CC BY
51
УДК 625.7/.8 (571.1)
ЕФИМЕНКО СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ, канд. техн. наук, доцент, svefimenko_80@mail. ru
БАДИНА МАРИЯ ВЛАДИМИРОВНА, канд. техн. наук, доцент, badina1201@rambler. ru
ЕФИМЕНКО ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ, докт. техн. наук, профессор, svefimenko_80@mail. ru
Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2
К ОБОСНОВАНИЮ
ТЕРРИТОРИАЛЬНОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ ГРАНИЦЫ I-II ДОРОЖНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ ЗОН В ЗАПАДНО-СИБИРСКОМ РЕГИОНЕ
Приведен анализ работ, посвященных районированию территории распространения многолетнемёрзлых грунтов на территории Западной Сибири, отмечены различия в расположении границ дорожно-климатического районирования в действующих нормативных документах, представлены особенности развития и строения многолетнемёрзлых пород, уточнено региональное простирание географической границы I-II дорожноклиматических зон.
Ключевые слова: районирование; дорожно-климатическая зона; многолетнемёрзлые породы; геокриологическая зона; рельеф.
SERGEI V. EFIMENKO, PhD, A/Professor,
svefimenko_80@mail. ru
MARIYa V. BADINA, PhD, A/Professor,
badina1201@rambler. ru
VLADIMIR N. EFIMENKO, DSc, Professor,
svefimenko_80@mail. ru
Tomsk State University of Architecture and Building,
2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk, Russia
RATIONALE FOR BOUNDARIES
OF ROAD BUILDING CLIMATIC ZONES I-II
IN WEST SIBERIA
The paper presents the analysis of permafrost rock zoning in West Siberia; the boundaries of road building climatic zones established in accordance with current regulatory documents; development and structure of permafrost rocks; geographical boundary extension of road building climatic zones I and II in the region.
Keywords: zoning; road building climatic zone; permafrost; permafrost rock; relief.
Действующие на территории России нормативные документы не в полной мере учитывают особенности природно-климатических условий отдельных регионов. Так, имеются существенные различия распространения в географическом пространстве границы I-II дорожно-климатических зон, нашедших отра-
© С.В. Ефименко, М.В. Бадина, В.Н. Ефименко, 2013
жение в СНиП 2.05.02-85* [1], СП 34.13330.2012 [2], ОДН 218.046-01 [3], СТО 218.3.001-2006 [4] (рис. 1-4), кроме того, некоторые населённые пункты на современных географических картах отсутствуют. Поэтому необходимо проведение комплексных исследований для обоснованного назначения простирания границы I-II дорожно-климатических зон [5].
Практически вся северная половина Западно-Сибирской равнины занята многолетнемёрзлыми породами. Южная граница их простирания постепенно опускается ориентировочно с северо-запада (63о с. ш.) на юго-восток (59о с. ш.).
Рис. 1. Карта дорожно-климатического районирования по СНиП 2.05.02-85
Рис. 2. Карта дорожно-климатического районирования по СП 34.13330.2012
Рис. 3. Карта дорожно-климатического районирования по ОДН 218.046-01
Рис. 4. Карта дорожно-климатического районирования по СТО 218.3.001-2006
По особенностям распространения и строения многолетнемёрзлых пород выделяются три мерзлотные зоны: северная, центральная и южная, которые подразделяются на мерзлотные провинции и области (рис. 5) [6].
Рис. 5. Схематическая карта мерзлотных зон и подзон по В.В. Баулину:
1 - северная зона: а - подзона полигенетически промёрзших отложений, б - подзона преимущественно эпигенетически промёрзших отложений; 2 - центральная зона: а - подзона мёрзлых минеральных грунтов и торфяников, б - подзона мёрзлых торфяников; 3 - южная зона глубоко залегающих реликтовых мёрзлых толщ
Северная геокриологическая зона занимает самую северную часть Западно-Сибирской плиты и характеризуется сплошным распространением мёрзлых пород по глубине и по площади. Талики здесь установлены под руслами крупных рек (Пур, Таз, Енисей и др.) в их нижнем течении, а также под крупными и глубокими озерами. Под большинством средних и мелких озер развиты несквозные талики. Среднегодовые температуры пород изменяются
от —8__—10 °С в северной части до -2...-3 °С у её южной границы. В северных
и центральных районах Ямала и Гыдана температуры пород выдержаны на больших площадях.
