6.1. Роль подтопления территории в градостроительном развитии

При техногенном воздействии города на геологическую среду наиболее сильной трансформации подвергается подземная гидросфера [6, 13, 52, 55, 56, 77, 97, 167]. Подземные воды являются элементом геологической среды, в первую очередь реагирующим на внешнее воздействие. Изменение гидрогеологических условий может негативно воздействовать непосредственно на инженерные сооружения и на свойства грунтов, что способствует активизации неблагоприятных геологических процессов. Наиболее распространенным инженерно-геологическим процессом на осваиваемых территориях является подтопление. Затопленные и подтопленные грунтовыми водами территории имеют ограничения для строительства по инженерно-геологическим условиям [123].

Подтопление – это такое положение уровня грунтовых вод или вод сезонной верховодки, при котором проявляется неблагоприятное воздействие воды на подземные части сооружений, на грунты, служащие основаниями фундаментов, на массивы пород и почвы, а также на общее санитарное состояние территорий [34].

Повышение уровня грунтовых вод и образование верховодки может вызвать подтопление на потенциально подтопляемых территориях лишь в том случае, если это произойдет в пределах «зоны активности» [34]. Эта зона охватывает ту часть подземного пространства застроенных территорий, где находятся строительные конструкции, грунты оснований зданий и сооружений или массивы нестабильных пород, подверженных инженерно-геологическим процессам. В пределах рекреационных и парковых территорий «зона активности» охватывает почвенный покров на всю глубину его генетического профиля.

В результате подтопления изменяются необходимые условия для хозяйственного использования территории [37, 106, 115]. По опасности экономического риска среди наиболее распространенных природных и техноприродных процессов на территории России подтопление занимает 7 место после наводнений, оползней, переработки берегов морей и водохранилищ, землетрясений, карста, плоскостной и овражной эрозии. Менее опасными представляются суффозия, просадки лессовых грунтов, цунами, речная эрозия, криогенные процессы, лавины, ураганы, смерчи и сели [110]. Подтопление территории является хронической проблемой для большинства крупных городов, эта проблема весьма актуальна и для стран СНГ – России, Украины, Республик Казахстан, Узбекистан, Беларусь и др. [3, 8, 41, 89, 99, 114, 121 и др.]. Так, например, в Российской Федерации процесс техногенного подтопления принял массовый характер: подтоплено 960 городов или 87 % с общим населением около 100 млн. человек. Подтапливаются такие крупные города, как Москва, С.-Петербург, Архангельск, Астрахань, Краснодар, Новосибирск, Новгород Великий, Нижний Новгород, Омск, Псков, Ростов-на-Дону, Саратов, Самара, Ставрополь, Томск, Тула, Тюмень, Уфа, Чита, Ярославль. Ущерб от подтопления 1 га городской территории (в зависимости от степени ее застройки капитальными сооружениями, наличия исторических и архитектурных памятников, разветвленности подземной инфраструктуры) составляет от 15 до 200 тыс. долл. [76].

Скорость подъема уровня грунтовых вод на территориях городов в зонах селитебной и промышленной застройки достигает 0,5-2 м/год [113], для территории Московской области составляет до 100 мм/год, для территории Москвы характерна величина в 150-200 мм/год.

Формирование подтопления носит скрытый (латентный) характер, а его развитию свойственна «ползучесть» и поэтому его воздействия являются неожиданными, что усиливает их опасных характер [37, 106]. В этой связи своевременный прогноз подтопления осваиваемой территории и сооружение специальной системы борьбы с ним, т.е. предупредительных и защитных мероприятий, являются необходимым условием нормальной хозяйственной деятельности. Для Гомеля эта проблема осложняется вовлечением в оборот «неудобных», изначально подтопленных земель для нужд малоэтажного строительства.

Сам процесс подтопления на освоенных территориях протекает в три стадии [106].

I стадия – начальная. В период подготовки к строительству и во время самого строительства появляются увлажненные участки (инфильтрация утечек и вод поверхностного стока) и возникают локальные подъемы подземных вод в виде куполов (бугров) в пределах которых могут измениться их химический состав и температура. Обычно такие купола образуются над котлованами, каналами, в местах значительных утечек или скоплений вод поверхностного стока. На непроницаемых и слабопроницаемых линзах в зоне аэрации образуются техногенная верховодка, а при относительно выдержанных водоупорных слоях формируются техногенные водоносные горизонты. В отдельных местах возникают существенные деформации грунтов. Общий подъем УГВ на территории в целом еще отсутствует. Продолжительность подъема УГВ, имеющего локальный характер, зависит от типа источника, его мощности, размера, формы и расположения относительно границ пласта фильтрационных свойств пород, периода его действия, наличия подземных барражей, а также наличие дренажей (естественного и искусственного). На этой стадии временному подтоплению могут подвергаться только отдельные участки.

II стадия – переходная (начало эксплуатации). В течение этой стадии выделяются две особенности развития процесса подтопления – растекание ранее образовавшихся куполов и возникновение новых. Растекание куполов, возникших на I стации, приводит к опусканию УГВ в их центральной части и подъему на периферийных участках, что вызывает здесь деформации грунтов. Одновременно возникают участки дополнительной инфильтрации утечек из уже постоянных коммуникаций и различных емкостей и новые куполовидные поднятия подземных вод. Продолжается образование техногенных верховодок уже на новых участках, получают дальнейшее развитие техногенные водоносные горизонты, отдельные купола начинают сливаться и, как результат этого, активизируются или возникают вновь инженерно-геологические процессы (оползни, просадки и др.), заметным образом проявляются деформации грунтов оснований (особенно слабых, набухающих, просадочных). На этой стадии УГВ и влажность грунтов на относительно крупных участках достигает критических значений и они уже устойчиво подвергаются воздействию подтопления.

III стадия – развитие подтопления. В процессе дальнейшей эксплуатации территории происходит сливание отдельных куполов подземных вод и идет общий подъем их поверхности, имеющей весьма сложную форму. Темп подъема по сравнению с предыдущими стадиями снижается. При подъеме УГВ последний проходит сквозь густую сеть траншей, в которых проложены различные подземные коммуникации и которые часто играют роль дренажей. В этот период формируется искусственный режим подземных вод, происходит дальнейшее развитие неблагоприятных последствий увлажнения грунтов оснований. На этой стадии УГВ и влажность грунтов достигают критических значений и начинают превосходить их на значительной территории.

Следует отметить, что развитие процесса подтопления может быть прервано с помощью специальных защитных мероприятий на любой из рассмотренных стадий. Однако, сделать это наиболее эффективно и с наименьшим ущербом можно на I и в начале II стадии.