CC BY
44
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО ДОРОГ, МЕТРОПОЛИТЕНОВ, АЭРОДРОМОВ, МОСТОВ И ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ
УДК 625.7/.8 (571.1)
ЕФИМЕНКО ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ, докт. техн. наук, профессор, [email protected]
ЕФИМЕНКО СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ, канд. техн. наук, доцент, [email protected]
СУХОРУКОВ АЛЕКСЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ аспирант, [email protected]
КОЖУХАРЬ ТАТЬЯНА АНАТОЛЬЕВНА, доцент, [email protected]
Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2
К ОБОСНОВАНИЮ
ТЕРРИТОРИАЛЬНОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ ГРАНИЦЫ II-III ДОРОЖНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ ЗОН В ЗАПАДНО-СИБИРСКОМ РЕГИОНЕ*
Приведены особенности дорожно-климатического районирования территории Западной Сибири. Показана схема сбора и обработки данных на этапах выделения зон, подзон и дорожных районов. Актуальность материалов статьи обусловлена недостаточным учётом особенностей природно-климатических условий при проектировании автомобильных дорог в интенсивно осваиваемых районах России, например, Западной Сибири. Уточнено региональное простирание границы II-III дорожно-климатических зон. Показаны отличия в предлагаемом проложении линии границы II-III зон по сравнению с существующими нормами. Приведены сведения об эффективности результатов исследования.
Ключевые слова: автомобильная дорога; геокомплексы; математическая модель; административные образования; таксонометрическая система; зона; подзона; дорожный район; экономический эффект.
VLADIMIR N. EFIMENKO, DSc, Professor, [email protected]
* Работа поддержана грантом Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 14-07-00673 А).
© В.Н. Ефименко, С.В. Ефименко, А.В. Сухоруков, Т.А. Кожухарь, 2014
SERGEI V. EFIMENKO, PhD, Л/ Professor, [email protected]
ALEKSEI V. SUKHORUKOV, Research Assistant,
TAT'YaNA A. KOZhUHAR', A/Professor,
Tomsk State University of Architecture and Building, 2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk, Russia
RATIONALE FOR BOUNDARIES OF CLIMATIC ZONES II-III IN WEST SIBERIA
The paper presents climatic zoning in West Siberia for road construction. An algorithm of data collection and processing is suggested for zonation, subzonation, and road region allotment. Climatic conditions should be taken into account in automobile road construction, especially in newly reclaimed regions of Russia, for example, West Siberia. The regional boundary extension of zones II-III, and differences between suggested boundaries and those existing are considered in this paper. The economic efficiency of investigation results is shown herein.
Keywords: highway; geocomplex; mathematical model; administrative areas; taxonomy system; zone, subzone; benefits.
Необходимость решения проблемы качества проектирования и строительства автомобильных дорог за счёт обоснованного учёта комплекса природно-климатических условий особенно очевидна в интенсивно осваиваемых районах страны, например в Западно-Сибирском регионе, который является одним из основных поставщиков углеводородного сырья при слабо развитой дорожной инфраструктуре.
При назначении конструктивно-технических решений проектировщики руководствуются расчётными характеристиками грунтов, учитывающими влияние геокомплексов, распространённых на территории той или иной до-рожно-климатической зоны (ДКЗ). В настоящее время дорожное районирование и непосредственно карты дорожно-климатического районирования, опубликованные в ряде нормативных документов, например в СНиП 2.05.02-85*1 и его актуализированной редакции СП 34.13 3 3 0.20122, нельзя считать совершенными ввиду недостаточного учёта природно-климатических условий отдельных регионов. Поэтому исследования, выполняемые для обоснованного назначения простирания границ II-III дорожно-климатических зон с применением методов интеллектуальных информационных технологий, являются актуальными.
Известно, что территория Российской Федерации разделена на пять до-рожно-климатических зон. Каждая дорожно-климатическая зона, особенно II, имеет огромную протяжённость с запада на восток и является единым географическим целым европейской и азиатской частей России с сильно различаю-
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.
