Инженерно-экологическая защита: назначение, структура и реализация

Авторы:

Виктор Трофимов
Проректор МГУ им. М.В.Ломоносова, профессор геологического факультета, доктор геолого-минералогических наук

Владимир Королёв
Профессор кафедры инженерной и экологической геологии геологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова, доктор геолого-минералогических наук

Аннотация

В статье рассмотрены современные представления об инженерно-экологической защите и месте в ней традиционной инженерной защиты территорий, зданий и сооружений. Показано что инженерная защита территорий, зданий и сооружений от антропоцентрической направленности переходит к биоцентрической; в связи с этим она должна рассматриваться как часть более общей системы — инженерно-экологической защиты, в которую входит подсистема инженерной защиты экосистем. Система инженерно-экологической защиты должна рассматриваться как механизм управления состоянием среды экосистем.

Инженерная защита территорий и сооружений призвана обеспечить сохранность объектов создаваемой человеком инфраструктуры: жилых и промышленных зданий, систем коммуникации и энергообеспечения и т. п., т. е. всех тех инженерных сооружений, без которых немыслимо развитие современной цивилизации. Таким образом, она — важнейший структурный элемент как для новых осваиваемых территорий, так и для уже освоенных или застроенных территорий, ее значение для человека и биосферы в целом огромно [1, 4–8].

Между тем в последнее время внимание к инженерной защите, теоретическим и практическим работам по ее обоснованию и реализации явно снижается, и причин тому несколько. Во-первых, как известно, в России были отменены СНиПы и другие нормативные документы, регулирующие обоснование и создание систем инженерной защиты территорий, зданий и сооружений, которые стали необязательными и перешли в категорию документов свободного пользования [4–6]. Процесс же их актуализации и создания новых национальных регламентов явно затягивается. Во-вторых, указанному обстоятельству способствует стремление заказчиков снизить затраты на возводимые объекты за счет экономии на инженерной защите. В-третьих, местные администрации, в чьем ведении находятся вопросы застройки территорий, часто не представляют себе возможностей современной инженерной защиты и имеют о ней весьма отдаленное представление. При этом они вспоминают о ней лишь в случае возникновения чрезвычайных ситуаций, когда, к сожалению, защищать уже бывает просто нечего.

Другая и, на наш взгляд, не менее важная задача — необходимость существенного пересмотра структуры, места и функций современной системы инженерной защиты территорий в связи с обостряющимися экологическими проблемами. Обсуждению этого вопроса и посвящена настоящая статья.

Эволюция представлений об инженерной защите

Исторически в СССР инженерная защита территорий и сооружений развивалась как необходимый элемент освоения новых территорий и защиты уже имеющейся инфраструктуры от опасных геологических процессов. Длительное время в СССР существовал традиционный взгляд на инженерную защиту, закрепленный в различных нормативных и иных документах. Так, согласно СНиП 22-02-2003, инженерная защита территорий, зданий и сооружений — это «комплекс инженерных сооружений и мероприятий, направленных на предотвращение отрицательного воздействия опасных геологических, экологических и других процессов на территорию, здания и сооружения, а также на защиту от их последствий» [4, с. 2]. Это традиционное определение инженерной защиты, из которого следует, что инженерная защита нацелена прежде всего на сохранение возводимых сооружений, что косвенно обеспечивает защиту и населению.

Возрастающее значение инженерной защиты обусловлено тем, что эволюция техносферы на Земле развивается в направлении устойчивого роста ее объемов и усложнения ее внутренней структуры и организации. Поэтому обеспечение надежности всех элементов техносферы, их сохранности в тех или иных природных условиях, независимость их от опасных геологических процессов и т. п. приобретают первостепенное значение. На обеспечение безопасности и нацелена инженерная защита территорий, зданий и сооружений, возрастающее значение которой, таким образом, обусловлено всё увеличивающимися масштабами и темпами освоения территорий, увеличением сложности и ответственности возводимых сооружений и инфраструктуры в целом. Правильное инженерно-геологическое обоснование и эффективная организация инженерной защиты на осваиваемых территориях позволяют без ущерба строить различные по сложности инженерные сооружения, жилые здания, гарантированно исключая возможность катастрофических последствий и нанесения ущерба от опасных геологических и инженерно-геологических процессов.

