Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Изученность проблемы, объект и методы исследования 9
Глава 2. Обводнение и водоснабжение заречных районов Центральной Якутии 24
2.1. История организации, проектирования и строительства магистрального водоснабжения в заречных районах Центральной Якутии 25
2.2. Современное состояние водоснабжения заречных районов Центральной Якутии 40
2.3 Магистральный водовод «Лена-Татта» 53
Глава 3. Природные и инженерно-геокриологические условия территории исследования 62
3.1. Рельеф и гидрография 62
3.2. Климат, почвы и растительность 64
3.3 Геоморфологические условия 68
3.4. Геологическое строение 69
3.5. Характеристика мерзлых грунтов 71
3.5.1. Гранулометрический состав мерзлых грунтов 71
3.5.2. Влажность, пластичность и консистенция мерзлых грунтов 72
3.5.3. Инженерно-геологические элементы (ИГЭ) 79
3.6 Геокриологические условия 82
Глава 4. Влияние магистрального водоснабжения на прилегающие территории Центральной Якутии 87
4.1. Мерзлотные процессы и явления в заречных районах Центральной Якутии 87
4.1.1. Процессы термоэрозии 103
4.1.2. Факторы, влияющие на процесс термоэрозии 108
4.2. Оценка влияния магистрального самотечного канала на прилегающую мерзлотную среду 113
Заключение 124
Список литературы 126
Приложения
- Изученность проблемы, объект и методы исследования
- Магистральный водовод «Лена-Татта»
- Влажность, пластичность и консистенция мерзлых грунтов
- Оценка влияния магистрального самотечного канала на прилегающую мерзлотную среду
Введение к работе
Актуальность работы. В начале 90-х годов в заречной группе районов (Мегино-Кангаласский, Чурапчинский, Усть-Алданский, Таттинский, Амгинский) Центральной Якутии с целью обеспечения населения качественной питьевой водой, началось строительство системы магистрального водоснабжения, которая состояла из насосных станций, трубопроводов, водохранилищ и каналов. Было предусмотрено строительство трех ветвей водоводов.
Самый протяженный из них - магистральный водовод «Лена - Туора-Кюель - Татта» расположен в зоне сплошного распространения многолетнемерзлых горных пород (ММП) и на всем своем протяжении (150 км) встречает участки более или менее интенсивного развития криогенных геологических процессов и явлений. При эксплуатации системы водоснабжения техногенные нагрузки приводят к существенным изменениям геокриологической среды (ГКС). В результате активизации данных процессов осложняются геокриологические и геоэкологические условия трассы водовода.
Самотечный канал «Туора Кюель - Татта» - это заключительный 17-километровый участок магистрального водовода «Лена - Татта», являющегося одновременно руслом ручья Синниэгэс. Он расположен в наиболее сложных инженерно-геокриологических условиях, а при эксплуатации большое значение имеет изучение криогенных процессов и связанных с ними явлений, вызванных воздействием водного потока на ГКС. При этом, необходимо вести постоянный контроль за этими проявлениями, так как они оказывают негативное воздействие на среду канала, вплоть до возникновения опасных и даже чрезвычайных ситуаций.
Районы, прилегающие к зоне действия магистрального канала расположены в черте небольших населенных пунктов (поселков и сел) со своей инфраструктурой (автодороги, жилые и хозяйственные постройки, мелиоративные и водохозяйственные системы, агропромышленные комплексы), которые интенсивно используются и подвержены техногенным изменениям различной степени. Взаимодействие инженерных сооружений, в том, числе и магистрального канала с криогенными процессами в этом районе ранее не исследовано, и может вызвать экологическое нарушение техногенного характера. В связи с этим изучение криогенных процессов и явлений в зоне влияния магистрального канала, и их воздействия на ГКС является актуальной научной задачей.
Цель исследований. Выявление закономерностей активизации и распространения современных криогенных процессов в зоне влияния магистрального канала «Туора-Кюель - Татта» в Центральной Якутии и выполнение геокриоэкологической оценки воздействия этих процессов на ГКС канала.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели был определены следующие задачи:
-
Провести описание и изучить магистральное водоснабжение в Центральной Якутии как единой природно-технической системы насосных станций, трубопроводов, водохранилищ и каналов.
-
Изучить инженерно-геокриологические условия, в том числе характеристику мерзлых грунтов и выделить роль криогенных процессов районе исследования.
-
Выявить и изучить особенности развития криогенных процессов и явлений, в том числе современных, при проведении инженерных изысканий в заречных районах Центральной Якутии.
-
Выделить водный поток как основной фактор техногенного воздействия на ҐКС магистрального канала, а процессы термоэрозии и термокарста как его последствия.
-
На основе анализа полученной информации составить картосхему активизации и распространения криогенных процессов, а также выполнить геокриоэкологическую оценку воздействия современных криогенных процессов на ГКС канала.
Объектом исследования является геокриологическая среда трассы магистрального канала в Центральной Якутии, подверженная воздействиям современных криогенных процессов и их проявлениям.
Предмет исследования - природные и техногенные факторы, влияющие на активизацию криогенных процессов (термоэрозии, термокарста) в данном районе.
