Геоэкологический мониторинг

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Томский государственный архитектурно-строительный университет»

Т.А. Кожухарь

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ

Учебное пособие

Томск

Издательство ТГАСУ

2021

УДК 502.52:55-047.36(075.8)
ББК 26.8-3я73

К589

Кожухарь, Т.А.

Геоэкологический мониторинг : учебное пособие / 

Т.А. Кожухарь. – Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. 
ун-та, 2021. – 108 с. – Текст : непосредственный.

ISBN 978-5-93057-905-5

В учебном пособии изложен материал по организации геоэколо
гического мониторинга территорий различного инженерно-хозяйственного использования. Представлены теоретические основы геомониторинга, особенности организации мониторинга различных природнотехнических систем. Приведены практические задачи для проведения 
оценки инженерно-геологических условий территорий, выявления 
природно-техногенных фактов развития опасных процессов и выбора 
мероприятий по охране и улучшению природной среды и защите территорий от опасных процессов.

Учебное пособие предназначено для студентов по направле
нию подготовки «Техносферная безопасность», направлению (профилю) подготовки «Инженерная защита окружающей среды».

УДК 502.52:55-047.36(075.8)
ББК 26.8-3я73

Рецензенты:
О.А. Бычков, канд. геол.-мин. наук, доцент кафедры инженерной геологии, мостов и сооружений на дорогах, ТГАСУ;
Л.А. Строкова, доктор геол.-мин. наук, профессор отделения геологии НИ ТПУ.

ISBN 978-5-93057-905-5
© Томский государственный

архитектурно-строительный
университет, 2021

© Кожухарь Т.А., 2021

К589

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее пособие составлено для студентов по направ
лению подготовки «Техносферная безопасность», программе
подготовки «Инженерная защита окружающей среды» по дисциплине «Геоэкологический мониторинг», изучаемой на 4-м
курсе в Томском государственном архитектурно-строительном 
университете.

Необходимость создания данного учебного пособия обу
словлена дефицитом изданий, рассматривающих состояние геологической среды. Существующие учебные материалы направлены в основном на мониторинг экологического плана. В настоящем же пособии рассматриваются наблюдения не только за 
экологическим состоянием окружающей среды, но и за состоянием геологической среды, которая является важнейшей составляющей природно-технических систем. Рассмотрены изменения,
происходящие в ее компонентах под воздействием инженернохозяйственной деятельности человека.

В пособии представлены теоретические основы дисципли
ны «Геоэкологический мониторинг», обосновывается назначение 
и структура геомониторинга, его методическое и информационное обеспечение. Также подробно рассматриваются особенности 
организации мониторинга геологической среды при различных 
видах инженерно-хозяйственного освоения территорий.

Геоэкологический мониторинг – это система постоянных 

наблюдений, оценки, прогноза и управления геологической средой или какой-либо ее частью, которые проводятся по заранее 
намеченной программе для обеспечения оптимальных экологических условий для человека, в пределах рассматриваемой природно-технической системы.

В системе общего экологического мониторинга геоэколо
гический мониторинг играет одну из существенных ролей и составляет его основу.

Проблемами мониторинга геологической среды в нашей 

стране занимались такие ученые, как Г.К. Бондарик, Г.А. Голодковская, Ю.Б. Осипов, А.Л. Ревзон, В.Т. Трофимов и др. [1].

Геоэкологический мониторинг в последнее время приобре
тает все большее значение. Он является комплексной подсистемой мониторинга биосферы и включает в себя наблюдения, 
оценку и прогноз техногенных изменений состояния биосферы, 
ответные реакции экосистем на эти изменения, связанные с воздействием загрязнений, сельскохозяйственным использованием 
земель, вырубкой лесов, урбанизацией территорий.

Задачи геоэкологического мониторинга:
1. Рациональное и экологически безопасное использование 

человеком природных геологических ресурсов.

2. Контроль развития геологических процессов, прогноз их 

развития, осуществление профилактических, защитных и управленческих мероприятий.

Разномасштабные долговременные и целенаправленные 

наблюдения за компонентами геологической среды предназначены для решения поставленных задач. Они также необходимы
для установления тенденций развития различных геологических 
процессов (как природных, так и техногенных или антропогенных), механизмов развития этих процессов и разработки рекомендаций по управлению.

