Гидрологические условия на территории изучают на основе данных о явлениях и процессах, происходящих в поверхностных водоёмах: реках, озёрах, водохранилищах и болотах. Эти условия рассматривают в тесной связи с гидрогеологическими и другими природными условиями, в комплексе определяющими характеристику круговорота воды в природе, влияние на него деятельности человека и способов управления водным режимом.

Основные сведения включают информацию об источниках питания, закономерностях режима рек и водоёмов, их основных параметрах, химическом и бактериологическом составах вода, рельефных и геологических особенностях береговой линии и дна.

Режим рек и водоёмов определяют совокупностью данных о колебаниях скоростей течения, уровней и расходов в период самого низкого продолжительного сезонного стояния - в межень и во время прохождения высоких вод с учётом сроков замерзания и вскрытия рек, а также толщины ледяного покрова.

На участках, примыкающих к водоёмам, следует установить границы затопления береговой территории паводковыми водами и нанести их на топографический план. Затем принимать решение включить в осваиваемые территории затапливаемые участки с проведением защитных мероприятий или исключить их для использования под застройку.

Данные о природных условиях дополняют перспективным прогнозированием потенциальной динамики компонентов среды под действием различных факторов, в том числе антропогенных. Так, например, оценивают последствия изменения уровня грунтовых вод в процессе строительства и эксплуатации или возможной эрозии рельефа потоками поверхностных вод и аккумуляции продуктов разрушения горных пород в пониженных местах. Кроме того, определяют экологический потенциал среды, т.е. пределы, за которыми могут начаться необратимые нарушения.

Информацию о природной среде получают на основе комплексных инженерно - геологических изысканий, задачи которых вытекают из специфики градостроительного проектирования.

Лекция № 2

Тема: Учет природных условий в градостроительстве

Градостроительная оценка природных условий

Оценка природных условий заключается в выявлении степени благоприятности территорий для различных видов её градостроительного использования. Оценку проводят на всех стадиях проектирования, каждой из которых соответствует определённый уровень проработки, широта охвата, глубина и детальность анализа природных условий.

Оценка природных условий на стадии схем и проектов районной планировки

На этой стадии анализируют природные условия крупных районов, краёв, областей. Результаты анализа используют в процессе проведения комплексной оценки территории, определяя её благоприятность по сумме всех градостроительных факторов. К ним относятся не только природные, но и санитарные, экономические и планировочные. В результате определяют характер рационального использования района, формирования его планировочной структуры. Одновременно устанавливают принципы инженерной подготовки территорий, восстановления, сохранения и улучшения природных ландшафтов. В зоне опасных геологических процессов намечают мероприятия по защите среды.

Оценка природных условий на стадии разработки генерального плана города

Разрабатывая генеральный план города, природные условия анализируют и оценивают в сочетании с другими градостроительными факторами. Такая оценка позволяет обосновать рациональное взаимное размещение функциональных зон города, предусмотреть оптимальные резервные территории для его дальнейшего развития.

1.3.Оценка природных условий на стадии разработки проекта застройки и проекта детальной планировки.

На этих стадиях проектирования анализ природных условий и их оценка позволяют выбрать и обосновать наиболее эффективные варианты проекта инженерной подготовки городских жилых и промышленных районов или защиты отдельных участков и объектов от опасных геологических процессов.

С этой точки зрения территории классифицируют на три группы: благоприятные, неблагоприятные и особо неблагоприятные.

Поскольку требования, предъявляемые к размещению, строительству, инженерной подготовке и благоустройству неодинаковы для различных городских зон, то для каждой из них используют свои критерии.

Методикой анализа предусмотрено последовательное рассмотрение каждого природного фактора (рельеф, грунтовые воды, грунты и т.д.) и все в совокупности. Суммарная (комплексная) оценка природных факторов позволяет учесть их влияние на качество природной к создаваемой градостроительной среды и прогнозировать возможное ухудшение условий вследствие застройки и её эксплуатации.

Основные критерии оценки отдельных природных факторов, определяющие степень благоприятности территории для гражданского и промышленного строительства, садов и парков даны в табл.1, 2 и 3.

Факторы суммарно оценивают на основе балльной методики ЦНИИП градостроительства.

Если осваиваемая территория характеризуется наличием опасных физико-геологических процессов (оползни, карст, сейсмика, селевые потоки и др.) то возникает необходимость в использовании дополнительных характеристик, позволяющих учитывать названные особенности территории.

На зоны с активными физико-геологическими процессами, которые могут нарушать устойчивость зданий и сооружений накладывают планировочные ограничения. Одновременно предусматривают защитные мероприятия, гарантирующие нормальную эксплуатацию зданий и сооружений на близлежащей территории.

По природным характеристикам наиболее удобны для градостроительного использования благоприятные территории, поскольку не требуется проведения сложных мероприятий по инженерной подготовке у, следовательно, их освоение наиболее эффективно. Однако степень благоприятности зависит от перспективного использования территории. Например, участки неблагоприятные для размещения застройки могут быть вполне благоприятны для создания садов, парков и других зелёных зон.

Обходят лишь те участки наиболее неблагоприятных территорий, где имеются серьёзные нарушения поверхности горными выработками или активно действуют геологические процессы. Такие опасные зоны обычно приурочены к определённым локальным участкам отвалов пород угольных шахт или местам активно действующих оползней, транзита селевых потоков и снежных лавин. Размещение зданий и сооружений в таких зонах не допускается, поскольку защитные меры экономически нецелесообразны или технически невыполнимы.

По санитарным и другим соображениям запрещается размещение застройки в санитарно-защитных зонах промышленных предприятий и специальных объектов, охранных зонах водоснабжения, курортов, заповедников, памятников архитектуры и культуры. До истечения специально установленных сроков резервируют участки, загрязненные органическими или радиоактивными отбросами.

2. Схема планировочных ограничений и схема основных природных условий городской территории

Основой для выбора варианта функционального зонирования и территориального развития города, как и определения конкретных мероприятий инженерной подготовки, служит составленная схема планировочных ограничений. Её выполняют по результатам комплексной оценки всех градостроительных факторов. Задачи такой схемы - показать территории, освоение которых связано с различной степенью сложности преобразования природных условий, и участки, исключаемые из застройки по тем или иным видам ограничений, а также выделить неблагоприятные зоны наибольшего загрязнения окружающей среды, нарушения ландшафта и опасных геологических процессов.

Схему разрабатывают, сопровождая пояснительной запиской, где обосновывают принципиальные градостроительные решения, связанные с освоением территории. Эти мероприятия оценивают и с точки зрения охраны окружающей среды. Такая оценка является неотъемлемой частью заключения о природных условиях. Уже на стадии районной планировки проводят ландшафтно-экологический анализ территории.

Разрабатывая схемы, характеризующие природные условия, уточняют данные о природной среде. Одновременно оценивают возможное ухудшение в перспективе геоморфологических, геологических и гидрологических условий на территории вследствие её застройки и проведения мероприятий инженерной подготовки, особенно радикальных.

Рис. 1. Схема, характеризующая основные природные условия городской территории (а) и схема планировочных ограничений (б):

1 - затопляемые и подтопляемые территории;

2 - то же, заболоченные с высоким стоянием грунтовых вод;

3 - территории с плоским рельефом, уклоном 0,5%;

4 - овражные территории;

5 - участки, подверженные оползням и береговой эрозии;

6 - территории с крутым рельефом, уклоном >20 %;

7 - участки с карстовыми явлениями;

8 - охранная и заповедная зона;

9 - ценные сельскохозяйственные угодья; 10 - ценный лесной массив;

11 - территории, благоприятные для застройки;

12 - полоса отчуждения железной дороги; 13 - полоса ЛЭП;

14 - санитарно-защитная зона промышленного предприятия;

15 - охранная зона водозаборных сооружений

3. Мероприятия инженерной подготовки. Схема инженерной подготовки города.

Мероприятия инженерной подготовки призваны преобразовать негативные природные условия и улучшить позитивные. Обязательно при этом следует учитывать влияние проектируемых преобразований на окружающую среду.

Мероприятия инженерной подготовки по их характеру и особенностям осуществления делят на две группы: общие и специальные.

К общим относят вертикальную планировку, организацию отвода дождевых и талых вод. Они являются обязательными на территориях с различными природными условиями.

Специальные мероприятия включают:

Защиту территорий от подтопления грунтовыми водами;

Защиту территорий от затопления;

Освоение заболоченных территорий;

Борьбу с оврагами и оползнями;

Восстановление нарушенных территорий;

Борьбу с карстами;

Защиту от селевых потоков и возведения сейсмических явлений.

Три последних мероприятия, относящиеся к группе специальных, характеризуют особые случаи инженерной подготовки.

Общие и специальные мероприятия инженерной подготовки на осваиваемых территориях могут встретиться в различных сочетаниях, отличаясь как по сложности, так и по объёму. Схему инженерной подготовки города проектируют на копии эскиза генерального плана, используя карту планировочных ограничений. При этом разрабатывают предложения по изменению планировочной структуры в целях повышения эффективности решений инженерной подготовки территорий. Масштаб чертежей зависит от крупности населённого пункта.

Рис. 2. Схемы:

а - инженерной подготовки территории города; б - природных условий территории:

1 - повышение отметок поверхности путем намыва или подсыпки;

2 - дамба; обвалования;

3 - заболоченные участки;

4 - регулирование русел малых рек и устройство мелиоративных каналов;

5 - трубчатый дренаж;

6 - насосные станции перекачки ливневых и дренажных вод;

7 - противооползневые устройства и берегоукрепление;

8 - противоэрозиснные сооружения;

9 - засыпка и благоустройство оврагов (условные обозначения для схемы б см. рис. 1)

Таблица 1. Характеристика природных и санитарных условий территорий по степени благоприятности для жилищного строительства

Природные	Категории территорий
благоприятные	неблагоприятные	особо неблагоприятные
Рельеф	Уклон поверхности от 0,5 до 10%	Уклон поверхности менее 0,5% и от 10 до 20%, а в горных местностях до 30%	Уклон поверхности свыше 20%, а в горных местностях более 30%
Грунты	Допускающие устройство фундаментов здании и сооружении обычного типа при расчетном сопротивлении от 1,5 кгс/см 2 и более (пески, суглинки, глины, лесс непросадочный)	Требующие устройства фундаментов усиленного типа при расчетном сопротивлении в пределах от 1 до 1,5 кгс/см 2 (пески, глины, суглинки, лесс непросадочный и др.)	Требующие устройства сложных фундаментов при расчетном сопротивлении менее 1 кгс/см 2 , а также плывуны и макропористые просадочные грунты
Гидрогеологические условия	Залегание безнапорных водоносных горизонтов на глубине не более 3 м: не требуется понижения уровня грунтовых вод и устройства гидроизоляции	Залегание безнапорных водоносных горизонтов на глубине от 1 до 3 м от поверхности; требуется понижение уровня грунтовых вод и устройство сложной гидроизоляции	Залегание водоносных горизонтов на глубине менее 1 м от поверхности
Затопляемость	Незатопляемые или затопляемые не чаще чем 1 раз в 100 лет (обеспеченность 1%)	Расположенные между линиями затопления паводками, повторяющимися 1 раз в 100 лет (1% обеспеченности) и 1 раз в 25 лет (4% обеспеченности) с наивысшим горизонтом высоких вод не более 0,6 мнад уровнем земли	Затопляемые 1 раз в 25 лет и чаще (4% обеспеченности и более), а также расположенные в нижнем бьефе крупных водоемов и подвергающиеся опасности затопления при разрушении плотины или дамбы с катастрофическими последствиями
Заболоченность	Заболоченность отсутствует. Осушение территории возможно простейшими способами	Требуются специальные работы по осушению. Торфяники слоем менее 2 м	Значительная заболоченность грунтового питания, трудно осушаемая. Торфяники слоем более 2 м
Овраги	Незначительные числом, неглубокие (до 3 м) овраги с пологими склонами. Роста оврагов не наблюдается	Недействующие овраги с крутыми склонами глубиной 10 м. Оврагообразование слабое, на небольшой площади	Интенсивное оврагообразование. Стабилизировавшиеся овраги с крутыми склонами глубиной свыше 10 м
Оползни	Оползни отсутствуют
	Размыв отсутствует	Размыв и переработка берегов в ряде мест; зона переработки не превышает по ширине 10 м	Реки с блуждающими руслами. Значительное распространение размыва и переработка берегов; зона переработки превышает 10 м по ширине
Карст	Карст отсутствует	Незначительное число неглубоких воронок затухшего карста	Значительное число воронок активного карста глубиной более 10 м. Наличие в пределах территории подземных пустот
Почва	Черноземы, красноземы; по механическому составу легкие и средние суглинки, супеси	Слабозасоленные почвы, выщелоченные, кислые, по механическому составу - пески, глины, средние и тяжелые, суглинки тяжелые	Солонцы, солончаки; почвенный слой отсутствует; по механическому составу - скальные породы; почвы, зараженные гниющими органическими и радиоактивными веществами
Ветры	Хорошо проветриваемые и защищенные от сильных и вредоносных ветров и бурь или допускающие устройство ветрозащитных зеленых зон. Расположенные с наветренной стороны по отношению к источникам сильного загрязнения атмосферы	Замкнутые котловины с длительным застоем воздуха и участки, не защищенные от сильных и вредоносных ветров и бурь. Расположенные с подветренной стороны по отношению к источникам сильного загрязнения атмосферы, но за пределами са-нитарно-защитных зон	Расположенные в пределах санитарно-защитных зон от промышленных предприятий и других источников сильного загрязнения атмосферы
Инсоляция	Нормально инсолируемые в течение всего года	Сильно затененные горами и холмами (не более половины нормальной продолжительности инсоляции)	Неинсолируемые в течение всего года

Таблица 2. Характеристика природных и санитарных условий территорий по степени благоприятности для промышленного строительства

	Категории территорий
благоприятные	неблагоприятные	особо неблагоприятные
Рельеф	Относительно ровные площадки с уклонами от 0,3 до -5%	Слегка всхолмленные площадки с общим уклоном более 5% или менее 0,3%	Сильно всхолмленные площадки с общим уклоном более 5%, а также площадки, практически не имеющие уклонов поверхности
Грунты	Грунты однородного геологического строения в пределах всей площадки. Расчетное сопротивление не менее 1,5 кгс/см 2 . Допускается возведение зданий и сооружений без искусственных оснований и усиления фундаментов	Отдельные, небольшие по площади нарушения однородности геологического строения. Расчетное сопротивление в пределах от 1,5 до 1 кгс/см 2 . Требуется устройство искусственных оснований и усиление фундаментов для зданий и сооружений	Разнородное геологическое строение по всей площадке. Расчетное сопротивление менее 1 кгс/см 2
Гидрогеологические условия	Залегание безнапорных водоносных горизонтов на глубине более 7 м, а напорных - более 15 м. Понижения уровня грунтовых вод и устройства гидроизоляции не требуется	Залегание безнапорных водоносных горизонтов на глубине от 7 до 3 м, а напорных от 15 до 10 м. Требуется понижение уровня грунтовых вод и устройство гидроизоляции	Залегание безнапорных водоносных горизонтов на глубине не менее 3 м, а напорных - менее 10 м
Затопляемость	Отметки территории не более 0,5 м выше расчетного горизонта высоких вод. Для предприятий крупного народнохозяйственного и оборонного значения - повторяемость затопления не чаще -1 раза в 100 лет; для остальных предприятий - 1 раз в 50 лет; для предприятий с коротким сроком эксплуатации - 1 раз в 10 лет	Отметки территории менее 0,5 м от соответствующих расчетных горизонтов высоких вод. Затопление менее 1 раза в 50 лет	Затопление более 1 раза в20 лет (обеспеченность 5% и выше). Расположение в нижнем бьефе крупных водоемов, опасность затопления при разрушении плотины или дамбы с катастрофическими последствиями
Заболоченность	Заболоченность и бессточные котловины отсутствуют. Осушение территории возможно простейшими способами	Незначительная заболоченность атмосферного питания при отсутствии торфяников	Заболоченность грунтового питания, Торфяники мощностью 2 м и более
Овраги	Овраги отсутствуют	Отдельные стабилизировавшиеся овраги глубиной до 3 м, допускающие возможность засыпки	Отдельные стабилизировавшиеся овраги глубиной свыше 3 м и действующие овраги
Оползни	Оползни отсутствуют	Недействующие и отдельные активные оползни на небольшой площади, требующие несложных инженерных мероприятий	Имеют значительное распространение действующие оползни, требующие сложных инженерных мероприятий
Размыв берегов водотоков и водохранилищ	Размыв берегов отсутствует	Незначительные явления размыва и переработки берегов, ширина зоны размыва и переработки до 10 м	Интенсивные явления размыва и переработки берегов при ширине зоны более 10 м
Карст	Карст отсутствует	Недействующие старые карсты на небольшой площади, требующие несложных инженерных мероприятий	Имеют значительное распространение активные карсты