Научная новизна работы:
- исследованы особенности развития и активизации современных
криогенных процессов и явлений в зоне влияния магистрального водовода и
канала «Лена - Туора-Кюель - Татта» в заречных районах Центральной
Якутии;
оценка скорости течения водного потока в канале выполнена двумя методами;
составлена картосхема активизации и распространения криогенных процессов на трассе канала:
выполнена геокриоэкологическое оценка воздействия современных криогенных процессов на ГКС магистрального канала;
- разработаны рекомендации, в случае эксплуатации по предотвращению
активизации и распространению криогенных процессов и их последствий на
магистральном канале.
Защищаемые положения:
-
Установлено взаимодействие современных криогенных процессов и водотока магистрального канала, выражающееся в образовании бугристо-аласного ландшафта и возникновения неблагоприятной геоэкологической обстановки для населенных пунктов.
-
Опасные места и участки активизации современных криогенных процессов, зависят от длительности и скорости воздействия водного потока, а также от гранулометрического состава, физических свойств и криогенного строения мерзлых грунтов.
3. Доказано, что основное геоэкологическое влияние на геокриологическую среду в зоне магистрального канала оказывают два современных процесса - термоэрозия (в виде промоин) и термокарст (в виде просадок и ям).
Исходный материал и методы исследования. В основу диссертационной работы положены материалы, полученные при непосредственном участии автора в инженерно-геологических исследованиях (полевых, лабораторных, камеральных) в составе геолого-почвенного отдела Института по проектированию водохозяйственного и мелиоративного строительства «Гипроводхоз» в рамках Республиканской программы «Заречье» по водоснабжению заречных районов Центральной Якутии, в реализации которой в 1992-1998 годах автор принимал участие. В период 1998-2010 годы, по теме диссертации, автором проводились самостоятельные исследования (ландшафтные описания криогенных процессов, бурение, фотосъемка и др).
Теоретической и методологической основой работы являются разнообразные подходы к изучению, оценке и прогнозе развития и активизации криогенных процессов в результате техногенных воздействий, базирующийся на результатах исследований ученых Института мерзлотоведения (г. Якутск), Московского госуниверситета, Института криосферы земли (г. Тюмень), Института земной коры (г. Иркутск) и других. Методика исследований включала: сбор и обработка материалов прошлых лет, рекогносцировочные маршрутные наблюдения (ландшафтные исследования рельефа и криогенных процессов), бурение скважин, полевые исследования мерзлых грунтов, лабораторные исследования грунтов, а также обработка и анализ информации. В качестве способов исследования были использованы методы, базирующиеся на основных требованиях нормативных документов по инженерно-геологическим изысканиям в районах распространения многолетнемерзлых пород СП - 11-105-97 и в соответствии с требованиями СНиП-11-02-96
Практическое значение работы. Результаты проведенных исследований были включены в материалы отчетов рабочих проектов инженерно-геологических изысканий в рамках Республиканской программы «Заречье». Также результаты представляют практический интерес для специалистов, занимающихся в области водохозяйственного и мелиоративного строительства на территории Республики Саха (Якутия) и других регионах Российской Федерации, где существует влияние многолетней мерзлоты, а также при проектировании, строительстве и эксплуатации линейных и гидротехнических сооружений. Кроме этого, результаты могут быть использованы при усовершенствовании методов районирования, картографических методов исследования ГКС и криогенных ландшафтов, составлении схем и карт техногенного воздействия.
Апробация. Основные положения и результаты докладывались и обсуждались на: Конференции молодых ученых «Шаг в будущее» (Якутск, 1997); научно-практической конференции «Криопедология» (Сыктывкар,
1997); VII International Conference on Permafrost (Yellowknife, Canada, 1998); VIII Congress of the International Association of Engineering Geology and Environment (Vancouver, Canada, 1998); XV всероссийской конференции с международным участием «Геологические опасности» (Архангельск, 2009). Автор участвовал и освещал научно-практические конференции «Проектирование и строительство транспортных объектов в условиях Республики Саха (Якутия) (Якутск, 2003) и «Мегапроекты; экономика, инвестиции, строительство» (Якутск, 2008).
Публикации. По результатам исследований автором лично опубликовано 8 работ, в том числе 4 статьи в ведущих научных журналах из перечня ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы из 107 наименований. Работа изложена на 115 страницах, содержит 22 рисунков и 10 таблиц.
Изученность проблемы, объект и методы исследования
Изученность проблемы. Около 65% площади территории Российской Федерации расположено в зоне распространения многолетнемерзлых горных пород (ММП) и развития криогенных геологических процессов и связанных с ними явлений. Вторжение и любая деятельность человека на этой территории сопровождается техногенным воздействием на природную среду.
Проблема техногенного (технологического) воздействия на геокриологическую среду и ландшафты, которые являются основанием и площадкой для строительства инженерных сооружений, особенно актуальна.