Конечной целью геоэкологического мониторинга является 

разработка прогнозов развития геологической среды и принятия 
на их основе рекомендаций по управлению рассматриваемой 
природно-технической системой (ПТС).

Геоэкологический мониторинг характеризуется целена
правленностью, наличием целевой программы, комплексностью
наблюдений, системностью изучения взаимодействий, происходящих в геологической среде. Результаты наблюдений должны 
храниться в автоматизированных информационных системах 
(АИС), постоянно обновляться и дополняться.

В настоящее время в России мониторинг геологической 

среды реализуется на детальном и локальном уровнях, единая 
национальная сеть пока не создана.

Создание единой национальной сети геоэкологического мо
ниторинга – задача ближайшего будущего. На данный момент
имеется межведомственная программа по разработке аэрокосмического мониторинга геологической среды территории России, 
создано Министерство охраны окружающей среды и экологии 
РФ, курирующее эти вопросы, а также Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Основные понятия и определения

Под влиянием инженерно-хозяйственной деятельности че
ловека изменяются естественные природно-геологические системы, они приобретают новые качества и свойства, поэтому для 
учета этих изменений академиком Е.М. Сергеевым в 1979 г. был
введен термин «геологическая среда».

Е.М. Сергеев дал следующее определение: геологическая 

среда – это верхняя часть литосферы, которая рассматривается 
как многокомпонентная динамичная система, находящаяся под 
воздействием инженерно-хозяйственной деятельности человека
и, в свою очередь, в известной степени определяющая эту деятельность. Верхней границей ее является поверхность рельефа, 
нижняя граница плавающая, неоднородная и неодинаковая по 
глубине в разных областях Земли и определяется глубиной проникновения человека в земную кору в ходе различных видов деятельности. Геологическая среда в своем развитии подчиняется 
законам природы и общества, поэтому следует ее рассматривать 
как естественно-социальную систему [1].

Существование и различные виды инженерно-хозяйствен
ной деятельности человека протекают на Земле в пределах 
окружающей среды.

Окружающая среда является системой взаимосвязанных 

природных и антропогенных объектов, в которых протекают 
труд, быт и отдых людей, т. е. это среда обитания и производственной деятельности человека.

Факторы окружающей среды делятся:
– на естественные (природные), определяющиеся дей
ствием различных природных компонентов;

– искусственные (антропогенные или техногенные) фак
торы, которые возникают в процессе инженерно-хозяйственной 
деятельности человека.

Природная среда является важнейшей составной частью 

окружающей среды и включает в себя четыре главных компонента: биосферу (по В.И. Вернадскому), атмосферу, гидросферу 
и литосферу. Три последние являются средой обитания биоты
(области, населенной живыми организмами). Литосфера является минеральной основой биосферы.

Земные оболочки (геосферы) – это «более или менее пра
вильные концентрические слои, охватывающие всю Землю, меняющиеся с глубиной, в вертикальном разрезе планеты, и отличающиеся друг от друга характерными для каждой, только ей 
свойственными, особыми физическими, химическими и биологическими свойствами» (В.И. Вернадский).

Геосферы подразделяются на внешние и внутренние зем
ные оболочки. К внешним оболочкам относятся: атмосфера 
и поверхностная гидросфера; к внутренним: литосфера, подразделяющаяся на земную кору и подземную гидросферу, и мантия, 
окружающая ядро Земли.

Техносферой называется созданная человеком искусствен
ная среда обитания, т. е. искусственная (антропогенная) или техногенная оболочка Земли, являющаяся
частью
биосферы.

В рамках техносферы выделяются хозяйственные (технические) 
системы, являющиеся основными компонентами техносферы: 
промышленность, сельское хозяйство, строительство, жилищнокоммунальное хозяйство и другие системы.

Техносфера представляет собой материальную часть со
циосферы.

Социосфера – общественная система, взаимодействующая

с природными системами.

Саму геохимическую деятельность человека А.Е. Ферсман 

назвал техногенезом.

