CC BY
108
ВЕСТНИК ЮГОРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
2012 г. Выпуск 1 (24). С. 61-73
УДК 591.5
ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ КРУПНЕЙШИХ ГОРОДОВ В СВЯЗИ С РЕГУЛЯЦИЕЙ РЕЧНОГО СТОКА (НА ПРИМЕРЕ Г. ОМСКА)
П. В. Большаник, В. Н. Недбай
Цель написания данной статьи - анализ геоэкологических проблем, возникающих на территории крупнейшего города в результате зарегулирования стока рек. Для достижения поставленной цели авторами были собраны и проанализированы данные о геологическом строении, рельефе, климатических и гидрологических условиях на территории г. Омска, сопоставлены и уточнены имеющиеся карты распространения просадочных процессов, пучения грунтов, глубин залегания кровли водоупорных толщ, изменения уровня грунтовых вод, уклонов и т. д.
На состоявшихся в Омске в 2007 г. парламентских слушаниях, посвященных проблеме обмеления Иртыша, принято решение построить в долине Иртыша водонапорную плотину. Перспективный гидроузел, по мнению специалистов, должен обеспечить необходимую глубину русла.
Иртыш быстро мелеет, особенно на юге области. Уровень воды в русле на отдельных участках понизился до одного метра.
Обмеление Иртыша приводит к геоэкологическим и социально-экономическим проблемам:
Во-первых, произошло резкое ухудшение условий нереста рыб, что привело к сокращению численности и обеднению видового состава рыбного стада.
Во-вторых, уменьшился уровень, изменился годовой режим, и, что особенно важно, снизилась продолжительность весеннего половодья, приводящая к затоплению поймы и создающая условия для произрастания сочных трав на пойменных лугах. Отсюда проблемы с кормовой базой в животноводстве.
В-третьих, уменьшение уровня воды ликвидировало хорошие судоходные свойства реки, что, наряду с политическими причинами, повлияло на прекращение водных связей с республикой Казахстан и переноса управления Иртышским пароходством в г. Ханты-Мансийск. Гарантированные глубины для провода речных судов в Омском Прииртышье до двух метров двадцати сантиметров [9]. Пассажирские теплоходы, работающие на линии Омск-Салехард, временами задевают килем речное дно. А ведь доставка грузов во многие прибрежные районы Прииртышья возможна только водным транспортом.
В-четвертых, снизились самоочищающие возможности реки, ухудшилось качество иртышской воды.
В-пятых, маловодность реки повлияла на экономические программы освоения территории. Отсутствие должных объемов воды препятствует дальнейшему развитию промышленных предприятий и тормозит развитие орошаемого земледелия.
Причин обмеления Иртыша несколько:
1. После сооружения трех гидроузлов (Усть-Каменогорский, Шульбинский, Бухтармин-ский) в верховьях Иртыша и проведения канала Иртыш-Караганда, забирающего третью часть объема реки, резко снизилась водность Иртыша.
2. Рост потребления воды. Существующие международные юридические нормы позволяют каждому государству черпать из реки фактически в неограниченном количестве. Например, Казахстан, судя по прогнозам, может увеличить водопотребление с 3,8 кубического километра в год до 10-15 кубокилометров. Еще активнее забирают воду в бурно растущем Китае. Да и Омская область не стоит на месте. По расчетам ученых, к 2030 году суммарное водопотребление может увеличиться примерно в четыре раза, то есть до 20 кубокилометров в год. Мощные программы развития Синцзян-Уйгурского авт. района Китая предусматривают увеличение забора воды из Черного Иртыша, что может снизить и без того низкий уровень реки.
3. Росгидромет прогнозирует повышение среднегодовой температуры воздуха на юге Западной Сибири в ближайшем будущем на 0,5-0,6 градуса по Цельсию, что может усилить процессы обмеления. Сегодня состояние Иртыша определяется двумя основными факторами - техногенным и природно-климатическим. При значительном увеличении объема потребляемой воды и усилении засушливости климата возникает реальная угроза развитию экономики Омской области.
4. Мероприятия, направленные на углубление речного дна для нужд судоходства.
5. Забор из русла песчано-гравийной смеси в черте города.
Для поиска оптимального пути решения проблемы на парламентские слушания в Омске собрались специалисты и представители общественности из России и Казахстана. Предложено несколько вариантов конструкции гидроузла (табл. 1). Первый - плотина с водохранилищем сезонного регулирования. Она позволит не только эффективно контролировать сток Иртыша, но и получать дешевую электроэнергию. Однако есть и минусы - затопление обширных прибрежных территорий потребует отселения тысяч людей. Экологи указывают также на опасность заболачивания и засоления окрестных пахотных земель.
Таблица 1. Наиболее вероятные варианты размещения гидроузла на реке Иртыш
Отличительные черты Розовский створ Пристанской створ Красногорский створ
Населенные пункты, расположенные в зоне будущего затопления или подтопления поселки Ачаир, Ачаирский, Ба-ландино, Пристанское, район коттеджной застройки поселка Набережный, промышленные объекты поселки Баландино, Затон, промышленные объекты Омск
Площадь «зеркала» водохранилища 24,9 тысячи гектаров 21 тысяча гектаров
Стоимость недвижимости или сооружения 535,2 миллиона рублей 158,8 миллиона рублей 8 500 миллиона рублей
Второй вариант предполагает возведение каскада переливных плотин руслового типа. Это своего рода ступеньки, замедляющие течение реки и повышающие ее уровень. Гидроузел такого типа не требует сооружения водохранилища и затопления больших площадей. Однако стоимость его строительства выше, к тому же выработка электроэнергии конструкцией не предусмотрена. В ходе парламентских слушаний большинство специалистов отдали предпочтение плотине с водохранилищем. Относительно места его расположения также нет единого мнения. Намечено несколько вариантов как выше, так и ниже Омска по течению Иртыша. Однако наиболее приемлемыми ученые называют Розовский и Пристанской створы (участки реки, граничащие с одноименными населенными пунктами на юге области). Основным результатом строительства плотины должно стать повышение глубины Иртыша в верховьях до четырех метров.
