CC BY
12О ДИНАМИКЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ГРУНТОВ НА УЧАСТКАХ ЗАСЫПАННЫХ ВОДОЁМОВ В Г. ЯКУТСКЕ
В. А. Новоприезжая, В. А. Ефремова, В. А. Куваев / 001: 10.24412/1728-516Х-2022-1-20-26
Новоприезжая Варвара Андреевна,
младший научный сотрудник
лаборатории ГИС и картографии криолитозоны Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН (ИМЗ СО РАН), г. Якутск
Ефремова Вилена Альбертовна,
младший научный сотрудник
лаборатории ГИС и картографии криолитозоны ИМЗ СО РАН, г. Якутск
1
АЛ
Куваев Василий Анатольевич,
младший научный сотрудник лаборатории инженерной геокриологии ИМЗ СО РАН, г. Якутск
Якутск - крупнейший город на многолетнемёрзлых грунтах. Ввиду роста численности его населения и активной застройки территории, в разные периоды производилась засыпка привозным грунтом водоёмов для формирования новых, пригодных к освоению строительных площадок.
На территории города создана сеть геотермических скважин, пробуренных в разные годы при проведении инженерно-геологических изысканий. Однако все данные по грунтам и их тепловому состоянию в настоящее время разобщены по предприятиям. Выходили в свет научные статьи о поверхностных водах на территории г. Якутска, их химическом составе, о таликах, среди которых примечательна публикация П. А. Соловьёва об истории эволюции котловины оз. Сайсар и его температурном режиме [1]. Результаты геохимического мониторинга озёр г. Якутска с 1982 г. были отражены в монографии В. Н. Макарова и А. Л. Сидельниковой [2]. В диссертации Н. А. Павловой [3] отмечено, что на территории города нарушается проточность озёр и происходит накопление в них сточных вод. В дальнейшем образуются мелкие пруды и заболоченные участки с повышенной минерализацией вод. М. М. Щац, оценивая динамику обводнённости территории города, отметил постоянное увеличение площадей техногенных водоёмов, особенно в южной его части [4]. Он выделил две основные причины, вызывающие такие негативные последствия: первая связана с расположением города на выравненных пойменной и террасовой поверхностях, что обусловливает незначительный сток и практически застойный режим грунтовых и поверхностных вод; вторая - с техногенным нарушением естественного стока природных вод и отсутствием
вертикальной планировки городской территории. Решением задачи обводнения территории являются дренаж и создание искусственных каналов, что актуально и по сей день.
Поверхность долины Туймаада покрыта старичными и термокарстовыми озёрами, которые развиты по всей площади городской территории, до уступов Маганской террасы р. Лены. В левобережной части выделяются низкая и высокая поймы и две надпойменных террасы р. Лены. Пойменная часть в районе г Якутска имеет высоту до 10 м над меженным уровнем воды и регулярно затопляется паводковыми водами. Ширина первой надпойменной террасы, на которой расположена значительная часть территории города, составляет 2,0-2,5 км, второй - 3-5 км. Превышение второй надпойменной террасы над первой составляет 2-5 м [5].
Имеющиеся картографические материалы по г. Якутску позволяют проследить динамику изменения природных условий и сделать определённый вывод о влиянии на них техногенеза.
Основные городские озёра были отображены на плане г. Якутска ещё в 1854 г [6]. В настоящее время имеется возможность сопоставить архивные детализированные аэрофотоснимки территории города прошлых лет с современными космическими снимками высокого разрешения «Maxar Technology». Это сопоставление показало, что за последние 50 лет в связи с высокими темпами урбанизации количество водных объектов в городе уменьшилось. Связано это с тем, что многие городские водоёмы были засыпаны привозным грунтом для последующего строительства на них зданий и сооружений. Также установлен факт сброса отходов в водные объекты при их засыпке.