щимися климатическими и природными условиями. На территории, например, Западной Сибири выделено 4 дорожно-климатические зоны: I - с распространением многолетнемёрзлых грунтов; II- с избыточным увлажнением грунтов; III - со значительным увлажнением грунтов в отдельные годы и IV -с недостаточным увлажнением грунтов.
Наибольшее территориальное распространение в Западной Сибири имеют I и II ДКЗ. Обоснование распространения линии границы этих зон в Западно-Сибирском регионе приведено в работе [1]. В настоящей работе уточнено распространение линии границы II и III зон.
Территорию, занимаемую II ДКЗ, характеризуют как избыточно увлажнённую (приход влаги превышает её расход). В Западной Сибири она простирается в направлении с севера 61-62° с.ш. на юг 49-50° с.ш. и занимает площадь в пределах 13 административных образований - республик Алтай и Хакасии, Алтайского края, Красноярского края, Кемеровской, Курганской, Новосибирской, Омской, Свердловской, Томской, Тюменской, Челябинской областей и Ханты-Мансийского автономного округа.
Климат этой зоны разнообразен, но в целом может быть охарактеризован как умеренно-континентальный со сравнительно тёплым влажным летом и холодной зимой. Среднегодовые температуры воздуха изменяются от -0,8 до -2,7 °С для горных районов Красноярского края и до +3,3 °С в горных районах Республики Алтай. По характеру рельефа местность подразделена на равнинную, холмистую и горную. Наибольшее количество осадков приходится на среднюю часть таёжной зоны (58-62° с.ш.) и выпадает в летний период (40-70 мм в июне, 50-90 мм в июле, 50-80 мм в августе), наименьшее количество осадков характерно для апреля. Общее увлажнение территории составляет от 500 до 730 мм осадков в год, при этом быстрое нарастание величины годового увлажнения (от 450 до 600 мм в год) наблюдается в северной лесостепи и полосе смешанных лесов (рис. 1) [2].
Рис. 1. Общее увлажнение Западной Сибири по В.С. Мезенцеву, И.В. Карнацевичу: _изолинии общего увлажнения (мм в год);
................. дорожно-климатические зоны по результатам исследований ученых
ТГАСУ
Для районов избыточного увлажнения наибольшее суммарное испарение (500 мм в год) приходится на среднюю полосу лесной зоны. На юге ближе к границе II-III ДКЗ эта величина уменьшается до 450-460 мм в связи с недостатком тепла (рис. 2). Общее увлажнение территории превышает величину испарения примерно на 100-200 мм, что может сопровождаться развитием процессов эрозии, оползания и болотообразования.
Для характеристики увлажнённости территорий административных образований при осуществлении работ по дорожно-климатическому районированию применён гидротермический коэффициент Селянинова (ГТК), определяя который рассчитывают сумму градусодней активных (больше 10 °С) температур и сумму осадков за период активных температур. Необходимая информация для определения ГТК может быть получена на гидрометеорологических станциях, расположенных вблизи опорных пунктов или по климатологическим справочникам.
Результаты определения значений гидротермического коэффициента для опорных пунктов, например, на территории Западной Сибири, соответствуют территориальному распространению дорожно-климатических зон. Так, для II ДКЗ - при ГТК > 1,40, а для III ДКЗ - при ГТК = 1,00-1,40 (табл. 1).