Развитие экономики и инфраструктуры регионов, где распространенны ММП и криогенные формы рельефа, сопровождается активным строительством и эксплуатацией объектов жизнеобеспечения населенных пунктов. При этом все более, интенсивнее становиться техногенное воздействие человека. В результате строительства и эксплуатации инженерных объектов нарушается естественное состояние грунтов и изменение ландшафтов криолитозоны. Например, в Республике Саха (Якутии), за последнее время, осуществлен ряд проектов по строительству различного типа сооружений. Это объекты промышленного и гражданского строительства, магистральные и групповые водоводы, линий ВЛЭП, магистральные газопровод и нефтепровод и др. К 2012 году намечен подход строительства железной дороги к станции Нижний Вестях (близ г. Якутска) с сооружением уникального моста через Лену. Не вызывает сомнения, что при этом на среду и ландшафты будут воздействовать техногенные нагрузки различной степени. Поэтому, строительство и эксплуатация инженерных сооружений, в регионах с развитием ММП, должно сопровождаться постоянным геокриологическим мониторингом территорий.
Важная роль в региональных исследованиях криолитозоны принадлежит ученым Института мерзлотоведения Сибирского отделения РАН (ИМЗ СО РАН) имени П.И. Мельникова (г. Якутск). Одним из вопросов, которым занимался институт - изучение взаимодействия сооружений с промерзающими, мерзлыми и протаивающими грунтами и управление этим взаимодействием (с 1959 года - основные закономерности механики промерзающих, мерзлых и оттаивающих грунтов, льда, снега и их взаимодействия с сооружениями). Данный вопрос включал в себя несколько отдельных тем:
1. Физико-механические взаимодействия мерзлых и замерзающих грунтов с основаниями и фундаментами.
2. Температурный режим под промышленными и жилыми зданиями.
3. Устойчивость подземных выработок.
4. Поведение земляных плотин и земляного полотна автодорог.
5. Эксперименты с искусственным замораживанием грунтов.
В 1975-1977 годах сотрудниками института мерзлотоведения под руководством Р.М. Каменского проводились исследования на действующем газопроводе Тас-Тумус - Якутск. На основании данных натурных наблюдений и математического моделирования установлены: влияния просеки и строительных работ на изменение геокриологических условий и общие тенденции этих изменений; особенности теплового взаимодействия на подземных участках магистрального газопровода с грунтами, вызванные изменениями температуры газа в надземных участках; предложены эмпирические формулы для определения глубины оттаивания у газопровода и ее изменения по длине участка (Р.М. Каменский, Э.А. Метляева, Л.В. Мясникова и М.И. Турбина, 1977).
В начале 70-х годов для водоснабжения и ирригации трех районов Якутской АССР рассматривался вариант перекачки вод р.Амга в верховья р.Татты. Система предполагала сооружения мощных насосных станций, напорных трубопроводов диаметром 1000 мм и длиной 43 км, поднимающих воду на высоту 152 м, и регулирующего водохранилища емкостью 88 млн.м . Из регулирующего водохранилища вода периодически должна была сбрасываться вниз по долине р.Татта и заполнять каскад из 19 постоянных и сезонных водохранилищ, расположенных на различных участках долины общей протяженностью 150 км. Однако этот проект по ряду причин был не реализован. И только в 90-х годах план строительства водоводов и перекачки речной воды, но только уже из реки Лена был благополучно осуществлен (см. главу 2). Для обоснования проектных решений данного варианта сотрудниками Института мерзлотоведения были проведены специальные геокриологические исследования. Полевые работы выполнялись под руководством М.С. Иванова, В.И. Спесивцевым, Ю.Ф. Романовым, А.С. Стогановым. В отчете (Ф.Э. Арэ, М.С. Иванов, А.В. Павлов, Ю.Ф. Романов и С.Г. Цветкова, 1972) подчеркивалась необходимость учета содержания подземных льдов и развития термоэрозионных форм рельефа. Указывалось, что объем водохранилища во время эксплуатации будет увеличиваться за счет просадок. Рекомендовалось обеспечивать устойчивость земляных плотин на льдистых отложениях долины р.Татта и их промораживанием до заполнения водохранилищ. Давались рекомендации по защите мест примыкания плотины к льдистому береговому склону и др. В период 1981-1995 гг сотрудниками лаборатории инженерных сооружений Института мерзлотоведения (Р.В. Чжан, Г.П. Кузьмин, И.П. Константинов, О.И. Алексеева, А.В. Яковлев, Н.М. Бабий, И.Ф. Чеховский, Э.А. Метляева, Л.В. Каменская, В.М. Магковский, В.А. Попов) под руководством П.И. Мельникова и Р.М. Чжан были получены данные об особенностях взаимодействия инженерных сооружений с мерзлыми породами. Г.П. Кузьминым и А.В. Яковлевым с участием сотрудников лаборатории инженерных сооружений и других лабораторий института были проведены исследования для решения научных и технических задач создания и обеспечения устойчивости различных подземных сооружений. Основная цель этих работ в 1980-1989 годах заключалась в изучении особенностей и количественной оценке размываемости мерзлых грунтов, а также в разработке технологии гидроразмыва подземных резервуаров. В 1986 году было проведено обследование мелиоративных каналов на системах лиманного орошения и осушения в Центральной Якутии, которое позволило вскрыть механизм разрушения грунтовых каналов периодического действия (Чжан, 1987). Исследование водопропускных сооружений были организованы в 1989 году на головном гидроузле Хоробутской мелиоративной системы. Полевые исследования проводились Р.