CC BY
41Т Е Х Н И Ч Е С К И Е
НАУКИ
УДК 551.5
А.А. Андреев
ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА УЧАСТКА МАГИСТРАЛЬНОГО
ГАЗОПРОВОДА «СИЛА СИБИРИ»
В статье дана краткая характеристика окружающей среды в районе расположения проектируемых объектов трассы магистрального газопровода «Сила Сибири» на участке Чаяндинского НГКМ - Ленск. Составлена таблица природно-климатических параметров для проектирования и расчета магистрального газопровода и объектов инфраструктуры.
Ключевые слова: «Сила Сибири» - магистральный газопровод ПАО «Газпром»; «Чаянда-Ленск» - участок магистрального газопровода «Сила Сибири»; МГ - магистральный газопровод; НГКМ - нефтегазо-конденсатное месторождение; ММП - многолетнемерзлые породы; СТС - сезонно-талый слой;
Магистральный газопровод - трубопровод, предназначенный для транспортирования природного газа из районов добычи к пунктам потребления. Данный вид трубопроводного транспорта является основным средством передачи газа на значительные расстояния. В состав магистрального газопровода входят:
•трубопроводы с отводами и лупингами; •запорная и регулирующая арматура;
•средства перехода через естественные и искусственные препятствия; •компрессорные и насосные станции с узлами подключения; •узлы замера расхода газа;
•газорегуляторные пункты и узлы редуцирования газа;
•камеры приема запуска диагностирующих и очищающих устройств;
© Андреев А.А, 2016.
Научный руководитель: Юдин Владимир Александрович - кандидат технических наук, доцент, Томский государственный архитектурно -строительный университет, Россия.
•средства электрохимзащиты;
•вертолетные площадки;
•здания и сооружения служб эксплуатации газопроводов;
•вдольтрассовые линии электропередач;
•линии технологической связи;
•и др. [1, ст.9]
В административном отношении участок магистрального газопровода Чаяндинское НГКМ -Ленск расположен в Ленском районе Республики Саха (Якутия). Чаяндинское НГКМ расположено на юго-западе Республики Саха (Якутия), в 90 км на север от поселка Витим, в 130 км на запад-юго-запад от г. Ленска и ограничено по широте 59°45' и 61°06' и по долготе 110°54' и 112°25' в.д. [2, ст.1]
Согласно физико-географическому районированию рассматриваемый участок трассы относится к Приленской провинции таёжной области Восточносибирской страны. Приленская провинция охватывает верховья Лены и южную часть Лено-Вилюйского междуречья. В ландшафтном отношении находится в зоне тайги [3, ст.111-120].
Основные особенности климата определяются географическим положением в средней части Северной Азии, удаленностью от теплых морей и воздействием Северного Ледовитого океана и связаны с влиянием местных физико-географических факторов, прежде всего рельефа.
Климат рассматриваемой территории характеризуется резкой континентальностью, которая проявляется очень низкими зимними и высокими летними температурами воздуха.
Для климатической характеристики района намечаемой деятельности были рассмотрены материалы наблюдений ближайшей метеостанции - Ленек, а также метеостанций Нюя и Комака.
Для годового хода характерно резкое увеличение притока радиации с марта к апрелю. Это обусловлено как увеличением высоты солнца и продолжительности дня, так и наименьшей облачностью и высокой прозрачностью атмосферы. Радиационный баланс, начиная с октября, имеет отрицательное значение. Наибольшие отрицательные величины радиационного баланса отмечаются в декабре. Переход радиационного баланса от отрицательного к положительному происходит в марте - апреле. Наибольшее значение положительного баланса наблюдается, в основном, в июне.
Самые низкие температуры воздуха приходятся на период с ноября по март, достигая абсолютного минимума температуры минус 61 0С в январе месяце. Самые высокие температуры воздуха приходятся на период с июля по август, достигая абсолютного максимума температуры 36 0С. Среднегодовая температура воздуха составляет минус 6.2 0С. Среднемесячная температура воздуха января (самого холодного месяца) составляет минус 29.8, июля (самого теплого месяца) - 17.6 0С. Среднемесячная относительная влажность воздуха достаточно высокая: достигает максимума (75%) в холодное время года и минимума (53%) в июле [4, ст.3-12].