Рис. 2. Суммарное испарение с поверхности суши на территории Западной Сибири по В.С. Мезенцеву, И.В. Карнацевичу:
_изолинии суммарного испарения с поверхности суши (мм в год);
................ дорожно-климатические зоны по результатам исследований специалистов ТГАСУ
В ходе выполнения исследований по уточнению дислокации границ до-рожно-климатических зон с применением интеллектуальных информационных технологий сотрудниками ТГАСУ разработаны алгоритм и программа для ЭВМ [3]. За основу разделения территории при дорожном районировании принята таксонометрическая система «зона - подзона - район». При этом дорожный район представляет собой генетически однородную территорию, характеризуемую типичными, свойственными только ей климатом, геологией, рельефом местности и другими физическими условиями [1]. Более подробно особенности алгоритма расчётов по этой программе и сравнительный анализ приведены в работах [4, 5]. Некоторые результаты этих исследований для территории Кемеровской области и Алтайского края были опубликованы нами ранее [6].
Анализ климатических условий, характерных для отдельных административных образований на территории Западной Сибири, свидетельствует об имеющихся несоответствиях, приведённых в СНиП 2.05.02-85* и СП 34.13330.2012, фактическому комплексу зональных характеристик. Например, согласно СП 34.13330.2012 северная и восточная части территории Республики Алтай относятся к III дорожно-климатической зоне, а остальная территория - к IV. Учёт более полного комплекса факторов при районировании территории Республики Алтай позволяет рекомендовать две дорожно-климатические зоны (I и II), две подзоны (холмистая и горная) и 5 дорожных районов (рис. 3). Ко II ДКЗ отнесена зона лесов с избыточным увлажнением грунтов и ГТК Селянинова 1,4-1,5 для холмистых районов (Усть-Кан, Амур, Усть-Кокса) и 1,52-3,08 для горных районов (Горно-Алтайск, Турочак, Кара-гай, Катанда). Характеристика основных геокомплексов дорожных районов на территории Республики Алтай приведена в таблице.
Характеристика основных геокомплексов дорожных районов на территории Республики Алтай
Административный пункт района Дорожно-климатическая зона Индекс дорожного района Увлажнённость (ГТК Селянинова) Температура воздуха, °С
среднегодовая минимальная (январь) максимальная (июль)
Верх-Уймон Курай Кош-Агач Бертек I 1Х.2 - -5,9 -32,1 13,8
Балыктуюль Усть-Улаган Саратан Кара-Тюрек I IX.2 - -4,8 -21,2 10,0
Усть-Кан Амур Усть-Кокса II Н.Х.1 1,4-1,5 0,5 -21,2 14,7
Окончание таблицы
Административный пункт района Дорожно-климатическая зона Индекс дорожного района Увлажнённость (ГТК Селянинова) Температура воздуха, °С
среднегодовая минимальная (январь) максимальная (июль)
Горно-Алтайск Турочак Яйлю Кызыл-Озек Чемал II II.Г.2 1,86-3,08 3,3 -14,4 17,4
Примечания:
1. Поскольку в условиях I дорожно-климатической зоны увлажненность территории (ГТК Селянинова) не является характерной, этот показатель не определялся.
2. Наличие анклавов I ДКЗ обусловлено высотной зональностью этих территорий.
П /Турочак
Ц о
Ян [10
о ГОРНОЕ
/КЫ{ЫЛ-()№К
ч оз. Телец ко
Шсбалшю о
Н^ХЛЛ Усгь-Кан
ъ.
II.Г,2
Ело Онгудав
11.Г.З
Амур
Устъ-Кокса
Карл-1 К1|И'К
Аргут
III
т '
даль
Б;
О
Упь-Улапн
„аратан
^Башках
Курам
о '
чЬ^ляшн
Рис. 3. Карта дорожно-климатического районирования территории Республики Алтай:
II, III - дорожно-климатические зоны по результатам исследований сотрудников ТГАСУ;
_____II, III - дорожно-климатические зоны по СНиП 2.05.02-85*;
X, Г - подзона по типу рельефа (холмистый, горный); 1-3 - номера дорожных районов; _границы административно-территориальных образований
На территории Свердловской области нами выделено две дорожно-климатические зоны (II и III), три подзоны (равнинная, холмистая и горная) и 14 дорожных районов (от 1 до 5 в зависимости от зоны и подзоны) (рис. 4). Юго-западная часть Свердловской области ниже параллели 57° с.ш. отнесена ко II ДКЗ, а административные пункты Рассвет, Новопышминское, Камыш-лов, согласно СП 34.13330.2012, отнесённые ко II ДКЗ, выделены как III ДКЗ с индексом Ш.Р.2 и ГТК Селянинова 1,25-1,35.
