CC BY
81
УДК 624.131
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОПАСНОСТЬ ПОДТОПЛЕНИЯ ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА ОМСКА
О.В. Тюменцева
Аннотация. Рассмотрены вопросы, связанные с формированием природной и природно-техногенной опасности подтопления территории Омского Прииртышья. Впервые выполнено зонирование территории г. Омска по степени опасности подтопления. Выделены территории умеренно опасные к подтоплению, опасные и весьма опасные. Установлена зависимость степени опасности подтопления от особенностей природных условий тер-ритории.
Ключевые слова: подземная гидросфера, грунтовые воды, зона аэрации, водоупор, водопроницаемость, грунтовый поток, гидроизогипсы, аллювий, лессовидный грунт, тектонические движения.
Введение
Подтопление территорий является одним из наиболее распространенных и ущербоносных природно-техногенных процессов. Ущерб от подтопления 1 га городской территории в зависимости от степени ее застройки капитальными сооружениями, наличия исторических и архитектурных памятников, разветвленности подземной инфраструктуры составляет 30 - 460 млн. руб. в год. В целом по России ущерб от подтопления городских территорий составляет по оценке Минстроя России около 60 трлн.руб. ( в ценах 1994 г.). Ущерб от выхода земель из сельскохозяйственного использования при подтоплении составляет 10 трлн.руб. в год. На территориях, где подземные воды загрязнены нефтью и нефтепродуктами, подтопление вызывает подъем жидких и газообразных углеводородов к поверхности земли, что создает взрыво- и пожароопасную обстановку [1].
Экологическая опасность подтопления территории выражается в ухудшении санитарногигиенической обстановки, простудных заболеваниях населения в связи с постоянной сыростью в жилых и производственных помещениях. Обостряются хронические заболевания такие как астма, ревматизм, радикулит, гайморит и многие другие. Заболачивается территория, гибнет древесная растительность. Подтопление подвалов, подполий, погребов лишает возможности населению заготовить овощи на зиму, что ухудшает социально-экономическое положение.
Опасность подтопления территорий во многом зависит от особенностей их природных условий: рельефа местности, геологического строения, гидрогеологических и тектонических
условий. Важное значение при оценке степени опасности подтопления имеет литологический состав и фильтрационные свойства грунтов зоны аэрации, глубина залегания и характер поверхности водоупора.
При оценке степени опасности подтопления территории Омского Прииртышья нами использованы архивные и фондовые материалы о геологическом строении, гидрогеологических условиях, современных тектонических движениях земной коры, данные гидрорежимных наблюдений за изменением уровня и химического состава грунтовых вод, выполненные Омской геологической экспедицией, трестом инженерно-строительных изысканий ОАО «ОмскТИСИЗ» и другими проектными и изыскательскими организациями за последние 50 лет. Кроме того, использованы результаты многолетних наблюдений автора за изменением гидрогеологических условий территории г. Омска и собственных исследований химикоминералогического состава, физикомеханических и водных свойств дисперсных грунтов различного генезиса.
Особенности природных условий
Рассматриваемая территория расположена в южной части Западно-Сибирской равнины, характеризующейся малыми уклонами поверхности, наличием бессточных блюдцеобразных западин, реликтовых озер и заболоченных участков. Преобладающие абсолютные отметки поверхности земли 100-140 м. Равнинность территории обусловлена особенностями геологического строения Западно-Сибирской равнины, в основании которой на глубине более трех километров находится палеозойский фунда-
мент, перекрытый почти горизонтально залегающими мезо-кайнозойскими породами. Породы палеозойского фундамента, представленные гранитами, диабазами, альбитофирами, гнейсами, сланцами пересечены тектоническими разломами северо-восточного и северо-
западного направления. По этим разломам одни участки (блоки фундамента) опускались, другие - поднимались. В результате тектонических движений блоков фундамента на его поверхности образовались прогибы и выступы.
Мезо-кайнозойские породы, перекрывающие палеозойский фундамент, представлены сложным и неравномерным чередованием песчаников, конгломератов, алевролитов, аргиллитов, глин, суглинков, супесей и песков.
Современные тектонические движения земной коры Омского Прииртышья выражаются в ее поднятиях от г. Омска в сторону Павлодара и Новосибирска. На отдельных участках скорости движений с 1905 по 1942 год достигали 20 мм в год [2]. С современными тектоническими движениями ученые связывают формирование При-иртышского увала, протягивающегося вдоль коренного склона правобережья р. Иртыша до долины р. Тары. Абсолютная высота его возрастает с юга на север (от 115 до 144 м), а над равниной увал возвышается на 10-15 м. Ширина увала от 1,0 - 1,5 до 30 км, поверхность плоская, восточный склон пологий и постепенно переходит в равнину. Западный склон крутой, местами он обрывается к Иртышу на высоту 50-60 м. Поднятие земной коры на этом участке продолжается и в настоящее время [3].
