6.3. Причины развития техногенного подтопления

города

Основной общей причиной формирования процесса техногенного подтопления является нарушение структуры водного баланса на освоенной территории, т.е. превышение питания подземных вод (грунтовых, верховодки, техногенных водоносных горизонтов) над их разгрузкой [106, 115 ].

Значительные масштабы и интенсивность процесса техногенного подтопления в городах определяются геологическим строением, но, в основном, зависят от характера техногенных нагрузок, передаваемых городом на геологическую среду. Подтопление чаще интенсифицируется там, где имеются недостатки в проектировании, строительстве и эксплуатации сооружений.

Главные техногенные факторы подтопления в городах разделены нами, с учетом работ Е.С. Дзекцера [38, 108, 115, 150], на технико-организационные и социальные.

Технико-организационные факторы – это неполнота исходной информации и недостаточность качества работ в цепи «инженерные изыскания – строительство – эксплуатация».

При строительстве происходит ухудшение естественной дренированности территории. Главными причинами этого являются: изменение существующего рельефа поверхности, определяющего поверхностный сток (устройство насыпей, дамб, обратного уклона, засыпка оврагов и пр.), уничтожение существующей гидрографической сети (ликвидация мелких рек и ручьев, канализирование рек – помещение их в трубы, строительство водонепроницаемых набережных и т.д.). Подтоплению также способствуют: длительный перерыв между земляными и строительными работами нулевого цикла, приводящий к накоплению поверхностных вод в котлованах и траншеях, их инфильтрация и увлажнение грунтов до критического состояния; создание участков намывных грунтов; экранирование поверхности земли зданиями, асфальтом, резко снижающими испарение грунтовых вод; подача к строительной площадке больших количеств воды по временным и часто имеющим значительные утечки коммуникациям [115, 106]. Как отмечают исследователи [168], причиной 80% аварийных ситуаций является изменение режима подземных вод при проведении строительных работ.

При эксплуатации инженерных сооружений активизация процесса подтопления может быть вызвана утечками из стационарных водонесущих коммуникаций, фильтрационными потерями из различных водоемов, накопителей и резервуаров; спусками (сбросами) сточных вод в грунты; сверхнормативными (бесконтрольными) поливами зеленых насаждений, устройством снежных свалок; недостаточностью существующей дождевой канализации и/или ее неудовлетворительной работой; дефектами вертикальной планировки; наличием различных экранирующих покрытий, заметно снижающих испарение и способствующих конденсации влаги; барражированием заглубленными конструкциями и сооружениями подземного потока (например, устройством свайных полей); отсутствием и/или недостаточностью необходимых защитных мероприятий.

Одной из причин ошибок в указанной технологической цепи может быть отсутствие необходимого научно-методического сопровождения, а процесс подтопления является слабопрогнозируемым [106].

Социальные факторы – быстро возрастающее водопотребление в городах. Увеличение водопотребления при организации централизованного водоснабжения населенных пунктов. Среднесуточное нормативное водопотребление населением составляет 300 л/сут на чел и водоотведение – 300 л/сут на чел. Утечки из водонесущих коммуникаций составляют по разным данным от 4% до 50-60 % [8, 37, 89, 96, 113], таким образом, они существенно влияют на развитие процесса техногенного подтопления.

Факторы подтопления можно разделить на основные и дополнительные. Основные – действуют в пределах всей территории, характеризуемой данными условиями, а дополнительные - на локальных участках.

По степени воздействия факторы техногенного подтопления ранжируются в основные ряды [34]: 1) подпор грунтовых вод при создании водохранилищ и массивов орошения; 2) инфильтрация утечек из водопроводных, канализационных и тепловых сетей; 3) инфильтрация воды при поливах зеленых насаждений; 4) инфильтрация атмосферных осадков; 5) подпор грунтовых вод естественными водотоками; 6) циклические подъемы грунтовых вод. И в дополнительные: 1) инфильтрация воды из резервуаров, водоемов, хранилищ стоков, фонтанов, от технологических циклов промышленных предприятий; 2) барраж (подпор) водотока грунтовых вод сваями, подземными частями зданий и сооружений; 3) инфильтрация талых вод; 4) конденсация воды в засыпанных пазухах котлованов и траншей под отмостками на затененных участках и участках, находящихся под покрытиями на участках производства; 5) конденсация паров воды в грунте (сезонная); 6) тепловлагоперенос на участках производств с разным температурным режимом.

Подобно структуре естественного водного баланса, нами выделены три основные группы факторов, которые, по существу, являются причинами техногенного подтопления [150].

1. Дополнительное инфильтрационное питание грунтовых вод, обусловленное систематическими и аварийными утечками воды из водонесущих коммуникаций. Развитию этого процесса способствуют интенсивная застройка городской территории, физический износ водонесущих коммуникаций, недостаточные темпы реконструкции и восстановления сетей, увеличение водопотребления при организации централизованного водоснабжения; инфильтрация поверхностных вод вследствие нарушения поверхностного стока: задержание земляными отвалами, проездами, насыпями [8, 34, 41, 67, 75, 94, 105, 114, 115 и др.].