00
I
0
1 (В
»о I (В СО
л
л
I
I
о
■ ■ - " ■ V-1 ■
t
А
Условные о&данвчения
i^l Тчцмчтн 4.0touuifiF4"
i 1 Гчотмдещг )й™е дат hip Лйошлей: Ц Tit. i 11.14
I I цл ABii'fli(Hiii4i. 1 IL'iS
Г~1 »IV Аппивршиил. д Lt'lkl
f I m л.ащмям*. *.l#U2 I .1 yn Ллтаиними. i ftltJ
wiiitm S i* ryfttn, A.«
tnWlniqifWHll
WW
- Г|ЫЫН1Ь1 iwprai™
_] Г.ЯК|ПЕ1С
Cn/nwiueu^ сними« Yiiidei
w*rtO Ийи iViCc UIH JiMw 'rum том
Рис. 2. Карта-схема территории исследований г. Якутска
В данной статье рассмотрены три участка: два из них (№ 1, 2) находятся в микрорайоне «Прометей» Автодорожного округа и один (№ 3) - на ул. Губина Губинского округа г. Якутска (рис. 2).
Сопоставление генерального плана г Якутска на официальном интернет-портале ГИС-Якутск, архивных аэрофотоснимков и разновременных космических снимков высокого разрешения «Maxar Technology», позволили выявить здания и сооружения, построенные на месте засыпанных водных объектов. Первые два участка застроены многоэтажными жилыми домами на замкнутых водонасыщенных подозёрных таликах, а третий находится вблизи горканала по ул. Губина. На основе полученных данных составлена карта-схема изменений водных объектов на участках исследований (рис. 3, 4). Проведён анализ температурного режима грунтов после отсыпки и застройки на них инженерных сооружений.
Участок № 1 находится на ул. Автодорожная, д. 11/4. Раньше на этом месте располагалось замкнутое старичное озеро размером 36 х 210 м (рис. 5). По результатам изысканий, проведённых в 2015 г., на аналогичной территории на противоположном берегу водоёма (скважины № 5, 6) грунты характеризовались как высокотемпературные (рис. 6). Вертикальная пла-
нировка была произведена в 2014-2015 гг., а строительство 9-этажного многоквартирного дома началось летом 2015 г Геотермические замеры, проведённые в 2021 г, несмотря на отсыпку и обустройство свайного фундамента, но за счёт огораживания профлистами проветриваемого подполья, показывали стабильность температуры грунтов. В скважине № 4, находящейся в акватории бывшего водоёма, температура грунтов равнялась минус 0,19 °С на глубине 8 м. В остальных скважинах температура на глубине 10 м изменялась от минус 0,5 °С до минус 1,1 °С (см. рис. 6). В стенах многоквартирного жилого дома видимых трещин и деформаций не наблюдалось.
Участок № 2 расположен на ул. Автодорожная 13/1, корп. 1. На этом месте был расположен замкнутый водоём размером 19 х 60 м. Скважины № 7, 8 заданы на границе бывшего водоёма (см. рис. 5). По геотермическим замерам ООО «НВЦ «Геотехнология» в 2014 г. грунты характеризуются здесь как высокотемпературные. Вертикальная планировка была проведена в 2014-2016 гг., сваи установлены в 2016 г, а строительство трёх 16-этажных жилых домов началось в 2017 г. Геотермические замеры, проведённые в 2014 г., показали наличие здесь надмерзлотного талика до 5,5 м. Температура грунтов на глубине 10 м равнялась минус 1,3 °С.
Рис. 3. Карта-схема изменения площади зеркала водных объектов на участках № 1, 2 микрорайона «Прометей» в разные годы
Рис. 4. Карта-схема изменения площади зеркала водных объектов на участке № 3
по ул. Губина в разные годы
Рис. 5. Карта-схема расположения геотермических скважин на исследованных участках
Участок Температура, "С
-1
Участок Температура, еС
-10-э -а-7-4-5 4-з-м с 1 г ------------в-
Участок Температура, 'С
-е-5-4-а-г-1 А 1 г н а е у
4 1
Ч
у *
я
V
у 1
1 Г
¡1
----— I
9(2017)
10
10 (20171
Рис. 6. Динамика температурного режима грунтов по скважинам № 1-10 на участках № 1-3
По всему периметру трёх жилых домов свайного поля установлены термостабилизаторы СОУ (сезонно-охлаждающие устройства), которые способствовали понижению температуры грунтов до минус 7,1-9,1 °С (2021 г.). Для застроенной части территории г. Якутска средняя температура грунтов обычно составляет минус 2,5-4,5 °С, т.е. замеренные температуры являются экстремально низкими.