Особенностью гидрогеологических условий является близкое залегание грунтовых вод от поверхности земли. На значительной части территории грунтовая вода находится на глубине менее трех метров. Водовмещающими грунтами являются четвертичные отложения различного генезиса. Водоносные горизонты различных по генезису грунтов представляют собой единый гидравлически связанный водоносный комплекс. Водоносные горизонты имеют ступенчатый характер. По мере снижения этого комплекса к рекам каждый водоносный горизонт, начиная с верхнего, постепенно или выклинивается, или отдает свои воды нижележащему. Местным водоупором служат глины, реже суглинки твердые и полутвердые, озерноаллювиальные, сформировавшиеся в неогене. Мощность этих отложений достигает 40 м.
По соотношению количества выпадающих атмосферных осадков и величины возможного испарения большая часть территории относится к зонам недостаточного и переменного увлажнения.
Зонирование территории по геоэкологической опасности подтопления
Под геоэкологической опасностью подтопления понимается такое состояние подземной гидросферы, при которой ухудшаются экологические и социально-экономические условия проживания населения на данной территории.
Зонирование по геоэкологической опасности подтопления нами выполнено для территории г. Омска, природные условия которого наиболее детально изучены. Опасность подтопления территории оценивали по СНиП 22-01-95 в зависимости от скорости подъема уровня грунтовых вод и продолжительности формирования водоносного горизонта [4].
Многолетние наблюдения за развитием процесса подтопления в г. Омске показали, что скорость подъема уровня грунтовой воды зависит как от характера техногенного воздействия на подземную гидросферу, так и от вида и генезиса водовмещающих пород. Максимальная скорость повышения уровня грунтовой воды, достигающая 0,38 - 0,66 м/год, отмечена на участках, сложенных суглинками лессовидными элювиально-делювиального генезиса, застроенных садово-дачными и частными, преимущественно одноэтажными, домами. Минимальная скорость подъема уровня грунтовых вод характерна для территорий, занятых жилой застройкой 3-х и 5-ти этажными домами на связных грунтах аллювиального генезиса (табл.).
Время, необходимое для подъема уровня грунтовой воды до глубины двух метров от поверхности земли в г. Омске чаще всего находится в пределах 4-6 лет. На отдельных участках территория оказывалась подтопленной в период ее застройки и к моменту заселения зданий подвалы многих из них были уже затоплены.
По результатам проведенных исследований, включающих особенности геологического строения и гидрогеологических условий, нами впервые выполнено зонирование территории г. Омска по степени опасности подтопления (рис.). Выделены зоны умеренно опасные, опасные и весьма опасные.
К умеренно опасным отнесены два участка, занимающие около 20% территории города. Первый из них расположен на правобережье Иртыша в месте впадения в него реки Омь. Участок сложен верхнечетвертичным аллювием первой надпойменной террасы Иртыша (а^ш), в составе которого преобладают пески мелкие и пылеватые, переходящие в верхней части разреза в супеси. Мощность водоносного горизонта 2-3 м. Глубина залегания водоупора 7-8 м, уклон кровли водоупора направлен в сторону Иртыша. Водоупором служат озерно-
аллювиальные отложения средне-верхнего
миоцена Таволжанской свиты ^а^2"3), представленные суглинками и глинами твердыми и полутвердыми с линзами известково-
мергелистых конкреций и прослоями песков малой мощности. Вскрытая мощность отложений Таволжанской свиты на этом участке более 20 м.
Таблица 1 - Скорость подъема уровня грунтовых вод в г. Омске
Вид застройки Водовмещающая порода, генезис Скорость подъема уровня воды, м/год
Жилая застройка 3-х и 5-ти этажными домами Суглинок аллювиальный 0,13
То же То же 0,27
То же Супесь аллювиальная 0,18
Садово-дачная Суглинок элювиальноделювиальный, лессовидный 0,38
Жилая застройка частными домами То же 0,66
Территория мясокомбината (левобережье) Песок аллювиальный 0,23
Жилая застройка 9-ти этажными домами (левобережье, ул.Фугенфирова) Суглинок аллювиальный 0,30
Жилая застройка 5-ти и 9-ти этажными домами (левобережье, 1-ый микрорайон) Суглинок аллювиальны с прослоями песка 0,20
Другой участок, отнесенный нами по степени опасности подтопления к умеренно опасному, находится в левобережной части города в пределах второй надпойменной террасы Иртыша. Территория сложена верхнечетвертичным аллювием (а^ш) мощностью до 12 м. В составе аллювия преобладают связные грунты, преимущественно суглинки с маломощными прослоями глин. Нижняя часть разреза сложена песками от мелких до гравелистых. Мощность песчаных отложений находится в пределах от 1 до 3 м. Подстилаются аллювиальные грунты озерно-аллювиальными глинами и суглинками Таволжанской свиты, мощностью около 40 м. Грунтовая вода находится на глубине более 6 м от поверхности земли.