II, III - дорожно-климатические зоны по результатам исследований сотрудников ТГАСУ;
— ■ — ■ — II, III - дорожно-климатические зоны по СНиП 2.05.02-85*;
Р, X, Г - подзона по типу рельефа (равнинный, холмистый,
горный);
1-5 - номера дорожных районов; -границы административно-территориальных образований
Для территории Челябинской области специалистами ТГАСУ рекомендовано три дорожно-климатические зоны (II, III и IV), три подзоны (равнинная, холмистая и горная) и 10 дорожных районов (от 1 до 2 в зависимости от зоны и подзоны) (рис. 5). В отличие от СНиП 2.05.02-85*, согласно которому по территории области проходит граница только Ш-ГУ ДКЗ, нами по ряду зональных факторов северо-западная часть от 55 до 56° параллели отнесена ко II ДКЗ.
Рис. 5. Карта дорожно-климатического районирования территории Челябинской области:
II, III - дорожно-климатические зоны по результатам исследований сотрудников ТГАСУ;
— - — - — III, IV - дорожно-климатические зоны по СНиП 2.05.02-85*;
Р, X, Г - подзона по типу рельефа (равнинный, холмистый, гор-
ный);
1-2 - номера дорожных районов; ■ границы административно-территориальных образований
Таким образом, уточнённая граница II-III ДКЗ проходит через административные пункты Ельцовка - Шалап - Целинное - Марушка - Ложкино -
Ягодный - Бийск - Солоновка - Солонешное - Сентелек - государственная граница между Российской Федерацией и Казахстаном (Алтайский край) [7].
В пределах уточнённых границ зон выделены дорожные районы, которые характеризуются однородностью геофизических факторов. Установление действительных границ дорожно-климатических зон на территории ЗападноСибирского региона позволит повысить качество выполнения работ по проектированию транспортных сооружений и будет способствовать сохранению нормативных сроков службы в течение их жизненного цикла.
Экономический эффект от уточнения дислокации границ и территориального распространения дорожно-климатических зон в Западно-Сибирском регионе в базисном уровне цен 2000 г. составляет 107 397 руб. (при уточнении дислокации границы II-III дорожно-климатических зон) на 1 км автомобильной дороги [8].
Библиографический список
1. Ефименко, С.В. К обоснованию территориального распространения границы I-II до-рожно-климатических зон в Западно-Сибирском регионе / С.В. Ефименко, М.В. Бадина, В.Н. Ефименко // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. - 2013. - № 4. - С. 295-303.
2. Мезенцев, В. С. Гидролого-климатическая характеристика Западно-Сибирской равнины /
B.С. Мезенцев, И.В. Карнацевич // Тепловой и водный режим некоторых районов Сибири. - Л. : Наука, 1970. - С. 23-42.
3. Выявление простирания линий границ дорожных зон, подзон, районов : свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013616874. Российская Федерация / Ефименко С.В., Бадина М.В., Черепанов Д.Н., Батуев С.П. - № 2013614537 ; за-явл. 03.06.13 ; опубл. 24.07.13.
4. Ефименко, С.В. Применение информационных систем при уточнении границ дорожно-климатических зон / С.В. Ефименко, Д.Н. Черепанов // Вестник МГСУ. - 2013. - № 6. -
C. 214-222.
5. Коняева, О.В. Сравнительный анализ результатов учёта изменчивости геокомплексов при дорожно-климатическом районировании территорий / О.В. Коняева // Молодой учёный - 2014. - № 7. - С. 130-132.