Таблица 3. Характеристика природных и санитарных условий территорий по степени благоприятности для размещения садов и парков

Природные и санитарные факторы	Категории территорий
благоприятные	неблагоприятные	особо неблагоприятные
Рельеф	С уклонами до 10%	С уклонами от 10 до 30%	С уклоном более 30%
Грунты	По почвенному слою- черноземы разные, красноземы; по механическому составу - легкие и средние суглинки, супеси	По почвенному слою-слабо засоленные, выщелоченные, кислые; по механическому составу - пески, глины средние и тяжелые, суглинки тяжелые	По почвенному слою - солонцы, солончаки; лишенные почвенного слоя; по механическому составу - скальные породы (при сплошном залегании)
Гидрогеологические условия	Уровень грунтовых вод от 2 до 1,5 м от поверхности	Уровень грунтовых вод от 1,5 до 0,5 м и от 2 до 3 м от поверхности	Уровень грунтовых вод менее 0,5 и более 3 м от поверхности
Затопляемость	Незатопляемые паводковыми водами	Затопляемые паводковыми водами не более 15 дней	Затопляемые паводковыми водами более 15 дней
Заболоченность	Заболоченность и бессточные участки отсутствуют	Заболоченность вследствие избыточных атмосферных осадков, легко осушаемая	Болота грунтового питания, трудно осушаемые
Овраги	Стабилизировавшиеся овраги глубиной до 5 м с пологими склонами	Стабилизировавшиеся овраги глубиной до 5 м с крутыми и обрывистыми склонами или глубиной более 5 м с пологими склонами	Действующие овраги
Оползни	Оползни отсутствуют	Отдельные оползневые склоны, требующие укрепления	Многочисленные оползневые склоны, требующие укрепления
Размыв берегов водотоков и водохранилищ	Размыв и переработка берегов отсутствуют	Явление размыва и переработки берегов в ряде мест. Зона переработки не превышает по ширине 10 м	Реки с блуждающими руслами; значительный размыв и переработка берегов; зона переработки превышает 10 м по ширине
Карст	Карст отсутствует	Незначительное число неглубоких воронок затухающего карста	Значительное число воронок затухшего карста глубиной более 10 м. Наличие в пределах территории подземных пустот

Гидрогеологические условия

Подземные воды - наиболее чуткий индикатор антропогенных изменений природной геологической среды. На территории городов их режим значительно изменяется под влиянием прямых и косвенных воздействий человека. Нарушается естественный режим подземных вод, изменяются почти все элементы природной гидрогеологической обстановки: условия питания, стока, разгрузки, уровни, напоры, скорости, химический состав и температура подземных вод.

Антропогенные изменения подземных вод оказывают влияние на состояние и свойства грунтов, а также на развитие ряда современных геологических процессов и явлений. Если область питания водоносных горизонтов полностью или частично совпадает с границами города, инфильтрационное питание подземных вод СА счет атмосферных осадков существенно сокращается. Коэффициент инфильтрации уменьшается от 30 до 80 % за счет застройки территории водонепроницаемыми асфальтовыми и другими покрытиями, устройства водосточной системы, вырубки лесов и т.д. Для Краснодара, как и для всех крупных городов, характерно наличие отрицательного баланса в водоносных горизонтах, т.е. преобладание расходов над приходом вод, это стало причиной образования депрессионной воронки, а в результате - оседания поверхности. [ 1 ]

В связи с водопонижением и обезвоживанием изменяется состояние и многие физико-химические свойства грунта, например в связи с откачкой воды происходит гидростатическое уплотнение рыхлых пород, а в результате происходит опускание земной поверхности. Величина осадки пород зависит не только от величины сил, ее вызывающих, но и от степени сжимаемости пород. Тонкодисперсные, мягкие, рыхлые породы (характерные для территории города) отличаются наибольшей деформируемостью. Оседание вызывают нежелательные сопутствующие процессы и явления, которые существенно усложняют инженерно-геоморфологические условия. В результате опускания местности повышается уровень грунтовых вод, с чем связано подтопление и заболачивание территории.

Результатом повышения уровня подземных вод являются следующие изменения свойств грунтов: распад структуры глинистых пород, размягчение твердых глинистых пород, разуплотнение рыхлых пород, увеличение влажности, растворение водорастворимых пород. Указанные изменения сопровождаются понижением механической прочности, уменьшением сопротивления сжатию и сдвигу.

С искусственным обводнением грунтов и повышением "зеркала" подземных вод связаны следующие виды антропогенных геологических процессов и явлений: образование новых водоносных горизонтов, особенно часто верховодки, подтопление, заболачивание территории, набухание глинистых и просадки лессовых грунтов. Указанные изменения грунтов и антропогенные воздействия могут носить временный или стабильный характер, иметь разные масштабы проявления. Стабильные, крупномасштабные и региональные изменения вызываются созданием крупных водохранилищ. Локальные и имеющие временный характер распространения проявляются при утечках вод из подземных коммуникаций.

При изменении химического состава подземных вод наблюдается антропогенный карст, который в отличие от природного имеет большие скорости развития процесса, высокую интенсивность, меньшую площадь проявления, возможность развиваться там, где раньше карст не проявлялся. Антропогенный карст - более управляемый процесс, чем природный. Подземное растворение пород ведет к образованию пустот и крупных полостей, в результате возможно обрушение вышележащих пород, образование провальных воронок, трещин, проседание поверхности земли, формирование своеобразного микрорельефа. С этим процессом связаны массовые деформации зданий и сооружений. Карст нередко сочетается с суффозией.

Подземные воды территории Краснодара по минерализации и химическому составу чрезвычайно пестры - от 0,5 до 10г/л с преобладанием вод слабо солоноватых. Чаще воды с минерализацией до 1г/л относятся к гидрокарбонатно - сульфатным кальциевым, а с минерализацией более 5 г/л - к хлоридно - сульфатным натриевым. Грунтовые воды, как правило, не агрессивны ко всем типам бетона. Исключение составляют участки, где грунтовые воды загрязнены промышленными стоками (сульфатная агрессивность, которая увеличивается от окраин к центру города). Особенно большое содержание сульфатов в воде отмечается вдоль уступа второй террасы, где территория планировалась с использованием бытового и строительного мусора. В пределах террас агрессивность грунтовых вод находится в прямой зависимости от плотности и условий городской застройки.

Город, выделяя в большом количестве антропогенное тепло, оказывает отепляющее воздействие на подземные воды на глубину до 300 м, что ведет к появлению таких свойств, как агрессивность (в сочетании с изменением химического состава) вод к определенным видам пород.

Анализ гидрогеологических условий территории Краснодара показал, что интенсивная хозяйственная деятельность по своим масштабам в настоящее время соизмерима с природными процессами, а в некоторых случаях - превосходит их. В результате нарушено естественно сложившееся динамическое равновесие природных условий. На формирование и режим подземных вод существенно влияют:

1. водоотбор - сформировались огромные по площади и в плане депрессионные воронки;

2. строительство крупного равнинного водохранилища и оросительных систем - изменен и нарушен подземный сток, изменились условия взаимосвязи между подземными и поверхностными водами, происходит подтопление территории и др.;

3. интенсивная сельскохозяйственная и промышленная деятельность - химические средства защиты растений и применение удобрений, сточные воды оказывают влияние на химический состав подземных вод - вырубка лесов, распашка земель, устройство карьеров, берегоукрепление и т.д. [ 1 ]

Гидрогеологические условия Краснодара определяются развитием водоносного горизонта грунтовых вод в покровных суглинках, супесях, песках, распространенных на площади второй и третьей НПТ. Мощность обводненных отложений обычно составляет 5-8 м. Водоносные отложения в пределах большей части территории подстилаются водоупорными глинами мощностью 2-5 м.

Местами водоупорные отложения отсутствуют (фильтрационные окна). Это обстоятельство приводит к гидравлической связи верхнего грунтового водоносного горизонта с нижним горизонтом напорных вод четвертичных отложений. В результате водоносные горизонты имеют близкие отметки уровней и сходство режимов, что позволило провести аналогию характера колебаний и глубин залегания уровня в многолетнем плане по режимным скважинам.

Основным режимообразующим фактором уровенного режима грунтовых вод являются атмосферные осадки, определяющие режим их питания. Территория Краснодара и его района относится к провинции сезонного спорадического промерзания зоны аэрации. Питание грунтовых вод осуществляется практически круглый год, однако максимум приходится на осенне-зимний и частично весенний периоды. На холодный период года (октябрь - апрель) приходится 60 - 70 % годовой инфильтрации, что соответствует 20- 30 % выпадающих осадков за этот период. В теплый период доля инфильтрации снижается до 5-10 % и увеличивается доля испарения. К внутренним режимообразующим факторам относятся литологический состав водовмещающих пород, мощность зоны аэрации, степень дренированности или подпора, морфологические условия и глубины залегания уровня подземных вод.

По совокупности указанных факторов и на основе общего гидрологического строения выделяется водоносный горизонт грунтовых вод второй и третьей НПТ. Водоносный горизонт пойменных отложений определяется уровенным режимом Кубани. Юбилейный жилой район строится в пойме Кубани на намывных грунтах, которые уложены на суглинистое и глинистое основание. Эти условия определили формирование техногенного горизонта грунтовых вод, который в последующем может вызвать подтопление участков в зависимости от планировки и состояния водохозяйственных систем. Эта зона в большей степени находится под влиянием уровенного режима реки.

Независимо от генетической принадлежности литологические разности пород в пределах террас имеют определенные фильтрационные параметры, которые установлены по опытным работам при инженерно - геологических изысканиях. Коэффициенты фильтрации изменяются в следующих пределах: глины, суглинки - 0,3 - 0,14; супеси - 0,06 - 0,5; лессовые суглинки - 1 - 2; пески среднезернистые - 9,3 - 16,0; пески крупнозернистые - 18 -28 м/сут.

В суглинистых, глинистых грунтах дебиты скважин не превышают 0,1 - 0,01 л/с, в песчаных грунтах дебиты скважин изменяются от 1 до 5 л/с.

Водоносный горизонт второй НПТ прослеживается от хут. Ленина (на юго-востоке от городской зоны) до западной окраины города (в районе рубероидного завода). В 1981г. Отмечается резкий подъем уровня, который не увязывается с количеством атмосферных осадков в зимне - весенний период, находящихся в средних пределах 44 % обеспеченности по водности. Возможно, подъем уровня был заложен в 1978г., отличающимся повышенной водностью. В какой-то степени подъем уровня увязывается с влиянием Краснодарского водохранилища: в 1980-1982 гг. (по данным службы эксплуатации водохранилища) при максимальном заполнении водохранилища сброс воды не приводил к снижению уровня наполнения, что вызывало длительное стояние высокого уровня около 200 суток.

Формирование потока грунтовых вод террасы в настоящее время определяется подпорным режимом вод в долине Карасуна и уровнем Краснодарского водохранилища. До строительства водохранилища подземный поток в верховьях имел отметку 24-25 м. и загружался в пойму Кубани. После 1970-х гг. на территории города и его пригородной зоны произведены большие водохозяйственные мероприятия, наложившие значительный отрицательный отпечаток на водный режим, особенно на площади второй террасы.

Строительство водохранилища с отметками наполнения 35 м. создало условия подпора подземных вод четвертичных отложений. Уровень подземных вод по правобережью поднялся до отметки 31 - 32 м. от земной поверхности. Это обстоятельство привело к изменению направления их движения от водохранилища вдоль бортовой зоны в направлении пос. Пашковского и городской зоны, и далее по долине Карасуна. Искусственный подъем уровня привел к подтоплению части территории ниже створа плотины.

С целью снижения напора и скорости потока в зоне плотины создана береговая дренажная завеса из 219 скважин с шагом 50м. Радиус влияния дренажной завесы около 400-500 м., перехватывания потока подземных вод не происходит.

В 1980 г. завершено строительство магистральных водоводных каналов, которые подают на пригородную оросительную систему около 4 млн.м 3 воды в год. Площади орошаемых земель вплотную примыкают к городской черте. Земляные каналы и оросительная система не имеют оградительного дренажа для перехвата фильтрующих вод наиболее четко выражено в верховье долины Карасуна, а также в районе аэропорта и пос. Пашковского. Восточнее аэропорта сформировался купол грунтовых вод с абсолютной отметкой до 34м. при глубине залегания уровня менее 1 м. Эта обширная зона имеет радиально расходящийся поток, одна ветвь которого направлена к аэропорту и вызывает подтопление взлетной полосы. Далее этот поток сужается и переходит по долине Карасуна в направлении пос. Гидростроителей.

Переоборудование в каскад закрытых водоемов реки Карасун привело также к формированию подпорного режима грунтовых вод и дополнительного их питания за счет фильтрации из водоемов на всем протяжении. Вызванный подъем уровня, который не был учтен при строительстве, привел к подтоплению территории Комсомольского микрорайона, пос. Пашковского и территорий, прилегающих к долине. Западная ветвь долины Карасуна практически засыпана и большей частью застроена. На отдельных участках созданы благоустроенные водоемы, с отметками уровня 21 м. Объекты, построены в зоне деятельности засыпанной долины реки, страдают от подтопления. Видимо, подземный поток сохранился и питается за счет построенных водоемов, сброс воды из которых практически не осуществляется.

Между долиной Карасуна и подошвой третьей террасы формируется мощный подземный поток, направленный к ТЭЦ и ул. Селезнева. Перепады отметок составляют 28-21 м. Начало потока, видимо, связано с фильтрацией вод из оросительной системы, расположенной в восточном конце ул. Уральской выявлена закономерность, заключающаяся в появлении зон подтопления, приуроченных к подошве склона третьей террасы, что, по-видимому, связано с перетоком вод и наличием западин в рельефе. Ранее построенный дренаж (оградительный канал) не выполняет свое назначение, так как не имеет сбросного выхода и в настоящее время заполнен водой, что служит дополнительным источником питания грунтовых вод. Аналогичная зона установлена далее по границе террас от ул. Садовой до ул. Кропоткина с глубиной залегания уровня 1 - 3 м. Уклон потока на этом участке небольшой, с отметками уровня от 24 до 21 м. Можно отметить некоторый застойный характер вод. Начиная с ул. Северной, поток резко разгружается к Кубани.

