—1 г- i ■ 1— 1

2000 4000 «Ооо жюо 10000 12000 140013, щтцн

Рисунок 6.4 - Карта водопроводимости грунтового водоносного го­ризонта на территории г. Гомеля (Составил Жогло В.Г.).

Рисунок 6.5 - Карта максимальных глубин залегания уровней грун­товых вод на территории г. Гомеля (Составил Жогло В.Г.).

Рисунок 6.6 - Карта минимальных глубин залегания уровней грун­товых вод на территории г. Гомеля (Составил Жогло В.Г.).

Анализ влияния геолого-литологических условий территории на процесс подтопления позволил Дегтяреву Б.М. с соавторами [113] выде­лить следующие типы участков по характеру подтопляемости: исходно подтопленные, потенциально подтопляемые и неподтопляемые. С другой стороны, существует точка зрения, в соответствии с которой все террито­рии делятся на затапливаемые, подтопленные и неподтопленные [106]. Подтопленными территории могут быть как по природным, так и по тех- ноприродным причинам. Техногенные факторы обусловливают появление подтопления на участках, которые ранее относились к неподтопленным [97, 115].

По количественному критерию подтопления единого мнения в на­учной литературе нет [75, 89, 108, 113, 114 и др.]. Мы при выполнении ра­бот по заданию за основу приняли следующие соображения:

1. при районировании принимаются минимальные глубины залега­ния уровней грунтовых вод, т.е. на период весеннего половодья;

2. к подтапливаемым относятся территории, в пределах которых уровень грунтовых вод залегает на глубине менее 3,0 метров от поверхно­сти земли; здесь расположено большинство подземных коммуникаций, подвалов зданий и сооружений;

3. к потенциально подтапливаемым относятся территории с глуби­ной залегания УГВ от 3,0 до 5,0 м; здесь расположены эксплуатируемые подвальные помещения зданий и сооружений повышенной этажности. Эти территории могут перейти в разряд подтапливаемых при наличии техно­генных источников подтопления;

4. неподтопленные территории, на которых уровень грунтовых вод залегает на глубине более 5,0 м.

Таким образом, выделены следующие категории природной опас­ности подтопления (рисунок 6.7): большая (территории, затапливаемые и подтапливаемые во время весенних половодий); средняя (потенциально подтапливаемые во время весенних половодий при наличии техногенных источников подтопления); малая (неподтапливаемые).

Устойчивость геологической среды к техногенному подтоплению рассматривается с точки зрения изменения состояния грунтовых массивов из-за увеличения влажности грунтов.

1

1

2

2

3

3

4

Рисунок 6.7. Карта природной опасности подтопления территории г. Гомеля.

Большая: 1 - территории, затапливаемые во время весенних половодий; 2 - территории, подтапливаемые во время весенних половодий. Средняя: 3 - территории потенциально подтапливаемые во время весенних половодий при наличии техногенных источников подтопления. Малая: 4 - неподтапливаемые.

Территории с высокой степенью устойчивости к техногенному подтоплению (большая опасность подтопления) по естественным причи­нам находятся по сезонам в подтопленном или в подтопленном и затоп­ленном состоянии.

К этому типу территорий относятся верхнечетвертичные- современные надпойменные и пойменные террасы. Поверхностные отло­жения представлены песками различной крупности с прослоями заторфо­ванных грунтов. Абсолютные отметки поверхности 116,0-120,0 м, крутиз­на склонов 0,5, глубина залегания грунтовых вод 0,0-3,0 м, водопроводи- мость 125-175 м²/сут, глубина вреза дренажных систем (относительное превышение пойменных грив над межгривными понижениями) 2,0-4,0 м, густота расчленения 0,5-3,3 км/км (максимальные значения густоты дре­нажных систем связаны с мелиоративными каналами).

Масштабы затопления городской территории определяются релье­фом, уровнями и длительностью стояния высоких вод (весенних и летне- осенних паводков) р. Сож. Процесс этот носит относительно стабильный характер. В настоящее время весенним половодьем Р=1% обеспеченности (нормативный уровень для городского строительства - СНиП 2.07.01-89) затапливается около 3400 га городских земель, в том числе: около 2800 га рекреационных (в основном, левобережных) и свободных пойменных тер­риторий; 600 га территорий малоэтажной застройки, промышленных пред­приятий и коммунально-складских зон. Периодическому затоплению под­вергаются как сложившиеся, так и новые районы малоэтажной застройки города: Монастырек, Якубовка, Ново-Белица, Ченки, Севрюки, Солнеч­ный. Многоэтажный жилищный фонд города находится вне зоны затопле­ния.