Сооружение низконапорной плотины приведет к затоплению низкой поймы. Более высокое затопление средней и высокой поймы маловероятно из-за небольших объемов весенних паводков, которые пойдут в основном на наполнение ложа водохранилища. Тем не менее, подъём уровня воды приведет к усилению опасных геоморфологических явлений, таких как оползни и обвалы, активизируются эрозионные процессы. С учетом этого, сооружение плотины должно проводиться в районе слабо насыщенным современными селитебными и техногенными сооружениями. Высокий правый берег Иртыша, от южных окраин города до поселков Ачаир и Ачаирский, входит в район с относительно высокой плотностью населению, с районами элитного домостроения, с уникальными объектами природы. Здесь размещается Ачаирский женский крестовый монастырь, памятник природы «Сад Комиссарова», Ачаирское тополево-ивовое насаждение.
Поэтому наиболее реальным районом размещения плотины является русло реки выше п. Ачаирский. Это территория Таврического и Черлакского районов, зона южной лесостепи. Абсолютные отметки уреза воды Иртыша 75 м. Возможный уровень наполнения до 80 м.
Геоэкологические проблемы в районе влияния плотины
Сооружение низконапорной плотины неизбежно повлияет на окружающую природную среду, что вызовет ряд положительных и отрицательных изменений.
Позитивные последствия:
1. Создается запас гидроресурсов, способный компенсировать дефицит воды в летний меженный период.
2. Гидросооружение будет являться барьером на пути распространения загрязняющих веществ, которые могут попасть в воду при техногенных авариях.
3. Создаются условия для ввода в эксплуатацию новых площадей орошаемых земель.
4. Увеличивается продуктивность гидроморфных ландшафтов.
5. Создание обширного зеркала водохранилища неизбежно привлечет в себе массу рек-реантов, которые испытывают дефицит рекреационных ресурсов вблизи миллионного города. Создается новый объект рекреации.
6. Изменение микроклимата в сторону большей комфортности: повышение влажности, изменение температурного режима. Трансформация флоры и фауна под влиянием этих климатических изменений.
7. Уменьшение и полная ликвидация негативных явлений природы (наводнений, маловодья).
8. Расположение водохранилища на территории Омского Прииртышья позволит оперативно регулировать режим и объем попусков воды, что приведет к более рациональному использованию гидроресурсов.
9. Вовлечение в хозяйственное использование земель низкой поймы путем аккумуляции на них водных ресурсов и создание продуктивной в ряде случаев водной среды (рыболовство и рыбоводство).
Негативные последствия:
1. Аквальные ландшафты ухудшаются по качественным показателям из-за накопления в водохранилищах биогенных продуктов и техногенных выбросов. При наполнении водохранилища под воду уйдет органические и неорганические загрязнители, которые на длительный период ухудшат качество иртышской воды.
2. Мелководность водохранилища приведет к быстрому прогреванию его вод в летний период и массовому развитию водорослей, что в свою очередь вызовет интенсивное потребление кислорода. Поэтому для водохранилища будут характерны заморные явления, которые так широко распространены в Омской области. Уменьшится поголовье рыбного стада.
3. Удаленность водохранилища от г. Омска (более 60 км) создаст определенные трудности по доставке в этот район рекреантов.
4. Создание гидросооружений для орошения земель предполагает активное участие в этом проекте землепользователей, что в современных условиях довольно проблематично из-за дефицита бюджета сельхозпроизводителей, наличия частных собственников.
5. Особенности земель на террасах и водораздельных равнинах (близкое залегание засоленных грунтовых вод, наличие засоленных земель, особенности соленакопления в результате жизнедеятельности бактерий) ограничивает площадь земель пригодных для орошения.
6. Затопление высокопродуктивных низкопойменных ландшафтов.
7. Усиление подмыва поверхностей, занятых субгидроморфными ландшафтами, имеющих наибольшие уклоны.
8. Усиление засоленности почв автоморфных ландшафтов в случае распространения систем орошения на эти ландшафты из-за нарушения аэрации пахотного слоя. Нарушение аэрации ведет к снижению активности нитрофикаторов (бактерий, окисляющих аммоний и продукты его первичного окисления) и повышению активности сульфаредуцирующих бакте-
рий (вызывающих содообразование). В результате этих процессов происходит образование солонцов. Это лимитирует площади новых орошаемых земель поймой реки.
Третий вариант предполагает возведение земляной плотины ниже по течению от г. Омска в створе с. Крутая горка. Эта плотина поднимет уровень в Иртыше, в основном в черте г. Омска и позволит не проводить реконструкцию водозаборов. По мнению специалистов ОАО «Омск-Водоканал», обмеление реки уже в ближайшей перспективе может оголить городские водозаборы. В связи с постепенным обмелением Иртыша уже в восьмидесятые годы началась замена расположенных в русле водоприемных труб - так называемых оголовков. В свое время они проектировались с расчетом на большую глубину реки. Уже сейчас работа действующих на водозаборе «Заря» оголовков затруднена. В осеннее-зимний период глубина воды в Иртыше падает почти на два метра ниже минимального уровня, предусмотренного проектом. Водозаборы Таврического и Южного групповых водопроводов уже начинают испытывать трудности с водоотбором, поэтому и там может понадобиться возведение новых гидросооружений.