В целом, рассматривая режим грунтовых вод второй террасы, следует отметить общую тенденцию подъема уровня. Произведя сравнение с картой гидрогипс 1970 г., отмечаем подъем уровня в пределах 2 - 3 м. и более. Участились случаи подтопления объектов и сооружений, что частично связано с большими утечками воды из водохозяйственных систем, с неупорядоченным поверхностным стоком и несовершенством ливневой канализации.

Строительством плотины в пойме реки и конструкцией было предопределено повышение уровня подземных вод четвертичных отложений выше створа плотины на 5 - 7 м. (до отметки 34 - 35 м.), однако фильтрационные воды водохранилища сформировали поток подземных вод, который от ст-цы Васюринской, двигаясь параллельно береговой зоне в направлении верховья реки Карасун, разворачиваются на второй террасе в направлении города. В 1973 г. после затопления водохранилища гидродинамическое его влияние было зафиксировано на действующих городских водозаборах подземных вод и по режимным скважинам Краснодарской геологоразведочной экспедиции.

Всего на территории города находится 12 крупных водозаборов, около 400 скважин. При эксплуатации скважин после заполнения водохранилища темпы снижения динамического уровня с 0,7 м/год перешел на повышение до 0,4 м/год. Динамический уровень основных водоносных горизонтов.

Анализ графиков режимных наблюдений апшеронского и акчагыльского водоносных горизонтов показывает повышение уровня от 1 до 4 м/год. Гидравлическая связь грунтовых вод с подземными водами четвертичных отложений дает основание предполагать о влиянии водохранилища на уровенный режим верхнего горизонта.

Водоносный горизонт третьей НПТ формируется за пределами городской зоны на водораздельном склоне между р. Кубань и Кочеты Динского района, в 10 - 15 км. северо - восточнее города. Направление движения вод юго-западное, абсолютные отметки в зоне транзита - 36-28 м. Разгрузка подземных вод происходит по границе со второй террасой путем скрытого перетока.

Отметки уровня в зоне разгрузки изменяются от 28 до 24 м. В зоне транзита грунтовый поток проходит через мощные ирригационные и оросительные системы, где происходит дополнительное питание потока за счет фильтрации ирригационных вод. При подходе к городской зоне поток приобретает сложную конфигурацию, что в большей степени определяется морфологическими условиями и влиянием оросительной системы. К северной части города направлен сосредоточенный поток грунтовых вод, которые разгружаются в районе ул. Восточно - Кругликовской и Шоссейной. Глубины залегания уровня довольно значительные: от 7 до 4 м. Однако незначительные западины в рельефе, балки, понижения имеют большое значение в накоплении поверхностных вод, создании заболоченности, которые в дальнейшем соединяются с грунтовыми водами. Так, в районе Тополиной в незначительном понижении сформировалась зона подтопления с подъемом уровня до отметки 30 м. при глубине до 1м.

Северная и Северо-западная части городской зоны практически в гидрогеологическом отношении не изучены. В целом эта часть предварительно характеризуется глубинами уровня подземных вод 5-10 м. Некоторые изменения глубин и осложнения гидрогеологических условий могут возникнуть по происходящим здесь балкам Осечки, Сула, которые в настоящее время используются для создания водоемов и орошения земель. На этих участках возможен подъем уровня грунтовых вод до 3 - 5 м.

Подтопление городских территорий считается типичным антропогенным геологическим процессом. Оно проявляется там, где в результате хозяйственной деятельности изменен баланс подземных вод в сторону уменьшения расходных и увеличения приходных составляющих, нарушен режим подземных вод и влажностной режим подземных вод и влажностной режим зоны аэрации. Подтопление начинает проявляться еще в процессе строительства города и активизируется при эксплуатации городских зданий и сооружений за счет дополнительного питания водоносных горизонтов и сокращения поверхностного стока, испарения и подземного стока. Способствует данному процессу гидротехнические сооружения, создаваемые вблизи города.

Комплексного рассмотрения причин подтопления (в том числе и приведших к значительному подтоплению территории Краснодара в 1988г.) не проводилось, уделялось внимание только отдельным факторам. Сложность изучения данной проблемы определяется тем, что общепринятой классификации факторов подтопления не существует. Г.В. Войткевич (1996) предложил сгруппировать все факторы проявления данного процесса по следующим признакам:

1. масштабу воздействия - региональные и локальные;

2. условиям питания и разгрузки подземных вод;

3. генезису - естественные и искусственные;

4. активности воздействия на формирование гидродинамической обстановки - активные и пассивные;

5. характеру действия - случайные и детермические. [ 1 ]

Действие факторов рассматривается по времени (систематические, периодические, эпизодические) и распространению в пространстве (равномерное или неравномерное, сплошное или спорадическое)

Подтопление - полигенный, многофакторный процесс и набор факторов подтопления и условий изменяется в зависимости от естественных зонально - климатических, регионально - геологических условий, от особенностей города, характера его производства, городского хозяйства и благоустройства. Роль различных факторов подтопления неодинакова. К весьма значительным относятся: инфильтрация воды из водоемов с образованием зон подпоров, массовые утечки воды из подземных сетей водонесущих коммуникаций, ликвидация естественных дрен, антропогенное ослабление естественного стока, уменьшение площади испарения, конденсация влаги поз зданиями, покрытиями, оседание дневной поверхности.

В общем причина подтопления города возникла как результат несовершенных водохозяйственных сооружений, возведение которых было продиктовано временным экономическим эффектом без долгосрочных прогнозов их воздействия на окружающую природу.

На основании детального изучения имеющегося гидрогеологического материала, изучения уровенного режима водоносных горизонтов, материалов изысканий под чашу Краснодарского водохранилища и пригородных оросительных систем установлена взаимосвязь водоносных горизонтов и их связь с рекой и водохранилищем. Выделяются следующие основные факторы, обусловившие подтопление городской территории и механизм воздействия этих факторов.

Краснодарское водохранилище. Строительство плотины в пойме реки и ее конструкцией было предопределено повышение уровня грунтовых вод в долине, выше створа плотины, на 5 - 7 м. Фильтрационные воды водохранилища сформировали дополнительный боковой поток подземных вод, который при подпорном режиме поднялся до отметки 35 м. и, двигаясь от станицы Васюринской параллельно водохранилищу, в верховьях долины Кубани разворачивался в направлении городской территории. Роль существующей дренажной завесы ограничена и ее мощность не позволяет перехватить поток подземных вод, направленный к городу.

Влияние пригородной оросительной системы, которая была создана на базе Краснодарского гидроузла и состоит из магистральных водоподающих каналов и оросительной системы, непосредственно соприкасающихся с городской чертой. Фильтрационные потери из каналов м фильтрация оросительных вод приводит к подъему уровня грунтовых вод, и движение их происходит через городскую территорию к зонам разгрузки в долины Карасуна и Кубани. Отрицательное влияние оросительной системы связано с отсутствием дренажной по перехвату фильтрационных вод при орошении. Это привело непосредственно к подтоплению территории аэропорта, пос. Пашковского, Комсомольского микрорайона и ряду других территорий.

Зарегулирование стока р. Карасун привело к дальнейшему осложнению обстановки. При гидрогеологических изысканиях была выявлена связь первого водоносного горизонта с рекой. Создание в русле каскада закрытых водоемов привело к снижению оттока грунтовых вод, а в результате к их подпору, как в береговой зоне, так и за ее пределами. Поэтому зарегулирование стока рассматривается как один из основных факторов подтопления Краснодара, что в значительной степени осложнило экологическую ситуацию города. В результате можно сказать, что строительство водоемов выполнено без должного водохозяйственного обоснования.

Водохозяйственный фактор подтопления. Водохозяйственные коммуникации города определяют подтопление конкретных объектов, вызывая опасные геологические процессы: провалы, просадки поверхности, нарушения устойчивости фундамента сооружений, загрязнение подземных и поверхностных вод. Все эти явления связаны с большой утечкой водопроводных и фекальных вод, которые могут составлять до 30% объема стока (60 тыс. м 3 /сут.). Размер утечек определяется состоянием коммуникаций и их размещением. Например, наличие тупиковой ливневой канализации в Комсомольском микрорайоне значительно усиливает процесс подтопления.

Из наиболее значительных факторов подтопления территории города выделяются: климатические условия, рельеф, почвенный покров, гидрогеологические условия К.С. Шадукц, В.М. Шереметьев (1986) связывают повышение уровня грунтовых вод (подтопление) с глубинными тектоническими процессами - предвестником землетрясений. В периоды значительных изменений в уровенном режиме подземных вод наблюдается усиление сейсмической активности не только Кавказского региона, но и всего Трансазиатского сейсмического пояса. Используя метод аналогий, реакцию подземных вод на возникновение тектонических напряжений можно сравнить с реакцией уровней на увеличение статической нагрузки при заполнении водохранилища. Увеличение давления на водоносный горизонт при заполнении водохранилища на 1 атмосферу приводит к подъему уровней на 2 м.

На основании уровня залегания грунтовых вод территория города подразделяется на подтопляемые участки, периодически подтопляемые, потенциально подтопляемые на заданный расчетный период и потенциально неподтопляемые.(см.приложение 1)

Подтопление на территории Краснодара зафиксировано на участках с залеганием подземных вод от 0 до 2 м - это пос. Пашковский, район аэропорта, пойменные участки р. Кубань и Карасун. Большая по площади зона подтопления установлена по ул. Восточно - Кругликовской улице с глубиной уровня до 0,2 м. Подтопление этих участков стало следствием региональных факторов подтопления (см. табл.6). причинами подтопления территорий, прилегающих к ул. 1-го Мая, Северной (от пересечения с ул. Тургенева), Сормовской и других, являются природные и техногенные локальные факторы.

Эти же факторы послужили причиной подтопления ул. Российской, Тополиной, Ростовское шоссе (скопление поверхностных вод в западинах, балках). Построенные на этом участке городские овощехранилища оказались затопленными. Более сложная обстановка создается в северной промышленной зоне, в районе компрессорного завода, ЗИП, ЖБИ и др. В связи с затрудненном поверхностным стоком и техногенным влиянием в районе ул. Солнечной, Зиповской произошел подъем уровня грунтовых вод и подтопление подвальных помещений объектов.

Потенциально подтопляемые территории находятся в прямой зависимости от природных условий.

Потенциально неподтопляемые территории - такие, на которых вследствие благоприятных природных и техногенных условий заметного увеличения влажности грунта и повышения уровня подземных вод не происходит, а сели и наблюдается, то за расчетный период времени не достигает критических значений. На территории Краснодара к участкам, испытывающим меньшую техногенную нагрузку, относится, например, район ул. Московской.

При проектировании инженерной защиты города от подтопления и других опасных природных и природно - техногенных процессов рекомендуется (наряду с мероприятиями по снижению влияния водохранилища) следующее:

1. Восстановить естественный сток по р. Карасун. Провести очистку существующих прудов (ликвидация кольматации русла и бортов долины), осуществить дренажные мероприятия засыпанных площадей.

2. Рассмотреть возможность создания сооружения оградительной дренажной системы для предохранения территории города от поступления фильтрационных оросительных вод из магистральных водоподающих каналов и орошаемых земель.

3. Организовать и вести стационарное режимные наблюдения за уровнем грунтовых вод;

4. Увеличить протяженность дренажной завесы вдоль водохранилища, восстановить ее изучение. Обеспечить ее непрерывное функционирование;

5. Обосновать недопустимость увеличения емкости водохранилища за счет повышения уровня пополнения;

6. Предусмотреть следующие мероприятия: регулирование поверхностного стока; восстановление всех имеющихся водопропускных устройств под дорогами. Насыпями в местах пересечения водотоков и перетоков поверхностных вод в микропонижениях; строительство водопропусков и соблюдение правил водоотвода при дорожном и промышленно - гражданском строительстве; расчистка основных водотоков до их устьев за пределами черты города для беспрепятственного пропуска избытка вод с поверхности третьей надпойменной террасы; ремонт водопроводных и канализационных сетей, наращивание новых систем ливневой канализации на застроенных территориях.

Учет этих рекомендаций при проектировании и внедрении их в жизнь позволит снизить не только процессы подтопления, затопления, эрозионной деятельности, но и загрязнение вод первого от поверхности водоносного горизонта и вмещающих его грунтов.

Затопление в последние годы наносит ущерб городу и сельскому хозяйству и требует кардинальных мер по их предотвращению. Этот процесс имеет широкое развитие в пределах территории города и, как правило, связан с нарушением естественного поверхностного стока. Активизирует данный процесс прогрессирующее подтопление городской территории.

Наиболее сформированными и протяженными геоморфологическими единицами на территории террас являются долина реки Карасун и балка Осечки. В настоящее время в связи с прекращением естественного водотока в долине Карасуна начали развиваться процессы подтопления и заболачивания. До 1948 г. долина дренировала подземные воды террас и была проточной круглый год.

Максимальная глубина вреза балки Осечки относительно поверхности третьей террасы у северной границы не превышает 3-4 м. Борта пологие, незаметно сочленяются с поверхностью террасы. Она перегорожена многочисленными дамбами, в результате были образованы пруды. В средней и в основном в верхних частях склоны и днище балки с ее ответвлениями местами распаханы, перекрыты дорогами или застроены, в связи с чем естественный сток атмосферных вод по балкам затруднен, чем созданы условия для затопления отдельных участков. В сухой период балка пересыхает, сток в ней отсутствует.

В условиях недостаточной водопроницаемости грунтов и аномально высоких количеств годовых осадков большинство из понижений, широко распространенных на территории города, служат временными, а в годы высокой водности, и постоянными накопителями атмосферных вод.

Затопление развито на всей площади надпойменных террас и составляет около 7-10 % от их поверхности. С затоплением тесно связан процесс заболачивания.

Как правило, на площадках постоянного стояния поверхностных вод (отдельные просадочные блюдца, участки долины Карасуна, балки Осечки, подпруженные дамбами, понижения поймы Кубани, участки склонов с выклиниванием подземных вод и т.д.) прослеживается заболачивание. На таких участках грунты снизили прочностные и деформационные свойства, разуплотнены, типично произрастание камыша, тростника и другой влаголюбивой растительности.

Равнинная часть Пермского края входит в состав восточной окраины Волго-Камского многопластового артезианского бассейна. Район исследования -- г.Пермь расположен в пределах Камской гидрогеологической области. Со слагающими район различными по возрасту и литологическому составу породами связаны подземные воды нескольких типов. В рыхлых отложениях развиты обычно поровые грунтовые воды, характеризующиеся небольшой глубиной залегания, отсутствием напора, легкой загрязняемостью.

В коренных песчано-глинистых породах верхней, затронутой выветриванием, части разреза распространены субнапорные трещинно-грунтовые воды. В более глубоких частях разреза развиты напорные воды: порово-пластовые, трещинно-пластовые и карстовые. По условиям взаимосвязи с земной поверхностью водоносные подразделения разделяются на два гидрогеодинамических этажа: верхний и нижний.