Кроме того, к первому типу относятся участки среднечетвертичной моренно-зандровой равниной, перекрытой нерасчлененными флювиогля- циальными отложениями днепровско-сожского возраста; верхнечетвер­тичными-современными делювиально-пролювиальными и техногенными отложениями, приуроченными к моренно-зандровой равнине; современ­ными техногенными образованиями на участках долинного комплекса р. Сож, верхнечетвертичными и современными надпойменными и поймен­ными террасами. Для территорий характерен песчаный состав отложений с маломощными прослоями слабопроницаемых пород - супесчано- суглинистых, заторфованных и торфа. Абсолютные отметки поверхности 120,0-134,0 м; крутизна склонов 0,5-6 ⁰ (максимальные отметки приуроче­ны к уступам террас); глубина залегания грунтовых вод менее 3,0 м, водо- проводимость 15-125 м /сут, глубина вреза дренажных систем порядка 0,5­3,5, иногда до 7,0 м; густота расчленения 0,2-3,5 км/км² (значения возрас­тают на участках расчленения террас мелиоративными каналами, которые приурочены к местам сочленения террас и бортов речной долины), плот­ность линейных форм 1-7 ед/км , длина линий поверхностного стока меж­ду водоразделами и тальвегами составляет 1500-2000 м.

Для территорий этого типа характерно существенное сезонное из­менение режима грунтовых вод и состояния грунтов в интервале глубин 0­3,0 м. Грунты находятся в изменчивом фазовом состоянии: от двухфазного «вода - грунт» до трехфазного «вода - грунт - воздух», которое определя­ется уровнями и продолжительностью паводков, количеством атмосфер­ных осадков и т.д. Соотношение «плотность - влажность» этих грунтов будет всегда находиться в изменчивом состоянии.

Этот тип территорий является неблагоприятным для строительства, но особых проблем с техногенным подтоплением здесь нет, так как терри­тория периодически подтапливается по естественным причинам и, при на­личии утечек из водонесущих коммуникаций, будет довольно быстро дре­нироваться. Эти территории являются устойчивыми к техногенному под­топлению.

Территории со средней степенью устойчивости по выбранным на­ми критериям не относятся к подтопленным (средняя опасность). Но уров­ни грунтовых вод здесь, особенно в период половодья, подходят к крити­ческой отметке - 3,0 м. При наличии техногенных источников подтопле­ния данные территории очень быстро трансформируются в подтопленные. Это повлечет за собой целый ряд проблем, связанных с затоплением под­земных коммуникаций, подвалов зданий и сооружений, уменьшением не­сущей способности грунтов, заболачиванием пониженных участков и т.д.

К данному типу относится среднечетвертичная моренно-зандровой равнины с абсолютными отметками поверхности земли 132,0-138,0 м, кру­тизна склонов 1,5-6 ⁰. Поверхностные отложения характеризуются песча­ным составом с развитием в разрезе линз слабопроницаемых пород мощ­ностью 5-10 м. Глубина залегания грунтовых вод 3,0-5,0 м, водопроводи- мость 1-15 м /сут. Основные показатели дренируемости существенно улучшаются с востока на запад территории: глубина вреза дренажных сис­тем увеличивается от 1,0-1,5 до 1,5-2,5, местами до 4,0-8,0 м; густота рас­членения - от 0-0,5 до 0,7-1,6 км/км (сказывается влияние и мелиоратив­ных систем), плотность линейных форм - от 1 до 3 ед/км , длина линий поверхностного стока между водоразделами и тальвегами уменьшается от 800-1200 до 500-1000 м. Фактически дренажные каналы и ручьи на этой территории сильно замусорены, перегорожены мостиками, иногда засы­паны при планировке территории в частном секторе, т.е. их дренирующая способность резко снижена, что способствует развитию процесса подтоп­ления.

Неустойчивые территории (низкая опасность подтопления). Их неустойчивость рассматривается с точки зрения развития неблагоприятных последствий, вызванных увеличением влажности грунтов, например, свя­занных со снижением показателей прочностных и деформационных харак­теристик. В случаях подъема грунтовых вод образуются купольные фор­мы, которые могут вызвать неравномерные осадки зданий [106]. Наличие в разрезе слабопроницаемых моренных супесей и суглинков обусловливает разгрузку техногенных вод в грунты засыпки, которая является главной причиной развития суффозионных провалов. На участках распространения в деятельном слое оглеенных грунтов, возможно морозное пучение.

