ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2014, № 3, с. 207-214
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ И ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
УДК 551.345+551.491
ОЦЕНКА ТЕХНОГЕННОГО ВЛИЯНИЯ НА ОБВОДНЕННОСТЬ И ГИДРОХИМИЧЕСКУЮ ОБСТАНОВКУ г. ЯКУТСКА
© 2014 г. Н. А. Павлова, М. В. Данзанова, С. И. Сериков
Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН. Якутск, ул. Мерзлотная, 36,Якутск, 670010 Россия. E-mail: pavlova@mpi.ysn.ru
Поступила в редакцию 25.11.12 г. После исправления 18.04.2013 г.
Рассмотрены факторы, влияющие на обводнение и заболачиваемость территории г. Якутска. Составлена схема расположения техногенных барражей, определяющих формирование поверхностного стока. На примере одного из микрорайонов рассмотрено действие техногенного барража на изменения гидрохимической обстановки. Даны рекомендации по выбору дренажных систем в зависимости от современных условий расчлененности рельефа, геометрии гидрографической сети и плотности застройки.
Ключевые слова: обводненность, поверхностный сток, надмерзлотные воды, техногенный барраж, дренаж.
ВВЕДЕНИЕ
Среди многочисленных проблем геоэкологического характера в г. Якутске значительная роль принадлежит вопросам взаимодействия городской среды с поверхностными и надмерзлотными водами. В последние десятилетия всеми исследователями отмечается общая тенденция повышения степени обводнения территории города. Наиболее напряженная ситуация отмечается в северных районах г. Якутска. По данным дешифрирования аэрофотоснимков, в период с 1968 по 1996 гг. приращение площадей, занимаемых различными водоемами (озера, заболоченные участки, лужи), составило здесь 76% [5]. К 2009 г. разрозненные очаги обводнения превратились в обширные водоемы застойного типа, которыми занято около 3035% территории [4]. Северные и северо-восточные районы г. Якутска являются областью естественного стока поверхностных и надмерзлотных вод, по ступающих с западной и центральной частей города. Вероятно, это одна из естественных причин наиболее высокой их обводненности. Изменения, вносимые здесь застройкой, существенно определяют общую гидрологическую обстановку всей территории г. Якутска.
В жилых и промышленных кварталах в центральной части города и дачных поселках на
юго-западе, для которых характерно локальное перераспределение поверхностного стока, рост обводнения меньше [5]. В центре г. Якутска водоемами застойного типа занято 15-30% его площади, но их воздействие на различные инженерные объекты весьма активно. Скапливающиеся в замкнутых понижениях надмерзлотные воды вызывают в летний период подтопление грунтов оснований зданий и инженерных сооружений, а в зимний приводят к морозной деструкции переувлажненных конструкций фундаментов (рис.1).
В юго-западной и юго-восточной частях города, несмотря на упомянутые тенденции, площади техногенно заболоченных участков занимают в целом не более 10% территории.
Для принятия необходимых технических решений и обоснования выбора методов дренирования территории г. Якутска требуется выявить основные факторы, формирующие современную гидрологическую и геохимическую обстановку.
ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕРРИТОРИИ
Город Якутск расположен в левобережной расширенной части долины р. Лены, представляющей собой террасированную аккумулятивную
Рис. 1. Затапливаемое, проветриваемое подполье жилого дома с признаками морозной деструкции несущих свай (пунктиром показан максимальный уровень подтопления) (фото С.И.Серикова).
равнину шириной 6-8 км. Надпойменные террасы слабо эродированы: абсолютные отметки рельефа изменяются от 85-94 м (высокая пойма) до 98-102 м (вторая надпойменная терраса). Многолетне-мерзлые породы мощностью свыше 300 м имеют площадное распространение. Глубина сезонного протаивания пород на территории города изменяется от 0.5 до 4.5 м и зависит в основном от ли-тологического состава отложений, их влажности, засоленности и затененности поверхности.
Четвертичные отложения террас, перекрывающие сплошным чехлом терригенные юрские породы, представлены до глубины 0.5-4.0 м льдистыми супесями, суглинками, нередко заиленными и заторфованными. Ниже залегают мелкозернистые пески с отдельными тонкими прослоями торфа и льда. Пойменные осадки мощностью 4-8 м подстилаются до глубины 17-25 м русловыми средне- и крупнозернистыми песками с включениями гравия и гальки в основании разреза.
На территории города широко развит культурный слой. Для него типичен пылевато-суглини-стый, реже пылевато-супесчаный состав, большое содержание органических остатков бытового мусора и строительных отбросов в виде древесной щепы, кусков досок и бревен. С 1950-1960 гг. началось формирование нового культурного слоя преимущественно песчаного состава с включениями щебня, шлака и обломков кирпича. Таким материалом обычно при планировке местности засыпают озерные котловины, заболоченные низины, выгребные ямы. По ориентировочным расчетам, в ХХ в. на территорию г. Якутска было завезено около 80 миллионов кубометров различ-
ного грунта, что при равномерном распределении его по всей селитебной территории приподняло г. Якутск почти на 1.5 м. Фактически же мощность антропогеновых отложений невыдержана, она изменяется от 1.5 до 4.0 м, иногда достигая 10 м. Высокая водонасыщенность и уплотненность культурного слоя являются причинами небольшой глубины (0.5-1.8 м) сезонного оттаивания пород на территории г. Якутска.