Нижний этаж объединяет гидрогеологические подразделения, которые практически утратили связь с поверхностью и характеризуются застойным режимом; в них распространены соленые воды и рассолы. Описание гидрогеологических подразделений производится в стратиграфической последовательности сверху вниз. Верхний гидрогеодинамический этаж - воды аллювиальных отложений широко используются для водоснабжения населенных пунктов, расположенных в долинах рек. Водоносная иренская карбонатно-сульфатная серия развита только в местах выхода иренских пород на земную поверхность или при неглубоком их залегании от поверхности; с погружением пород под более молодые отложения они становятся водоупором. Водоносная серия содержит безнапорные трещинно-карстовые воды, циркулирующие по карстовым полостям в толще карстующихся пород. Различная степень трещиноватости и закарстованности пород определяет сильную изменчивость их фильтрационных свойств.

Наибольшая водообильность пород серии наблюдается в зонах интенсивной трещиноватости, где активно идут процессы карстования. Дебиты родников варьируют от 0,1 до 200 л/с (преобладают 0,1--3,0 л/с), дебиты скважин -- от 0,1 до 18,3 л/с. По химическому составу подземные воды серии преимущественно сульфатные кальциевые с высокой минерализацией (до 2,3 г/дм3). На участках, где воды связаны с карбонатными породами, они имеют сульфатно-гидрокарбонатный состав с минерализацией менее 1,0 г/дм3. На более глубоких горизонтах скважинами вскрываются сульфатно-хлоридные и хлоридные натриевые воды с минерализацией до 4,1 г/дм3. Ниже местных эрозионных врезов распространены напорные трещинно-пластовые воды. На небольших глубинах преобладают пресные гидрокарбонатные магниево-кальциевые и гидрокарбонатные кальциево-натриевые воды с минерализацией до 0,5 г/дм3. С глубиной минерализация вод увеличивается до 4,5 г/дм3, появляются сульфатные (хлоридно-сульфатные, сульфатно-хлоридные) натриево-кальциевые, кальциево-натриевые и натриевые воды. Трещинно-карстовые воды питаются дождевыми и талыми водами, в некоторых местах они подпитываются водами соликамского горизонта и речными водами. В районе исследования встречаются все виды разгрузки подземных вод серии: родниковая, субаквальная (на дне рек и озер) и подземная (в другие водоносные отложения). Нижний гидрогеодинамический этаж. Исходя из особенностей геологического строения и гидрогеологических условий в зоне активного водообмена в пределах территории г.Перми выделяются следующие гидрогеологические подразделения: - водоносный локально-слабоводоносный аллювиальный горизонт, объединяющий аллювиальные отложения поймы, I аккумулятивной, II и III эрозионно-аккумулятивных террас р. Камы; - проницаемый локально-слабоводоносный горизонт аллювиально-делювиальных и покровных отложений IV надпойменной террасы и высокой равнины; - шешминский терригенный слабоводоносный локально-водоносный комплекс; - соликамская терригенно-карбонатная водоносная свита, которая подразделяется на 2 подсвиты: нижнюю - водопроницаемую локально-водоносную терригенно-карбонатную, верхнюю - водоносную терригенно-карбонатную. Довольно часто в четвертичных отложениях формируются техногенные водоносные горизонты и верховодка, происхождение которой чаще всего также имеет техногенный характер.

Водоносный локально-слабоводоносный четвертичный аллювиальный горизонт вскрывается скважинами на глубине от менее 2 м до 10-15 м и более. В большинстве случаев подземные воды вскрываются в интервале 0-5 м.

Мощность водоносного горизонта обычно на пойме и низких терраса составляет 10-20 м, на III террасе 5-10 м.

Горизонт характеризуется присутствием пластов и линз гравия и галечника в основании разреза и разнозернистых песков с прослоями и линзами супесей и суглинков в его верхней части. Коэффициент фильтрации для мелких песков изменяется от 0,1 до 9,8 м/сут., средних - от 3 до 18,5 м/сут. (Костарев и др., 1985 г.). Для песчано-гравийно-галечных отложений значения коэффициента фильтрации в основном составляет 20-50 м/сут, редко менее. В целом отмечаются более низкие значения коэффициента фильтрации для левобережной части исследуемой территории. На пойме и низких террасах прослеживается четкая гидравлическая связь аллювиального горизонта с р. Камой.

Ширина зоны влияния режима водохранилища на колебаниях уровня подземных вод зависит от литологического состава прибрежной полосы и степени наполнения водохранилища. Это влияние сказывается на расстоянии от 110 до 350 м., захватывая в основном пойму и I надпойменную террасу, иногда II террасу (Курья, Закамск). По водообильности аллювиальный горизонт неоднороден. Производительность скважин варьирует от менее 0,5 л/с (долина р. Ласьвы) до 2-3 л/с и более (В. Курья, Закамск) при понижениях уровня в основном в пределах 1-5 м. Дебиты родников колеблются от сотых долей до нескольких литров в секунду (пластовые выходы). Основным источником питания горизонта являются атмосферные осадки, дополнительными - трещинно-грунтовые воды шешминского терригенного комплекса, речные воды р. Камы, а также утечки из коммуникаций и промстоки. Движение грунтовых вод происходит от тылового шва II и III террас к р. Каме.

Проницаемый локально-слабоводоносный горизонт аллювиально-делювиальных и покровных отложений IV надпойменной террасы и высокой равнины распространен в основном на левобережной восточной части г. Перми, где сосредоточена основная городская и промышленная застройка, а также на правом берегу р. Камы (рис.11), в районе микрорайона Гайва. Разрез горизонта представлен толщей покровных суглинков и глин, обогащенных в нижней части гравийным материалом. На отдельных участках (Висим, Городские Горки) в суглинках встречаются линзы песка мощностью до 1 м. На коренном цоколе, на глубине 5-15 м в виде линз залегают песчано-гравийные отложения мощностью 3-10 м. Поверхность рассматриваемого горизонта расчленена глубокими дренами. Вследствие незначительной мощности горизонта и различной степени дренированности его, в естественных условиях рассматриваемый горизонт является локально-водоносным. Подземные воды приурочены к линзам песка и песчано-гравийных отложений, залегающих среди покровных суглинков, которые на отдельных участках сдренированы и являются безводными. На обводненных территориях подземные воды встречаются на глубине 5-10 м, реже на 3-4 м. Воды, разгружаясь в делювий, часто вызывают сплавы грунтовых масс в верхней части склонов (правобережье р. Егошихи). Локальная обводненность горизонта наблюдается на Городских Горках, в Костарево, на Висиме и Вышке I. В ряде районов в процессе застройки естественная локальная обводненность горизонта нарушается. Это происходит вследствие нарушения дренированности (засыпки дрен) и создания дополнительных источников питания (утечки из трубопроводов и т.п.). В толще слабопроницаемых покровных суглинков формируются техногенные водоносные горизонты, которые, сливаясь с природными водами, обводняют всю толщу четвертичных отложений. В результате на застроенных площадях на глубине от менее 2 до 4 м. подземные воды фиксируется повсеместно. Слабоводоносный локально-водоносный шешминский терригенный комплекс занимает восточную часть левобережья исследуемой территории. Комплекс представлен мощной толщей красноцветных и переслаивающихся в вертикальном разрезе, замещающихся и выклинивающихся по простиранию песчаников, алевролитов, аргиллитов с прослоями и линзами известняков, мергелей. Характерной особенностью разреза является его загипсованность. Водоносные породы (песчаники, конгломераты, алевролиты, известняки) залегают в виде прослоев и линз различной мощности, при этом основными водовмещающими породами являются песчаники. Водоупорными отложениями служат аргиллиты, глинистые алевролиты.

По вертикальному разрезу водоносные слои распределяются неравномерно. Наибольшая их частота отмечается до глубины 60-80 м. Ниже, в связи с затуханием экзогенной трещиноватости, частота водопритоков резко уменьшается. Фильтрационные свойства пород зависят от эффективной трещиноватости. В целом, по данным Е.А. Иконникова (1990 г.), комплекс характеризуется преобладанием коэффициентов фильтрации 10-2 - 10-1 м/сут, которые составляют 72,2% от общего числа определений по материалам пробных откачек из одиночных скважин. В верхней части комплекса повсеместно, выше эрозионного вреза, развиты трещинно-грунтовые воды, трещинно-пластовые безнапорные воды залегают ниже трещинно-грунтовых вод, там, где последние не имеют сплошной водоупорной подошвы. Они распространены выше эрозионного вреза и находятся в условиях активного водообмена. Ниже уровня местных базисов дренирования циркулируют трещинно-пластовые напорные воды. По гидрогеологическим «окнам» эрозионного и тектонического происхождения, а также в местах фациального замещения пород они гидравлически связаны с грунтовыми водами. На этих участках возможна связь и с напорными водами нижележащих отложений. Глубина залегания трещинно-грунтовых вод изменяется от 5-10 м в долинах рек до 20 м и более на водоразделах. Наибольшая глубина залегания подземных вод (более 20 м) отмечается на междуречье рек Мулянки и Данилихи (микрорайоны Ераничи, Крохалевка, Бахаревка), а также в районе плотины КамГЭС. Меньшие глубины до уровня трещинно-грунтовых вод (5-10 м) зафиксированы в бассейнах рек Ивы и Бол. Мотовилихи, а также в верховьях рек Егошихи и Данилихи. На междуречьях рек Бол. Мотовилиха-Язовая, Язовая-Амбарка (микрорайоны Запруд, Вышка-I, Вышка-II, Чапаева, Камский) подземные воды залегают в интервале 10-20 м. В пределах междуречий глубина до зеркала трещинно-грунтовых вод закономерно возрастает от подошвы склонов к водоразделам. На участках, где имеются «подвешенные» горизонты, связанные с фациальной невыдержанностью шешминских отложений, наблюдается отклонение от этой закономерности. Водообильность комплекса характеризуется дебитами скважин, которые колеблются от 0,1-0,3 до 5-10 л/с и более. Наибольшая водообильность пород отмечается в бассейне нижнего течения р. Васильевки. В целом комплекс является слабообильным, в связи с преобладанием в разрезе пород с низкими фильтрационными свойствами. Основным источником питания подземных вод служат атмосферные осадки, на что указывает зависимость дебита родников от выпадения дождей и весеннего снеготаяния или отсутствия атмосферного питания в зимнее время. Движение трещинно-грунтовых вод происходит от водоразделов к местным дренам (р. Мулянке, Данилихе, Егошихе и др. и к р. Каме).

Соликамская терригенно-карбонатная водоносная свита широко распространена, характеризуется сложными гидрогеологическими условиями и является важной гидростратиграфической единицей Волго-Камского артезианского бассейна. Свита подразделяется на две подсвиты: нижнюю - водопроницаемую локально-водоносную терригенно-карбонатную и верхнюю - водоносную терригенно-карбонатную. Водовмещающими в подсвитах являются известняки, доломиты, мергели, песчаники, алевролиты, водоупорными - аргиллиты и нетрещиноватые разности карбонатных пород. Фильтрационная способность пород невысокая: коэффициенты фильтрации чаще всего равны 1-10 м/сут. Свита является водообильной: дебиты родников достигают до 240 л/с (преобладают дебиты 1-15 л/с), дебиты скважин изменяются от 0,1 до 100 л/с (чаще 4,2-9,6 л/с).

На правобережье Камы под толщей шешминских отложений, на глубинах 130-150 м, в соликамских отложениях циркулируют минерализованные напорные воды. Активность водообмена здесь резко снижается с возрастанием глубины и в направлении падения пластов, что отражается на химизме вод. Питание подземных вод соликамского комплекса осуществляется за счет атмосферных осадков и возможного перетока из вышележащего шешминского комплекса на участках его развития с поверхности. Движение подземных вод происходит от водоразделов к речным долинам, где они разгружаются в виде родников и подрусловым путем (табл.2). Слабоводоносный локально-водоносный шешминский терригенный комплекс и водоносный локально-слабоводоносный четвертичный аллювиальный горизонт являются основными в рассматриваемом районе, имеющими практическое значение для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Проницаемый локально-слабоводоносный горизонт аллювиально-делювиальных и покровных отложений IV надпойменной террасы и высокой равнины ввиду малой мощности, очень низкой водообильности и локальной (спорадической) обводненности практического значения не имеет.

Под гидрогеологическими условиями понимаются характеристики и свойства грунта, грунтовых вод и среды, в которых возводится сооружение.

Грунты. На проектирование и выбор типа гидроизоляции оказывают влияние следующие физико-механические свойства и характеристики грунтов.

Прочность, деформативпость учитывают при расчете оснований под здание по деформативности грунтов с определением возможных перемещений (просадок) здания в целом или его частей относительно друг друга. Эти перемещения определят необходимую деформа-тивность и "трещиностойкость гидроизоляции, конструктивные ее решения (конструкции компенсаторов) и т. п.нженерно-геологическое районирова­ние - инженерно-геологическое районирование территории с обоснованием и характеристикой выделенных на инженерно-геологической карте таксонов (районов, подрайонов, участков и т.п.);

сопоставительная оценка вариантов площадок и трасс по степени благоприятности для строитель­ного освоения с учетом прогноза изменения гео­логической среды в процессе строительства и эксплуатации объектов; рекомендации по инже­нерной защите, подготовке и возможному исполь­зованию территории.

Освещение

Освещение - получение, распределение и использование световой энергии для обеспечения благоприятных условий видения. Сила света . Свет разных источников может различаться качественно (иметь различные спектры) и количественно - по силе света. Сила света выражается в свечах (см. табл. «Единицы измерения»).
Яркость - световая величина, непосредственно воспринимаемая глазом и определяющаяся плотностью светового потока, испускаемого в данном направлении единицей светящейся поверхности. Величину яркости выражают в нитах (нт) и стильбах (сб). 1 сб= 10 4 нт (см. «Единицы измерения»).
Световой поток - мощность лучистой энергии, оцениваемая по производимому ею световому ощущению. Величина светового потока выражается в люменах (лм) (см. «Единицы измерения»).
Освещенность численно равна световому потоку, падающему на единицу поверхности. Величина освещенности выражается в люксах (лк) (см. «Единицы измерения»).
Для определения величины освещенности применяется специальный прибор - люксметр.
Неблагоприятные условия освещения вызывают ухудшение общего самочувствия и понижение физической и умственной работоспособности. Недостаточное освещение рабочих мест повышает утомляемость и снижает производительность труда.
Организация рационального освещения имеет большое оздоровительное и культурное значение.
Естественное освещение . Источниками естественного света являются солнце и атмосфера.
Освещенность помещений естественным светом зависит от светового климата данной местности, ориентации окон, качества и содержания оконных стекол, окраски стен помещения, затемняющих свет предмете в, расположенных внутри и вне помещения, глубины помещения и величины световой поверхности окон. Высокие предметы, находящиеся вне здания перед окнами, для того чтобы не затемнять свет, должны отстоять от окон на расстоянии не менее своей удвоенной высоты. Глубина помещения (расстояние от стены с окнами до противоположной стены) в помещениях с боковым односторонним освещением не должна превышать более чем в 2 раза расстояние от пола до верхнего края оконных проемов. О достаточности световых проемов судят по величине светового коэффициента.
Световым коэффициентом называют отношение световой поверхности окон (площади застекления) к площади пола помещения.
В жилых и общественных зданиях величина светового коэффициента колеблется в зависимости от назначения помещения от 1/5 до 1/15.
Световой коэффициент имеет значение в строительном проектировании, но не может в достаточной степени характеризовать освещенность помещений естественным светом.
Освещенность помещений естественным светом достаточно полно характеризуется коэффициентом естественной освещенности (КЕО): отношением освещенности точки, находящейся в помещении, к одновременной освещенности горизонтальной плоскости, расположенной вне помещения и освещаемой рассеянным (диффузным) светом всего небосвода. В помещениях с боковым односторонним освещением нормируется минимальное значение КЕО (емин), а в помещениях с верхним или комбинированным освещением - среднее значение КЕО (еср). Величину КЕО выражают в процентах. Освещенность определяется люксметром, состоящим из фотоэлемента и миллиамперметра (гальванометра), шкала которого градуирована в люксах. В жилых помещениях емин должен быть не менее 0,5%, яслях и детских садах (детские и групповые комнаты)- 1,5%, больничных палатах и кабинетах врачей - 1,0%.
Нормированные значения КЕО для жилых, общественных и производственных зданий приводятся в СНиП II - А. 8-62.