2. Нарушение условий дренирования территории (снижение естественной дренированности в связи с перепланировкой поверхности земли, засорение и заиление рек, ручьев, дренажных каналов, заключение их в коллектора; несистемное решение вопросов вертикальной планировки и организации поверхностного стока при освоении территории и реконструкции зданий; отсутствие систем канализации и ливневого стока; плохая работа дренажных систем и локальных дренажей из-за ошибок, связанных с низким качеством проектирования и строительства и т.д.) [8, 34, 36, 99, 110, 115].

3. Нарушение условий подземного стока (наличие искусственных грунтов, подпор от водохранилищ, искусственных водоемов и каналов, барражный эффект свайных полей и глубоких фундаментов) [34, 94, 114, 115, 133, 136, 137 и др.].

Систематические утечки из водонесущих коммуникаций (водопроводов, канализации, теплосетей), как одна из основных причин техногенного подтопления, широко рассмотрена в литературе По данным Г.С. Солопова [3], в балансе годового инфильтрационного питания систематические утечки составляют 50-60%, аварийные до 40%, атмосферные осадки – 5-10%. Интенсивная застройка городской территории неизбежно влечет за собой увеличение протяженности водонесущих коммуникаций и связанный с ними расход воды и ее неизбежные потери [113, 137].

Зачастую одной из причин подтопления является отсутствие водотоков вдоль дорог и проездов. Например, ситуация с подтоплением в г. Гомеле усугубилась после повышения отметки дорог по улицам Ауэрбаха, Пивоварова. На территории РУП «Гомельский завод «Коммунальник» после того, как северо-западнее завода был построен путепровод через железную дорогу и произведена застройка прилегающей к заводу территории, отмечается устойчивый подъем уровней грунтовых вод.

В результате засыпки оврагов, использования их территорий под застройку или огороды, асфальтирования и т.д. многие овраги не работают как дренажные системы, т.к. они лишены присущих им естественных площадей водосбора. Их дренирующие способности как бы законсервированы. Поверхностный сток на застроенных территориях осуществляется в ливневую канализацию, которая рассматривается как один из источников подтопления. С этой точки зрения ликвидация оврагов способствует развитию подтопления и процессов, связанных с ним.

Например, по ул. Хатаевича естественная дренажная система (овраг с присущей ему водосборной площадью) заменяется искусственной (ливневой канализацией). В этом случае очень важно исключить возможность утечек из водонесущей коммуникации. Хорошо развитые овраги, как правило, формируются в легко размываемых грунтах. При наличии утечек из водонесущих магистралей поверхностный или подземный (суффозия) размыв грунтов чреват серьезными последствиями (рисунок 3.12).

В XIX-первой половине XX века на возвышенных плакорах моренной равнины существовали болота - Горелое и другие (рисунок 6.1), которые осуществляли местное регулирование уровня грунтовых вод. Впоследствии они были засыпаны и территории застроены, чем и вызывается развивающийся здесь процесс подтопления.

Снижение естественной дренированности территорий в результате замусоривания и заиления рек, ручьев, дренажных каналов имеет место, например, вдоль ручья Мостище, Мильчанской мелиоративной канавы, Лещинской ложбины по ул. Крайняя, притока Гомсельмашевской канавы между улицами Я.Коласа и Тракторная и др.

Ложбины стока, ручьи и речушки обеспечивают отвод поверхностного стока и дренаж грунтовых вод с окружающей территории. Заключение их в коллектора провоцирует развитие процесса техногенного подтопления. Так, например, часть стока Мильчанского ручья и Лещинской ложбины забраны в коллектора. Недостаточно развитая система дождевой канализации не компенсирует естественную дренированность территории, которая существовала до их строительства. Это приводит к застаиванию стока и подтоплению территории, особенно в период интенсивного выпадения атмосферных осадков. Периодическое подтопление устьевых участков магистральных коллекторов высокими водами р. Сож осложняет ситуацию.

Способствует развитию подтопления и несистемное решение вопросов вертикальной планировки и организации поверхностного стока при освоении и реконструкции без учета последствий для территорий прилегающих к объекту строительства. Такие случаи наиболее характерны для тех территорий, на которых строительство различных инженерных сооружений велось в разное время. Так, например, ул. Балтийская, застройка усадебного типа. Раньше на улице была проложена дренирующая канава, по которой вода стекла в сторону ул. Бочкина. Позже канаву забрали в трубу. Когда строили 9-этажный дом, перегораживающий ул. Балтийскую, трубу обрезали, и 9-этажный дом перекрыл сток. Эта территория была проблемной в связи с подтоплением. После строительства дома ситуация ухудшилась.