К опасным отнесены территории с глубиной залегания грунтовых вод менее 5 м. Это водораздельная равнина, занимающая около 50% городской территории. Поверхность ее плосковыпуклая с редкими западинами. Западины представляют собой просадочные блюдца глубиной до 1,0 - 1,5 м. Сложена водораздельная равнина верхнечетвертичными покровными отложениями элювиально-делювиального и эолового генезиса (ed+uQш), представленными преимущественно суглинками легкими, пылеватыми, макропористыми, лессовидными, реже - супесями пылеватыми с включениями гипса и известкового материала. Максимальную мощность эти отложения имеют на водоразделе (до 10 м), минимальную - на окраинах водораздельной рав
нины и в пределах второй надпойменной террасы. Коэффициент фильтрации покровных отложений, по данным ОмскТИСИЗа, для суглинков равен 0,17 м/сут, для супесей - 0,4 м/сут. Водоносный горизонт мощностью 4 - 6 м залегает на глубине 2 - 5 м от поверхности земли. Водовмещающими породами являются суглинки и супеси лессовидные. Местным водоупором служат плиоценовые озерные и озерно-болотные глины кочковской (№2кс) и павлодарской (11^2р^ свит.
Учитывая анизотропность по водопроницаемости лессовидных грунтов, есть основания предполагать, что дополнительное техногенное питание водоносного горизонта приведет к повышению уровня грунтовых вод на этой территории.
К весьма опасным в правобережной части города отнесен Прииртышский увал и территория первой надпойменной террасы Иртыша в районе развития реликтовых озер (Чередо-вое, Моховое и др.). На левобережье к весьма опасной отнесена пойма р. Иртыша.
Прииртышский увал в пределах города имеет ширину 1-2 км. Сложен увал озерными и озерно-болотными грунтами павлодарской и кочковской свит плиоцена, представленными преимущественно глинами и суглинками твердыми, практически водонепроницаемыми. Коэффициент фильтрации плиоценовых отложений менее 0,005 м/сут, мощность около 40 м. Перекрыты отложения плиоцена современными техногенными грунтами ^^), либо
верхнечетвертичными лессовидными суглинками (edQIII) мощностью 2 - 3 м.
Прииртышский увал препятствует разгрузке в Иртыш грунтового потока с водораздельной части города, сложенной элювиальноделювиальными грунтами. Опасность подтопления территорий в связи с наличием Приир-тышского увала, следует отнести к природной, так как грунтовый поток, движущийся с водораздела, встречает на своем пути практически водонепроницаемые породы плиоцена. Формируются кривые подпора, что приводит к повышению уровня грунтовой воды и подтоплению территорий. На карте подземного стока это выражается в резком сгущении гидроизогипс. Подвальные помещения многих домов, построенных на данной территории, были затоплены ещё до их заселения.
Рис. 1. Зонирование территории г. Омска по степени опасности подтопления. Зоны: 1 - умеренно опасная; 2 - опасная, 3 - весьма опасная; 4 - граница зон
Территория первой надпойменной террасы Иртыша, также отнесенная нами по степени опасности подтопления к весьма опасной, сложена аллювиальными песками пылеватыми, насыщенными водой, чрезмерно- и силь-нопучинистыми. Мощность песчаной толщи достигает 12 м. Преобладающая глубина залегания грунтовой воды менее 1,0 м от поверхности земли. Зона аэрации представлена почвенно-растительным слоем, реже - техно-
генными грунтами. Водоупором служат глины и суглинки твердые и полутвердые таволжан-ской свиты (1а^2"3). Опасность подтопления этой территории можно отнести к природнотехногенной. Природным фактором подтопления здесь является то обстоятельство, что цоколь террасы находится ниже уреза воды в Иртыше, а поверхность террасы практически бессточная. К техногенным факторам подтопления относятся ликвидация природных ложбин стока грунтовых вод при хозяйственном освоении территории и орошение садоводачных участков водой, подаваемой из р.Иртыша.