Совмещенное освещение помещений жилых, общественных и административно-бытовых зданий допускается предусматривать в случаях, когда это требуется по условиям выбора рациональных объемно-планировочных решений, за исключением жилых комнат и кухонь жилых домов, помещений для пребывания детей, учебных и учебно-производственных помещений, школ и учебных заведений, спальных помещений санаториев и домов отдыха.

Инженерное благоустройство является неотъемлемой частью градостроительного проектирования и освоения городских территорий. Проектирование и реализация любого крупного проекта благоустройства городской территории направлены на создание оптимальных санитарно-гигиенических условий и включают в себя сложный комплекс инженерных мероприятий и сооружений,обеспечивающих пригодность территорий для различных видов использования.

При разработке мероприятий по инженерному благоустройству городских территорий решают следующие архитектурно-планировочные и инженерно-технические задачи:

Инженерная подготовка

Инженерное оборудование

Озеленение и благоустройство

Санитарная очистка

Охрана и улучшение окружающей среды

Состав, последовательность и содержание комплекса инженерных мероприятий зависят от природных факторов среды, степени антропогенных и техногенных нарушений территории, величины объекта и его функционального назначения.

Одним из важнейших мероприятий по инженерному благоустройству городских территорий является инженерная подготовка территорий.

Для достижения наиболее правильного функционально-планировочного и экономичного решения вопросы инженерной подготовки территорий должны быть увязаны с общим композиционным и архитектурно планировочным решением городской территории.

Мероприятия по инженерной подготовке разрабатываются по специальным проектам на разных стадиях проектирования. Необходимые для проектных работ исходные данные получают путем сбора материалов в ведомствах, научно исследовательских и проектных организациях, а также путем натурного обследования.

При разработке проектов планировки и застройки городских и сельских поселений предусматривают, при необходимости, следующие мероприятия по инженерной подготовке территории:

Общие (обязательные на территориях с различными природными условиями):

Вертикальная планировка территории и организация рельефа;

Регулирование поверхностного стока

Специальные:

Защита прибрежных территорий от размыва, затопления паводковыми водами и подтопления подземными водами, снижения уровня грунтовых вод

Освоение заболоченных территорий

Борьба с оползнями, оврагообразованием, эрозией

Защита оползневых и оползнеопасных территорий

Инженерная подготовка территории составленной просадочными грунтами

Инженерная подготовка заторфованных территорий, территорий с иловыми накоплениями и вечномерзлыми грунтами

Восстановление нарушенных территорий горными и открытыми выработками, терриконами, полигонами

Строительство и эксплуатация инженерных сооружений: прокладка дождевых и дренажных сетей, возведение плотин и дамб обвалования, техническая эксплуатация систем инженерных сооружений (водопидводящих систем, прудов-отстойников, набережных и др.)

Организация водоемов

Искусственное орошение

Особого назначения:

Защита территорий от абразии, селевых потоков, снежных лавин

Инженерная подготовка территории составленной карстом

Освоение территорий с сейсмическими явлениями

Вертикальная планировка территории и организация рельефа- это комплекс инженерных мероприятий по искусственному изменению, преобразованию и улучшению существующего рельефа местности для использования его в градостроительных целях. Основная цель вертикальной планировки заключается в создании спланированных поверхностей, удовлетворяющих требованиями застройки и инженерного благоустройства территории. Вертикальная планировка территории призвана создать благоприятные условия для размещения зданий и сооружений, прокладки улиц, проездов, подземных инженерных коммуникаций.

При проектировании вертикальной планировки градостроительного объекта решают следующие основные задачи:

Максимальное приспособление проектируемого рельефа путем устройства специальных сооружений (лестниц, подпорных стен, откосов, террас) к существующему ландшафту местности, создание искусственного рельефа с использованием пластически выразительных его форм

Организация стока поверхностных вод и обеспечение отвода излишков поверхности,дождевых, ливневыхи талых,вод путем устройства специальных сооружений, и постановки на территории зданий и сооружений

Организация рельефа при наличии неблагоприятных физико-геологических процессов (затопление территории, подтоплении грунтовыми водами, оврагообразовании и т.д.)

Обеспечение допустимых уклонов улиц, площадей и перекрестков для безопасного и удобного движения всех видов городского транспорта и пешеходов

Создание благоприятных условий для прокладки подземных инженерных сетей

Подготовка территории под строительство дорог, зданий и сооружений, малых архитектурных форм и площадок различного функционального назначения и их привязок

Устранение почвенной эрозии и создание благоприятных условий для насаждений

Основные требования при выполнении вертикальной планировки территории:

Максимальное сохранение существующего рельефа

Максимальное сохранение почвенного покрова и древесных насаждений

Отвод поверхностных вод со скоростями, исключающую эрозию почв

Минимальный дебаланс земляных масс и объем земляных работ при производстве строит. Работ

Сохранение и использование почвенного слоя при насыпях и выемках, путем буртирования перед началом строительства

Похожая информация.

Федеральное государственное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт архитектуры и дизайна

Кафедра «Градостроительство»

РЕФЕРАТ

Геологические условия.

Гидрологические условия.

Ливневая канализация.

Студент группы АФ 09-51 Замаратская И.М

Введение.

На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. В наше время человечество всё больше и больше ощущает на себе проблемы, возникающие при проживании в высокоиндустриальном обществе. Опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства

В настоящее время во всём мире, в том числе и в России, остро стоят проблемы различных загрязнений воздуха, почвы, воды. Ни один город и ни одно предприятие не может обойтись без потребления воды. Зачастую воды, использованные на различные производственные и бытовые нужды, становятся не пригодными для дальнейшего использования, то есть загрязняются. Поступающие в реки, озера, водохранилища и моря загрязняющие вещества вносят значительные изменения в установившийся режим и нарушают равновесное состояние водных экологических систем. В результате процессов превращения загрязняющих водоемы веществ, протекающих под воздействием природных факторов, в водных источниках происходит полное или частичное восстановление их первоначальных свойств. При этом могут образовываться вторичные продукты распада загрязнений, оказывающих отрицательное влияние на качество, геохимический состав и приобретенные негативные свойства воды. Это, в свою очередь, не может не сказываться на экологии.

1. Геологические и гидрогеологические условия

1.1. Общие понятия

Геология и гидрогеология сильно взаимосвязаны друг с другом. Геоло́гия – это комплекс наук о составе, строении, истории развития земной коры и размещённых в ней полезных ископаемых. Гидрогеоло́гия - наука, изучающая происхождение, условия залегания, состав и закономерности движений подземных вод. И именно в гидрогеологии изучается взаимодействие подземных вод с горными породами, поверхностными водами и атмосферой. В сферу гидрогеологии входят такие вопросы, как динамика подземных вод, гидрогеохимия, поиск и разведка подземных вод, а также мелиоративная и региональная гидрогеология. Гидрогеология тесно связана с геологией, в том числе и с инженерной геологией, инженерной геологией, метеорологией, геохимией, геофизикой и другими науками о Земле.

1.1.1. История гидрогеологии

Накопление знаний о подземных водах, начавшееся с древнейших времен, ускорилось с появлением городов и поливного земледелия. Первые представления о свойствах и происхождении природных вод, условиях их накопления и круговороте воды на Земле были описаны в работах древнегреческих ученых Фалеса и Аристотеля, а также древнеримских Тита Лукреция Кара и Витрувия. Изучению подземных вод способствовало расширение работ, связанных с водоснабжением в Египте, Израиле, Греции и Римской империи. Возникло понятия о ненапорных, напорных и самоизливающихся водах. Последние получили в XII веке н. э. название артезианских.

В России первые научные представления о подземных водах как о природных растворах, их образовании путем инфильтрации атмосферных осадков и геологической деятельности подземных вод были высказаны М. В. Ломоносовым в сочинении «О слоях земных» (1763 г.). До середины XIX века учение о подземных водах развивалось как составная часть геологии, после чего обособилось в отдельную дисциплину.

1.1.2. Распределение подземных вод в земной коре

Подземные воды в земной коре распределены в двух этажах. Нижний этаж, сложенный плотными магматическими и метаморфическими породами, содержит ограниченное количество воды. Основная масса воды находится в верхнем слое осадочных пород. В нем выделяют три зоны - верхнюю зону свободного водообмена, среднюю зону водообмена и нижнюю зону замедленного водообмена.

Воды верхней зоны обычно пресные и служат для питьевого, хозяйственного и технического водоснабжения. В средней зоне располагаются минеральные воды различного состава. В нижней зоне находятся высокоминерализованные рассолы. Из них добывают бром, йод и другие вещества.

1.1.3. Формирование подземных вод

Подземные воды образуются различными способами. Один из основных способов образования подземной воды - просачивание, или инфильтрация, атмосферных осадков и поверхностных вод. Просачивающаяся вода доходит до водоупорного слоя и накапливается на нем, насыщая породы пористого и пористо-трещинноватого характера. Так возникают водоносные слои, или горизонты подземных вод. Кроме того, подземные воды формируются путём конденсации водяных паров.

Два основных способа образования подземных вод - путём инфильтрации и за счёт конденсации водяных паров атмосферы в породах - главные пути накопления подземных вод. Эти воды и участвуют в общем круговороте воды в природе.

1.1.4. Инфильтрация

Подземные воды формируются из вод атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность и просачивающихся в грунт на некоторую глубину, а также из вод болот, рек, озёр и водохранилищ, также просачивающихся в землю. Количество влаги, попадающей таким образом в почву, составляет 15-20 % от общего количества выпавших атмосферных осадков.

Проникновение вод в грунты зависит от физических свойств этих грунтов. В отношении водопроницаемости грунты делятся на три основные группы - водопроницаемые, полупроницаемые и водонепроницаемые или водоупорные. К водопроницаемым породам относятся крупнообломочные породы, галечник, гравий, пески и трещиноватые породы. К водонепроницаемым породам - плотные магматические и метаморфические породы, такие как гранит и мрамор, а также глины. К полупроницаемым породам относятся глинистые пески, лёсс, рыхлые песчаники и рыхловатые мергели.

Количество воды, просочившийся в грунт, зависит не только от его физических свойств, но и от количества атмосферных осадков, наклона местности и растительного покрова. При этом длительный моросящий дождь создаёт лучшие условия для просачивания, нежели обильный ливень.

Крутые склоны местности увеличивают поверхностный сток и уменьшают просачивание атмосферных осадков в грунт, а пологие, наоборот, увеличивают просачивание. Растительный покров увеличивает испарение выпавшей влаги, но, в то же время задерживает поверхностный сток, что способствует просачиванию влаги в грунт.

Для многих территорий земного шара инфильтрация является основным способом образования подземных вод.

Подземные воды также могут образовываться за счёт искусственных гидротехнических сооружений, например таких, как оросительные каналы.

1.1.5. Классификация подземных вод

Выделяется три типа подземных вод: верховодка, грунтовые и напорные (артезианские). В зависимости от степени минерализации выделяют пресные подземные воды, соленые, солоноватые и рассолы, по температуре они делятся на переохлажденные, холодные и термальные, а в зависимости от качества подземной воды ее подразделяют на техническую и питьевую.

Верховодка - подземные воды, залегающие вблизи поверхности земли и отличающиеся непостоянством распространения и дебита. Верховодка приурочена к первому от поверхности земли водоупорному пласту и занимает ограниченные территории. Верховодка существует в период достаточного увлажнения, а в засушливое время исчезает. В тех случаях, когда водоупорный пласт залегает вблизи поверхности или выходит на поверхность, развивается заболачивание. К верховодке также нередко относят почвенные воды, или воды почвенного слоя, представленные почти связанной водой, где капельно-жидкая вода присутствует только в период избыточного увлажнения.

Воды верховодки обычно пресные, слабоминерализованные, но часто бывают загрязнены органическими веществами и содержат повышенные количества железа и кремнекислоты. Как правило, верховодка не может служить хорошим источником водоснабжения. Однако при необходимости принимаются меры для искусственного сохранения этого типа вод: устраивают пруды, отводы из рек, обеспечивающие постоянным питанием эксплуатируемые колодцы, насаждения растительности или задерживающие снеготаяние.

Грунтовыми водами называются воды, залегающие на первом водоупорном горизонте ниже верховодки. Они характеризуются более или менее постоянным дебитом. Грунтовые воды могут накапливаться как в рыхлых пористых породах, так и в твердых трещиноватых коллекторах. Уровень грунтовых вод подвержен постоянным колебаниям, на него влияют количество и качество выпадающих осадков, климат, рельеф, наличие растительного покрова и хозяйственная деятельность человека. Грунтовые воды являются одним из источников водоснабжения, выходы подземных вод на поверхность называются родниками, или ключами.

Напорные (артезианские) воды - воды, которые находятся в водоносном слое, заключенном между водоупорными слоями, и испытывают гидростатическое давление, обусловленное разностью уровней в месте питания и выхода воды на поверхность. Характеризуются постоянством дебита. Область питания у артезианских вод, размеры бассейнов которых достигают иногда тысячи километров, лежит обычно выше области стока воды и выше выхода напорных вод на поверхность Земли. Области питания артезианских бассейнов иногда значительно удалены от мест извлечения воды - в частности, в некоторых оазисах Сахары получают воду, выпавшую в виде осадков над Европой.

1.2 Влияние геологических и гидрогеологических условий на

безопасность городской среды

1.2.1. Экологическая составляющая

Красноярский край является одним из крупнейших индустриальных регионов России, где сосредоточенно значительное количество крупнейших, крупных, больших, средних и малых городов, населенных пунктов городского типа с промышленной ориентацией. В течение последнего времени ландшафты испытывают значительные техногенные нагрузки и интенсивно накапливают токсические вещества. Значительную часть территории края занимают карьеры, являющиеся следствием добычи полезных ископаемых открытым способом, шламонакопители, отстойники, хранилища, а также породные отвалы - терриконы. Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что Красноярский край относится к территориям с очень высокими абсолютными объемами создания и накопления промышленных отходов. Проявлением этого является выраженное, а в ряде городских агломераций и чрезмерное антропогенное воздействие на атмосферу, гидросферу и литосферу края. Как следствие, большим дефицитом в городах региона являются доброкачественная питьевая вода, экологически безопасные продукты и чистый воздух. Свою лепту в загрязнение окружающей среды вносят все ведущие отрасли промышленности Центрального Донбасса, но особенно велика роль тепловых электростанций, металлургических, нефтеперерабатывающих, химических предприятий и транспорта. Кроме того, в настоящее время выхлопные газы автомобильных двигателей являются одним из основных загрязнителей атмосферы вообще и приземного слоя воздуха городов края в частности.