Часть литосферы, которая непосредственно выступает как 

минеральная основа биосферы и является важнейшим компонентом окружающей среды, с конца 70-х годов выделяется под 
названием геологическая среда.

Геологическая среда – верхняя часть литосферы, многоком
понентная динамичная система, находящаяся под воздействием 
инженерно-хозяйственной деятельности человека и, в свою очередь, в известной степени определяющая эту деятельность
(Е.М. Сергеев) [2].

По отношению к геологической среде внешними средами 

являются: атмосфера, поверхностная гидросфера (поверхностные воды) и собственно техносфера, которая включает в себя
все виды инженерных сооружений и хозяйственных объектов. 
Внутренними составными частями (компонентами) геологической среды являются: любые горные породы, почвы или искусственные грунты, рассматриваемые как многокомпонентные динамичные системы; рельеф и геоморфологические особенности 
территории; подземные воды; геологические и инженерногеологические процессы и явления, развитые на данной территории (рис. 1).

Рис. 1. Компоненты геологической среды

Взаимодействие внешних и внутренних оболочек геоло
гической среды определяется сочетанием типа сооружения 
с типом среды как принципиально различных по материалу: 
«материал» геологической среды живет по природным законам, а материал инженерного сооружения – по техническим. 
Задача проектировщика состоит в том, чтобы из этого разнообразного материала создать единую природно-техническую 
систему (ПТС).

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СРЕДА

ГОРНЫЕ ПОРОДЫ, 

ПОЧВЫ, 

ИСКУССТВЕННЫЕ 

ГРУНТЫ

РЕЛЬЕФ
ПОДЗЕМНЫЕ 

ВОДЫ

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ 

ПРОЦЕССЫ И ЯВЛЕНИЯ

Природно-технической системой называется совокупность 

инженерного сооружения или комплекса инженерных сооружений 
с частью геологической среды в зоне его или их влияния, имеющей 
операционально-фиксированные границы (В.К. Епишин).

Природно-техническая система охватывает некоторое про
странство, включающее собственно техническую систему (ТС), 
а также некоторую часть окружающей и геологической среды 
в пределах так называемой зоны влияния или зоны воздействия 
технической системы на геологическую среду (рис. 2).

Техническое 
сооружение

Окружающая

среда

Геологическая 

среда

Зона влияния

Природно
техническая 

система

Рис. 2. Структура природно-технической системы (по В.А. Королеву)

Термин геотехническая система является синонимом по
нятия природно-техническая система, но в инженерной геологии 
под геотехнической системой понимают часть или подсистему 
природно-технической, которая представляет собой взаимосвязанную и взаимодействующую совокупность верхних горизонтов литосферы и технической системы (объектов техносферы). 
Это понятие соответствует понятию литотехническая система, 
которое предложено Г.К. Бондариком.

Литотехническая система (ЛТС) – это часть природно
технической системы, которая включает в себя подсистему инженерных сооружений и взаимодействует с частью литосферы. Литотехнические системы изучают с целью обеспечения устойчивого функционирования инженерных сооружений, т. к. в результате 
взаимодействия части литосферы и инженерного сооружения изменяется ход естественных геологических процессов, меняются 
свойства грунтов основания сооружений и развиваются инженерно-геологические процессы.

1.2. Техногенные воздействия на геологическую среду 

и их классификация

Характер и интенсивность техногенного воздействия на 

геологическую среду зависят от особенностей функционирования хозяйственных объектов. В реальной обстановке воздействия от отдельных источников часто накладываются, суммируются, подавляются и видоизменяются (табл. 1).

Таблица 1

Классификация техногенных воздействий 

на геологическую среду 

(В.Т. Трофимов, В.А. Королев, А.С. Герасимова)

Класс
Подкласс

Тип 

воздействия
Вид воздействия
Потенциальные 

источники воздействия

Физические воздействия

Механические воздействия

Уплотнение

Статическое (гравитационное)
Виброуплотнение
Укатывание
Трамбование
Взрывоуплотнение

Здания, сооружения
Вибромеханизмы
Автотранспорт, катки
Метрополитен
Взрывы

Разуплотнение

Статическая 
разгрузка
Динамическая 
разгрузка

Шахты, полости
Котлованы, взрывы