В. Чжаном, Н.М. Бабий, Г.И. Голиковым, В.К. Давыдовым и К.К. Мозолевским. В результате натурных наблюдений была подтверждена гипотеза отслоения грунта обратной засыпки от стенок устоя водопропуска. Это явление было изучено и в лабораторных условиях в Центральной инженерной лаборатории физического моделирования при Институте гляциологии и геокриологии Академии Наук Китайской Народной Республики (г.Ланьчжоу). В результате была предложена конструкция сопрягающего устоя, на которую получено авторское свидетельство (Чжан, 1991). Кроме этого, Р.В. Чжаном и Э.А. Метляевой в 1988 году были выполнены прогнозные расчеты формирования температурного режима грунтовых плотин в заречной группе районов Якутии. Накопленный опыт гидротехнического строительства водохозяйственного и мелиоративного назначения в Якутии, а также научные разработки в этой области было решено обобщить в «Территориальных строительных нормах» (ТСН). В 1995 году составлена первая редакция ТСН по проектированию, строительству и эксплуатации низконапорных гидроузлов на малых реках Якутии (Р.В. Чжан, Г.Ф. Биянов, И.П. Константинов, СЕ. Гречищев и др.) [2].
Немаловажную роль в изучении проблем воздействия криогенных процессов на геологическую среду инженерных сооружений принадлежит и другим исследователям. в 1992 году издательством МГУ выпускается монография «Геоэкология Севера (введение в геокриоэкологию)» под редакцией В.И.Соломатина [28], где рассматриваются географические особенности, структуры и энергетика криолитозоны (в основном севера Западной Сибири), факторы ее эволюции, а также методика прогнозирования развития северных геосистем. Данная работа является первой попыткой сформулировать и обосновать основные положения нового научного направления - геокриоэкологии, определить ее предмет, методы и задачи, место в мерзлотоведении и геоэкологии. Предложена классификация, инвентаризация, оценка техногенного воздействия и рекомендации использования северных геосистем. В этой работе выделяется наука геокриоэкология как самостоятельный раздел мерзлотоведения и предлагается использовать понятие криогеосистема3. Основными методическими принципами геокриоэкологии, по определению В.И.Соломатина, являются мониторинг и анализ эволюции криогеосистем под влиянием внешних условий их существования и развития. В геокриоэкологических исследованиях используют природно экспериментальные, аналитические, картографические и ландшафтные методы для конкретных ключевых районов исследования.
Магистральный водовод «Лена-Татта»
Инженерно-геокриологические условия данной территории характеризуются сложностью распространения многолетнемерзлых пород, вовлекаемых в сферу инженерного воздействия. В разрезе принимают участия: суглинистые грунты, супесчаные пучинистые грунты, песчаные грунты от мелких до средних фракций плотного сложения и песчаные, рыхлые грунты в отложениях Бестяхской террасы. Четвертичные аллювиальные отложения Тюнгюлюнской и Абалахской террасы (равнины) отличаются повышенной просадочностью и сжимаемостью.
Трасса водовода расположена в зоне распространения многолетней мерзлоты сливающегося типа. Сплошность её нарушается под руслом реки Лена и под крупными озерами. Многолетнемерзлые тонкодисперсные отложения Тюнгюлюнской и Абалахской равнин характеризуются очень высокой льдистостью. Общая льдистость их местами превышает 0,6 д.ед. Вскрытая мощность льдов достигает 13,0 м.
В многолетнемерзлых тонкодисперсионных суглинисто-супесчаных грунтах широко развиты повторно-жильные льды. Кровля залегания их в большинстве случаев сливается с нижней границей сезонно-талого слоя. С этим связаны проявления негативных процессов на поверхности этих равнин. Особенно быстрые и не регулируемые процессы термокарста наблюдаются на вновь раскорчеванных участках и на участках с нарушенным почвенно-растительным слоем. Многолетнемерзлые грунты при оттаивании переходят в текучую консистенцию, просадочное, сильноцросадочное и сжимаемое состояние.
Сезонное оттаивание обусловлено характером растительного покрова, заторфованности, литологического состава грунтов, заболоченности участка и экспозиции склонов. Обычно степень оттаивания понижается на залесённых, заболоченных и заторфованных участках (до 1,0 м,) и увеличивается на открытых возвышенных участках, сложенных песчанными отложениями до 3,0-3,5 м., в эоловых песках даже до 4-5 м. Оттаивание грунтов начинается в середины мая и достигает максимума в начале декабря.
Температурный режим грунтов по трассе водовода варьируется в очень широком интервале. Наиболее низкие значения температур (от -0,4 до -6,2 С) на глубине 10 м. наблюдаются в отложениях Бестяхской террасы и аласного комплекса, наименьшие - на межаласьях Тюнгюлюнской из Абалахской террас.