Анализ данных проведенных исследований показывает, что в воздушной среде городов Красноярского края фиксируются аномальные концентрации таких высокотоксичных веществ как ртуть, свинец, цинк, медь, никель, хром, марганец, хлор, фтор, органические летучие соединения, серная, соляная и азотная кислоты. Состояние воздушного бассейна в центральных районах Красноярского края определяется выбросами предприятий топливно-энергетического комплекса и основных отраслей промышленности, а также наличием взаимовлияния городов за счет образования агломераций.

Вредные и опасные вещества, постоянно присутствующие в воздухе промышленных городов, оказывают неблагоприятное воздействие на жилые районы (селитебную зону) и зеленые массивы, представленные скверами, парками и лесонасаждениями (рекреационную зону). Длительный экономический кризис в стране привел к тому, что предприятия зачастую вынуждены работать с отклонениями от нормального режима. Это периодически сопровождается залповыми выбросами в окружающую среду высокотоксичных химических соединений, являющихся экологическим фактором риска возникновения патологических нарушений в организме людей.

В результате интенсивного загрязнения недостаточно очищенными и плохо обеззараженными стоками промышленных предприятий, очистных сооружений хозяйственно-бытовой канализации малых рек вода последних давно стала непригодной для питьевых целей.

Отсутствие эффективных технологий утилизации токсических веществ приводит к накоплению стойких неорганических и органических загрязнителей в воде, почве городов и прилегающих территорий. Это, прежде всего, тяжелые металлы, кадмий и пестициды. Фактически Красноярский край в настоящее время представляет собой техногенную зону, где на значительной территории чередуются промышленные и жилые зоны, а условия жизни людей являются неудовлетворительными из-за интенсивного загрязнения биосферы пылевыми и газовыми выбросами, тепловыми и шумовыми выделениями от промышленных источников и транспорта.

1.2.2. Гидрогеологические исследования

Не менее двух третей биосферы планеты составляет вода, а в целом вода на Земле занимает объём свыше полутора миллиардов кубических километров. То есть с водой как с основным природным богатством и в то же время стихией внушительной силы следует считаться, поскольку она пронизывает практически все пласты грунта, составляя таким образом грунтовые воды немалой мощности. Изучением и освоением водных ресурсов занимается гидрогеология, цель которой сохранить это природное вещество и использовать все полезные качества, свести на нет её разрушительные свойства. Изучение и систематизация всех характеристик воды, поиск и учёт новых месторождений пресной воды, помощь при инженерном строительстве и организация грамотной мелиорации - вот основные задачи, стоящие перед гидрогеологией как перед наукой.

Вода несёт жизнь, но ей по силам и разрушительная деятельность, даже самые твёрдые породы не в состоянии устоять перед непрерывным напором воды. Что уж говорить об искусственных сооружениях, возводимых человеком – при неправильной оценке воздействия на ту или иную наземную конструкцию (фундамент или подземное сооружение) можно ожидать негативного воздействия со стороны грунтовых и поверхностных вод.

Всё это говорит о том, что необходимо проводить инженерно-геологические изыскания. Гидрогеологические исследования в составе инженерно-геологических изысканий выполняются для выявления взаимодействия проектируемого объекта с геологической средой, определения залегания подземных вод, их свойств и состояния, прогноза процесса подтопления, изучения влияния подземных вод на интенсивность развития геологических и инженерно-геологических процессов (карст, суффозия, оползни, пучение и др.), изменения свойств грунтов под воздействием подземных вод.

На этапе проектирования необходимо изучить гидрогеологические условия на площадке строительства. Влияние подземных вод может быть настолько значимым, что изменит в корне проект здания или сооружения. Недооценка или неверный прогноз такого воздействия могут привести к плачевным результатам: затоплению подземной части здания, разрушению части фундамента и потере здания целиком, в связи с невозможностью его эксплуатации.

Методы определения гидрогеологических параметров грунтов и водоносных горизонтов устанавливаются, исходя из условий их применимости, с учетом стадии разработки документации, характера и уровня ответственности проектируемых зданий и сооружений, а также сложности гидрогеологических условий.

Необходимо определять агрессивность подземных вод для выбора материалов, используемых при строительстве (бетона, арматуры, трубопроводов и газопроводов). Из-за своего химического состава вода может больше или меньше влиять на разрушение тех или иных типов материалов. Правильные решения при выборе материалов обеспечивают долговечность сооружения.

Опытно-фильтрационные работы на площадке строительства выполняются с целью получения гидрогеологических параметров и характеристик для расчета дренажей, водопонизительных систем, противофильтрационных завес, водопритока в строительные котлованы, коллекторы, тоннели, фильтрационных утечек из водохранилищ и накопителей, а также для составления прогноза изменения гидрогеологических условий. При обнаружении горизонтов подземных вод скважинным методом производятся опытные откачки для выяснения направления движения подземных вод и изменениями их уровня в точках наблюдения в различные или определённые промежутки времени.

Параллельно изучению подземных вод возникает необходимость защиты от них, и в этом случае основную роль играют дренажные системы. Особенно они важны при планировании и организации строительных работ, когда результаты предшествующей им гидрогеологической разведки территории указывают на необходимость применения дренажа. Основной задачей дренажной системы является непрерывное понижение уровня подземных вод до приемлемого показателя для предотвращения негативного воздействия влаги на подземные части сооружений, в частности, фундаменты. Во избежание подтопления строений уровень подземных вод должен быть ниже основания постройки не менее чем на полметра, оптимальной же величиной будет 1 метр. Однако для крупных построек глубина подземных вод от основания строения должна быть не менее 3-4 метров для более высокого уровня защиты от разрушительного воздействия влаги. Исходя из масштабов строительства и показаний разведки, собственно, и производятся гидрогеологические расчёты наиболее оптимального расположения дренажных систем относительно поземных вод.

При проектировании особо сложных объектов выполняется моделирование, специальные гидрогеологические работы и исследования. Опытно-эксплуатационные откачки выполняются для установления закономерностей изменения уровня и химического состава подземных вод в сложных гидрогеологических условиях. Опытно-производственные водопонижения - для обоснования разработки проекта водопонижения (постоянного или временного). Возводятся сооружения и проводятся испытания опытного участка дренажа. Также изучаются процессы соле- и влагопереноса в зоне аэрации, сезонного промерзания и пучения грунтов, водный и солевой баланс подземных вод.

1.2.2. Неблагоприятные геологические процессы

Среди опасных геологических процессов встречаются карст, оползни, обвалы, солифлюкция, сели, каменные глетчеры, геодинамические и криогенные процессы, переработка берегов рек, озер, морей и водохранилищ, выветривание пород. Чтобы изучить динамику развития опасных геологических процессов ведутся стационарные наблюдения. стационарные наблюдения выполняются для прогноза подтопления, контроля за деформацией подработанных территорий, осадкой и просадкой территории, в том числе вследствие сейсмической активности, определения состояния и свойств грунтов, уровненного, температурного и гидрохимического режимов подземных вод, глубин сезонного промерзания и протаивания грунтов, изучения осадки, набухания и других изменений состояния грунтов основания фундаментов зданий и сооружений, слежения за состоянием сооружений инженерной защиты.

Стационарные наблюдения проводятся в сложных инженерно-геологических условиях для ответственных сооружений, начиная их при изысканиях для предпроектной документации или проекта и продолжая при последующих изысканиях. Если возможно развитие опасных геологических и инженерно-геологических процессов, наблюдения продолжают в процессе строительства и эксплуатации объектов (локальный мониторинг компонентов геологической среды).

При стационарных наблюдениях обеспечивается получение количественных характеристик изменения отдельных компонентов геологической среды во времени и в пространстве, которые должны быть достаточными для оценки и прогноза возможных изменений инженерно-геологических условий исследуемой территории, выбора проектных решений и обоснования защитных мероприятий и сооружений.

Стационарные наблюдения проводятся на специально оборудованных пунктах наблюдательной сети, часть из которых рекомендуется использовать для наблюдений после завершения строительства объекта.

В качестве наиболее эффективных средств проведения стационарных наблюдений используются режимные геофизические исследования - измерения, осуществляемые периодически в одних и тех же точках или по одним и тем же профилям, измерения с закрепленными датчиками и приемниками, а также режимные наблюдения на специально оборудованных гидрогеологических скважинах.

Состав наблюдений (виды, размещение пунктов наблюдательной сети), объемы работ (количество пунктов, периодичность и продолжительность наблюдений), методы проведения стационарных наблюдений (визуальные и инструментальные), точность измерений следует обосновываются в программе изысканий в зависимости от природных и техногенных условий, размера исследуемой территории, уровней ответственности зданий и сооружений и этапа (стадии) проектирования.

При наличии наблюдательной сети, созданной на предшествующих этапах изысканий, используется она же и при необходимости осуществляется её развитие, уточняется частота наблюдений, точность измерений и другие параметры в соответствии с результатами измерений, полученными в процессе функционирования сети.

Продолжительность наблюдений выбирается не менее одного гидрологического года или сезона проявления процесса, а частота наблюдений обеспечивается регистрацией экстремальных (максимальных и минимальных) значений изменения компонентов геологической среды за период наблюдений.

Подробнее остановимся на понятии «Карст». Поскольку именно на его примере можно ощутить влияние геологических и гидрогеологических условий на безопасность городской среды.

Карстовые явления распространены чрезвычайно широко. По геологическим условиям примерно третья часть площади суши земного шара имеет потенциальные возможности для их развития. Вместе с тем карст существенно влияет на ландшафтные особенности территории, ее рельеф, сток, подземные воды, реки и озера, почвенно-растительный покров, хозяйственную деятельность населения. В карстовых областях находятся богато украшенные природой сказочные подземные дворцы-пещеры, служащие объектами посещения не только спелеологов, но и многочисленных туристов из многих стран мира.

Проблемами изучения карста и его распространением интересуются геологи, гидрогеологи, геоморфологи, гидрологи, физико-географы ландшафтоведы, инженеры-проектировщики и строители, многие специалисты других областей знаний, находящие в карстовых пещерах уникальные объекты для своих исследований, а также спелеологи – спортсмены.

Карст – процесс выщелачивания растворимых горных пород подземными водами и выноса растворенного вещества через подземные каналы, а также формы рельефа, образующиеся в результате этого процесса.

Карстовые явления развиваются в растворимых природными водами горных породах, из которых наиболее широко по поверхности Земли распространены известняки. Однако карст в гипсах, ангидритах, каменной соли, а также в доломитах и других породах распространен весьма широко, хотя и уступает карсту в известняках. В гипсах, доломитах и солях карст интенсивно и быстро развивается, что важно учитывать при изысканиях для разного рода строительства, добыче каменной соли и т.д. Нельзя исключать из понятия «карст» явления, которые развиваются в неизвестняковых растворимых горных породах.

К карстовым следует относить явления, развивающиеся во всех растворимых природными водами горных породах: в известняке, доломите и переходных между ними разностях карбонатных пород, мелу и иногда в мелоподобном мергеле, мраморе, а также в гипсе, ангидрите, каменной соли, калийных, калийномагниевых и других соляных породах. В основе их возникновения лежит химический процесс растворения горной породы и геологический процесс ее выщелачивания, т.е. растворения с удалением (выносом) растворенного материала.

Понятие «карст» связано и с явлениями, которые распространены на поверхности Земли и в земной коре, и с процессом их возникновения. Географы пишут о карсте как о совокупности поверхностных и подземных форм и гидрологических особенностей, геологи же чаще рассматривают карст как процесс геологический, гидрогеологический. В целом же этот термин относится как к совокупности форм и гидрологический явлений, так и к процессам их возникновения и развития.

Существует несколько условий, необходимых для развития карстовых явлений. Во-первых, это наличие растворимой в природных водах горной породы, водопроницаемой вследствие трещиноватости или пористости. Во-вторых, наличие растворителя, т.е. воды, агрессивной к горной породе. В-третьих, наличие условий, обеспечивающих водообмен, – отток насыщенной растворенным веществом воды и постоянный приток свежего растворителя. Если первое условие определяется геологическим строением местности, то второе и отчасти третье тесно связаны с физико-географической обстановкой, второе- с почвенно-растительным покровом и климатом, третье- с геоморфологическими и гидрологическими условиями помимо геологической структуры и гидрогеологических особенностей.

1.3. Карсты.

1.3.1. Методика карстовых исследований.

Карстовый процесс не является непрерывным. Вековые, сезонные, даже суточные изменения режима температур, осадков и влажности воздуха влияют на его интенсивность. Поднятия и опускания вызывают смены периодов активизации и затухания закарстования. При движении вод от области питания к базису карстования происходит осаждение переносимых солей. Об этом свидетельствуют вторичная минерализация пустот в горных породах, кольматаж и заполнение макро- и микротрещин, натечные образования большой мощности в подземных полостях. Помимо неравномерности карстового процесса во времени весьма четко проявляется его неравномерность в пределах геологического пространства, обусловленная неоднородностью вещественного состава, структур и текстур горных пород, а также тектонической трещиноватостью.

Основными задачами карстолого-спелеологических исследований являются учет, прогноз и разработка мероприятий, предотвращающих вредное воздействие карста на хозяйственную деятельность человека. Изучение литологии и трещинной проницаемости карстующихся пород, как основных условий развития карста, должно способствовать решению этих задач.

Выделение типов и разновидностей пород, в различной степени подверженных закарстованию, проводится в первую очередь по их вещественному составу. Особое значение имеют количественные соотношения и структурные связи растворимых породообразующих минералов. Их определяют всеми современными методами, начиная с микроскопических и кончая химико-аналитическими, рентгеноструктурными, термическими, окрашивания, люминесцентными и инфракрасной спектроскопии. Особую роль играет выяснение характера вторичных процессов, изменяющих проницаемость пород: доломитизации, перекристаллизации, сульфатизации.

Важным моментом является анализ нерастворимых примесей. При этом необходимо не только выяснить минералогию нерастворимого остатка, в зависимости от которой уменьшается или увеличивается водопропускная способность породы, но и установить гранулометрический его состав, который определяет соотношение коррозии и эрозии в карстовом процессе. Структурные и текстурные характеристики породы, зависящие от ее вещественного состава, условий отложения и преобразования осадка, исследуются при литолого-фациальном анализе, проводимом как в полевых условиях, так и камерально. Под микроскопом изучаются большие шлифы, где можно наблюдать переход одних участков микроструктур в другие, выяснить характер вторичных процессов. В таких шлифах необходимо определять поровую и микротрещинную проницаемость. Для выделенных разновидностей пород следует определять вводно-физические и инженерно-геологические характеристики. После статистической обработки характеристик пород, полученных в полевых и лабораторных условиях, можно выделить ряд факторов, влияющих на скорость карстообразования, морфологию карстопроявлений и интенсивность карстового процесса.

1.3.2. Факторы карстрообразования.

Среди факторов, определяющих процесс карстообразования, Н.А. Гвоздецкий (1954) выделяет следующие: химический состав горных пород, их структуру, трещиноватость, покровные образовании и рельеф, силу тяжести, подземные воды, тектонические структуры, мощность карстующихся пород.

