Интерпретация результатов инженерно-экологических изысканий по определению степени загрязнения грунтов на основе методов 3d-моделирования

Одной из тенденций развития современных мегаполисов является перенос сооружения основных объемов жилищного строительства в периферийные районы, которые в предыдущие годы служили для захоронения отходов производства, строительства и жизнедеятельности населения, проживавшего в центральных районах. Результатом этого явилось образование на территориях перспективного строительства техногенных массивов, содержащих трансформированные во время длительного хранения вышеупомянутые отходы различного класса опасности и степени загрязнения.

В мегаполисах с каждым годом растет необходимость строительства как продолжения существующих линий метрополитена в периферийные районы города, так и сооружения новых линий метрополитена и открытия новых станций метро. При осуществлении работ по сооружению объектов метрополитена часть этого грунта разрабатывается и удаляется на поверхность. Причем, его количество зависит от технологии выполнения строительных работ. На стадии инженерно-экологических изысканий проводятся исследования загрязнения грунтов тяжелыми металлами и органическими токсикантами на глубину планируемого использования пространства, образующего после извлечения поверхностного слоя. Возникающие при этом сложности связаны с определением фактического распределения уровней загрязнения грунта по объему разрабатываемого участка. Причиной этого является положение действующих нормативных технических документов, определяющее достаточный объем инженерно-экологических изысканий, ориентированный на проведение лабораторных исследований в расчете 1 скважина на 1 га исследуемой площади.

В этой связи, задача адекватного установления загрязнений разрабатываемого грунта в течение всего периода земляных работ, имеет особое значение вследствие необходимости правильного выбора полигона для его размещения [2]. В этой связи, обоснование стратегии определения классов опасности и степени загрязнения грунтов, планируемых к разработке, на основе предварительного анализа участков, ранее подвергавшихся значительному техногенному загрязнению, имеет первостепенное значение. Для обоснования стратегии определения классов опасности и степени загрязнения грунтов, планируемых к разработке, были осуществлены исследования площадки проектируемого строительства электродепо в  Красносельском районе г. Санкт-Петербурга.

Оценка опасности загрязнения грунтов комплексом металлов, бенз(а)пиреном и нефтепродуктами была проведена по результатам лабораторных исследований проб, отобранных из 16 скважин, пробуренных на данном участке на глубину перспективного использования 4,0 м. Оценка опасности загрязнения грунтов комплексом металлов, ухудшающих здоровье людей производилась по показателю суммарного загрязнения (Zc) в соответствии с [1].

Согласно существующим нормативам, при величине суммарного показателя Zc менее 16 грунт относится к «допустимой» категории загрязнения, 16‒32 ‒ к «умеренно опасной», 32‒128 ‒ к «опасной», более 128 ‒ к «чрезвычайно-опасной» категории загрязнения [3]. Оценка уровней загрязнения грунтов органическими токсикантами производилась в соответствии с Приложением 1 к СанПиН 2.1.7.1287-03. Анализ результатов лабораторных исследований показал, что загрязнение данной территории неравномерно и не имеет явной тенденции к уменьшению содержания токсикантов с глубиной в силу неоднократного антропогенного вмешательства в пределах данной территории. Уточнения распределения уровней загрязнений по объему исследуемой площади было предложено осуществлять на основе трехмерного моделирования.

Принципы и этапы построения 3D-моделей

На первом этапе построения моделей была создана шкала, которая связывала категории загрязнения по органическим и неорганическим загрязняющим веществам. Далее в результате сопоставления уровней загрязнения от различных токсикантов было выяснено, какое загрязнение оказывает более значительное влияние на его общий уровень. С помощью программы Surfer 2011 интерполяционным методом kriging выполнялась визуализация распределения загрязнения. Далее с помощью программы AUTOCAD CIVIL 3D v. 2017 выполнялось 3D-моделирование с учетом рельефа территории со всеми топографически-значимыми объектами (реки, канавы, овраги, насыпи) для каждого опробованного интервала грунтов (0,0‒0,2/0,2‒1,0/1,0‒2,0 и т.д.). Используя данный метод, были построены 3D-модели, учитывая результаты опробования 8 скважин (рис. 1), 12 скважин и 16 скважин (рис. 2). Данные построения были проведены для определения, насколько точным будет прогноз распространения грунтов определенной степени загрязнения на обследованном участке в зависимости от количества опробованных скважин. Из рис. 1 и 2 наглядно видно, как изменяются области распространения загрязнения на поверхности и по интервалам глубин.

Однако, используя данный метод 3D-моделирования, возможно не только получить визуальное представление, но и определить объемы грунтов в каждой категории загрязнения (рис. 3).

Выводы

На стадии инженерно-экологических изысканий проводятся исследования загрязнения грунтов тяжелыми металлами и органическими токсикантами на глубину планируемого использования пространства. Использование методов 3D-моделирования для вычисления объемов грунтов разных категорий опасности можно позволяет визуально оценить зоны распространения загрязненных грунтов и вычислить их объемы. На основании полученных результатов может быть разработана стратегия по обращению с грунтами, образовавшимися непосредственно на стадии проведения строительных работ, в зависимости от степени их загрязнения, что позволит в свою очередь оценить затраты на ее реализацию.

Автор статьи: Рыжова Л.В., ведущий инженер ОАО «Научно-исследовательского и проектно-изыскательского института “Ленметрогипротранс”

Список литературы: 

1. МУ 2.1.7.730-99 Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест.
2. Рыжова Л.В., Гендлер С.Г., Титова Т.С. Особенности проведения экологического мониторинга почво-грунтов при сооружении объектов метрополитена в мегаполисах // Безопасность жизнедеятельности.
3. 2019. №
4. С. 31–35. 3. СанПиН 2.1.7.1287-03 Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы.