Методика гидрогеологических исследований для обоснования региональных схем инженерной защиты от подтопления Казакова, Ирина Генриховна

Введение к работе

Актуальность теми. Основные направления градостроительной деятельности и требования.к обоснованию предпроектной градостроительной документации, в том числе схем инженерной защиты (СИЗ), изложенные в новом Законе РФ "Об основах градостроительства в Российской Федерации", предусматривают экологически безопасное развитие застроенных территорий и защиту их от опасных природных и техногенных процессов. Один из таких наиболее опасных и распространенных процессов в России - подтопление, ежегодный экономический ущерб от которого исчисляется многими миллиардами рублей (в ценах 1990 г.). Б настоящее время подтоплено в той или иной мере более двух тысяч городов и других населенных пунктов, а также около 100 тыс.кв.км сельскохозяйственных земель. Только за последние 10 лет (1983-1993-гг.) площади подтопленных застроенных территорий удвоились и процесс продолжает развиваться. Борьба с подтоплением ведется с помощью тех или иных защитных сооружений практически постоянно, но это не снимает проблемы в целом по стране. Следовательно, необходимы принципиально новые подходы к решению проблемы подтопления, позволяющие объективно оценить критическую ситуацию и найти пути выхода из нее.

Один из таких подходов и предлагается в диссертационной pa- . боте, в которой разработана методика гидрогеологических исследований для обоснования региональных схем инженерной защиты от подтопления, позволяющая не только обобщить и осмыслить обширную информацию по лриродныгл условиям и техногенным нагрузкам, влияющим на развитие многофакторного процесса подтопления, но и разработать и обосновать новую стратегию и тактику инженерной защиты от подтопления на основе оценок его опасности.

Цель работы - разработка единой методики гидрогеологических исследований для обоснования региональных схем инженерной защиты от подтопления как в целом для России, так и для отдельных ее регионов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи.

1. Проанализировать современное состояние проблемы подтопления в России, а также существующих направлений и методов исследований по обоснованию инженерной защиты для выявления причин возникновения проблемы подтопления и выбора эффективных методов для ее решения.

2. Разработать методические приемы инженерно-гидрогеологического обоснования картографических моделей подтопления как техногенного

гидрогеологического процесса, развивающегося на застроенных территориях в разных природных условиях под влиянием различных техногенных факторов.

3. Разработать методику гидрогеологических исследований для обзорного картографирования подтопления с оценкой опасности процесса для обоснования СИЗ России с внбором основных направлений инженерной защиты от подтопления.

4.- Разработать методику гидрогеологических исследований для мелко-и среднемасштабного картографирования подтопления с оценкой опасности процесса для обоснования региональных СИЗ на примере конкретного объекта с выбором принципиальных решений и конкретных рекомендаций по инженерной защите от подтопления в этом регионе. Методика исследований включала:

сбор, анализ и обобщение опубликованных и фондовых теоретических и фактических, в т.ч. анкетних, материалов по вопросам состояния проблемы подтопления, обоснования инженерной защиты как на конкретных застроенных территориях, так и в регионах; регионального гидрогеологического картографирования изменений подземной гидросферы; региональных и локальных прогнозных оценок развития процесса;

разработку методических подходов к специальным обследованиям подтопленных населенных пунктов и сами эти обследования;

теоретическую разработку подходов к оценке подтопления методом гидрогеологического картографирования процесса и практическую апробацию его на конкретных примерах.

В процессе работы выполнялись: анализ и уточнение ряда понятий; оценка изменения гидрогеологических условий 72 подтопленных городских территорий; анализ 63 региональных и детальных СИЗ от подтопления и других ОШ; типизация и схематизация разнообразных природных условий и техногенных факторов на региональном и локальном уровнях; разработка теоретических положений но выбору критериев .оценки опасности подтопления и принципов гидрогеологического ' районирования территорий по условиям развития .подтопления с учетом особенностей режима подземных вод; составление каталогов и карт фактического материала; создание картографических моделей подтопления в масштабах 1:5000000 и 1:500000; оценка этих моделей с целью обоснования соответствующих СИЗ.

'Исходные материалы и личный вклад автора. Материалами для диссертации послужили результаты научно-исследовательской деятельности автора в ЛНИИИСе с 1980 по 1994 гг. Исследования проводились

по госбюджетным и хоздоговорным тематикам, по которым выпущено 19 научно-исследовательских и научно-методических отчетов. При этом диссертант являлся как исполнителем отдельных самостоятельных разделов, гак и ответственным исполнителем .ряда тем; кроме того непосредственно участвовал в специализированных обследованиях подтопленных населенных пунктов.