Система инженерной защиты входит важнейшей частью в группу мероприятий по управлению опасными природными процессами и явлениями (рис. 1).

Этим и определяется ее основное практическое и экономическое значение. При этом инженерная защита должна гарантировать безопасность населению, безопасную эксплуатацию зданий и сооружений [1].

В СССР исторически сложилось так, что инженерная защита (по крайней мере, до 1970–1980-х годов) традиционно рассматривалась как система мероприятий и защитных сооружений, направленных лишь на сохранение строящихся и эксплуатируемых инженерных сооружений и жилых зданий от разрушений для обеспечения безопасности населения, т. е. изначально она имела сугубо антропоцентрический характер [1, 4–6].

Однако со временем по мере обострения экологических проблем, в том числе и возникающих за счет опасных геологических процессов, роль и сфера применения инженерной защиты неуклонно расширялись — постепенно приходило осознание того, что инженерная защита территорий и сооружений должна ориентироваться не только на защиту населения, но и на защиту экосистем в целом. В широком плане инженерная защита территорий, зданий и сооружений вместе с инженерной защитой населения от чрезвычайных ситуаций, а также инженерной защитой окружающей среды должна составлять единый комплекс практических защитных инженерных, организационных и экологических мероприятий, позволяющих нормально функционировать и развиваться современной цивилизации.

Именно поэтому в последнее время формируется новый взгляд на инженерную защиту. Сейчас инженерную защиту необходимо рассматривать не только с точки зрения традиционной антропоцентрической направленности, но и с биоцентрической позиции, чему был посвящен ряд работ авторов настоящей статьи [8, 11–15].

Однако, к сожалению, практическая и теоретико-методологическая реализация этого важного положения еще далека от своего оформления и завершения. Проблема заключается в том, что большинство разработанных к настоящему времени нормативных документов по инженерной защите территорий и различных сооружений от опасных процессов имеет лишь антропоцентрическую направленность. При этом защита населения от опасных процессов рассматривается как косвенная, определяемая прежде всего защитой самих инженерных сооружений (зданий, в которых непосредственно находятся жители, или сооружений, в которых работают или временно могут находиться люди). При этом расчет был прост: защита сооружения от разрушения автоматически обеспечивает и безопасность населения. Именно поэтому подавляющее большинство принятых ранее нормативных документов в области инженерной защиты было ориентировано прежде всего на обеспечение сохранности самих инженерных сооружений (жилых зданий, промышленных, энергетических, линейных сооружений и т. п.) от влияния опасных геологических и других природных и техногенно-природных процессов. Сохранность же экосистем оставалась в стороне, не обсуждалась или в лучшем случае рассматривалась лишь косвенно.

В отличие от этого, биоцентрический подход, который реализуется в настоящее время и всё больше доминирует над антропоцентрическим подходом в геоэкологии, экологической геологии и на бытовом уровне, заставляет по-иному подходить к оценке роли инженерной защиты в целом. Исходя из этого цель инженерной защиты становится более широкой: обеспечение безопасности населения и предотвращение отрицательного воздействия опасных природных и техногенно-природных процессов на территории, здания и сооружения, памятники природы, а также на экосистемы в целом.

Таким образом, происходит существенное расширение сферы объектов инженерной защиты [8, 11–15]. А это, в свою очередь, требует разработки новых подходов к ее обоснованию. Саму же инженерную защиту в этом расширенном понимании следует рассматривать как инженерно-экологическую защиту.

Инженерно-экологическая защита и ее структура

Расширение сферы объектов инженерной защиты от уровня сооружений до уровня экосистем требует разработки принципиально иных подходов к ее практической реализации и научному теоретико-методологическому обоснованию [12–15]. По сути, при таком подходе сфера инженерной защиты территорий и сооружений расширяется до сферы инженерной защиты биосферы Земли в целом. В соответствии с этим роль традиционной инженерной защиты территорий и сооружений в общей системе инженерной защиты биосферы (или инженерно-экологической защиты) принимает характер, показанный на рис. 2.