Ниже дается краткая характеристика природных условий территории г. Омска, на фоне которых происходит изменение условий стока. В пределах территории г. Омска по особенностям морфологии рельефа и с учетом возраста его формирования выделяются водораздельная равнина (неогенового возраста) и террасированные долины рек Иртыша и Оми (четвертичный период). Водораздельная равнина подразделяется на собственно равнину (уклон
0,0015-0,005) и коренной склон (0,007-0,04). Террасовый комплекс долин представлен двумя надпойменными, низкой и высокой пойменными террасами. Уклон второй надпойменной террасы составляет 0,05-0,01, первой - 0,07-0,12.
Около 60 % площади города имеют уровень грунтовых вод менее 2 м, 27 % - менее 1. В сложном геоэкологическом состоянии находится прииртышское правобережье - 70 % территории с уровнем грунтовых вод (УГВ) не превышающем 2 м. Для левобережья эти цифры вдвое ниже, но темпы повышения УГВ выше [7]. Подъем грунтовых вод по сравнению с началом изучения (1937 г.) испытала вся территория города и средняя величина составляет 3-5 м, но наибольший подъем уровня грунтовых вод испытали территории на юго-западе (район поселка Кировск) - от 2 до 5 м, центральные (поселок Привокзальный) - 1-3 м [6].
0. В. Тюменцева [10] отметила, что геологические факторы имеют определяющее значение в развитии процесса подтопления в г. Омске. Основными из них являются характер и глубина залегания кровли водоупора, наличие и распространенность низкофильтрующихся водовмещающих пород:
1. Характер и глубина залегания кровли водоупора.
Для г. Омска водоупорами являются твердые и полутвердые глины и суглинки кочков-ской, павлодарской и таволжанской свит мощностью до 40 м. Они залегают в правобережной части Иртыша на территории г. Омска на глубине от 2 до 8 м. Для левобережья характерными отметками кровли водоупора являются 4-12 м.
Водоупоры, расположенные на территории города, обладают следующими особенностями:
- Близкое от поверхности залегание водоупора. В каждой части территории города расположение водоупора имеет свою специфику: на левобережье водоупор имеет чашеобразное строение с глубиной в центре достигающей 12 м, а в дистальных частях - 4-6 м. На правобережье особенностью является расположение глин вдоль Иртыша с глубиной до 2 м. Более глубокое залегание водоупора наблюдается на первой надпойменной террасе Иртыша, однако, цоколь этой террасы находится ниже уреза воды в Иртыше.
- Наличие участков с уклоном водоупора, направленным в противоположную от зоны разгрузки. На значительной части территории г. Омска преобладает сложный рельеф кровли водоупора.
- Волнообразность рельефа кровли водоупора. Чередование возвышений и понижений негативно влияет на подземный сток. Наличие неровностей и отбортований в водоупорном ложе надпойменных террас и поймы, создающих застойные зоны грунтовых вод. Был
выделен участок в районе Московки, где амплитуда чередования глубин водоупора достигала 9 м. При этом уровень грунтовых вод составлял 0-2 м.
На основе карты глубин водоупоров были выделены районы, характеризующие особенности залегания кровли водоупора (таблица 2). Для характеристики районов установлено их местоположение относительно геоморфологических элементов и физических объектов, преимущественный уровень грунтовых вод и определен характер воздействия на прилежащие территории.
Таблица 2. Характерные особенности кровли водоупора в г. Омске
Характер элемента водоупора Геоморфологический элемент Район Глубина водоупора, м Уровень грунтовых вод, м
Валообразное поднятие склон водораздельной равнины Ул. Маршала Жукова -Б. Хмельницкого - Омская - пос. Привокзальный 0,8-3,2 1-2
Поднятие 1-ая надпойменная терраса Площадь Ленина - Иртышская набережная 3,5-4 1-2
Понижение (депрессия) 2-ая надпойменная терраса Ул. Думская 11 до 1
Волнообразность (чередование повышений и понижений) водораздельная равнина Пос. Московка - птицефабрики более 9 -6-9 - 3-6 -0-3 - 3-6 0-2
Поднятие 2-ая надпойменная терраса Ул. Фрунзе - Красный Путь 2,8-3 1-2
Поднятие склон водораздельной равнины Вдоль р. Омь 1,6-3,0 0-2
Понижение (депрессия) водораздельная равнина Ул. Герцена - Северные - Челюскинцев 6-10 0-2
Понижение (депрессия) водораздельная равнина Ул. Химиков - Королева - Сибниисхоз 6,5-7 1-2
Поднятие склон водораздельной равнины Ул. Заозерная - 50 лет Октября - 22-го Апреля - пр. Мира 1,1-3 1-2
Анализ приведенной таблицы позволяет отметить следующие особенности:
1) Для всех выделенных районов предрасполагающим фактором для подтопления является характер кровли водоупора.
2) Уничтожение естественных дрен - овражной сети в долине р. Оми - значительно ухудшит состояние подземного стока с водораздела.
3) Волнообразное чередование глубин водоупора создает также локальное подтопление, что создает препятствие общей разгрузке с водораздела.
4) Наличие приподнятых участков кровли в староосвоенных районах в сочетании с интенсивной инфильтрацией грунтовых вод и уничтожением естественных дрен играет «барьерную» функцию.
5) На юго-востоке и в центре города влияние антропогенных факторов в повышении уровня грунтовых вод невысоко, однако уровень грунтовых вод повышен. Поэтому можно принять основной причиной локального повышения уровня грунтовых вод характер кровли водоупора.
6) Поскольку подробное уточнение рельефа водоупора зависит от количества скважин, а такие данные имеются только для староосвоенных территорий, то для получения аналогичной картины по дистальным районам необходимо бурение дополнительных скважин.