Одним из основных карстообразующих факторов является химический состав горных пород. Можно утверждать, что, при прочих равных условиях, степень закарстованности больше там, где больше содержится в ней нерастворимых примесей. Влияние других факторов, как то: трещиноватости породы, количества, скорости движения и агрессивности циркулирующих вод, может сильно затушевывать влияние химического состава породы и иногда резко изменять картину.

Однако бывают исключения из выше сформулированного правила. Изучение воздействия подземных вод на мергели и другие нерастворяющиеся нацело (точнее, почти нацело) породы показало, что следует различать понятия растворения и разрушения породы. Под разрушением понимают суммарный результат выщелачивания из горной породы растворимых веществ и механического выноса током воды нерастворимого остатка. Бывает, что разрушение породы идет во много раз интенсивнее растворения. Там, где движение воды замедляется, нерастворимый остаток оседает, взвешенные частицы мути отстаиваются, – происходит отложение карстовой или пещерной глины

Разрушение породы в сравнении с растворением имеет особенно большое значение при образовании карстовых форм, а также в том случае, когда горная порода состоит из неодинаково растворимых минералов.

Если горная порода состоит из минералов с неодинаковой растворимостью и скоростью растворения, процесс ее разрушения усложняется. В известковистых доломитах, например, доломит и кварцит растворяются с разной быстротой в зависимости от их количественного соотношения в породе и скорости движения воды. При содержании доломита около 2 проц. скорость растворения кальцита меньше, чем доломита, при увеличении количества доломита соотношения скоростей растворения становится обратным и в первую очередь выщелачивается кальцит. Поэтому при растворении сильно доломитизированных известняков и известковистых доломитов. В виде остаточного продукта выщелачивания накапливается рыхлый доломит.

Отмечено, что в подобных литологических условиях карстовый процесс проявляется в разработке мелких многочисленных каверн, в высокой пористости породы, ничтожной ее прочности и в конечной стадии процесса – разрушении скальной породы с превращением ее в рыхлую мучнистую массу.

Процесс разрушения известковистого доломита сопровождается выносом 35–40 проц. первоначального объема породы, но в результате разрушения и разрыхления остающейся части продукты разрушения (доломитовая мука) целиком выполняют тот первоначальный объем, который занимала скальная порода.

В доломитизированных известняках объем породы после выщелачивания и разрушения бывает значительно меньше первоначального – объем растворенной части в несколько раз превосходит объем продуктов разрушения; последние в этом случае, следовательно, не заполняют пустоты целиком.

Процесс полного разрушения карбонатной породы, сопровождающийся изменением минералогического состава, возможен в том случае, если порода состоит не менее чем на 35 проц. из кальцита и содержит не более 65 проц. доломита. При меньшем количестве кальцита, после его выноса процесс выщелачивания и разрушения совершается далее в чистом доломите и не сопровождается изменением минералогического состава, т.е. это уже другой процесс, при котором первостепенное значение приобретает пористость (Гвоздецкий, 1954).

Также большое влияние на процесс карстообразования оказывает структура горных пород. На влияние химического состава горной породы, выражающегося в наличии или отсутствии значительного количества нерастворимой примеси, накладывается влияние структуры породы, которое затушевывает влияние химического состава при мелких его вариациях.

Большое значение имеет пористость, дающая возможность проникновения воды внутрь блоков пород, заключенных между трещинами, и даже просачивания сквозь нетрещиноватые толщи. Пористость сильно увеличивает поверхность соприкосновения воды с породой, что способствует разрушению породы путем растворения.

При лабораторных исследования растворимости доломитов было установлено, что наиболее растворимы среднезернистые и особенно разнозернистые породы. Значительно труднее растворимы микрозернистые и крупнокристаллические карбонатные породы. Но растворимость мелких кристаллов выше, чем крупных, и плохая растворимость мелкокристаллических пород связана с их малой пористостью.

В отношении же крупнозернистых и кристаллических пород нужно сделать следующую оговорку. В природных условиях можно ожидать большего эффекта их карстования, если налицо турбулентное движение карстовых вод и скорость движения достаточна для эрозионного воздействия на стенку трещины. В этом случае эффект карстования должен повыситься за счет одновременного действия растворения и размыва (Гвоздецкий, 1954).

Трещиноватость горных пород является основным условием развития карста. Известняки являются плотной водонепроницаемой породой, циркуляция воды в них может происходить только по трещинам. Такими же плотными водонепроницаемыми породами в большинстве случаев являются гипсы и другие карстующиеся породы. Вот почему трещиноватость пород играет исключительную роль в процессе закарстовывания.

Влияние трещиноватости на развитие карста подчеркивалось очень многими исследователями карстовых форм, особенно исследователями пещер. (Гвоздецкий, 1954)

Как поверхностные карстовые образования, так и внутренние пустоты связаны с трещиноватостью породы, которая является главной причиной развития карстовых образований, наряду с характером самой породы и доступом к ней просачивающихся вод. При образовании подземных форм карста трещины служат первичными водопроводящими путями, при образовании поверхностных форм любых размеров и типов – первичными каналами выноса материала водой в растворенном или взвешенном состоянии, благодаря чему и создаются на поверхности замкнутые формы. Коррозию вне связи с трещиноватостью можно представить только на покатых поверхностях обнаженных пород (или пород с проницаемой покрышкой), но и в этом случае она наиболее интенсивно будет проявляться там, где порода будет рассечена трещинами. Во всех случаях трещиноватость очень существенно отражается на внешнем облике форм. Часто она предопределяет расположение форм.

Трещины бесконечно разнообразны по своей ширине (первичные трещинные полости могут измеряться десятками сантиметров и даже метрами) и по направлению. Они образуют очень сложную сеть на поверхности и в глубине карстующихся массивов.

Косвенное влияние на процесс развития карста оказывают тектонические структуры, а также мощность карстующихся пород. Поскольку на развитие карстовых процессов существенно влияет трещиноватость горных пород, то совершенно ясно, что этот процесс зависит косвенно и от интенсивности дислокационных процессов, которым подвергалась местность. Эта косвенная зависимость развития карста от тектоники отмечалась многими исследователями. Другим обстоятельством, не менее важным, является зависимость циркуляции подземных вод от характера тектонических структур.

Покровные образования и рельеф местности также оказывают на карст существенное влияние. Долгое время существовало представление, что карст не может развиваться при наличии покрова из слабо водопроницаемых образований значительной мощности.

Если геологические и геоморфологические условия обеспечивают интенсивную циркуляцию вод в растворяемых породах, то и под покровом слабо проницаемых пород создаются карстовые полости, в которые суффозионным путем просасывается или оседает покровный материал. При этом первоначально таким путем могут возникать полости в основании покровной толщи, а затем происходит оседание покровной кровли и образование поверхностных воронок.

Условия, благоприятные для развития карста под сравнительно мощными покровными образованиями, создаются в приподнятых краевых зонах синеклиз, где подземные воды движутся с большими скоростями по направлению к древним уступам или глубоко врезанным речным долинам. Выщелачивание происходит также в долинах в долинах рек непосредственно под руслом, поскольку русло реки является зоной дренажа подземных вод.

Крутизна склона топографической поверхности в значительной мере определяет степень инфильтрации дождевых и талых снеговых вод. На участках с меньшей крутизной инфильтрация больше, поэтому здесь условия для развития карста благоприятнее.

Под действием силы тяжести происходит циркуляция вод в трещинах и каналах карстующейся толщи. Сила тяжести вызывает обрушение самих пород или в бортах каньонов и обрывов, или в сводах подземных полостей. Во всех случаях значение имеют тектонические трещины, расширяющиеся коррозией, а в последнем и трещины наслоения. «Сквозные» обрушения над подземными пустотами и туннелями подземных рек приводят к образованию провалов и к вскрытию речных долин. Обрушения в сводах подземных полостей по расширенным растворением тектоническим трещинам и трещинам наслоения играют большую роль в образовании пещерных камер и зал.

Напряжения, создающиеся под действием силы тяжести вдоль крутых откосов у бортов каньонов и долин, по краям уступов плато, расширяют трещины тектонической отдельности, что способствует проникновению воды в глубь толщи породы и развитию карста (Гвоздецкий, 1954).

Подземные реки, связанные с исчезающей наземной рекой или с исчезающим рукавом наземной реки, иногда пересекающие насквозь карстовые массивы, образовались благодаря просачиванию вод наземных водотоков в трещины породы, которые являлись первичными каналами для движения исчезнувшей воды под землей, а затем превратились вследствие растворяющего и размывающего действия потока в подземные туннели. Формирование этих туннелей тоже, в основном, должно было происходить снизу вверх по течению подземного потока, т.е. оттуда, где этот последний свободно изливался на дневную поверхность. Постепенное перемещение действующих поноров исчезающих наземных карстовых рек вверх по руслу является отражением постепенного «попятного» отступания верховья подземной реки, связанной с исчезающим наземным потоком.

Если подземная река протекает на уровне грунтовых вод, то она точно так же дренирует их, как и река наземная. Взаимоотношение такой реки с грунтовыми водами совершенно ясно. Одновременное существование таких подземных рек и грунтовых вод (трещинно-карстовых вод) является скорее правилом, нежели исключением.

Что же касается выхода многих пещерных рек на значительной высоте над уровнем современных поверхностных рек, то и тут нет очень большой разницы между этими подземными притоками и притоками наземными. При энергичном поднятии местности последние тоже могут не поспеть за углублением главной реки и спускаться в нее стремительными каскадами. Но если они, в конце концов, пропилят и углубят свое русло, то из приподнятых подземных каналов вода также с течением времени уйдет новыми путями, оставив сухие галереи вместо площадок террас.

1.3.3. Из истории изучения карста Красноярского края

История изучения карстовых явлений и форм на территории края и в первую очередь пещер, разнообразных провалов и шахт почти не освещена в литературе. Следовательно, необходимым является систематизация накопленных данных по карсту отмеченной территории.

Разрозненный материал о карсте края, различного объема и содержания, хранится в многочисленных геологических отчетах и в большинстве своем недоступен для практических работников. Между тем, отсутствие справки об изучении карста приводит к многократному открытию одной и той же полости, затрудняет районирование территории, исключает возможность сравнивать данные настоящих наблюдений с полученными ранее, выявлять закономерности гидротермического режима и особенности циркуляции подземных вод на определенном отрезке времени, проследить за изменениями карстовых ландшафтов.

Наиболее ранние сведения о наличии пещер под Красноярском получены от русского этнографа В.В. Радлова, в течение 10 лет путешествовавшего по Сибири. В своем труде «Сибирские древности» (1888) автор рассказывает о том, как красноярский казак Иван Нашивошников нашел в 1717 году «за Саянским камнем на речке Чжакуль в каменной пещере татарских писем на синей бумаге многое число».

С 1949 по 1952 годы несколько геологических партий исследовали ряд пещер южных районов края. Они зарегистрировали свыше 100 пещер, из которых несколько десятков с различной детальностью описаны. Почти все полости отличаются легкой доступностью и небольшими размерами.

В 1957–1967 годах изучение подземного мира принимает особо широкий размах. Сотни людей включаются в трудную работу по сбору, систематизации и обобщению поступающего из разных источников материала. Появляются сведения о «бездонных ямах» в Новоселовском и Балахтинском районах, колодцах неизвестной глубины у ст. Копьево и г. Ужура, провалившихся тракторах в районе села Малый Хабык Идринского района, а также пещерах в устье реки Беллык, пос. Нарвы и в других местах. Наносятся на карты подземные источники и речки у г. Артемовска и долины р. Белый Нюс. Наряду с описанием различных форм карста, обращается внимание на интенсивность характеризуемого процесса, на связь карста с различными природными компонентами и зависимость расположения воронок от топографии местности, преобладающей трещиноватости.

Последовавшие одно за другим открытия пещер и шахт, а также значительных площадей, пораженных карстом, изменили сложившиеся годами убеждения, согласно которым карст Сибири (главным образом подземный), в силу неблагоприятного сочетания природных условий, морфологически выражен слабо. Подобные воззрения аргументировались пересеченным рельефом, относительно небольшими площадями водосборов и, конечно, широким распространением многолетней мерзлоты, благоприятствующей поверхностному стоку талых и метеорных вод.

В 1962 году в районе р. Бирюсы изучались гроты пещеры Жемчужной, обязанной своим названием большому количеству найденных в ней оолитовых конкреций (пещерного жемчуга). В этой же полости наблюдались люминесцирующие сталагмиты и разнообразные озерные отложения. Спелеологи Дивногорска открыли здесь пещеру протяженностью 500 метров, которую назвали именем своего города. Несколько сложных галерей изучалось в окрестностях села Степной Баджей (район Маны).

В Хакасии (Ширинский административный район) завершилось знакомство с Кашкулакской пещерой длиной более 500 м, а также Кирилловской и других более мелких. В Кашкулакской пещере обнаружены следы многолетнего кострища и несколько человеческих скелетов.

Завершена съемка Бородинской пещеры (район села Боград), а спелеологами Красноярского педуниверситета изучена пещера на северо-западном склоне Западного Саяна. Первая длиной около 650 м поражает огромными залами и крупными капельниками, вторая представляет собой 180-метровую горизонтальную штольню и привлекает исследователей большими скоплениями костей животных.

В марте 1964 года была снаряжена спортивно-научная экспедиция в районы нижнего и среднего течения реки Мана и ее притока Мимии. Спелеологи более детально обследовали карстовые полости, зарегистрированные при первом рекогносцировочном походе; они провели сравнительные анализы новейших данных с полученными ранее, генерализуют и обобщают материалы по гидрологии. В ходе поисков обнаружено 8 небольших пещер, заложенных в конгломератах, и, кроме того, отмечены разнообразные формы поверхностного карста.

В апреле 1964 года отряд студентов-спелеологов начинает изучение закарстованных площадей Солгонского кряжа. В границах отмеченного региона открыты пещеры-ледники Таможенская, Октябрьская и несколько карстовых шахт, из которых извлечены крупные друзы сросшихся кристаллов кальцита, так называемых кристаллоктитов. В большинстве подземных полостей Солгона обнаружены сложные, эксцентричные капельники.

В истории изучения карста Красноярского края можно выделить три этапа.

Первый включает в себя исследования пещер в 18 и первой половине 19 вв. Это время примечательно лишь регистрацией названных форм и описанием их доступных характерных частей.

Следующий этап охватывает вторую половину 19 в. и начало 20 в. По сравнению с предшествующим, он характеризуется более многогранным подходом к изучению различных карстовых форм. Наряду с палеонтолого-археологическим знакомством с пещерами, карст привлекает внимание горных инженеров, геологов, географов и представителей других наук о Земле.

Основным итогом рассмотренных этапов является то, что, несмотря на отсутствие специального учения о карсте, за это время (1717–1917 гг.) был накоплен значительный материал, подтверждающий существование, главным образом, подземных его форм.

Третий этап характерен систематическим и всесторонним исследованием Красноярского края, в том числе и карста. И все же изучение карста велось попутно, когда с ним сталкивались при археологических работах, инженерно-геологических изысканиях, при разведке месторождений полезных ископаемых.

Особенно усиленно карст изучается в 1957–1968 гг. За это время, благодаря активной деятельности красноярских спелеологов, удалось собрать обширный фактический материал, позволяющий выделить характеризуемую территорию в качестве интереснейшей карстовой области Сибири.

Как положительный фактор с позиций физической географии и краеведения можно оценить специфику карстовых ландшафтов, расширяющих разнообразие природных условий территории и используемых для туризма. Так, из Красноярска выполняется однодневный маршрут на теплоходах по водохранилищу ГЭС, наиболее зрелищной частью которого является Бирюсинский залив, по берегам залива представлен карстовый рельеф.