Исходя из вышесказанного, систему такой защиты нами было предложено [11, 12] называть инженерно-экологической защитой, под которой понимается комплекс инженерных сооружений и мероприятий, направленных на предотвращение отрицательного воздействия опасных геологических и других природных процессов и их последствий на территорию, здания и сооружения, природные памятники, а также на экосистемы. Кратко можно сказать, что инженерно-экологическая защита — это необходимый комплекс защитных инженерных мероприятий по сохранению биосферы.

При этом традиционная инженерная защита не отменяется. Из рис. 2 следует, что она входит в инженерно-экологическую защиту как подсистема, и обеспечение безопасности населения неразрывно связано как с традиционной инженерной защитой территорий, зданий и сооружений, так и с инженерной защитой экосистем. При этом население рассматривается не в качестве изолированной части экосистем, а как их специфическая (антропогенная) подсистема.

Последовательность разработки и создания системы инженерно-экологической защиты включает в себя несколько важных этапов, показанных на рис. 3. На начальном этапе создания системы инженерно-экологической защиты важную роль играет оценка экологического риска. Всесторонний анализ опасностей в пределах экосистемы, в том числе и на базе ОВОС, должен дать базовую информацию разработчикам системы, позволяющую оценить экологический риск в ее пределах.

Далее с учетом этого риска проводится обоснование системы инженерно-экологической защиты, включающее выбор методов управления компонентами экосистемы, применяемых технологий и способов защиты, их размещение на местности и т. п. Методы управления должны учитывать специфические особенности конкретной экосистемы. По сути, данный этап представляет собой разработку проекта. Это один из важнейших этапов создания системы защиты.

На следующем этапе осуществляется практическое воплощение разработанной системы, т. е. реализация проекта на местности. Этот этап должен подкрепляться созданием системы наблюдений за реализуемой системой инженерно-экологической защиты — ее мониторингом. Его главное назначение — обеспечение во времени эффективной работы всей системы защиты, поддержание ее работоспособности.

Каковы же специфические особенности инженерной защиты экосистем? Она решает практические задачи сохранения экосистем при различных видах техногенного воздействия на них или при техногенном освоении территорий. При этом, в отличие от инженерной защиты территорий и сооружений от опасных процессов, инженерная защита экосистем использует в своем арсенале более широкий круг методов, технологий и защитных мероприятий, поскольку защитить и обеспечить сохранность экосистемы намного сложнее, чем сооружения. Более того, комплекс методов инженерной защиты территорий и сооружений должен органично входить составной частью в общую систему инженерной защиты экосистем. Таким образом, инженерная защита экосистем — комплекс инженерных сооружений и мероприятий, направленный на предотвращение отрицательного воздействия опасных геологических и других природных процессов и их последствий на экосистемы, рассматриваемый как подсистема инженерно-экологической защиты.

В чём состоят специфические отличия инженерной защиты экосистем от инженерной защиты территорий и сооружений? Во-первых, они определяются отличиями объектов защиты: в первом случае объект защиты — экосистема, во втором — инженерные сооружения (или их комплексы), которые на техногенно-освоенных территориях являются частью техноприродных экосистем. Во-вторых, защита экосистемы от опасных процессов предполагает мероприятия по сохранению ее функционирования, т. е. по обеспечению ее основных экологических функций и сохранению эколого-геологических условий. В-третьих, защита экосистемы предполагает защитные мероприятия по восстановлению уже нарушенных экологических (в том числе эколого-геологических) условий существования экосистемы, подвергнутой тому или иному техногенному воздействию [11, 12]. Эти перечисленные отличия должны в первую очередь учитываться при обосновании, разработке и организации систем инженерной защиты экосистем.

Инженерно-экологическая защита как способ управления состоянием экосистем

Из схемы, приведенной на рис. 2, следует, что инженерно-экологическая защита — комплексный способ управления состоянием экосистем и их компонентами. Поэтому в самом широком смысле инженерно-экологическая защита должна выступать как комплекс обоснованных практических мероприятий по управлению состоянием экосистем и обеспечению их сохранности и защиты от опасных природных и техноприродных процессов.