Как видим, грунты по трассе водовода отличаются слабой устойчивостью, что потребовало особого подхода при проектировании, строительстве и эксплуатации сооружений на системе.
Магистральный водовод «Лена - Туора Кюель - Татта» самый протяженный. Он включает в себя головную плавучую насосную станцию (рис.2.2), четыре промежуточных водоема с насосными станциями, пять плотин, трубопровод из стальных труб и каналы общей протяженностью более 20 км. Все насосные станции электрифицированы. Плановое положение трассы магистрального водовода выбрано с учетом удобства эксплуатации, минимальной протяженности, а также обеспечения сохранности окружающей среды.
От Куолларского водохранилища трасса водовода проложена вдоль существующей дороги до озера Кеттит-Кюель (у поселка Туора Кюель) и далее - до р. Татта (магистральный канал); всего 6 участков (табл.2.1). В урочищах Диринг, Мундулах, на оз.Теппэ, р.Суола возле п.Бетюйдях и па оз.Кеттит-Кюель созданы водохранилища для питьевых целей. Разработчиком проектов водохранилищ является Институт по проектированию водохозяйственного и мелиоративного строительства «Якутгипроводхоз».
Головная насосная станция и четыре перекачивающих насосных станций обеспечивают водоподачу начальным расходом 1,8 м3/с на расстояние около 130 км. Отбираемый из реки Лены объем воды составляет менее 10 % её минимальных меженных расходов. Подача воды осуществляется по трубам, поскольку обеспечение устойчивости откосов каналов, при наличии повторно-жильных льдов и грунтах, более трудоёмко и малоэффективно.
При проектировании было предусмотрено строительство водовода в одну нитку из стальных труб. Марка стали для труб выбрана с учетом расчетной зимней температуры и диаметра трубопровода. Диаметры труб были определены технико-экономическим расчетом в зависимости от расходов воды.
Магистральный водовод - надземный, что создает определенное преимущества при его прокладке. Кроме того, такой водовод в меньшей степени подвержен коррозии, а также удобен для визуального инспектирования. По трассе водовода устроена насыпь высотой 0,5 м из привозного грунта. При этом грунты под ним сохраняются в многолетнемерзлом состоянии.
По длине водовод опирается на ряд поддерживающих опор (промежуточных) и жестко закрепляется в анкерных опорах, которые расположены в местах изменения его направления, а также на прямолинейных участках (рис.2.4).
Между анкерными опорами установлены промежуточные каткового типа, которые воспринимают поперечные силы, действующие на водовод, и силы трения, возникающие при его температурных перемещениях. Расстояния между анкерными и промежуточными опорами определены расчетом и составляют соответственно 510 и 15 м.
Конструкция анкерных и промежуточных опор принята, исходя из наличия в основании вечномерзлых грунтов, со свайным ростверковым бетонным фундаментом. Глубина установки свай принята согласно нормативам, то есть в зависимости от расчетной глубины сезонного оттаивания грунтов. Сваи сборные железобетонные, сечением 40x40 см по способу погружения в вечномерзлый грунт - буроопускные.
Для обеспечения продольных перемещений водовода вследствие ожидаемых деформаций в середине между анкерными опорами установлены П-образные компенсаторы. Они просты в изготовлении и эксплуатации, что очень важно для районов вечномерзлых грунтов, поскольку по сравнению с сальниковыми компенсаторами исключают какие-либо протечки и не требует постоянного ухода.
Для пропуска отдельных групп животных через каждые 2 км предусмотрены проходы высотой на свету 2,5 м и шириной 6,0 м. Для этого используются П-образные компенсаторы, которые устанавливаются наклонно к горизонтальной плоскости на стойки-опоры. В местах пересечения водоводом автомобильных дорог предусматривается устройство в насыпи переходов по типу «труба в футляре».
Защита внешней и внутренней поверхности трубопровода от коррозии выполнена в соответствии с рекомендациями Института ВНИИСТа: на внешней стороне - алюминиевое покрытие, на внутренней - магниевые протекторы. Для удобства эксплуатации и ремонта водовода от п.Нижний Вестях и до п.Майя используется существующая дорога с твердым покрытием, далее по всей трассе предусмотрено строительство новой дороги на насыпи высотой 1-1,3 м, шириной полотна - 6,5 м, проезжей части - 4,5 м, также с твердым покрытием. В местах переходов через ручьи и понижения предусмотрены трубчатые водопропускные сооружения, через реки - мосты. Специального разделения водовода на ремонтные участки не делали, поскольку для этого требуются затворы (задвижки) больших диаметров, которые не выпускаются для районов очень холодного климата. Использование же затворов для обычных условий, которые выпускаются только с электроприводом, потребовало бы устройства специальных сооружений и привело к удорожанию строительства. К тому же и необходимости в этом нет, так как открытая прокладка водовода и его сезонная работа при своевременных осмотрах позволит во время устранять дефекты, не допуская аварийной ситуации. Кроме того, по трассе водовод разделен накопительными водохранилищами, которые в случае аварии на одном из участков обеспечивают необходимые расходы воды на время ее ликвидации.