К неустойчивым территориям относится среднечетвертичная мо­ренная равнина, на которой слабопроницаемые отложения днепровского возраста, представленные суглинками и супесями, залегают на поверхно­сти. Абсолютные отметки поверхности 135,0-142,0 м, крутизна склонов 0,5-1,5 ⁰, глубина залегания грунтовых вод 5,0-10,0 м; водопроводимость < 1 м /сут, глубина вреза дренажных систем на плакорных участках состав­ляет 0,5- 1,5 м, густота расчленения очень низкая - 0-0,3 км/км , плотность

₂

линейных форм - до 1 ед./км , расстояние между ближайшими тальвего- выми линиями от 800 до 1500 м, часто наблюдаются замкнутые понижения - местные регуляторы уровня грунтовых вод. Территория слабо дрениро­вана, интенсивное выпадение атмосферных осадков приводит к заболачи­ванию. Техногенное повышение абсолютных отметок дневной поверхно­сти замкнутых понижений, болот и заболоченных участков ведет к разви­тию процессов подтопления в них.

Карта природной опасности подтопления территории г. Гомеля (ри­сунок 6.7) показывает наличие, состояние, пространственную локализацию и природу подтопления, поэтому является основой для разработки меро­приятий по защите территорий от подтопления и процессов, связанных с ним, а также очередность разрешения проблем, связанных с подтоплением.

6.6. Механизм формирования подтопления территории г. Гомеля

Механизм формирования процесса подтопления на территории г. Гомеля, с учетом [106], можно рассмотреть на примере основных типич­ных схем увлажнения пород зоны аэрации при различных условиях дви­жения фронта (границы) промачивания (рисунок 6.8).

777777777777777777777777/,

Рис. 6.8 - Схемы движения фронта промачивания при формирова­нии процессов подтопления.

1 - слабопроницаемые породы; 2 - проницаемые породы; 3 - уровень грунто­вых вод; 4 - водонесущие коммуникации и фронт просачивания воды; 5 - местные подъемы уровня грунтовых вод (купола) под источниками инфильтрации.

Первая схема (рисунок 6.8, а). Толща слабопроницаемых пород, мощностью до 27 м, подстилается водонасыщенными породами. Уровень грунтовых вод (УГВ) залегает в слабопроницаемых породах на значитель­ных глубинах - более 5 м, иногда более 12-15 м. Фронт промачивания пе­ремещается сверху вниз. Увлажнение пород в плане носит неравномерный характер и определяется расположением источников инфильтрации (водо- несущие коммуникации, дающие систематические утечки). Под источни­ками инфильтрации на УГВ формируются поднимающиеся купола грунто­вых вод, которые приводят к неравномерному в плане обводнению пород, но уже снизу вверх. По результатам моделирования, проведенного В.Г.Жоголо, максимальная высота купола относительно первоначального положения УГВ, составляет 3,0 м и достигается за 10-летний срок после чего стабилизируется. Радиус растекания за это время достигнет 550 м. Растекание происходит медленно, поэтому даже через 30 лет купола оста­ются хорошо выраженными. При близком расположении источников ин­фильтрации в течение года купола начинают смыкаться. Наиболее интен­сивно подъем происходит в первые 5 лет и затем затухает, приближаясь к стационарному режиму, т.е. максимальному приращению УГВ. Неравно­мерный характер обводнения в плане приводит к неравномерной деформа­ции пород. Это особенно угрожает различным инженерным сооружениям и зданиям.

Такой механизм развития процесса подтопления характерен для территорий четвертого типа по опасности природного подтопления и в ос­новном имеет место в центральной и северной частях города.

Вторая схема (рисунок 6.8, б). Толща проницаемых пород, мощно­стью до 12 метров, подстилается слабопроницаемыми породами. Грунто­вые воды находятся на глубине 2-3 м от поверхности земли. Фронт проса­чивания перемещается сверху вниз. Как и в первом случае под источника­ми инфильтрации формируются поднимающиеся купола грунтовых вод. Но они, в отличии от первой схемы, имеют небольшую высоту - 0,2 м, го­раздо быстрее достигают стационарного положения по высоте (за 1 год). Максимальный радиус растекания составляет 110 м и стабилизируется че­рез 5-10 лет. Фронт обводнения перемещается снизу вверх, но относитель­но равномерно, и деформации пород в этом случае являются более равно­мерными и поэтому менее опасными. По такой схеме происходит развитие процесса подтопления на территориях второго типа, которые в основном распространены в восточной части города - по левому берегу р. Сож, в южной части - по правому берегу за пределами современной поймы.