Исходя из этого, методы инженерно-экологической защиты по сути являются механизмом управления экологическими функциями литосферы или механизмом управления состоянием среды экосистем, которые, как известно [9, 10], подразделяются на административно-правовые, экономические, научно-технические и международные механизмы (рис. 4).

При этом административно-правовые механизмы (рис. 5) базируются на возможности адаптации специализированной экологической информации непосредственными пользователями данной территории (администрацией регионов, руководителями предприятий, государственными органами экологического контроля, министерствами и ведомствами) [9]. Эта адаптация реализуется на базе действующих правовых и нормативных документов с обозначенными уровнями предельно допустимых техногенных нагрузок на экосистемы.

Экономические механизмы базируются на широком использовании методов экономической оценки экологического ущерба, опирающихся на обоснованную количественную оценку ущерба природной среде и здоровью людей (рис. 6). Такие оценки образуют комплекс методов и приемов, позволяющих установить нарушения экологических условий через трансформацию абиотических и биотических компонентов экосистемы [9].

Научно-технические механизмы связаны с использованием широкого спектра инженерно-технологических и других мероприятий для управления состоянием и защитой экосистем. В частности, они широко применяются для экологически ориентированного преобразования массивов горных пород и других компонентов литосферы, придания им определенных свойств, обеспечивающих нормативное функционирование эколого-геологических и литотехнических систем. Они также базируются на поиске конкретных геологических (инженерно-геологических, геокриологических и др.) решений по разработке практических методов и приемов управления состоянием и свойствами массивов горных пород с целью сохранения ими экологических свойств и функций; по разработке методов и рецептур утилизации токсичных промышленных отходов; а также по обоснованию и предложениям по прямой инженерной защите территорий, объектов и сооружений от природных и антропогенных геологических процессов, снижающих ее экологический потенциал [10].

Международные правовые механизмы также имеют важное значение. При этом речь идет о кардинальной, структурной, технологической и институционной перестройке и пересмотре ценностных установок всего международного сообщества, необходимости выполнения всеми странами и их правительствами выработанных международных экологических требований. Концепция перехода на модель устойчивого или управляемого развития общества должна быть выработана и принята всеми странами мира. Она предусматривает использование всех механизмов регулирования экологической обстановки, включая мировоззренческий.

Комплексные схемы инженерно-экологической защиты

Исходя из вышеизложенного, одним из центральных вопросов разработки способов инженерно-экологической защиты и экологического восстановления нарушенных территорий является обоснование общей научной стратегии управления эколого-геологическими системами. В ее развитие должна внести существенный вклад теория управления геологической средой (или «геокибернетика» по Г.К. Бондарику [2, 3]), внимание к которой всё более повышается. При этом необходимо исходить из того, что непосредственная реализация управления должна обеспечиваться как административно-правовыми (включая экономические) методами, так и методами прямого целенаправленного воздействия на различные компоненты эколого-геологических систем.

По нашему мнению, главной в разработке такой стратегии управления применительно к какому-либо конкретному объекту (территории, эколого-геологической системе и т. п.) должна стать «Комплексная схема инженерно-экологической защиты территории», под которой понимается обоснованная совокупность единых защитных инженерных сооружений и мероприятий, направленных на обеспечение экологической безопасности данной территории. Эта схема должна стать основным документом, регламентирующим все вопросы обоснования, создания и эксплуатации системы инженерно-экологической защиты конкретной территории.
Указанная схема в зависимости от степени освоенности (техногенной нарушенности) территорий может выступать в двух формах: 1) для вновь осваиваемых территорий — в виде собственно «Комплексной схемы инженерно-экологической защиты территории»; 2) для техногенно-нарушенных территорий — в виде «Комплексной схемы экологического восстановления техногенно-нарушенной территории».