Влажность, пластичность и консистенция мерзлых грунтов
Под «влажностью» мерзлой породы понимается содержание заключенной в ней воды, удаленной высушиванием при температуре 100-105С до постоянной массы грунта.
Суммарная влажность (Wtot) определялась по общепринятой методике мерзлотных исследований [62]. Отбор проб производился в специальные бюксы из кернов при колонковом бурении скважин, через каждые 0,5 м. в 20 скважинах до глубины 3,0 м, в 29 скважинах до глубины 5,0 м. и в 4 скважинах до глубины 10,0 м.
Рассматривается изменчивость суммарной влажности грунтов на трех участках магистрального канала с относительно разными литологическими типами; 1) участок суглинистых отложений - скважины №№ 4-17, 2) участок супесчано-песчано-суглинистых отложений - скважины №№ 18-29 3) участок супесчано-суглинистых и льдистых заторфованных суглинистых отложений -скважины №№ 30-45. Полученные данные представлены в таблице 3.2.
1. Участок трассы канала от скважины № 4 до скважины №-17 (от створа водохранилища до небольшого озера). В таблице представлены значения влажностей суглинистых отложений на глубине 3, 5 и 10 м.
На глубине 0,5 м суммарная влажность (далее сокращенно «влажность») грунтов изменяется от 15 до 88%. Значительное увеличение ее связанно с увлажнения грунтов водами озер и болот. На глубине 1,0 м. динамика влажности составляет 13-39%, лишь в скважине № 15 (место развития термокарста) значение влажности - 58%. На глубине 1,5 м. влажность в интервале 12-36%о, лишь скважины №№ 11 и 15 имеют повышенные значения 53 и 43%о соответственно. Динамика влажности на глубине 2,0 изменяется от 15 до 36%, скважина № 13 (у кромки оз. Юрюнг-Кюель) и № 15 имеют высокие значения, соответственно 51 и 56%, а скважина № 12 (между мостовыми переходами 1 и 2) имеет наибольшую влажность на этом участке - 92%.
Далее дается характеристика влажностей в толще многолетнемерзлых пород (ММП). На глубине 2,5 м. интервал влажностей 21-51%, скважина № 12 имеет влажность - 65%. Следующая глубина отбора - 3,0 м. интервал влажностей 20-47%, скважина № 12 имеет значение - 69%.
На глубине 3,5 м. влажности от 28 до 36%, и снова скважина № 12 -63%). Динамика влажности грунта в пробах с глубин 4,0; 4,5; 5,0 м незначительная, соответственно 28-38, 27-32, 27-31%.
2. Участок трассы канала от скважины № 18 до скважины №-29. В таблице показаны значения влажностей супесчано-песчано-суглинистых отложений на глубине 3,0 и 5,0 м. На глубине 0,5 м влажность изменяется от 21 до 63%, только в скважине № 23 она высокая - 85%. Динамика влажностей на глубине 1,0 м варьируется в широких пределах; от 6 до 59%. Это связано с литологической разностью грунтов, лишь в скважине № 28 значение влажности очень высокое - 102%. Далее на глубине 1,5 м. влажность в интервале 12-44%), и снова скважины № 28 имеют повышенную влажность -89%.
Динамика влажностей в пробах с глубин 2,0; 2,5; 3,0 м тоже варьируется в широких пределах, соответственно 4-51%., 4-61%., 16-59%.
3. Участок каналк от скважины № ы0 №о скважины №-42. Сложен супесчано-суглинистыми и льдистыми заторфованными суглинистыми отложениями на глубине в основном 3,0 м.
На глубине 0,5 м влажность изменяется от 14 до 50%, на этой глубине наиболее высокая влажность - 126 % (во влажной низине) и 108 % (на краю озера), соответственно скважины №№ 40 и 41. Влажности на глубине 1,0 м меняются от 13 до 33%), в скважине № 41 влажность высокая - 68 %. На глубине 1,5 м. влажности в интервале 18-33 % , повышенные влажности 64%, 66%, 66% соответственно в пробах со скважин №№ 34, 41 и 42. Это объясняется наличием в пробах торфа и заторфованных суглинков. Далее на глубине 2,0 м. влажность от 19 до 41%, и 60% - в пробе из скважины № 39. Динамика влажностей с глубины 2,5 и 3,0 м - 15-60%., 22-40%.
Мостовые переходы и площадка сопряжения с р. Татта. На рисунке 5.7 в виде графика представлена динамика влажности грунтов до глубины 10,0 м. Рассмотрим особенности влажностей до 3,0 м представленные суглинками, реже супесями. На глубине 0,5 м влажность изменяется от 23 до 52%, очень высокая - 116% (скважина № 3). На глубине 1,0 м интервал влажность 23-31%, на глубине 1,5 м интервал 25-42%, на глубине 2,0 м - 36-57%, на глубине 2,5 м - 34-51% и на глубине 3,0 м - 28-48%.