Мощность многолетнемёрзлых пород (ММП) на большей части территории этой зоны превышает 150 м и достигает на наиболее древних геоморфологических уровнях 300-400 м и более. Строение мёрзлых толщ по разрезу на большей части зоны сплошное, и лишь в специфических условиях в их толще могут существовать талики или линзы охлажденных пород, насыщенных минерализованными водами. В северных районах зоны, в верхней части разреза всех верхнечетвертичных и голоценовых геоморфологических уровней преобладают сингенетически промёрзшие горные породы мощностью от 3-5 до 10-15 м, подстилаемые мощной эпигенетической толщей. Сингенетические породы характеризуются высокой объемной льдистостью по всему разрезу, слоистой, слоисто-сетчатой и массивной криогенной текстурой, а также наличием большого количества мощных ледяных жил. В пределах среднечетвертичных равнин, а также в южной половине и на более молодых геоморфологических уровнях преобладают мощные эпигенетические мёрзлые толщи, для которых во многих районах характерна повышенная льдистость верхнего слоя глинистых образований. В древних отложениях отмечены ледяные жилы различной мощности, наибольшая мощность жил характерна для северной половины Ямала и Гыдана, где также отмечается большое количество пластовых и инъекционных залежей льда мощностью до 10 м и более. Слой сезонного протаивания на большей части территории составляет 0,5-1 м и отличается большой устойчивостью. Прочность мёрзлых пород в этой зоне в связи с их низкими температурами (и, как следствие этого, малым количеством незамерзающей воды) довольно высокая.
Центральная геокриологическая зона, или зона прерывистого распространения многолетнемёрзлых пород, имеет границу с северной зоной по линии Салехард - впадение р. Надым в Обскую губу - Игарка и характеризуется совершенно отличными природно-климатическими условиями от вышеописанной зоны. Многолетнемёрзлые породы, залегающие непосредственно с поверхности, развиты на севере центральной геокриологической зоны чрезвычайно широко; талики здесь приурочены исключительно к поймам рек, песчаным террасам и междуречьям, покрытым сухими лишайниковыми лесами. Южнее 65° с. ш. площадь таликов возрастает на участках, сложенных суглинками. В южной половине зоны мёрзлые породы приурочены, в основном, к торфяным массивам, торфяным буграм и моховым темнохвойным лесам, произрастающим на суглинках. В северных районах среднегодовые температуры мёрзлых толщ составляют -1_-3 °С, а в центральных и южных районах на большей части территории температура мёрзлых пород выше -1 °С. Температура талых пород изменяется от 0-0,5 °С на севере до 1-3 °С на юге.
В центральной зоне единая по вертикали мёрзлая толща распадается на два слоя - верхний и нижний (реликтовый), разделенные талыми породами мощностью от 30 до 100 м. Суммарная мощность мёрзлых толщ достигает 150-400 м, мощность верхнего слоя изменяется от 80-100 м на севере до 5-10 м на юге [7]. На большей части территории мёрзлые породы являются
эпигенетически промёрзшими; синкриогенные позднеголоценовые отложения развиты лишь на севере зоны в пределах пойм и торфяников. Общая льдистость верхней части разреза массивов многолетнемёрзлых пород существенно ниже по сравнению с северной зоной, что связано с меньшим содержанием сегрегационного льда и отсутствием полигонально-жильных и инъекционных льдов.