На левобережье к весьма опасной по степени опасности подтопления отнесена пойма Иртыша, дренирующая грунтовые воды второй надпойменной террасы. Ширина поймы от 0,5 до 2,0 км. Поверхность поймы изобилует заболоченными западинами, старичными озерами и протоками. Иногда наблюдается обратный уклон поверхности поймы от р. Иртыша. Происхождение поймы аккумулятивное. Мощность отложений изменяется от 2 до 16 м. Литологически пойменный аллювий представлен неравномерным чередованием песков, супесей, суглинков с маломощными прослоями илов и глин. Более половины мощности пойменного аллювия сложено песками от крупных с включениями гальки и гравия до пылеватых. В верхней части разреза преобладают суглинки и супеси, иногда наблюдаются прослои погребенной почвы. Подстилающими пойменные отложения являются глины и суглинки таволжанской свиты (1а^2"3). Глубина залегания грунтовых вод - от 0,2 до 3,0 м. Водовмещающими грунтами служат пески, в зоне аэрации часто преобладают связные грунты (супеси, суглинки). Коэффициент фильтрации водовмещающих песков находится в пределах 1-4 м/сутки в зависимости от их гранулометрического состава.
По формированию опасности подтопления пойму также можно отнести к природнотехногенной. Природными факторами, способствующими подтоплению, являются рав-нинность территории и участие в питании водоносных горизонтов грунтовых вод надпойменных террас, вытекающих из нижней части уступов террас на поверхность поймы и образующих на ней либо небольшие озерки, либо заболоченные участки. Техногенные факторы связаны с частичной застройкой поймы, уплотнением грунтов и снижением их фильтрационных свойств при искусственном повышении поверхности территории.
Суммарная площадь территорий, отнесенных нами по степени опасности подтопле-
ния к весьма опасным, составляет около 18 % городской территории.
Заключение
Подтопление территорий при их хозяйственном освоении относят к одному из наиболее распространенных негативных процессов.
Степень геоэкологической опасности подтопления во многом зависит от конкретных природных условий местности. Особенностями природных условий рассматриваемой территории являются: близкое залегание водо-упора, волнообразный характер кровли водо-упора, наличие в зоне аэрации макропористых лессовидных грунтов, характеризующихся анизотропными по водопроницаемости свойствами, равнинный рельеф местности, наличие Прииртышского увала, образовавшегося в результате современных тектонических движений земной коры, и слабая дренирован-ность значительной части территории.
По степени опасности подтопления в пределах г. Омска выделены умеренно-опасные участки, занимающие около 20% территории города, опасные и весьма опасные.
К умеренноопасным отнесены участки с глубиной залегания грунтовых вод более 6 м. Большая часть городской территории (свыше 50%) отнесена к опасной. Глубина залегания грунтовой воды на этой территории 2-5 м.
Около 18% территории города по степени опасности к подтоплению отнесены к весьма опасным. Это территории с преобладающей глубиной залегания грунтовой воды менее 1,0 м от поверхности земли.
Впервые выполненное для г. Омска зонирование территории по степени опасности подтопления может быть использовано при оценке опасности подтопления других территорий, характеризующихся аналогичными
геолого-гидрогеологическими и тектоническими условиями.
Библиографический список
1. Осипов В.И. Природные катастрофы и устойчивое развитие // Геоэкология. - 1997. - №2. -С. 5 -18.
2. Фиалков Д.Н. Природные процессы в Омском Прииртышье их направленность и эволюция // Природа и экономика Омской области. Тез. докл. науч. конф. - Омск, 1989. - С. 12 - 15.
3. Земля, на которой мы живем // Природа и природопользование Омского Прииртышья. - Омск, 2002. - 576 с.
4. СНиП 22-01-95. Геофизика опасных природных воздействий. - 8 с.
Environmental danger of waterlogging in Omsk region
O.V. Tumentseva
We have considered some questions in connection with formation of natural and natural and anthropogenic danger of Omsk Irtish region waterlogging. For the first time is made zoning of the Omsk sity territory to define the degree of waterlogging danger. There are defind territories, which are waterlogging very dangerous, dangerous and medium dangerous. We defind the waterlogging risk level versus features of the territory.
Тюменцева Октябрина Васильевна - канд. техн. наук, доц., профессор кафедры «Инженерная геология, основания и фундаменты» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - подтопление застраиваемых территорий. Имеет 150 опубликованных работ.
E-mail: kaf [email protected]