Участок № 3 расположен на ул. Губина, д. 6. По этому адресу находится двухэтажное офисное строение и гаражи. Здание было построено в начале нулевых годов XXI в. на плитном фундаменте на правом берегу канала, который ранее был озером. Рядом, в 50 м в сторону ул. Губина, расположена ТЭЦ-1. Бурение геотермических скважин и замеры температуры грунтов в них были проведены в 2017 г, когда появились первые трещины на несущих стенах здания. Температура грунтов в скважине № 9 на глубине 10 м в 2017 г. составляла плюс 2,4 °С, а на глубине 14 м - минус 0,11 °С. В скважине №10 температура грунтов на глубине 11 м равнялась минус 0,11 °С. Талик развит до глубины 10-13 м в водонасыщенных песках мелкой и средней крупности. Скважина № 9 расположена рядом с ТЭЦ-1, которая оказывает дополнительное отепляющее влияние на температуру грунтов. С 2017 по 2021 гг. не принимались меры по охлаждению теплового состояния грунтов на этом участке. Измерения, проведённые нами в июне 2021 г, показали положительные температуры грунтов на глубине 10 м: плюс 1,6 °С в южном конце здания (скв. № 9) и плюс 3,9 °С - в северном (скв. № 10), ближе к ТЭЦ-1.
Активная засыпка озёр проводилась в г. Якутске в 70-е годы ХХ века. Жители города чаще всего были против подобных мероприятий, поскольку водоёмы являлись единой системой естественного дренирования городской территории.
В 90-е гг. на просп. Ленина, в промежутке от пл. Орджоникидзе до ул. Хабарова, случилась авария коллектора № 1, в результате которого образовался талик глубиной до 10-15 м (от здания ЛОРП до Педагогического института). Ранее именно на этом участке находилось озеро, пересекающее просп. Ленина с юга на север. На этом участке во дворах домов нам удалось измерить температуру грунтов только в одной скважине, находящейся в углу здания на пр. Ленина, д. 3. Температура грунтов на глубине 8 м под этим зданием, построенном на свайном фундаменте, составила минус 4,2 °С.
В районе расположения улиц Каландаришвили и Петровского, распознаваемого по рис. 1, как обширное заболачивание и водоём, к сожалению, все скважины были забиты мусором и обводнены, поэтому удалось измерить температуру только в прикраевой части: на ул. Каландрашвили, д. № 38/5 - от минус 3,53 °С до минус 3,85 °С и на ул. Петровского, д. № 32/2 - минус 4,0 °С.
На участках зданий, расположенных по ул. Каландрашвили, д. 40/8 и д. 40/9 установлены СОУ сцементированные до грунтового основания (рис. 7). В обоих случаях в цементной основе отмечаются трещины и деформации. У здания по ул. Каландрашвили, д. 40/9 установлен термостабилизатор старого типа с нарушением герметичности системы. Этот термостабилизатор, а также все геотермические скважины по периметру дома были обводнены.
Таким образом, использование материалов аэрофотоснимков, генплана разных лет и космических снимков высокого разрешения позволило выявить участки засыпанных водоёмов на территории г. Якутска. По трём участкам геотемпературные замеры, в зависимости от подхода к строительству, показали разные картины: от сохранения высокотемпературного режима грунтов до полного промораживания талика.
Рис. 7. Термосифоны двух типов на ул. Каландрашвили (д. 40/8 и д. 40/9)
При строительстве сооружений на засыпанных водоёмах необходимо соблюдать общую вертикальную планировку городской территории и использовать СОУ, что обеспечивает промораживание таликов и у снижает риск деформации зданий. Однако в случаях существования водонасыщенных таликов необходима откачка грунтовых вод, поскольку иначе возникает пучение грунтов. Ярким примером этого является пучение беговой дорожки в спорткомплексе «Триумф», где при применении СОУ предварительно не была выполнена откачка грунтовых вод.