Типы и глубины сезонного протаивания и промерзания весьма многообразны. Наблюдается закономерный переход от длительно-устойчивых и полупереходных типов сезонного протаивания, развитых и преобладающих на севере зоны до полупереходных, реже длительно-устойчивых типов сезонного промерзания на юге. Устойчивость сезонного протаивания и промерзания в большинстве районов зоны незначительная, поэтому даже небольшие нарушения естественных условий при освоении территории могут не только увеличивать глубины сезонного промерзания и протаивания, но и привести к переходу сезонного протаивания в промерзание, и наоборот. Свойства пород этой зоны, в связи с различным их состоянием и температурой, изменяются в очень широких пределах.
Южная зона, или зона распространения сезонномёрзлых пород, занимает всю южную половину Западно-Сибирской плиты. Граница между центральной и южной геокриологическими зонами ориентировочно отнесена к параллели 61° с. ш. В северной её части в естественных условиях преобладают переходный и полупереходный мелкий и средний типы сезонного промерзания, а в центральной и южной частях - длительно-устойчивый, местами устойчивый типы.
Многолетнемёрзлые породы развиты только на севере зоны, их кровля залегает на глубинах от 75-80 до 150-200 м. Здесь развита, главным образом, реликтовая мерзлота. В северной части южной мерзлотной зоны (Тюменская и Томская области) мёрзлые породы с поверхности встречаются редко и имеют островное распространение. Редкие острова мёрзлых пород с поверхности встречаются на правобережье широтной Оби в междуречье Аган-Тромьеган-Пим и приурочены к торфяникам или залесенным территориям с мощным моховым покровом. Мощность мёрзлых пород не превышает 10-20 м. Наиболее распространены реликтовые мёрзлые породы, которые не образуют сплошного слоя, а встречаются в виде островов. Четко прослеживается связь реликтовых мёрзлых пород с элементами рельефа. В пределах пойм Оби, Иртыша и русл их купных притоков реликтовые мёрзлые породы отсутствуют. На первой и второй террасах мёрзлые породы также встречаются редко, а протяженность мёрзлых массивов не превышает нескольких километров. В пределах высоких террас мёрзлые породы образуют крупные массивы протяженностью до 10 км и более, а их размеры заметно возрастают с увеличением площади террас.
Глубина залегания кровли реликтового мёрзлого слоя колеблется от 50 до 200 м и более, но на большей части зоны составляет 100-150 м, увеличиваясь до 200 м на востоке (Кеть-Вахское междуречье). Глубина залегания подошвы реликтовой мерзлоты в пределах зоны закономерно увеличивается с запада на восток от 100 до 400 м, что связано с уменьшением в этом направлении интенсивности теплового потока. Мощность реликтового слоя изменя-
ется в пределах 50-200 м. С севера на юг глубина залегания кровли увеличивается, а подошвы уменьшается, что приводит к выклиниванию мерзлоты [6].
При этом следует отметить, что южная граница зоны реликтовых термокарстовых образований на территории Западно-Сибирской платформы пока не установлена. По-видимому, её можно проводить вблизи 58-60° с. ш., где отмечаются псевдоморфозы по жирным льдам [8]. Исследование изменений криогенного состояния многолетнемёрзлых грунтов на севере Западной Сибири свидетельствуют о возможном смещении этой границы до параллели 60-62° с. ш., ввиду увеличения среднегодовой температуры воздуха в регионе на 1 °С, что следует из результатов наблюдений на 16 метеостанциях за период с 1973 по 2006 гг., приведённых в работе.
Таким образом, на территории Западной Сибири в направлении с юга параллели 60-62° с. ш. на север до 68-69° с. ш. простирается зона многолетнемёрзлых грунтов, характеризуемых двумя типами строения (однослойного и двухслойного). Здесь же условно выделяют третий тип - тали-ковые зоны, включающие сквозные талики под руслами крупных рек (Обь, Надым, Полуй), а также несквозные подрусловые талики малых рек и термокарстовых озер [6].