Наличие искусственных грунтов не однозначно влияет на развитие процессов подтопления [150]. Насыпной грунт обычно представлен смесью песков разнозернистых, глинистых грунтов, битым кирпичом, строительным мусором и т.д. Поэтому в таких грунтах, как правило, формируются воды спорадического распространения и приурочены они чаще всего к прослоям песка. Например, по данным ДП «Гомельгеосервис», именно такие условия встречены при бурении скважин на крупзаводе (23.11.99) – при мощности техногенных отложений 3,6 м глубина залегания подземных вод – 0,8 м; или при бурении скважин на территории фабрики «Полесье» по ул. Катунина (8.02.00) – при мощности техногенных отложений 3,0 м глубина залегания грунтовых вод 2,2-2,8 м; на территории фабрики Гомельобои (09.99) грунтовые воды вскрыты на глубине 5,65 м при мощности насыпного грунта 7,2 м. Аналогичная ситуация наблюдалась по ул. Могилевской (9.06.94), на пересечении улиц Б. Хмельницкого и 60 лет СССР, в районе клуба завода «Кристалл» и т.д. Источниками питания этих вод могут быть как атмосферные и паводковые воды, так и утечки из водонесущих коммуникаций (дымовая труба локомотивного депо – 22.10.98).

С другой стороны, есть много примеров тому, что при существенной мощности техногенных отложений грунтовые воды в них не вскрыты: АЗС ул. Малайчука (06.96 – мощность техногенных отложений 2,1 м), котельная северная (01.96 – мощность – 2,5 м), Гомель-Ратон (06.99 – мощность 2,5 м) и т.д.

Зачастую воды техногенных отложений имеют гидравлическую связь между собой, или/и с водоносными горизонтами, залегающими в подстилающих их природных грунтах, или с поверхностными водами (в т.ч. реки Сож). Например, мощность насыпного грунта по ул. Пушкина (радиотелецентр) резко меняется от 10,7 до 1,9 м (засыпанный овраг), вместе с тем, глубина залегания грунтовых вод остается почти одинаковой 8,1-8,5 м.

К искусственным относятся и намывные грунты. Масштабные работы по намыву пойменных земель существенно изменили условия разгрузки грунтового потока в долине р. Сожа, что в частности может вызывать подъем уровня грунтовых вод на территориях, распложенных выше по потоку. Поэтому по контуру намывных грунтов предусматривается прокладка дренажных канав. Как правило, в самих намывных грунтах подземные воды залегают на небольших глубинах: от 1,0 до 5,8 м при мощности техногенных отложений 1,6-6,5 м (Ледовый Дворец, микрорайоны 16, 17, 20).

Проблема подпора грунтовых вод барражирующим действием свайных полей и глубоких фундаментов широко рассматривается в научной литературе [34, 94, 114, 115, 133, 136, 137 и др.]. Свайные фундаменты прорезают всю толщу четвертичных отложений, значительно уплотняя грунт, уменьшая его общую пористость под сооружениями. Этим создаются искусственные «шпунтовые» завесы на путях оттока грунтовых вод.

Интенсификация застройки, особенно переход на строительство зданий и сооружений повышенной этажности на свайных фундаментах, требуют если не опережающего, то хотя бы параллельного строительства дренажных сооружений. Полумеры, типа откачки вод из подвальных помещений зданий, со временем лишь усилят эффект подтопления ибо создают зону промывки вокруг здания, увеличивают подток вод, а в последствии могут привести к осадкам фундаментов.

Значительное изменение подземного водного баланса территорий связано с созданием крупных отрицательных форм рельефа. Значительные по площади и глубине карьеры (особенно после окончания их эксплуатации) становятся приемниками поверхностных вод и местными источниками локального повышения уровня первого водоносного горизонта. В случае интенсивного таяния снега и выпадения дождевых осадков существенное увеличение объема воды в искусственных водоемах и повышение их уровня оказывает повышающий гидравлический эффект, который может наблюдаться на удалении в несколько сотен метров (а в случае с крупными карьерами до нескольких километров) от искусственного водоема. В результате этого возможно временное подтопление грунтовыми водами различных подземных сооружений и отрицательных форм рельефа как природного, так и техногенного происхождения. В Гомеле имеется несколько искусственных водоемов, которые могут являться причиной временного повышения уровня грунтовых вод и подтопления понижений и подземных сооружений (подвалов, погребов и т.д.). Вероятность подтопления возрастает в связи с тем, что жилая застройка располагается в непосредственной близости от некоторых искусственных водоемов. Во время сухих сезонов разрабатываемые карьеры, особенно, если из них откачивается вода, являются причиной местного понижения уровня грунтовых вод.

Таким образом, процессы подтопления определяются комплексом взаимосвязанных причин. Поэтому изменение сложившейся тенденции и улучшение ситуации может быть достигнуто путем системных усилий, т.е. созданием системы инженерной защиты города.