Научная новизна работы заключается в том, что:

разработана методика гидрогеологических исследований процесса подтопления (рис.), с помощью которой можно оценить условия развития подтопления и его опасность как на территории России, так и в ее регионах, а также предусмотреть необходимую инженерную защиту;

разработаны методические приемы инженерно-гидрогеологического обоснования обзорных, мелко- и среднемасштабных картографических моделей подтопления, учитывающие развитие этого техногенного гидрогеологического процесса в различных природно-техногенных системах на региональном и локальном уровнях;

предложены критерии интегральной оценки опасности подтопления застроенных и застраиваемых территорий и обоснован перенос их на региональную модель; приведено понятие "коэффициент пораженности территории подтоплением";

разработаны принципы сквозного гидрогеологического районирования территорий по условиям развития подтопления с учетом особенностей режима подземных вод, определяющих специфику развития процесса и его опасность на региональном и локальном уровнях;

предложено различать по режиму, условиям развития-и характеру распространения подземных вод две принципиальные СХШЫ развития подтопления с целью дифференцированной оценки его опасности и выбора основных направлений инженерной защиты от подтопления в России;

разработаны общие методические приемы создания обзорной, мелко-и среднемасштабных картографических моделей подтопления и составлены такие модели для территории России в масштабе 1:5000000 и Калмыкии в масштабе 1:500000.

Практическая значимость работы заключается в том, что разработана единая методика гидрогеологических исследований для обоснования региональных СИЗ от подтопления. Создаваемые при этом картографические модели процесса с оценкой его опасности, обосновывают необходимость инженерной защиты и выбор проектных решений в составе СИЗ: по обзорной модели определяются основные направления инженерной защиты в России; по мелко- и среднемасштабным - рекомендуется конкретный состав предупредительных и защитных мероприятий от под-

Методика гидрогеологических исследований для обоснования региональных схем инженерной защиты

/ блок-схема / КОМПЛЕКС ИССЛЕДОВАНИЙ

НА РЕГИСКАЛЬНЯї УРОЗНЕ 1:1СССОССО - 1:1С0С00

зз^ечив ПРИРОДНЫХ УОЛОЗііЛ /ялиматячэских, гадсо-логлческлх.гесморіюлогическак.икженерко-геологз-чэсяах.гидрогеологических/ и режіма подземных вол, хаиаитеояэузктх закономерности развитая и особенности распространения подтопления;

изучение ТЕХНОГЕННЫХ ФАХТСРОВ, прелопрецэляэщях раслооетізаяйнле и интенсивность развитая подтопления, а такке изменение экологическое обстановка

составление каталога и карта подтопленных населенных пунктов региона

НА ЛСКАЯЬЯСМ УРОЗНЕ /городсхае территория/ 1:50000 - 1:5000

изучение ПРІЇР0ЛШ УСЛОВИЙ /клііматических.гидрологических, теомогёолегячосках. анженетзно-геологячезїшх, гидрогеологических/, режима подземных и.поверхностных вод, характеризующих закономерности развитая и особенности распространения подтопления;

изучение влияния ТЕХНОГЕННЫХ ФАКТОРОВ;

оценка измєнеі-ш* гидрогеологических условий под действием техногенных нггрузок:

оценка з-'тфектавности предугшецительншс я защитных, мероприятий от подтопления

I I

ТЙСИЗАХЯ Й СШАТИЗА4ИЯ ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЯ И ТЕХНОГЕННЫХ ФАЖГ0Р03. разработке. ПРИНЦИПОВ ГЩТОГЕОЛОГИЧЕСХОГО ?А5іОНИРОЗАНИЛ тепратот* по условиям развятия подтопления

выбор КРИТЕРИЕВ одешеи ОПАСНОСТИ подтопления С учетом оценок экономического ущерба л опасности развитая подтопления на конкретних застроенных территориях региона

СОЗДАНИЕ КАРТОГРАІИЧ^ССЛ ЙОДШ ПОЖЕЛЕШ С ОШХСЯ ZT0 СЯАСНОСТЛ /карта подтопления/

ВУІср ССЛОЗКУ Ї НАПРАВЛЗВЙ ЛН23ЇЗРН03 СА'ІЖ л ХСНХРЗТЗіІЗ РЗХСЇЕНД

топления в регионе. Также картографические модели подтопления могут служить основой для постановки дальнейших исследований по оценке экологической опасности на загрязненных подтапливаемых территориях, оценке развития и активизации других опасных природных и природно-техногенных процессов. Кроме того, разработаны необходимые требования и методические подхода к картографическому обеспечению для обоснования СИЗ, которые позволят усовершенствовать нормативные и методические документы по изысканиям для строительства и обоснования защиты от подтопления и других опасных процессов. Реализация работы.

