6.5. Оценка устойчивости геологической среды
г. Гомеля к подтоплению
При проведении любого типа инженерно-геологического районирования одним из основных вопросов является установление нижней границы изучаемой толщи. При рассмотрении процессов подтопления за нижнюю границу принимается региональный водоупор. Анализ геологических разрезов территории г. Гомеля показал, что нижняя граница в разных частях города должна быть различной. В пределах долины р. Сож, где размыта толща слабопроницаемых алевритов киевской и харьковской свит среднего - верхнего эоцена и нижнего олигоцена (P2-3 kv+hr) водоносные комплексы поверхностных отложений тесно связаны с водоносным комплексом отложений бучакской свиты эоцена (Р2вč) (рисунок 4.1). В этом случае глубина изучения геологической среды обусловлена глубиной залегания регионального водоупора – алевритами и глинами сумской и каневской свит палеоцена – нижнего эоцена (Р1-2 sm+kn). На остальной части территории, где в разрезе сохранились слабопроницаемые алевриты киевской и харьковской свит среднего верхнего эоцена и нижнего олигоцена (P2-3 kv+hr), за нижнюю границу изучаемого разреза была принята эта толща, имеющая повсеместное распространение на территории г. Гомеля и на прилегающих к ней участках.
В рельефе и строении четвертичной толщи отложений территории города характерен резкий контраст, обусловленный широким распространением комплекса моренных отложений на правом берегу р. Сож и отсутствием его на левом, что в главном обусловливает инженерно-геологические условия изучаемой территории, в т.ч. способствующие подтоплению (рисунок 4.1).
Для проведения типологического специального оценочного районирования территории по устойчивости к подтоплению в качестве основы была использована построенная карта общего инженерно-геологического районирования (рисунок 4.2). С учетом специфики техногенной нагрузки нами были составлены дополнительные карты, учитывающие естественные условия, которые определяют устойчивость геологической среды к подтоплению: водопроводимости пород (рисунок 6.4), максимальных и минимальных глубин залегания уровней грунтовых вод на территории г. Гомеля (рисунки 6.5, 6.6), естественной дренированности территории (рисунок 6.2). По последней были определены: густота дренажной сети, глубина вреза, плотность дренажных форм, площадь водосборных бассейнов и расстояние между ближайшими тальвеговыми линиями.
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 техноприродным 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.
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, водопроводимость 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/км2 (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 флювиогляциальными 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, водопроводимость 15-125 м2/сут, глубина вреза дренажных систем порядка 0,5-3,5, 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/км2, 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 0-3,0 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, водопроводимость 1-15 м2/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/км2 (сказывается влияние и мелиоративных систем), плотность линейных форм – от 1 до 3 ед/км2 , 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 м2/сут, глубина вреза дренажных систем на плакорных участках составляет 0,5- 1,5 м, густота расчленения очень низкая – 0-0,3 км/км2, плотность линейных форм – до 1 ед./км2, расстояние между ближайшими тальвеговыми 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.