Таким образом, рельеф кровли водоупора на исследуемой территории сложный, с множеством положительных и отрицательных элементов. Приподнятость кровли водоупоров вблизи зоны разгрузки приобретает барьерную функцию по отношению к грунтовым водам. Для выделенных районов предрасполагающим к повышению уровня грунтовых вод фактором является водоупор.
2. Наличие и распространенность низкофильтрующихся водовмещающих пород.
На территории г. Омска широко распространены низкофильтрующиеся суглинки и супеси. Аллювиальные отложения первой надпойменной террасы аналогичны пойменным отложениям, но имеют более тяжелый состав, представленный аллювиальными суглинками и супесями с прослоями песков от мелкозернистых до гравелистых. Песчаные прослои по мощности составляют 2-8 м в общей толще: 5-20 м - у р. Иртыш и 6-11 м - у р. Омь.
Коэффициенты фильтрации зоны аэрации для суглинков составляют 0,12-0,32 м/сутки; для супесей - 0,66-0,95 м/сутки; для песков - до 3,2 м/сутки. Обводненные пески характеризуются коэффициентом фильтрации от 0,9 до 3,0 м/сутки, редко 5,5-6,0 м/сутки.
Поймы представлены современными аллювиальными отложениями, верхняя часть которых составляют пойменные образования. В притеррасье это тяжелые опесчаненные суглинки мощностью 1,5-3,0 м, на центральном склоне они сменяются легкими и средними пылеватыми суглинками, переходящими в прирусловой части в супеси, мощностью до 2,5-4,0 м. Характерным для них является тонкая слоистость, значительное содержание пылеватой фракции и резкое различие водопроницаемости. Коэффициенты фильтрации в притеррасье изменяются от 0,025 до 0,4 м/сутки; в прирусловой части достигают 1,8 м/сутки.
Под пойменным аллювием залегают пески русловой фации от мелкозернистых и пылеватых до средне-, крупнозернистых, иногда гравелистых в основании разреза. Аналогично современным подрусловым отложениям, для них характерна резкая изменчивость состава отложений как в плане, так и в разрезе, часто с полной заменой песчаного разреза на супесчаносуглинистый. Отсюда соответствующие фильтрационные свойства: коэффициенты фильтрации водонасыщенной толщи изменяются от 0,7 до 5,0 м/сутки, доходя в отдельных случаях до 8-13 м/сутки. Общая мощность аллювиальных отложений в пойме достигает 5-20 м.
Широкое развитие на рассматриваемой территории лёссовидных макропористых покровных суглинков, характеризующихся анизотропными по водопроницаемости свойствами, способствует быстрому подъёму уровня грунтовых вод и обводнению территории при дополнительном техногенном питании этих грунтов. Проведённые экспериментальные исследования показали, что фильтрационные свойства макропористых покровных суглинков при фильтрации воды вдоль пор в 3,0—3,5 раза выше по сравнению с их водопроницаемостью поперёк пор. Это свидетельствует о том, что при дополнительном инфильтрационном питании грунтовых вод боковой отток воды из таких грунтов будет замедленным.
Среди других причин подтопления естественного характера имеют значение плоский рельеф, слабое эрозионное расчленение, наличие пониженных участков на поверхности поймы и первой надпойменной террасы.
3. Равнинность территории. Пологонаклонный характер водораздельной равнины сменяется надпойменными террасами, которые часто сливаются в рельефе и определяются в основном по материалам бурения. Таким образом, вторая надпойменная терраса с первой образуют одну слабонаклонную равнину, уступом переходящую в пойму внизу, в верхней части на правобережье - в возвышенную водораздельную равнину.
Малые уклоны территории. Уклон поверхности левобережной террасы 0,002-0,03, правобережной - 0,05-0,01. Основная часть территории имеет крутизну склона 0-2° (рисунок или приложение). Малые уклоны рельефа местности обуславливают слабый поверхностный сток и увеличение инфильтрации в почву.
4. Слабое эрозионное расчленение территории. Грунтовые воды террас образуют общий слабый поток в сторону поймы и русла рек, где скрыто разгружаются в притеррасовой части поймы, а иногда и открыто в виде родников, мочажин, мокрой каймы, которая обнажается в межень при примыкании террас непосредственно к руслу поймы.
В разгрузке грунтовых вод участвовали глубокие овраги (Крутой Лог у Кировского Омского элеватора, на ул. 7 Северная, ул. Долгирева, в Старой Загородной Роще, у телецентра -ул. Заозерная и др.), имевшие постоянный, а в осенне-зимний период едва заметный сток. В настоящее время многие или засыпаны, или перекрыты транспортными магистралями.
Таким образом, в дренировании большей части территории г. Омска овраги значительного участия принимают.
5. Наличие пониженных участков на поверхности поймы и первой надпойменной террасы препятствует разгрузке поверхностных вод.
На поверхности поймы и первой надпойменной террасы присутствуют участки территории с уклоном противоположным направлению разгрузки, осложненные замкнутыми понижениями, разными по величине, понижениями, поросшими березовыми колками, нередко слабо заболоченными и занимающими около 20 % площади.
В пределах территории города первая надпойменная терраса по правому берегу прослеживается практически на всем его протяжении шириной от 0,5 до 3,0 км, достигая больших значений в Ленинском районе (примерно до ул. Труда). Поверхность ее имеет слабый уклон к р. Иртыш и осложнена замкнутыми понижениями, крупные из которых заняты озерами (Чередовое, Моховое, Чертово, Круглое), мелкие - заболочены или переувлажнены.
Антропогенные причины
Вторая группа причин подтопления связана с хозяйственной деятельностью человека. Их, в свою очередь, можно разделить на 3 подгруппы:
1. Недоучет в строительстве из-за недооценки природных особенностей территорий, при возведении зданий и сооружений.