В соответствии со схематической картой дорожно-климатического районирования, приведённой в СНиП 23-01-99 [9], территория распространения многолетнемёрзлых грунтов в северной части Западно-Сибирской плиты ограничена подзонами I Г (климат экстремально суровый) и I Д (климат холодный). Южная граница подзоны I Д совпадает с южной границей приполярной зоны [9] и условно может быть проведена по линии севернее и южнее параллели 60° с. ш., соединяющей пункты Архангельск - Ханты-Мансийск -Нефтеюганск - Нарым - Канск.
Анализ работ, посвящённых районированию территории распространения многолетнемёрзлых грунтов в Западной Сибири [1, 6, 7], а также картографических материалов, отражённых в [9, 10, 11], позволяет проложить границу I-II дорожно-климатических зон (рис. 6) и сделать следующие выводы:
1. Линия границы I-II дорожно-климатических зон на территории Западной Сибири в СНиП 2.05.02-85* не в полной мере учитывает особенности природно-климатических условий. Можно отметить разночтения в действующих нормативных документах, касающиеся опорных пунктов, соединяющих её. Некоторые населённые пункты, приведённые в [1], на современных географических картах отсутствуют.
2. При назначении южной границы распространения многолетнемёрзлых грунтов на территории Западной Сибири следует учитывать наличие прерывистой многолетней мерзлоты, кровля которой залегает на глубине 100-150 м, что не оказывает влияния на протекание водно-теплового режима грунтов земляного полотна автомобильных дорог региона. Очевидно, что при назначении линии дислокации южной границы I дорожно-климатической зоны необходимо учитывать фиксируемое влияние потепления климата в северных широтах, что связано, прежде всего, с деятельностью человека.
Рис. 6. Проект схемы дорожно-климатического районирования территории Западной Сибири
3. Граница І—ІІ дорожно-климатических зон проложена между параллелями с юга 56° с. ш. на север до 62° с. ш. через опорные пункты: Пионерный -Ханты-Мансийск - Нефтеюганск - Стрежевой - Белый Яр - Канск.
Библиографический список
1. СНиП 2.05.02-85*. Автомобильные дороги / Госстрой СССР. - М. : ЦИТП Госстроя СССР, 2004. - 56 с.
2. СП 34.13330.2012. Автомобильные дороги / Министерство регионального развития РФ. - М., 2013.
3. Проектирование нежестких дорожных одежд: ОДН 218.046-01 / Государственная служба дорожного хозяйства Министерства транспорта Российской Федерации. - М. : Информавтодор, 2001. - 145 с.
4. Проектирование и устройство теплоизолирующих слоёв из экструдированного пенопо-листирола STROYFARM на автомобильных дорогах России: СТО 218.3.001-2006. - М., 2006. - 56 с.
5. Ефименко, В.Н. Уточнение дислокации границ дорожно-климатических зон на территории Западной Сибири с применением методов математического моделирования / В.Н. Ефименко, М.В. Бадина, С.В. Ефименко // Вестник ТГАСУ. - 2007. - № 1 - С. 220-228.
6. Баулин, В.В. Мощность мёрзлых толщ Западно-Сибирской низменности / В.В. Баулин, А.Л. Чеховский // Доклады на II Международной конференции по мерзлотоведению. Региональная геокриология. - Якутск, 1973. - С. 81-84.
7. Савинцев, И.А. Геокриологические условия Обь-Надымского междуречья / И.А. Савин-цев // Литосфера. - 2009. - № 4 - С. 119-123.
8. Уваркин, Ю.Т. Основные закономерности развития термокарста в Западной Сибири / Ю.Т. Уваркин, И.И. Шаманова // Доклады на II Международной конференции по мерзлотоведению. Региональная геокриология. - Якутск, 1973. - С. 142-145.