Список литературы
1. Соловьёв, П. А. Антропогенные факторы эволюции рельефа котловины озера Сайсар в г. Якутске / П. А. Соловьёв // Устойчивость поверхности к техногенным воздействиям в области вечной мерзлоты. -Якутск : Изд-во Института мерзлотоведения СО АН СССР, 1980. - С. 127-134.
2. Макаров, В. Н. Экогеохимия городских озёр Якутска / В. Н. Макаров, А. Л. Седельникова. - Якутск: Изд-во ФГБУН ИМЗ СО РАН им. П. И. Мельникова, 2016. - 210 с.
3. Павлова, Н. А. Условия формирования и режим техногенных криопэгов в долине Туймаада : автореф. дис. на соиск. канд. г.-м. н. / Н. А. Павлова. - Якутск : Институт мерзлотоведения СО РАН, 2002. - 140 с.
4. Шац, М. М. Пространственно-временная динамика техногенных водоёмов г. Якутска / М. М. Шац, В. М. Ковалёва // Вопросы теории, методики, лимноге-нез, классификации и районирования. - Якутск : Изд-во ЯГУ, 2000. - С. 156-165.
5. Климат Якутска /Под ред. Ц. А. Швер, С. А. Изю-менко. - Ленинград : Гидрометеоиздат, 1982. - 246 с.
6. Попов, Г. А. Сочинения. Том 3. История города Якутска 1632-1917 гг. [краткие очерки] / Г. А. Попов ; отв. ред-ры : Л. Н. Жукова, В. Г. Скрипин, Е. П. Антонов. - Якутск : Изд-во ЯГУ, 2005. - 312 с.
№7&£ИШ
Алексеев, В. Р. Атлас гигантских наледей-тарынов Северо-Востока России / В. Р Алексеев [и др.] ; отв. ред-ры : В. В. Шепелёв, М. Н. Железняк ; Рос. акад. наук, Сиб. отд-е, Ин-т мерзлотоведения им. П. И. Мельникова. - Новосибирск : СО РАН, 2021. - 302 с.
Впервые в отечественной и мировой науке в атласном виде представлены уникальные материалы о наледях-тарынах - специфической форме оледенения северо-восточной части Евразийского континента, возникающей в результате намораживания излившихся на поверхность подземных вод. Атлас состоит из двух частей - иллюстративно-текстовой и картографической. В части I освещается история изучения гигантских наледей-тарынов, описываются их происхождение, форма, размеры, строение, изменчивость во времени и пространстве, раскрывается зависимость ледяных полей от мерзлотно-гидрогеологи-ческих, гидроклиматических, геоморфологических и геотектонических условий, показано влияние наледных процессов на формирование специфических криогенных ландшафтов и естественные природные ресурсы. Особый раздел посвящён опасным гляциальным и мерзлотно-геологическим явлениям, от которых зависит инженерное освоение жизненно важных участков местности. Текст иллюстрирован оригинальными графиками и великолепными цветными фотографиями. В части II помещено более 100 карт распространения наледей-тарынов по бассейнам основных рек Северо-востока России (Яна, Индигирка, Колыма, Анадырь, Пенжина). На картах отражено современное положение и размеры около 7000 ледяных массивов, определённых по космическим снимкам Landsat и др., дано их сравнение с Каталогом наледей А. С. Симакова и З. Г. Шильниковской (1958 г.). Средне- и крупномасштабные серийные снимки крупных наледей-тарынов демонстрируют их сезонную и многолетнюю динамику и ландшафтные условия льдообразования. Многолетняя изменчивость размеров наледей показана на гистограммах, в таблицах, раскрыта в кратких пояснительных текстах. В заключении кратко изложены итоги исследования.
Атлас предназначен для специалистов самого широкого профиля, может использоваться в учебно-образовательном процессе.