1.1. Нарушение естественного стока поверхностных вод. При изменении рельефа территории (засыпки оврагов, логов, планировании строительных площадок и т. д.) зачастую происходит нарушение естественного стока поверхностных вод.
Ухудшение поверхностного стока вызывается также пересечением ложбин стока насыпями автомобильных и железных дорог, отвалами, складируемыми на поверхности материалами, а также зданиями, расположенными длинными сторонами перпендикулярно его направлению.
Так, во время интенсивной застройки, начиная с 50-х годов, исчезли некоторые овраги -у Кировск-Омского элеватора (глубиной 25 м), по улице 7 Северная под новыми цехами Сибзавода, у Судоремонтного завода. Территория лишилась естественных дрен, а уровень грунтовых вод поднялся до нулевой отметки.
Освоение неудобных земель проводится с изменением элементов рельефа - устройство золо- и шламонакопителей в пойме Ленинского района, берегоукрепительные работы по Оми и Иртышу с устройством набережных, ликвидация оврага у телецентра, намыв грунта на пойму в левобережье и др.
1.2. Изменение физических и химических свойств грунтов в результате переуплотнения на значительной глубине при строительстве свайных фундаментов.
Уплотнение грунтов в основании инженерных сооружений способствует снижению их пористости и водопроницаемости. Проведенные специалистами СибАДи исследования показали, что при уменьшении пористости аллювиальной супеси на 3 % коэффициент фильтрации этого грунта снизился более чем в 2,5 раза, а при уменьшении пористости покровного суглинка на 9 % коэффициент пористости его снизился в 7 раз [10].
На участках плотной застройки городских территорий многоэтажными зданиями и промышленными предприятиями отмечается наиболее активный подъем уровня грунтовых вод, скорость которого составляет 9-28 см в год в суглинках и 5-12 см в год в песках и супесях.
1.3. Нарушение испарения с поверхности вследствие увеличения площадей с искусственными покрытиями.
Одной из причин повышения уровня грунтовых вод считается наличие значительных площадей с искусственными покрытиями. При применении асфальтных покрытий территории значительно изменяются показатели испарения с поверхности, изменяется направление поверхностного стока и вследствие конденсации увеличивается уровень грунтовых вод.
1.4. Преобладание точечной застройки в «староосвоенных» районах.
Применение точечной застройки существенно меняет структуру и направление сложившейся системы подземного стока. Исторически сложилась структура расположения обширного сектора частных одноэтажных домов в староосвоенных районах: район Северных, Линий, Нейбута, Котельникова и др. Точечная застройка высотными зданиями заменяет индивидуальные одноэтажные строения.
1.5. Увеличение строительства, в том числе и многоэтажных домов в пойме реки.
Все чаще пойма застраивается многоэтажными домами на свайных фундаментах. Недавний пример - строительство торгового центра «Триумф» в пойме р.Оми. На намытых грунтах на левобережье построен 11-ый микрорайон, «Арена - Омск», микрорайон «Авангард» и др.
При применении свайных фундаментов, пересекающих длинными сторонами зданий грунтовый поток, изменяется направление движения грунтовой воды. Под зданиями наблюдаются куполообразные поднятия уровня грунтовой воды.
2. Изменение состояния городской среды вследствие нарушений функционирования инженерных сооружений и конструкций, осуществляющих дренажные и водопроводные функции.
2.1. Нарушение функционирования ливневой канализации.
Менее половины территории города обладает системой ливневой канализации.
Во время ливней, интенсивного таяния снега существующая ливнесбросная сеть не справляется со своей задачей. Не осуществляется своевременная уборка и прочистка стоков. Результатом являются размытые обочины, разрушенные тротуары, ливневые потоки по мостовой, из-за осложненного отвода поверхностных вод на длительное время затоплены значительные территории. Например, 3 мая 2007 года прошедший ливень затопил улицы Ленина, 2-ую Восточную, Амурский поселок, мост на Богдана Хмельницкого и др. Затопление достигло уровня более 30 см.
2.2. Нарушение целостности водонесущих коммуникаций.
Значительные потери воды из подземных водопроводов, теплотрасс, канализационных систем ведут к подъему уровня грунтовых вод. В 1986 году институтом «Гипрокоммунводо-канал» была разработана «Схема водоснабжения и водоотведения города Омска на период до 2005 года». Согласно этой схеме предлагалось строительство водозаборных и очистных сооружений систем водоснабжения и канализации на левом берегу реки Иртыш, строительство главного канализационного коллектора глубокого заложения на правом берегу реки Иртыш. Строительство данных сооружений должно было обеспечить независимое водоснабжение и водоотведение Правобережья и Левобережья, исключить из работы ряд канализационных насосных станций и повысить экологическую безопасность города. Современное состояние систем водоснабжения и водоотведения города Омска характеризуется:
- сверхнормативным износом и повышенной аварийностью водопроводных и канализационных сетей (до 29 % сетей имеют 100 % износ);
- износом оборудования и технологических трубопроводов на очистных сооружениях и насосных станциях;
- низкой надежностью работы стальных дюкерных переходов через реку Иртыш ввиду их износа;
- снижением надежности работы водозаборных сооружений ввиду понижения минимальных горизонтов воды в реке Иртыш.
Без решения этих проблем невозможно развернуть массовое строительство на левом берегу реки Иртыш, а также в южной зоне на правом берегу реки Иртыш. Ежегодные потери воды, подаваемой из Иртыша для хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения,
в г. Омске составляют 30-40 %. Систематические утечки воды из водопроводных сетей в г. Омске находятся в пределах 10-12 тыс. м в год.