9. СНиП 23-01-99. Строительная климатология. Государственный комитет Российской Федерации по строительству и жилищно-коммунальному комплексу. - М. : Госстрой России, 2000. - 71 с.
10. Малышев, А.А. Земляное полотно автомобильных дорог в северных условиях / А.А. Малышев. - М. : Транспорт, 1974. - 279 с.
11. Изыскания, проектирование и строительство автомобильных дорог в районах распространения вечной мерзлоты: ВСН 84-89 / Минтрансстрой СССР. - М. : Союздорнии, 1990. - 151 с.
References
1. SNiP 2.05.02-85* ‘Avtomobil'nye dorogi’ [Automobile roads]. The Gosstroy USSR. Moscow, 2004. 56 p. (rus)
2. SNiP 34.13330.2012 ‘Avtomobil'nye dorogi’ [Automobile roads]. Ministry of Regional Development of Russia. Moscow, 2013. (rus)
3. ODN 218.046-01 ‘Proektirovanie nezhestkikh dorozhnykh odezhd’ [Flexible pavement design]. Gosudarstvennaya sluzhba dorozhnogo khozyaistva Ministerstva transporta Rossiiskoi Federatsii [Public Office of Road Facilities of the Ministry of Transport of the Russian Federation]. Moscow : Informavtodor, 2001. 145 p. (rus)
4. STO 218.3.001-2006 ‘Proektirovanie i ustroistvo teploizoliruyushchikh sloev iz ekstrudirovan-nogo penopolisterola STROYFARM na avtomobil'nykh dorogakh Rossii’ [Design and installation of extruded expanded polystyrene STROYFARM heat-insulating layers in highways of Russia]. Moscow, 2006. 56 p. (rus)
5. Efimenko, V.N., Badina, M.V. Efimenko, S.V. Utochnenie dislokatsii granits dorozhno-klimaticheskikh zon na territorii Zapadnoi Sibiri s primeneniem metodov matematicheskogo modelirovaniya [Mathematical modeling of road building climatic zones boundaries in West Siberia]. Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. 2007. No. 1 (14). Pp. 220-228. (rus)
6. Baulin, V.V., Chekhovskii, A.L. Moshchnost' merzlykh tolshch Zapadno-Sibirskoi nizmennosti [Permafrost strength of Western Siberian Lowland]. Proc. 2nd Int. Sci. Conf on Permafrost. Yakutsk : Regional geokriologiya. 1973. Pp. 81-84. (rus)
7. Savintsev, I.A. Geokriologicheskie usloviya Ob'-Nadymskogo mezhdurech'ya [Permafrost conditions of Ob - Nadym interfluve area]. Minsk : Litosfera, 2009. No. 4. Pp. 119-123. (rus)
8. Uvarkin, Yu.T., Shamanova, I.I. Osnovnye zakonomernosti razvitiya termokarsta v Zapadnoi Sibiri [Main laws of thermokarst development in West Siberia]. Proc. 2nd Int. Sci. Conf. on Permafrost. Yakutsk : Regional geokriologiya. 1973. Pp. 142-145. (rus)
9. SNiP 23-01-99 ‘Stroitel'naya klimatologiya’ [Construction climatology]. Gosudarstvennyi komitet Rossiiskoi Federatsii po stroitel'stvu i zhilishchno-kommunal'nomu kompleksu. Moscow: The Gosstroy USSR, 2000. 71 p. (rus)
10. Malyshev, А.А. Zemlyanoe polotno avtomobil'nykh dorog v severnykh usloviyak [Highway earth work under northern conditions]. Moscow: Transport, 1974. 279 p. (rus)
11. BCN 84-89 ‘Izyskaniya, proektirovanie i stroitel'stvo avtomobil'nykh dorog v raionakh raspros-traneniya vechnoi merzloty’ [Survey, design and construction of highways in permafrost regions]. The Ministry of Transport of the USSR. Moscow : Soyuzdornii, 1990. 151 p. (rus)
