные станции, подземные части линий метрополитена, глубина заложения от 15-20 до 50-60 метров (3).
• очень глубокие – подземные станции, подземные части линий метрополитена, глубина заложения более 50-60 метров (4).
• По виду и пересечению объектов следует выделить (см. табл.3):
• станции и перегоны в одном высотном поясе [1];
• пересечение 2 перегонов в разных высотных поясах [2];
• 2-3 станции и прилегающие перегоны в разных высотных поясах [3].

Таблица 3. Типизация метрополитена по сочетанию глубины заложения, вида и пересечения объектов

Автодороги также подразделяются по месту их прохождения и расположению в различных высотных поясах. Железные дороги подразделяются на различные типы по количеству путей, их примыканию к сортировочно-маневровым зонам и вокзалам, а также по расположению в высотных поясах. Отдельно выделяются транспортные узлы (ТУ), состоящие из пересечения или совместного расположения линий метрополитена, автомобильных и железных дорог:

• сочетание автодороги, железной дороги и метрополитена в одном высотном поясе;
• сочетание автодороги, железной дороги и метрополитена в 2-3 высотных поясах;
• сочетание транспортной автомобильной развязки, железной дороги и метрополитена в 3 и более высотных поясах.

Совмещение площадных и линейных образований, выделенных по предложенным критериям (в соответствии с табл. 1) второй индивидуальной иерархической подсистемы перекрестного двухрядного районирования урбанизированных территорий позволяет выделить конечные таксоны данного районирования, имеющие определенные индексы. Например, таксон I-ЗЖт(3)-ТА(2)-а – территория начала осваиваться до 1949 г., сейчас относится к застроенной жилой зоне, плотность застройки низкая. В пределах этой территории расположена автодорога, относящаяся ко 2-му типу (дорога проходит по мосту), преобладающий тип застройки – типовые 5-этажные кирпичные здания, построенные в период с середины 1970-х до середины 1980-х гг. Данная характеристика таксона соответствует определенной степени техногенной нагруженности, выраженной через количественные и качественные параметры и реципиенты опасности с соответствующим буквенно-цифровым индексом.

Конечные таксоны районирования обособляются путем наложения друг на друга двух независимых и индивидуальных (иерархических) по содержанию подсистем районирования по основным природным и техногенным факторам. Охарактеризованный выше таксон I-ЗЖт(3)-ТА(2)-а может располагаться в пределах территорий (участков), подверженных воздействию различных опасных природных процессов, соответствующих конечным таксонам районирования. Конечные таксоны отвечают различным сценариям формирования риска потерь в зависимости от взаимодействия опасных процессов и различных реципиентов.

ВЫВОДЫ

Предложенное районирование урбанизированных территорий по природным и техногенным факторам позволяет выделить конечные таксоны, характеризующиеся определенным сценарием формирования риска, непосредственно обусловленным природной составляющей (опасные процессы определенной интенсивности) и техногенной (определенные реципиенты опасности – здания, сооружения, коммуникации и т.п.).

Источник финансирования. Работа выполнена в рамках проекта РНФ 16-17-00125 «Оценка риска опасных природных процессов на урбанизированных территориях».

作者简介

V. Burova

编辑信件的主要联系方式.
Email: valentina_burova@mail.ru
俄罗斯联邦, Ulanskii per., 13, str. 2, Moscow, 101000

参考

补充文件