В то же время низкая плотность водонесущих коммуникаций в условиях плоского рельефа и слабофильтрующихся грунтов ведет к застойным явлениям и подъему грунтовых вод (старый Кировск).
Наибольшей плотности водонесущих коммуникаций достигают в центральных районах и наиболее низкой в пределах индивидуальной малоэтажной застройки.
2.3. Водопотери производств с водоемкой технологией.
К производствам с водоемкой технологией относятся различные предприятия теплоэнергетики, химии и нефтехимии, машиностроительные предприятия, имеющие в своем составе металлургический цех. К ним не только подведены водонесущие коммуникации, но также они обладают своими собственными водоемами (Нефтезавод, завод СК) и золоотвалами (ТЭЦ-4, 5). В связи с этим различают группы предприятий по количеству потребляемой ими воды, от которого зависит объем возможных утечек.
Общее преобладание предприятий с «полусухим» циклом: Кордный, Красный путь, Ки-ровск, проспект Маркса, Северо-западный промузел, Попова, Гусарова-2 Восточная. Предприятия с «мокрым» циклом преимущественно расположены по окраинам города.
3. Отсутствие целостного подхода к застройке города.
3.1. Исторически сложившаяся и мало изменившаяся структура застройки города.
Город Омск сформировался как крупный город-миллионник в эпоху интенсивной индустриализации СССР. Из-за срочной эвакуации во время Великой Отечественной войны на староосвоенной части города появилось несколько заводов: Баранова, Козицкого, Омскэлек-троточприбор, Кордная фабрика, сажевый завод и др. В последующие годы (1950-1980 гг.) -ОНПЗ, СК, Кислородного машиностроения и др. Развивалась и инфраструктура - построены ТЭЦ-2 (1943 г.), ТЭЦ-3 (1957 г.), ТЭЦ-4 (1970 г.), ТЭЦ-5 (1980 г.), котельная ТЭЦ-6 (1983 г.); введены в строй водопроводные и канализационные сети. За последние 15 лет промышленный сектор города Омска претерпел серьезные структурные изменения: упадок машиностроения и легкой промышленности в первой половине 1990-х годов; подъем химической и пищевой промышленностей во второй половине 1990-х - начале 2000-х годов; возрождение машиностроения и металлообработки в 2000-е годы.
3.2. Наличие на восточной окраине города карьеров строительных материалов без надлежащей последующей их рекультивации способствует развитию подтопления. На этих территориях уровень грунтовых вод составляет 0-2 м.
3.3. Наличие многочисленных коллективных садов в черте города и орошаемых земель на окраинах: сады по Пушкинскому тракту, в районе Сибниисхоза, Учхоза, Карьера, Армейского, Осташково, Чукреевки, Нефтяниках и др.
Характерным примером влияния полива на повышение уровня грунтовых вод может служить территория, занятая садами в конце ул. Герцена. Результаты 20-летних наблюдений, выполненных комплексной гидрогеологической партией Иртышской нефтеразведочной экспедиции, за изменением уровня грунтовой воды в скважинах, расположенных на территории садово-дачного участка, показали, что до 1968-1969 гг. грунтовая вода находилась на глубине 3,5-4,7 м от поверхности земли. Полив зелёных насаждений в течение этого времени осуществляли грунтовой водой из колодца. После строительства и сдачи в эксплуатацию летнего водопровода в 1968-1969 гг. уровень грунтовой воды начал повышаться и к 1980 г. практически достиг поверхности земли; изменений в количестве атмосферных осадков за указанный период времени не наблюдалось [10].
Последствия подтопления
Основной фон уровня грунтовых вод в 1937 году составлял от 2 до 5 м, также многочисленны участки с уровнем грунтовых вод 5-7 и более метров. К районам с высоким залеганием грунтовых вод относится прибрежный участок Ленинского района (прим. район Речного порта) и район в северной части г. Омска с распространением его в пределах улиц Тоболь-
ской и Тарской и пересекающих их улиц Осводовской и параллельных последней (Орджоникидзе, Тарская, Интернациональная).
Проблема повышения уровня грунтовых вод в городе стала одной из наиболее острых в 50-е годы, поскольку в эти годы произошел перелом промышленной структуры города. Тогда начала складываться система мониторинга уровня грунтовых вод.
В 1965 г. на большей части застроенной территории УГВ находился на глубине менее 2 м от поверхности земли. На незастроенной части левобережья (в пойме) глубина изменилась от 1,5 м в притеррасье до 4,5 м в прирусловой части, на террасе - 3,5-5 м и более 5 м.
К 1984 г. на правобережной части города отмечается расширение зон с глубиной уровня грунтовых вод менее 2 м и появление обширных участков с глубиной залегания уровня до 1 м. На левобережье на этот период времени заметного подъема уровня не зафиксировано.
К 1997 г. подъем уровня грунтовых вод произошел и на левобережье р. Иртыш. Здесь практически не осталось участков с глубиной залегания грунтовых вод более 5 м, появились площади с глубиной залегания грунтовых вод менее 2 м (таблица 3). Это явилось следствием интенсивной застройки левобережья с созданием сетей водопровода, канализации, теплоснабжения и транспортных магистралей.
Таблица 3. Сопоставление уровней грунтовых вод (1937-1995 гг.)
Улицы, ограничивающие район Уровень стояния грунтовых вод, м
1937 г. 1997 г.