«Комплексная схема экологического восстановления техногенно-нарушенной территории» — основной документ, в котором должен быть обоснован весь объём необходимых мероприятий для данной территории с целью ее экологической реабилитации и восстановления [7, 8]. Такой документ, наряду с «Комплексной схемой инженерной защиты территории», традиционно разрабатываемой в инженерной геологии и имеющей к настоящему времени значительное теоретическое и методическое обеспечение [4–6], представляет собой программу действий и основу геологического обоснования управления эколого-геологическими системами. У этих документов много общего, и, несмотря на разные цели, объекты, методы и т. п., они должны быть взаимно увязаны между собой.

Базовыми и обязательными разделами «Комплексной схемы экологического восстановления техногенно-нарушенной территории» должны быть следующие [7]:

• эколого-геологическая оценка современного состояния нарушенной территории с выявлением основных источников неблагоприятного и опасного техногенного воздействия на экосистему и цели управления, оценка опасностей и экологического риска;
• обоснование объекта управления, механизма управления и субъекта управления;
• разработка и обоснование рационального комплекса методов экологического восстановления нарушенной территории (реабилитация ее экосистем).

Первый раздел схемы (по сути вспомогательный) реализуется путем проведения полевых и камеральных исследований на изучаемой местности по специальной программе или в рамках оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС) и оценки экологического риска. Его конечное назначение — выявить и обозначить ключевые элементы (причины, источники), обусловливающие неблагоприятное, опасное или катастрофическое состояние обследуемой эколого-геологической системы (ЭГС). Логическое следствие этого раздела — формулировка конкретной цели управления на данной территории.

Второй раздел составляется для реализации поставленной цели и представляет собой геологическое обоснование конкретной стратегии действий по управлению анализируемой эколого-геологической системой в цепи: субъект управления → механизм управления → объект управления.

Третий раздел, один из ключевых, конкретизирует намеченную программу действий. Его непосредственная реализация опирается на косвенные и прямые методы управления.

Косвенные методы управления реализуются с опорой на вышеотмеченные административно-правовые (стандарты, нормативы, регламенты, ОВОС, экологические экспертиза, аудит, страхование, сертификация, лицензирование, паспортизация, запреты) и экономические (штрафы и т. п.) механизмы регулирования природоохранной деятельности в области рационального недропользования и использования других природных ресурсов [9, 10].

К прямым методам управления состоянием ЭГС относятся четыре группы методов, непосредственно позволяющих управлять геодинамическим, ресурсным, геохимическим и геофизическим потенциалами (рис. 7):

• методы непосредственного воздействия на геодинамические процессы геологической среды (методы инженерной защиты и технической мелиорации грунтов, методы очистки грунтов, поверхностных и подземных вод от токсикантов; методы рекультивации и др.;
• методы управления ресурсным потенциалом и воздействий на биотические компоненты ЭГС (методы регулирования биоразнообразия, методы восстановления (компенсации) биоценозов, санитарно-гигиенические мероприятия и т. п.);
• методы управления геохимическим потенциалом ЭГС, включая локализации очагов загрязнений, барьерные технологии, методы деструкции очагов загрязнений и методы удаления загрязнений;
• методы управления геофизическим потенциалом ЭГС.

Кроме того, к активным методам относятся и прямое воздействие на технические объекты (при их наличии) в пределах эколого-геологических систем (регулирование режима работы предприятий, технических систем и др.).

Практическая реализация этих методов должна строиться не разрозненно, а системно, органично включая в себя комплексную схему инженерной защиты территории и организацию на ней эколого-геологического мониторинга в качестве одного из методов управления ЭГС.

Из этого следует, что в рациональном взаимодействии прямых и косвенных методов управления ЭГС состоит залог успеха и эффективности разрабатываемой Комплексной схемы. Очевидно, что стоимость реализации подобных схем может быть весьма значительной, но они не должны финансироваться по остаточному принципу. Поэтому одним из требований, предъявляемых к таким схемам, должны стать минимизация затрат и их экономическая эффективность. В связи с этим важная роль должна принадлежать экологическому аудиту и экспертизе, направленным на объективную оценку экологического ущерба на данной техногенно-нарушенной территории и стоимости восстановительных работ.