Третья схема (Рисунок 6.8, в). Толща проницаемых пород мощно­стью до 12 метров с наличием линз слабопроницаемых пород (супесей, суглинков) мощностью до 10 м. Движение фронта промачивания целесо­образно рассматривать с позиции первой и второй схем. Это территории, относящиеся к третьему типу, распространены, в основном, в центральной и северо-западной частях города.

6.7. Оценка риска подтопления г. Гомеля

Ранее (глава 6.3) нами выделены три основные группы факторов, которые, по существу являются причинами техногенного подтопления: до­полнительное инфильтрационное питание грунтовых вод, обусловленное систематическими и аварийными утечками воды из водонесущих комму­никаций; нарушение условий дренирования территории и подземного сто­ка. Систематические и аварийные утечки рассматривается нами как один из основных факторов в формировании техногенного подтопления терри­тории г. Гомеля. По данным Г.С. Солопова [3], в балансе годового ин- фильтрационного питания систематические утечки составляют 50-60%, аварийные до 40%, атмосферные осадки - 5-10%. Факторы второй и треть­ей групп могут быть сравнительно легко устранены, или влияние их на развитие процесса подтопления незначительно, или они являются факто­рами локального воздействия. Главной же причиной развития процесса подтопления являются различного рода утечки, особенно систематические. Они латентны (скрыты), слабо прогнозируемы, протекают медленно, про­являются неожиданно. Систематические утечки из водонесущих коммуни­каций являются одной из самых опасных причин техногенного подтопле­ния территории г. Гомеля, поэтому основное внимание уделено именно этому фактору подтопления.

На основании материалов проектной организации «Гомельграждан- проект», была составлена карта техногенных источников подтопления в масштабе 1:10000 (рисунок 6.9). На карте нанесены магистральные трассы существующих водопроводов, сетей горячего водоснабжения и канализа­ции. Каждую трассу характеризуют следующие данные: диаметр труб и материал, из которого она изготовлена, допустимая величина утечки на единицу длины трассы (1000 м) в соответствии с требованиями [125, 128].

Для определения риска возникновения подтопления, нами были со­вмещены карты природной опасности подтопления и техногенных источ­ников подтопления.

Для территорий устойчивых к подтоплению (затапливаемых и под­тапливаемых во время весенних половодий) одной из главных проблем яв­ляется неблагоприятные условия для строительства и невозможность пол­ноценного благоустройства территории. Причем, эти негативные факторы, как правило, известны из опыта строительства на соседних участках или легко определяются методами, например, гидрологии.

Для территорий со средней устойчивостью (потенциально подтап­ливаемых во время весенних половодий при наличии техногенных источ­ников подтопления) главным является не столько экономический, сколько социальный риск, связанный с затоплением заглубленных частей инже­нерных сооружений.

Для территорий, сложенных грунтами, реагирующими на измене­ние влажности, риск связан со снижением показателей прочностных и де­формационных характеристик грунтов оснований, неравномерностью оса­док зданий, которая может привести к их деформациям; а также развитием суффозионных провалов. Причем, формирование подтопления здесь носит скрытый (латентный) характер, а его развитию свойственна «ползучесть» и поэтому его воздействия являются неожиданными, что усиливает их опас­ных характер. По нашим данным, опасные процессы на данных территори­ях могут проявляться в течение двадцати-тридцати лет.

Для подавляющего числа случаев отдельные сооружения, как пра­вило, уязвимы для процесса подтопления и его неблагоприятных воздейст­вий. Здания, имеющие свайные фундаменты и не имеющие заглубленных помещений, невосприимчивы ни к высокому положению уровня грунто­вых вод, ни к процессам осадки грунтов оснований, вызываемых подтоп­лением [106].

В результате было установлено, что наибольшему риску развития процесса подтопления подвержены следующие участки, относящиеся ко второму типу территорий: вдоль ул. Б. Хмельницкого от улиц Пинская- Белорусская до ул. Дзержинского с максимальным охватом прилегающих территорий в районе стадиона «Локомотив» вплоть до улицы Западная; вдоль улицы Ефремова от проспекта Космонавтов до ул. Советская; вдоль ул. Советская от ул. Крупская до ул. Чонгарской Дивизии (рисунок 6.9).

Уязвимы с точки зрения развития неблагоприятных последствий участки третьего типа территорий: вдоль ул. Советская от ул. Крупская до пл. Ленина, включая ул. Победы, проспект Ленина, улицы Интернацио­нальную и Барыкина почти до ул. Б. Хмельницкого и далее на юг, захваты­вая м-н Любенский (рисунок 6.9).

Рисунок 6.9 - Карта риска техногенного подтопления территории г. Гомеля:

1 - большой риск, 2 - средний риск, 3 - малый риск, 4 - водонесущие комму­никации.