Правобережье р. Оми
Гусарова - Орджоникидзе - 5-ой Армии - Ленина 1,5-2 1-2
Осоавиахимовская - Средняя - 19-ая Северная - 12-ая Северная >5 <1
Аврорская 5-7 1-2
35 лет Советской власти - 2-ая Восточная - 1-ая Восточная 5-7 <1
Набережная Тухачевского - Фрунзе 5-7 2-5 и более
Интернациональная - Орджоникидзе - Фрунзе - Ленина 2-5 >5
Левобережье р. Оми
Лермонтова - 10 лет Октября - 20-ая Линия - 26-ая Линия 1,5-2 <1
Труда - Иртышская набережная - 3-я Транспортная 1,5-2 1-2
Красных зорь - Масленникова - Куйбышева - Б. Хмельницкого 5-7 1-2
Лизы Чайкиной - 3 Транспортная - Б. Хмельницкого >5 1-2 и менее
Привокзальный поселок
Радищева 2-5 1-2
Харьковская - Ушинского - Избышева - Л. Толстого >5 1-2
Ушинского - Гуртьева - Избышева - Л. Толстого >5 <1
Кировский район
Суворова - Торговая >7 2-5
Р-н Аэропорта - 22-ого Декабря - 2-ая Кировская >5 1-2
Р-н ж. д. вокзала >7 <1
Вследствие неглубокого залегания уровня подземных вод, на пониженных участках наблюдаются явления поверхностного заболачивания. Наибольшее распространение это явле-
ние получило на поверхности высокой поймы и первой надпойменной террасы (вдоль ее тыловых швов), вдоль автомобильных и железных дорог, на отработанных карьерах.
Изогипсы глубин залегания уровней 1997 г. показывают, что практически 80 % городской территории находится в зоне подтопления. При этом в правобережной части города на 50 % застроенной площади уровень залегания грунтовых вод был менее 1 м. Лишь на уступах террас отмечается наибольшая глубина уровней, где она не превышает 5 м [10].
Таким образом, анализ состояния уровней грунтовых вод позволяет сделать выводы об основных последствиях их повышения:
- Большая часть территории городских ландшафтов находится в зоне подтопления с глубиной залегания грунтовых вод менее 2 м. Дальнейшая тенденция подъема уровня сохраняется. При этом на участках с глубиной залегания менее 1 м скорость подъема составляет 1-7 см в год независимо от литологического состава пород.
- На участках плотной застройки городских территорий многоэтажными зданиями и промышленными предприятиями отмечается наиболее активный подъем уровня грунтовых вод, скорость которого составляет 9-28 см в год в суглинках и 5-12 см в год в песках и супесях.
- На водораздельных пространствах с близким залеганием водоупорных неогеновых глин подъем уровня грунтовых вод происходит со скоростью 5-12 см в год, что обусловлено низкой проницаемостью глин, ограничивающей фильтрацию, как в вертикальном направлении, так и по потоку.
- На территориях, расположенных вне зоны влияния техногенных факторов, колебание уровня происходит со скоростью 1-5 см в год в ту или другую сторону и обусловлено многолетней цикличностью колебаний уровней подземных вод.
- В результате обводнения городских ландшафтов отмечены изменения свойств грунтов: консистенции, несущей способности, деформационных свойств. Грунтовые воды, залегающие в пределах городской черты, обладают агрессивными свойствами по отношению к фундаментам (т. е. выщелачивания). Изыскательскими организациями отмечено усиление агрессивных свойств грунтовых вод. Удорожание строительства и необходимость увеличения затрат на реконструкцию зданий, вызванные применением более дорогостоящих материалов, устройством дренажной системы, организацией и отводом поверхностного и подземного стока, большей разборчивостью в отведении участков под застройку, повлияло на развитие экономики города, а значит на население. Кроме того, в связи с повышением уровня грунтовых вод произошло изменение пучинистых свойств грунтов. Увеличилась площадь территории с ограниченными условиями застройки.
Для дальнейшего развития г. Омска, обустройства территории для хозяйственной деятельности и комфортного проживания необходима разработка мероприятий по защите городской территории от негативного влияния техногенных процессов, улучшения экологической обстановки и условий жизнедеятельности населения. Поэтому необходима организация мониторинговых наблюдений за состоянием природной среды, в том числе систематического изучения режима грунтовых вод и техногенных процессов, причем наблюдениями должна быть охвачена вся территория города, что позволит дать сравнительную оценку происходящих изменений среды.
Наиболее значимыми причинами повышения уровня грунтовых вод являются: особенности залегания кровли водоупора (близкое к поверхности залегание - 2-8 м, наличие депрес-сионных районов в северо-восточной и центральной частях города - поселок Амурский, ва-лообразные возвышения, препятствующие оттоку грунтовых вод с водораздела в районе первой и второй надпойменной террасы правобережья), равнинность территории (уклоны первой и второй надпойменных террас составляют 0,0015-0,04), высокая плотность водоне-сущих коммуникаций и потери до 30 % (на правобережье достигает 3-7 км/км2), ухудшение дренированности территории из-за ликвидации оврагов (в районе поселка Кировск, 5-ой ТЭЦ), значительная инфильтрация поливных вод (по данным О. В. Тюменцевой до 1 тысячи км3 расходуется на полив) [10].
Суффозионно-просадочные процессы развиты на 13 % территории города. Наибольший удельный вес подверженных просадкам (34,5 %) территорий приходится на левобережье. Просадочными свойствами обладают:
- верхнечетвертичные аллювиальные отложения второй надпойменной террасы р. Иртыша
- твердые и полутвердые суглинки и супеси при залегании грунтовых вод 4-5 м (и более) мощностью 2-4 м - суглинки, 0,9-5 м - супеси;
- полутвердые глины. Мощность просадочной толщи 2-3 м (распространение ограничено);
- верхнечетвертичные покровные субаэральные отложения
- твердые и полутвердые суглинки и глины при залегании грунтовых вод более 3-4 м. Распространены на большей части левобережной террасы, северо-восточной окраине правобережья, склонах р. Оми. Мощность просадочных суглинков достигает 4,5 м, глин - 2,2 м;
- твердые супеси в восточной части города (вблизи поселков Московка и Волжский). Мощность просадочных супесей около 2 м.