В таблице 3.2 (скважина 44) показаны значения влажностей площадки сопряжения с р.Татта, где глинистый грунт имеет высокую влажность -97%,.59%, 85%, 51% соответственно 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 м. Пластичность и консистенция. Под пластичностью грунта понимается его способность деформироваться без разрыва сплошности под воздействием внешних усилий и сохранять полученную форму после их снятия [3]. Пластичные свойства грунтов зависят от их влажности, а также от содержания в них глинистых минералов. Интервал влажности между верхним и нижним пределами пластичности характеризуется числом пластичности - I .. [34]. С помощью него, пластичные грунты подразделяют, в зависимости от их гранулометрического состава и определяют показатель текучести - I ь- Отбор проб грунта на пластичные свойства, в районе исследования производился из керна скважин. По 2 пробы из трехметровых скважин, из пятиметровых скважин - по 3 пробы, из десятиметровых скважин по 8 - 10 проб. В таблице 3.3 показаны показатели числа пластичности грунтов магистрального канала.
Консистенция (показатель текучести) грунтов тесно связана с пластичностью, отражает физическое состояние грунтов и показывает степень подвижности частиц грунта в зависимости от различного количества воды [3].
Статистическая обработка данных 135 проб грунтов показала следующие результаты;
а) суглинок твердый - 13, супесь твердая - 2, глина твердая - 1,
б) суглинок текучий - 60, супесь текучая - 15, глина текучая - 2,
в) суглинок текучепластичный - 16, супесь пластичная - 7,
г) суглинок полутвердый - 1,
д) суглинок тугопластичный - 5,
е) суглинок мягкопластичный - 10 проб.
Оценка влияния магистрального самотечного канала на прилегающую мерзлотную среду
Исходя из вышеизложенного, в параграфе 4.2. Под оценкой технологического воздействия любого инженерного сооружения на произвольную территорию, автором понимается выявление качественных и количественных изменений среды и ландшафтов данной зоны воздействия в результате технологического процесса эксплуатации сооружения.
Качественная технологическая оценка характеризует особенности развития криогенного процесса, характеристики мерзлотной среды, условия и факторы активизации. Количественная оценка характеризуется числовыми показателями, отражающими динамику развития криогенного процесса и характеризующие его воздействия на среду.
По существу в районе исследования изучаются два процесса -термоэрозии и термокарст, которые являются последствием размыва (размываемости) мерзлых грунтов. Эти процессы проявляются в виде просадок, ям, провалов и промоин.
Поэтому для оценки воздействия канала на мерзлотные ландшафты были выбраны следующие параметры:
- места, участки активизации термокарста и термоэрозии,
- морфометрические характеристики, такие как глубина и диаметр, а также протяженность процессов термокарста и термоэрозии.
Поскольку техногенные воздействия и нарушения мерзлотных геосистем возникают в большинстве случаев с поверхности Земли, а также потому, что сами мерзлотные геосистемы существуют в ландшафтной оболочке, геокриология широко использует ландшафтный метод пространственного анализа и систематики мерзлотных процессов и явлений. [С. 13, 28].
Для оценки динамики криогенных процессов (термокарста и термоэрозии) трассы магистрального канала проведено сопоставление описаний ландшафтных условий во время изысканий 1995 г. и во время эксплуатации 2005 г. (рис. 4.12).
Описание ландшафтных условий (1995 г). Заключительный участок Магистральный канал проходит по долине ручья Синниэгэс и представляет собой естественный самотечный канал в русле ручья. Полоса трассы канала имеет в целом северо-восточное направление, начинается от створа водосброса водохранилища № 2 (в 300 м. от оз. Арылах) и заканчивается вблизи русла р. Татта (см. рис. 4.12).
В начале трассы ручей течет по межаласью (скв.5). Русло ручья слабовыраженное, ширина - от 1,0 до 2,0 м, глубина - до 0,5 м. Долина ручья хорошо просматривается, шириной 100-200м. Склоны долины покатые высотой 5-6 м и крутизной до 30. Юго-восточный склон покрыт лиственницей высотой до 10 м., диаметром стволов 0,1-0,2 м. Расстояние между деревьями 4,0 м. Северо-западный склон бугристый, со слабовыраженными байджерахами. Днище долины относительно ровное, местами заболоченное, закочкованное, травянистое. Ручей при входе в алас (скв.6 и 7) растекается и проходит по понижению в центре. Алас обширный с плоским днищем, юго-восточный склон ниже противоположного и покрыт мелкой лиственницей.
Далее ручей проходит возле озера на кочкарнике (скв.8), высота кочек 0,3 м. Озеро небольшое, расположено на северной части аласа. Днище аласа заболоченное, травянистое. Ось трассы от озера продолжается в субширотном (восточном) направлении до оз. Юрюнг-Кюель (скв.13). Затем ручей пересекает аласовидную долину (скв.9), в 60-70 м. южнее трассы наблюдается булгуннях диаметром 30-35 м. по подножию и высотой 7 м. Северный крутой склон булгунняха покрыт лиственницей до 15 м, диаметром стволов 0,25 м. Расстояние между деревьями 5 м. Вершина булгунняха с воронкообразным углублением, южный склон пологий, вытянутый. Растительный покров днища долины травянистый, местность заболоченная, покрыта кустарником. Склоны долины пологие. Абсолютные отметки долины составляют 199,5-200,1 м (по БС). Отмечается общее понижение рельефа в северо-восточном направлении. Микрорельеф мелкобугристый.