В южной части края на закарстованных площадях обычно отсутствуют многолетняя мерзлота и болота, в связи с чем улучшаются условия развития леса и землепользования (при невысокой плотности карстовых воронок). Ценными объектами для туризма, краеведения, медицины и для ряда научных дисциплин является ряд крупных пещер. Известно о благоприятном влиянии подземной атмосферы на больных бронхиальной астмой. Аллергологические лечебницы могут быть созданы в некоторых крупных пещерах Восточного Саяна. Особые природные условия пещер позволяют использовать их как естественные биотропы для медико-биологических исследований.

Пещеры имеют большое значение для познания палеолита и неолита. В нескольких пещерах выявлены культурные слои позднего палеолита. Богатая коллекция изделий из кости и бронзы собрана в Айдашинской пещере около г. Ачинска. Исследования показали, что она была культовым местом начиная с неолита и до средних веков. Изучение пещерных грунтов позволило уточнить списки млекопитающих, обитавших на карстово-спелеологических участках в позднем плейстоцене – раннем голоцене. Среди костных останков млекопитающих встречаются и вымершие виды фауны. Изучение фаунистических остатков входов пещер дает информацию об изменении ландшафтно-климатических условий местности.

Отрицательная роль пещер обусловлена провалами и просадками земной поверхности на территории городов, поселков и трассах железных и шоссейных дорог, а также угрозами обвалов, оползней и наледей. Вероятность провалов тем больше, чем выше плотность воронок, многие из которых отражают развитие близповерхностных пещеристых полостей.

2.Ливневая канализация.

Ливневая канализация - это система, предназначенная для отвода погодных осадков. Ее задача - обеспечение устранения негативных последствий, которые могут быть вызваны скоплением вод, собираемых с крыш домов посредством водосточных труб.

Переувлажнение почвы вокруг дома негативно сказывается не только на состоянии растений, но и может привести к подтоплению фундамента, что с инженерной точки зрения абсолютно недопустимо. Грамотно организованная ливневая канализация увеличивает срок эксплуатации зданий, дорог и прочих объектов.

Ливневая канализация (она же "ливневка" или дождевая канализация) - это система каналов с плоским уклоном поверхности, по которой потоки дождевых и талых вод после специальной очистки поступают в канализацию.

2.1. Состав сточных вод и их классификация

Водоотводящие системы и сооружения - это один из видов инженерного оборудования и благоустройства населенных пунктов, жилых, общественных и производственных зданий, обеспечивающих необходимые санитарно-гигиенические условия труда, быта и отдыха населения. Системы водоотведения и очистки состоят из комплекса оборудования, сетей и сооружений, предназначенных для приема и удаления по трубопроводам бытовых производственных и атмосферных сточных вод, а также для их очистки и обезвреживания перед сбросом в водоем или утилизацией.

Объектами водоотведения являются здания различного назначения, а также вновь строящиеся, существующие и реконструируемые города, поселки, промышленные предприятия, санитарно-курортные комплексы и т.п.

Сточные воды - это воды, использованные на бытовые, производственные или другие нужды и загрязненные различными примесями, изменившими их первоначальный химический состав и физические свойства, а также воды, стекающие с территории населенных пунктов и промышленных предприятий в результате выпадения атмосферных осадков или поливки улиц.

В зависимости от происхождения вида и состава сточные воды подразделяются на три основные категории: бытовые, производственные, атмосферные.

Бытовые сточные воды (от туалетных комнат, душевых, кухонь, бань, прачечных, столовых, больниц; они поступают от жилых и общественных зданий, а также от бытовых помещений) образуются в результате практической деятельности и жизнедеятельности людей. Концентрацию загрязняющих веществ бытовых сточных вод определяется исходя из удельного водоотведения на одного жителя:

где S - концентрация загрязняющих веществ, мг / л,

a - количество загрязнений, приходящееся на одного жителя, г/сут,

q - норма водоотведения на одного жителя, л / сут.

Значения a приведены в Таблице 1 [Приложение1]. При сбросе бытовых сточных вод промышленными предприятиями в канализацию населённого пункта количество загрязняющих веществ от эксплуатационного персонала дополнительно не учитывается.

В сточных водах содержатся примеси минерального и органического происхождения. Можно принять что минеральные загрязнения в бытовых сточных водах в виде нерастворенного вещества - 5 %, суспензии - 5 %, коллоиды - 2 % и растворимые вещества - 30 %. Для органических веществ эти проценты соответственно следующие: нерастворимые - 15 %, суспензии - 15 %, коллоиды - 8% и растворимые - 20 %.

Минеральные соединения представлены солями аммония, фосфатами, хлоридами, гидрокарбонатами и другими соединениями. Бытовые сточные воды имеют обычно слабощелочную реакцию среды (рН=7,2 - 7,8). Органические вещества бытовых сточных вод можно разделить на две группы: безазотистые и азотосодержащие вещества. Основная часть безазотистых органических веществ представлена углеводами и жирами. Азотосодержащие органические соединения представлены белками и продуктами их гидролиза. Особую форму примеси бытовых сточных вод представляют микроорганизмы. Иногда могут присутствовать и болезнетворные формы микроорганизмов (бактерии и вирусы).

Состав производственных сточных вод (воды, использованные в технологических процессах, не отвечающие более требованиям, предъявляемым к их качеству; к этой категории относят также воды, откачиваемые на поверхность земли при добыче полезных ископаемых) зависит от характера производственного процесса и отличается большим многообразием. В зависимости от состава примесей и специфичности их действия на водные объекты сточные воды могут быть разделены на следующие группы:

Воды, содержащие неорганические примеси со специфичными токсичными свойствами. Сюда входят стоки металлургии, гальванических цехов, предприятия, машиностроительной, рудо- и угледобывающей промышленности, заводы по производству кислот, строительных изделий и материалов, минеральных удобрений и другие. Они могут вызвать изменение рН воды водоёмов. Соли тяжёлых металлов являются токсичными по отношению к водным организмам.

Воды, в которых неорганические примеси не обладают токсичным действием. К этой группе относятся сточные воды рудообогатительных фабрик, цементных заводов и других. Примеси такого типа находятся во взвешенном состоянии. Для водоёма особой опасности эти воды не представляют.

Воды, содержащие нетоксичные органические вещества. Сюда входят сточные воды в основном предприятий пищевой промышленности (мясной, рыбной, молочной, пищевой, целлюлозно-бумажной, микробиологической, химической промышленности, заводы по производству каучука, пластмасс и другие). При попадании их в водоем возрастает окисляемость, БПК, снижается концентрация растворённого кислорода.

Кроме вышеуказанных групп загрязненных производственных сточных вод имеет место сброс нагретых вод в водоем, что является причиной так называемых тепловых загрязнений. Производственные сточные воды могут различаться по концентрации загрязняющих веществ, по степени агрессивности и т. д.

Состав производственных сточных вод колеблется в значительных пределах, что вызывает необходимость тщательного обоснования выбора надежного и эффективного метода очистки в каждом конкретном случае. Получение расчетных параметров и технологических регламентов обработки сточных вод и осадка требуют весьма продолжительных научных исследований как в лабораторных, так и полупроизводственных условиях. Количество производственных сточных вод определяется в зависимости от производительности предприятия по укрупненным нормам водопотребления и водоотведения для различных отраслей промышленности. Норма водопотребления - это целесообразное количество воды, необходимого для производственного процесса, установленная на основании научно обоснованного расчета или передового опыта. В укрупненную норму водопотребления входят все расходы воды на предприятии. Нормы расхода производственных сточных вод применяют при проектировании вновь строящихся и реконструкции действующих систем водоотведения промышленных предприятий. Укрупненные нормы позволяют дать оценку рациональности использования воды на любом действующем предприятии.

Степень загрязнённости атмосферных вод (дождевые и талые воды отводятся вместе с водами от полива улиц, фонтанов и дренажей) зависит от многих факторов, в том числе от общей санитарной обстановки населённого пункта. Принятая технология сухой уборки улиц не обеспечивает полного удаления загрязнений. Мусор с проезжей части дорог содержит значительное количество органики, биогенов, нефтепродуктов солей тяжёлых металлов. Загрязнённость дождевого стока зависит от его расхода. При расходе менее 25 л/с га сточные воды практически не смывают загрязнений и поэтому загрязнённость их минимальна. По мере увеличения расхода стока в нём растут концентрации взвешенных веществ, фосфора и азота, достигая максимума непосредственно пред пиком дождя. Основная часть загрязнённых дождевых вод поступает в канализацию в начале дождя. Максимальная величина БПК воды наблюдается в летние месяцы, а осенью они снижаются почти в 2 раза. Для биогенных веществ характерен пик ранней весной и второй пик наблюдается осенью после листопада.

Некоторые качественные характеристики городского поверхностного стока приведены в Таблице 2 [Приложение1]. Загрязнённость талых вод в первую очередь зависит от режима таяния снега. В ряде случаев при использовании поваренной соли во время гололёда талые воды содержат значительное количество хлоридов.

Качество и состав поверхностного стока с городских территорий зависят от целого ряда трудно учитываемых и трудно прогнозируемых факторов. Большое разнообразие местных условий делает практически невозможным получение усреднённых показателей качества поверхностного стока в целом. Приведенные в Таблице 3 [Приложение1] данные о загрязнённости дождевых вод с территории промышленных предприятий весьма приближённые. Удельный вес отдельных показателей в этом списке определяется прежде всего видом производства.

В практике используется также понятие городские сточные воды, которые представляют собой смесь бытовых и производственных сточных вод. Бытовые, производственные и атмосферные сточные воды отводятся как совместно, так и раздельно. Наиболее широкое распространение получили общесплавные и раздельные системы водоотведения. При общесплавной системе все три категории сточных вод отводятся по одной общей сети труб и каналов за пределы городской территории на очистные сооружения. Раздельные системы состоят из нескольких сетей труб и каналов: по одной из них отводятся дождевые и незагрязненные производственные сточные воды, а по другой или по нескольким сетям - бытовые и загрязненные производственные сточные воды.

Сточные воды представляют собой сложные гетерогенные смеси, содержащие примеси органического и минерального происхождения, которые находятся в не растворенном, коллоидном и растворенном состоянии. Степень загрязнения сточных вод оценивается концентрацией, т. е. массой примесей в единицу объема мг/л или г/куб. м. Состав сточных вод регулярно анализируется. Проводятся санитарно-химические анализы по определению величины ХПК (общая концентрация органических веществ) ; БПК (концентрация органических соединений, окисляемых биологическим путем) ; концентрация взвешенных веществ; активной реакции среды; интенсивности окраски; степени минерализации; концентрации биогенных элементов (азота, фосфора, калия) и др. Для разработки рациональной схемы водоотведения и оценки возможности повторного использования сточных вод изучается состав и режим водоотведения не только общего стока промышленного предприятия, но также сточных вод от отдельных цехов и аппаратов. Помимо определения основных санитарно-химических показателей в производственных сточных водах определяются концентрации специфических компонентов, содержание которых предопределяется технологическим регламентом производства и номенклатурой применяемых веществ.

В составе инженерных коммуникаций промышленного предприятия, как правило, имеется несколько водоотводящих сетей. Незагрязненные нагретые сточные воды поступают на охладительные установки (брызгальные бассейны, градирни, охладительные пруды), а затем возвращаются в систему оборотного водообеспечения. Загрязненные сточные воды поступают на очистные сооружения, а после очистки часть обработанных сточных вод подается в систему оборотного водообеспечения в те цеха, где ее состав удовлетворяет нормативным требованиям.

Эффективность использования воды на промышленных предприятиях оценивается такими показателями, как количество использованной оборотной воды, коэффициентом ее использования и процентом ее потерь.

Для промышленных предприятий составляется баланс воды, включающий расходы на различные виды потерь, сбросы и добавление компенсирующих расходов воды в систему. Проектирование вновь строящихся и реконструируемых систем водоотведения населенных пунктов и промышленных предприятий должно осуществляться на основе утвержденных в установленном порядке схем развития и размещения отрасли народного хозяйства, отраслей промышленности и схем развития и размещения производительных сил по экономическим районам. При выборе систем и схем водоотведения должна учитываться техническая, экономическая и санитарная оценки существующих сетей и сооружений, предусматриваться возможность интенсификации их работы.

При выборе системы и схемы водоотведения промышленных предприятий необходимо учитывать:

требования к качеству воды, используемой в различных технологических процессах;

количество, состав и свойства сточных вод от дельных производственных цехов и предприятия в целом, а также режимы водоотведения;

возможность сокращения количества загрязненных производственных сточных вод путем рационализации технологических процессов производства;

возможность повторного использования производственных сточных вод в системе оборотного водообеспечения или для технологических нужд другого производства, где допустимо применять воды более низкого качества;

целесообразность извлечения и использования веществ, содержащихся в сточных водах;

возможность и целесообразность совместного отведения и очистки сточных вод нескольких близко расположенных промышленных предприятий, а также возможность комплексного решения очистки сточных вод промышленных предприятий и населенных пунктов;

возможность использования в технологическом процессе очищенных бытовых сточных вод;

возможность и целесообразность использования бытовых и производственных сточных вод для орошения сельскохозяйственных и технических культур;

целесообразность локальной очистки сточных вод отдельных цехов предприятия;

само очищающую способность водоема, условия сброса в него сточных вод и необходимую степень их очистки;

целесообразность применения того или иного метода очистки.

При вариантном проектировании водоотводящих систем и очистных сооружений на основании технико-экономических показателей принимается оптимальный вариант.

Заключение

В настоящее время во всём мире, в том числе и в России, остро стоят проблемы различных загрязнений воздуха, почвы, воды. Ни один город и ни одно предприятие не может обойтись без потребления воды. Зачастую воды использованные на различные нужды становятся не пригодными для дальнейшего использования, то есть загрязняются. Таким образом образуются бытовые, производственные и атмосферные сточные воды.

Наиболее сложны по составу сточные воды промышленных предприятий. На формирование производственных сточных вод влияет вид перерабатываемого сырья, технологический процесс производства, применяемые реагенты, промежуточные изделия и продукты, состав исходной воды, местные условия и др.

Для повторного использования, а так же для выпуска в водоёмы, сточные воды всё больше подвергают очистке. В зависимости от степени их загрязнённости и наличия средств применяют различные методы очистки сточных вод.

Наиболее простая и относительно не дорогостоящая - механическая очистка сточных вод, которая обычно предшествует биологической или физико-химической очистке.

Приложение 1

Таблица 1 .Количество загрязнений на одного жителя

Таблица 2 .Качественная характеристика городского поверхностного стока

Продолжение приложения 1

Таблица 3 Степень загрязнённости поверхностных вод с некоторых характерных территорий

Список используемой литературы

1. Инженерная геология и гидрология. В.П. Ананьев, Л.В. Передельский.

2. Инженерная геология. А.А. Белый.

3. Инженерно-геологические понятия и термины. А.Д. Потапов, И.Л.Ревелис.

4. Эколого-геохимическая оценка загрязнения геологической среды / В.П. Иванчиков, В.И. Почтаренко, Е.А. Яковлев, Н.Г. Пышная. –К.: Общество “Знание, 1996.

5. [Интернет ресурс] http://.wikipedia.ru

6. [Интернет ресурс] http://dic.academic.ru