6. Ефименко, С.В. Некоторые вопросы совершенствования норм проектирования дорожных одежд автомобильных дорог / С.В. Ефименко, В.Н. Ефименко, М.В. Бадина // Дороги и мосты. - 2013. - № 29. - С. 81-91.
7. Обоснование распространения границ дорожно-климатических зон на территории Западной Сибири на основе исследования изменчивости геокомплексов : отчет НИР (про-межуточ.) / Томский государственный архитектурно-строительный университет ; рук. темы В.Н. Ефименко. - Томск, 2013. - 386 с. ГР 01201274694, инв. 02201358129. -Деп. в ВНТИЦ.
8. Боброва, Т.В. Оценка экономической эффективности учёта изменчивости геокомплексов при проектировании дорожных одежд автомобильных дорог / Т.В. Боброва, С.В. Ефименко // Вестник СибАДИ. - 2013. - № 4(32). - С. 136-140.
References
1. Efmenko S.V., Badina M.V, Efmenko V.N. K obosnovaniyu territorial'nogo rasprostraneniya granitsy I-II dorozhno-klimaticheskikh zon v zapadno-sibirskom regione [Rationale for boundaries of road building climatic zones I-II in West Siberia]. Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. 2013. No. 4. Pp. 295-303. (rus)
2. Mezentsev V.S., Karnatsevich I.V. Gidrologo-klimaticheskaya kharakteristika Zapadno-Sibirskoi ravniny [Hydro logical and climatic properties of West Siberian Plain]. Teplovoi i vodnyi rezhim nekotorykh raionov Sibiri. Leningrad : Nauka Publ., 1970. Pp. 23-42. (rus)
3. Efimenko S.V., Badina M.V., Cherepanov D.N., Batuev S.P. Vyyavlenie prostiraniya linii granits dorozhnykh zon, podzon, raionov [Identification of pro-deleting of lines of borders of road zones, subzones, regions]. RF State Registration Certificate N 2013616874 IBM program. Appl. 03.06.13; publ. 24.07.13.
4. Efimenko S.V., Cherepanov D.N. Primenenie informatsionnykh sistem pri utochnenii granits dorozhno-klimaticheskikh zon [Information systems used for road building climatic zone boundaries]. Scientific and Technical Journal on Construction and Architecture. 2013. No. 6. Pp. 214-222. (rus)
5. Konyaeva O.V. Sravnitel'nyi analiz rezul'tatov ucheta izmenchivosti geokompleksov pri dorozhno-klimaticheskom raionirovanii territorii [Comparative analysis of geocomplex changes in climatic zoning]. Molodoi uchenyi. 2014. No. 7. Pp. 130-132. (rus)
6. Efimenko S.V., Efimenko V.N., Badina M.V. Nekotorye voprosy sovershenstvovaniya norm proektirovaniya dorozhnykh odezhd avtomobil'nykh dorog [Problems of improvement of design rules for road pavements]. Dorogi i mosty. 2013. No. 29. Pp. 81-91. (rus)
7. Efimenko V.N. Obosnovanie rasprostraneniya granits dorozhno-klimaticheskikh zon na territorii Zapadnoi Sibiri na osnove issledovaniya izmenchivosti geokompleksov : otchet NIR [Rationale for boundaries of road building climatic zones in West Siberia based on geocomplex changes. Research report]. GR 01201274694, inv. 02201358129. Tomsk, TSUAB Publ., 2013. 386 p. (rus)
8. Bobrova T.V., Efimenko S.V. Otsenka ekonomicheskoi effektivnosti ucheta izmenchivosti geokompleksov pri proektirovanii dorozhnykh odezhd avtomobil'nykh dorog [Economic effect from the assessment of geocomplex dynamic change in designing road pavements]. SibADI Journal. Omsk. 2013. No. 4(32). Pp. 136-140. (rus)