3. Результаты методических разработок и обзорная модель подтопления включены в состав комплексного картографического обоснования "Схемы инженерной защиты территории России от опасных геологических процессов"; выполненного в ПНИИИСе в I9S0 г. под научным руководством А.Л.Рагозина. Результаты исследований автора включены также в СНиП 2.01.15-90 приложение 4.

4. Результаты исследований подтопления на территории Калмыкии с оценкой экономического ущерба послужили инженерно-гидрогеологическим обоснованием "Схемы инженерной защиты территорий и населенных пунктов Калмыкии от опасных геологических процессов (подтопление, эрозия, просадки)", разработанной в 1392 г. институтом "Калмгипро-водхоз".

5. Методические разработки, касающиеся инженерно-гидрогеологического обоснования защитных мероприятий, нашли свое отражение в "Рекомендациях по инженерно-гидрогеологическому обосновании защитного дренажа территорий, подтапливаемых подземными водами" и "Рекомендациях по выбору гидрогеологических параметров для обоснования способа дренирования подтопленных городских территорий".

6. Методические разработки принципов гидрогеологического районирования территорий и обоснования гидрогеологических картографических моделей подтопления использованы в 1994 г. лабораторией гидрогеоэкологии Инженерно-геологического центра Российской АН (ИГЦ РАН) при составлении "Методического пособия по оценке нефтяного загрязнения подземных вод и экологического ущерба от загрязнегаш".

На защиту выносится методика гидрогеологических исследований для обоснования регионалышх схем инженерной защиты от подтопления, позволяющая не только создать образно-знаковую модель техногеїпюго гидрогеологического процесса, оценить условия его развития и опасность, но и, выявив причины подтопления, заранее предусмотреть необходимую инженерную защиту. Методика включает три взаимосвязанных

положения:

1. - инженерно-гидрогеологическое обоснование картографических моделей подтопления, включающее комплекс исследований по изучению особенностей возникновения и развития процесса как на региональном так и локальном уровнях. При этом предложены критерии интегральной оценки опасности развития подтопления и разработаны принципы сквоз ного гидрогеологического районирования территорий по условиям развития подтопления с учетом особенностей рекима подземных вод;

2. - создание картографических моделей подтопления, позволяющее строить такие гидрогеологические модели водообменных процессов в системе "атмосфера - зона аэрации - грунтовые воды", которые учиты вают разнообразие изменений природных условий под действием техногенных факторов как на застроенных территориях, так и в регионах:

3. - исследования этих моделей, позволяющие, выделив принципиально, различные гидрогеологические СХЕМЫ развития подтопления и оценив реальную природао-техногенную обстановку, определить опасность раз< вития подтопления, выявить главные причины его возниішовения и вкб рать на этой основе стратегию и тактику инженерной защиты при разработке СИЗ.

Апробация тэаботн и публикапии. Некоторые вопросы работа доложены на: семинаре "Прогноз изменения окружающей геосферы в связи с подтоплением территорий промышленного, килшдно-гравданского и сельскохозяйственного строительства" (Киев,1981); Всероссийской конференции "Экологический мониторинг в условиях радиационного и химического загрязнения окружающей среды" (Челябинск, 1993), Результаты исследований по разработке методики картографирования подтопления нашли свое отражение на 29-м Международном геологическом конгрессе в Японии (Киото, 1992). Все основные научные положения и результаты, изложенные в диссертационной работе, докладывались и утверждались на заседаниях секций НТО ШИИИСа, а также Минстроя России (1991, 1992, 1993, 1995 гг.).

По теме диссертации в открытой печати опубликовано 13 работ.

Структура и объем -работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка использованной литературы из 190 наименований. Она включает: \%Ц с. машинописного текста, 10 рисунков, 10 таблиц, приложения.

Работа выполнена в Производственном и научно-исследовательском институте по инженерным изысканиям в строительстве (ПНИИИС) Минстроя России, Івтор глубоко признателен д.г.-м.н. профессору С.М.Фотиєеу за методическое руководство работой, необходимые сове-

ты, критические замечания и моральную поддержку; искренне благодарен к.г.-м.н., соавтору основных публикаций и идейному вдохновители^ 0.В.Слинко за ценные научные консультации, постоянные творческие обсуждения и неизменное внимание к работе; признателен сотрудникам института "Калмгипроводхоз" К.А.Лавгаеву и А.Я.Ратиеву за помощь в проведении работ, по Калмыкии и предоставлении необходимых материалов; а также всем, кто оказывал искреннее внимание и поддержку; -