Выводы

Представленный анализ позволяет заключить, что в настоящее время роль и место традиционной инженерной защиты территорий, зданий и сооружений в общей системе обеспечения безопасности населения видоизменяются [11–15]. Главные тенденции этого процесса сводятся к следующим позициям:

1. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от антропоцентрической направленности переходит к биоцентрической;
2. В связи с этим инженерная защита территорий, зданий и сооружений должна рассматриваться как подсистема более общей системы — инженерно-экологической защиты;
3. В систему инженерно-экологической защиты наряду с подсистемой инженерной защиты территорий, зданий и сооружений входит подсистема инженерной защиты экосистем;
4. Система инженерно-экологической защиты должна рассматриваться как механизм управления состоянием среды экосистем.

Литература

1. Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научно-технические аспекты. Региональные проблемы безопасности с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф. — М.: Знание, 1999. 672 с.
2. Бондарик Г.К., Чан Мань Л., Ярг Л.А. Научные основы и методика организации мониторинга крупных городов. — М.: ПНИИИС, 2009. 260 с.
3. Бондарик Г.К., Ярг Л.А. Инженерная геология. Вопросы теории и практики. Философские и методологические основы геологии: учебное пособие. — М.: ИД КДУ, 2015. 296 с.
4. СНиП 22-02-2003. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения. — М., 2003.
5. СНиП 2.06.15-85. Инженерная защита территорий от затопления и подтопления. — М., 1986. 25 с.
6. СНиП 2.01.09-91. Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах. — М.: Госстрой, 1992.
7. Королёв В.А. Теоретические и методические основы обоснования экологического восстановления техногенно-нарушенных территорий. // Эколого-геологические проблемы урбанизированных территорий. / Тез. докл. II Всеросс. науч.-практ. конф. 25–26 ноября 2009 года (Екатеринбург, УГГУ). — Екатеринбург: УГГУ, 2009. С. 51.
8. Королёв В.А. Инженерная защита территорий и сооружений. / Учебное пособие под ред. В.Т. Трофимова. — М., КДУ, 2013. 470 с.
9. Куриленко В.В. Основы управления природо- и недропользованием. Экологический менеджмент. — СПб.: Изд-во СПбГУ, 2000.
10. Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Экологическая геология: Учебник. — М.: ЗАО Геоинформмарк, 2002. 415 с.
11. Трофимов В.Т., Королёв В.А. Место инженерной защиты территорий, зданий и сооружений в системе экологической безопасности // Инженерные изыскания, 2011. № 7. С. 28–31.
12. Трофимов В.Т., Королёв В.А. Инженерная защита территорий и сооружений в системе инженерно-экологической защиты // Вестник Моск. ун-та. Серия 4. Геология. 2012. № 1. С. 49–53.
13. Трофимов В.Т., Королёв В.А. Инженерная защита сооружений и территорий как составная часть иженерно-экологической защиты // Дистанционные и наземные исследования Земли в Центральной Азии. — Бишкек, Центрально-Азиатский институт прикладных исследований Земли (ЦАИИЗ), Кыргызстан, 2014. С. 39–44.
14. Трофимов В.Т., Королёв В.А. Современное состояние экологической геологии, эколого-геологическая система как ее объект. Инженерно-экологическая защита как научно-технический метод управления состоянием эколого-геологических систем и экосистем // Школа экологической геологии и рационального недропользования. Материалы XIV межвузовской молодёжной научной конференции. 2–5 июня 2014 года. — СПб.: Издательский центр СПбГУ, 2014. С. 7–23.
15. Трофимов В.Т., Королёв В.А. Комплексные проблемы эколого-геологической безопасности // Материалы Межд. научно-практ. конф. «Комплексные проблемы техносферной безопасности» (12 ноября 2014, Воронеж). Часть II. — Воронеж, ВГТУ, 2014. С. 158–163.

Виктор Трофимов

Связаться Виктор Трофимов

Проректор МГУ им. М.В.Ломоносова, профессор геологического факультета Доктор геолого-минералогических наук