Надмерзлотные воды сезонно-талого слоя (СТС), которым принадлежит основная роль в подтоплении грунтов оснований, распространены повсеместно, но их гидродинамический режим на разных участках имеет свои особенности и зависит от комплекса факторов. Появление вод СТС отмечается, как правило, в начале июня [6]. В течение лета подошва обводненного слоя опускается в соответствии с деградационным смещением кровли криогенного водоупора. Наиболее интенсивно протаивают песчаные грунты на повышенных элементах рельефа. Несмотря на значительную мощность СТС (в конце лета до 3-4 м) на таких участках породы менее обводнены, так как инфильтрирующиеся в протаивающий слой атмосферные осадки быстро стекают в понижения. В низинах, у оснований склонов выположен-ных валов высокольдистые грунты протаивают на меньшую глубину, но СТС зачастую здесь обводнен полностью (до 1-2 м). Основную роль в пополнении запасов влаги надмерзлотных вод играют талые снеговые воды, стекающие с повышенных элементов рельефа по мерзлому субстрату, а также атмосферные осадки, выпадающие в начале теплого периода. Немногочисленные дожди, выпадающие в июле-августе, в питании над-
мерзлотных вод практически не участвуют из-за высокого испарения в жаркие летние месяцы. Немаловажную роль в увеличении обводненности и заболачивания территории города играют аварийные утечки. Техногенные наледи, формирующиеся под зданиями в зимний период при утечках воды, на территории Якутска аккумулируют дополнительно до 200% воды от суммы зимних осадков. Минерализация техногенных наледей может достигать 1.5 г/л [2].
Естественными дренами поверхностных и надмерзлотных вод за пределами городской территории являются многочисленные старичные озера, расположенные в межгрядовых и отшну-рованных протоковых понижениях. Береговые линии озер обычно слабо выражены в рельефе, средняя глубина водоемов колеблется от 0.9 до 3.0 м. В прошлом при весеннем половодье озера соединялись, аккумулируя поверхностные воды. Со временем вследствие естественных геоморфологических нарушений водообмена, обсыхания и зарастания мелководных участков камышом про-точность многих озер нарушилась. Об ухудшении водообмена в озерных котловинах и промерзании замкнутых водоносных подозерных таликов свидетельствуют булгунняхи - многолетние бугры пучения. Минерализация воды в проточных озерах составляет 0.5-0.8 г/л, в таликах под ними надмерзлотные воды пресные с минерализацией до 1 г/л. В замкнутых подозерных таликах в условиях затрудненного водообмена минерализация воды часто больше 1 г/л.
На территории города дренирующая роль озер в основном утрачена из-за высокой техногенной зарегулированности поверхностного и надмерз-лотного стока. Следствием изолированности водоемов является повышение минерализации воды в них до 1.5-5.6, реже до 10 г/л. Маломощные надмерзлотные талики (10-30 м), развитые под такими озерами, также содержат солоноватую воду.
Слабая расчлененность рельефа и близкое залегание многолетнемерзлых пород способствуют концентрированию в местных мезопонижениях талых и дождевых вод, обеспечивая высокую водонасыщенность пород сезонно-талого слоя. При значительном скоплении поверхностных и надмерзлотных вод в условиях слабого дренажа могут формироваться маломощные талики. При отсыпке территории под новое строительство на площадях сноса застроек частного сектора, различного рода выемок, заброшенных производств сохраняются связанные с ними локальные участки с сильно засоленными водонасыщенными
или льдистыми грунтами. Наличие в приповерхностной части разреза суглинистых отложений с низкими фильтрационными свойствами и широкое распространение мощного неоднородного по составу и свойствам культурного слоя затрудняют отток поверхностных и надмерзлотных вод в естественные дрены.
Все перечисленное вкупе способствует заболачиванию территории города и подтоплению грунтов оснований инженерных сооружений, существенно осложняя геоэкологическую обстановку.
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ БАРРАЖЕЙ
НА ОБВОДНЕННОСТЬ И ГИДРОХИМИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕРРИТОРИИ
Среди множества факторов, влияющих на обводненность города Якутска и прилегающих к нему территорий, особенно следует отметить роль техногенных барражей, препятствующих поверхностному и надмерзлотному стоку.
Возникновение дамб в городе происходило и происходит без инженерно-технического обоснования, и, как следствие, эти неконтролируемые дамбы разрастаются, усугубляя неблагоприятную гидрологическую обстановку.
Их барражный эффект наиболее выражен вдоль дорог. Не учтенные при проектировании глухие дамбы, состоящие в основном из многослойного асфальта, погребенных разрушенных лотков и строительного мусора, а также мерзлотные завесы, формирующиеся в р
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.