На участке мостового перехода № 1 (скв.1) располагается низина, шириной до 100 м. Очертание ручья слабовыраженное, кочкарник, высота кочек до 0,2 м., русло не прослеживается. Склоны долины покрыты лиственничным лесом высотой деревьев 15 м, диаметром 0,3 м и расстоянием между ними 5 м. Микрорельеф мелкобугристый, малотравянистый. По правому склону долины проходит трасса ЛЭП. Далее от мостового перехода № 1 ось трассы канала проходит по заболоченной местности, до мостового перехода № 2 (скв.2). Русло ручья проходит через эксплуатируемый деревянный мост, длиной около 15 м. С обеих сторон моста подходит дорога с грунтовой отсыпкой, перекрывающая низину. Около моста местность заболочена, закочкована и обильно заросшая кустарником. Угол падения северного склона около 30. Склон покрыт лиственницей до 15 м и диаметром 0,25 м. Затем трасса проходит по закочкованной долине ручья, до оз. Юрюнг-Кюель (скв.13). Озеро имеет продолговатую форму, размером 1700 х 350 м. Северный берег травянистый, здесь расположены жилые объекты поселка с одноименным названием, южный берег - заболоченный. В конце озера находится дамба, от которой начинается искусственный канал (скв.14), проходящий по долине ручья Синниэгэс. Недалеко от дамбы находятся хозяйственные постройки; маслоцех и пилорама (скв.15).
Далее трасса проходит по долине ручья до недостроенного деревянного моста и дома. Рядом проходит ЛЭП (линия электропередач). Долина травянистая, покрыта зарослями кустарника. Микрорельеф бугристый. На этом участке трассы развиты термокарстовые провальные образования различной формы (просадки, ямы, провалы). Их длина иногда доходит до 20 м, а глубина составляет 0,6-0,8 м. По северному склону проходит грунтовая дорога. Наблюдается общее понижение рельефа в северо-восточном направлении (абсолютные отметки 196,82 м). На этом месте, недалеко от мостового перехода №3 (скв.З), северный склон до 40, покрыт лиственницей. Микрорельеф относительно ровный, травянистый.
От мостового перехода № 3 направление трассы меняется на север, и доходит до небольшого озера (скв.17), а затем отклоняется на восток. За озером трасса канала пересекает склон долины ручья и располагается по долине ручья (скв.18), ширина которой на этом участке достигает до 100 м. Микрорельеф относительно ровный. На этом участке направление трассы меняется на северо-восток и идет по долине покрытой мелким кустарником. Склоны долины крутые, покрыты лиственничным лесом. На участке трассы между скважинами 20-26, ручей приобретает более чёткое очертание. Ось канала протягивается по долине ручья Синниэгэс, по мелкобугристой и травянистой поверхности.
Далее расположен искусственный канал (скв.20, 21), шириной - 1,7 м. и глубиной - 0,7 м. Русло пересохшее, вниз по течению углубляется. Ширина долины на этом участке до 80 м. Склоны крутые, до 40 и покрыты лиственницей. Вдоль оси трассы наблюдаются термокарстовые образования (провалы, ложбинки и выемки) глубиной от 0,6 до 1,3 м.
На участке трассы возле скважины 26, долина ручья соединяется с аласом (озеро Юрюнг) - небольшой низиной. Алас находится в 50 м севернее от долины. Ширина поймы ручья на этом месте увеличивается до 10 м. Высота береговых уступов до уреза воды 1,5-2,0 м. Ниже по течению долина ручья расширяется, и ручей Синниэгэс теряет свои четкие очертания (скв 27), разбиваясь на рукава в середине долины. Правый рукав ручья закочкован и слабозаболочен, левый рукав наблюдается в виде узкой канавки. Ниже по течению, на изгибе долины, ее пересекает ЛЭП в северо-восточном направлении. Ширина долины ручья здесь до 120 м. Склоны крутые, покрыты лиственницей. Растительный покров травянистый. Ось трассы канала (скв.28, 30) «прижимается» к левому берегу долины, которая имеет ширину от 100 до 150 м. Склоны долины крутые, до 40, покрыты лиственницей. Пойма ручья сужается до 7 м. по бровке, глубина уступов составляет 1,5-2,0 м, берега ручья закочкованы. В 50 м. выше по течению (скв.30) ручей растекается и проходит по слабовыраженной низине, а затем втекает в алас (скв.ЗЗ).
Далее трасса канала проходит по аласу с ровным, травянистым микрорельефом, на западе наблюдается небольшой бугор пучения. Затем ось трассы (скв.35) выходит на заболоченную и закочкованную аласную долину с маленькими озерами. Ширина долины ручья в этом месте достигает до 150 м. Склон южной экспозиции незалесен. По полосе трассы канала наблюдаются выемки и провалы глубиной 0,6-0,9 м.