Просадочность в основном 1 типа, внешне проявляется в виде понижений округлой формы.
Морозное пучение развито широко, что обусловлено значительной переувлажненностью грунта и широкой распространенностью пучинистых грунтов. Около 40 % территории характеризуется развитием процесса морозного пучения от средней до сильной степени. На более чем половине земель северо-восточной части города - средняя степень, на левобережье около 23 % - средняя и 9 - сильная. Пучинистыми свойствами обладают грунты, входящие в зону промерзания (для г. Омска установлена 220 см):
- верхнечетвертичные аллювиальные суглинки второй надпойменной террасы р. Иртыша при глубине грунтовых вод до 3,5-5 м. Распространены на левобережной 2-ой надпойменной террасе, на правобережье на 2 надпойменной террасе и коренном склоне водораздельной равнины;
- верхнечетвертичные покровные субаэральные суглинки и глины повсеместно обладают свойствами морозного пучения. Степень пучинистости изменяется в зависимости от положения уровня грунтовых вод от слабой до сильной. При уровне грунтовых вод до 3-3,5 м для суглинков и глин верхнечетвертичных покровных субаэральных отложений характерна сильная степень морозного пучения, 3,5-5 м - средняя, более 5 м - слабая [3].
Процесс подмыва береговых сооружений в связи с изменением гидрологических характеристик р. Иртыш стал актуальным. Наибольшему воздействию боковой эрозии подвергся район Иртышской набережной, что повлекло за собой масштабную реконструкцию береговых сооружений.
Данный прогноз составлен на основе материалов многолетних стационарных комплексных исследований Обь-Иртышской экспедиции Института географии СО РАН и Института водных и экологических проблем (ИВЭП СО РАН), обобщенных и изложенных в монографиях издательства «Наука», а также материалах, собранных автором в результате многолетних экспедиций Омского филиала Объединенного института истории, филологии и философии СО РАН, вошедших в серию итоговых монографий [1, 2, 4, 5, 8].
Для разработки локальных и региональных проектов перераспределения водных ресурсов необходимы дальнейшие исследования на территории степной и лесостепной зон Западной Сибири.
Выводы
Какие же проблемы из вышеназванных поможет решить сооружение плотины? Во-первых, повыситься безопасность и устойчивость развития региона - Омского Прииртышья, что в общих федеральных программах повышения безопасности страны выглядит актуальным, и пожалуй, по значимости превышает все экологические минусы проекта.
Во-вторых, произойдет улучшение условий водоснабжения населения, особенно в маловодные годы и периоды.
Основные геоэкологические проблемы, возникающие при сооружении плотины в Крутогорском створе:
1. Усилятся процессы подтопления территории г. Омска и обострятся взаимосвязанные с ними процессы: морозного пучения грунтов, оползневые и суффозионные явления.
2. Резко ухудшится качество иртышской воды, попадаемой в водозабор. Это связано и с затоплением озер-нефтеотстойников, и в целом с застоем воды в русле реки в черте миллионного города.
ЛИТЕРАТУРА
1. Большаник, П. В. Стратегия сохранения ландшафтного разнообразия в степной зоне Омского Прииртышья [Текст] / П. В. Большаник // Естественные науки и экология. Ежегодник. - Вып. 3. - Омск : ОмГПУ, 1998. - С. 86-90.
2. Савкин, В. М. Эколого-географические изменения в бассейнах рек Западной Сибири (при крупномасштабных водохозяйственных мероприятиях) [Текст] / В. М. Савкин. -Новосибирск, 2000. - 152 с.
3. Генеральная схема противоэрозионных мероприятий по Омской области [Текст]. - Т. 2.
- Омск, 1973. - 263 с.
4. Малик, Л. К. Географические прогнозы последствий гидроэнергетического строительства в Сибири и на Дальнем Востоке [Текст] / Л. К. Малик. - М., 1990. - 315 с.
5. Михеев, В. С. Экспертная оценка экологических последствий влияния вариантов головной части канала переброски на природу таежного Обь-Иртышья [Текст] / В. С. Михеев,
A. Н. Антипов, Ю. В. Полюшкин // Всес. конф. «Развитие производительных сил Сибири и задачи ускорения научно-технического прогресса». - Иркутск : ИГ СО АН СССР, 1985. - 16 с.
6. Недбай, В. Н. Изменение уровня грунтовых вод на староосвоенной территории г. Омска за 70 лет [Текст] / В. Н. Недбай // Актуальные проблемы образования и воспитания: международный опыт и перспективы сотрудничества : матер. II Межд. науч.-практ. конф. (25-28 марта 2008 года). - Омск, 2008. - С. 120-124.
7. Недбай, В. Н. Особенности залегания водоупоров на территории г. Омска [Текст] /
B. Н. Недбай // Сб. матер. регион. науч.-практ. конф., посв. 60-летию со дня рождения А. А. Кожухаря, исследователя-географа, ученого и педагога. - Омск, 2009. - С. 51-54.
8. Нижнетарский археологический микрорайон / П. В. Большаник, А. В. Жук, В. И. Матю-щенко [и др.]. - Новосибирск, 2001. - 256 с.
9. Открыть шлюзы. Бизнес Прииртышья [Текст] // Российская газета. - № 114 (4377) от 31.05.2007.
10. Тюменцева, О. В. Геоэкологическая проблема г. Омска в связи с подтоплением территории [Текст] / О. В. Тюменцева. - Омск, 2003. - 205 с.