Ветровой режим умеренный. Среднегодовая скорость ветра составляет 3.1 м/с. Наибольшая средняя скорость ветра (3.9 м/с) фиксируется в октябре, наименьшая - (2.3 м/с) в июле. Летом преобладают восточные и западные ветры, в зимний период западные и юго-западные. На всей территории преобладают ветры со скоростью 0-1 м/с.
Повторяемость приземных инверсий в среднем за год составляет 47%, достигая максимума в зимние месяцы (февраль) 72% и уменьшаясь в августе до 30%. Максимум повторяемости приподнятых инверсий приходится на август - 22%, минимум на март, апрель - 3%.
Туманы, на данной территории наблюдаются до 38 дней в году, что составляет незначительную долю (10% максимально) от общего количества дней в году. Наиболее часто туманные дни отмечаются в августе - сентябре.
В течение года на рассматриваемой территории, осадки в зависимости от вида, распределяются следующим образом: жидкие - 61%, твердые - 32%, смешанные - 7%. Средняя продолжительность осадков за год составляет 2157 часов. Число дней за год с осадками больше 0.1 мм составляет 179 дней. В летний период осадки носят как обложной, так и ливневый характер. Отмечаются грозы, возможно выпадение града.
На всей рассматриваемой территории безморозный период начинается в середине мая, конце июня и заканчивается в начале августа - сентябре.
Зима исключительно сухая, длится 7 месяцев. В зимний период территорию охватывает мощный сибирский антициклон, начинающий образовываться в сентябре. Устойчивые морозы начинаются во второй декаде октября. Характерной чертой распределения температур почвы зимой является ее повышение с глубиной. Средняя месячная температура почвы на глубине 40 см бывает положительной с мая по октябрь. Самых низких значений до глубины 1.6 м она достигает в марте. Появление снежного покрова приходится обычно на начало первой декады октября. Средняя дата образования устойчивого снежно-
го покрова отмечается 15.10. Средняя дата разрушения снежного покрова происходит 07.05. Среднее число дней со снежным покровом 205-210 дней [5, ст.131-152].
С апреля область повышенного давления начинает разрушаться, и над всей территорией устанавливается низкое давление. Весна наступает в первой декаде мая. Дата разрушения устойчивого снежного покрова практически совпадает со временем перехода средней суточной температуры воздуха через 0 0С (27 апреля - 6 мая). В весенний сезон наряду с частыми ночными заморозками наблюдается очень интенсивное повышение температуры в дневные часы, и развитие весенних процессов происходит весьма быстро. Отличительной чертой термического режима рассматриваемой территории является быстрое нарастание средних суточных температур воздуха весной. Заканчивается весна в конце мая - начале июня.
Характерной особенностью летней циркуляции является усиление циклонической деятельности. Для летнего периода характерны частые вторжения холодных масс воздуха с севера с малым содержанием водяного пара и большой его прозрачностью. Лето обычно начинается с начала июня и заканчивается в конце августа - начале сентября. Лето длится 3.0-3.5 месяца. Самый теплый месяц - июль.
Осень, как переходный сезон, кратковременна и характеризуется большими суточными амплитудами температур. Осень наступает в конце августа - начале сентября и заканчивается в конце сентября. В сентябре средняя месячная температура положительная, днем высокая, а ночью может понижаться до минус 10 - 12 0С. В переходные сезоны, к которым относятся сентябрь и апрель, зимнее распределение ветра сочетается с летним периодом.
Рис. 1. Геологическая карта Республика Саха (Якутия) Масштаб 1:10 000 000 [2, ст.2]
Продолжительность вегетационного периода определяется от даты перехода средней суточной температуры через плюс 5.0 0С до даты первого осеннего заморозка. По многолетним наблюдениям, данный переход приходится в среднем на вторую половину мая. Учитывая дату первого осеннего заморозка на поверхности почвы - первая декада сентября, можно сказать, что продолжительность вегетационного периода будет составлять 90 - 120 дней. Сумма активных температур за период с температурами более 5 0С в данном районе составляет 1450-1500 0С [6, ст.10-15].
Таким образом, в период с июня до первой декады сентября запасы тепла и влаги обеспечивают нормальный рост и развитие растений. Поэтому восстановительные работы на нарушенных участках целесообразно проводить либо в течение всего июня, либо в начале сентября.
В геологическом отношении рассматриваемая территория (рис. 1) представлена Среднесибирской равнинно-плоскогорной стороной, расположенной на древней сибирской платформе, кристаллический докембрийский фундамент, которой перекрыт мощной толщей осадочных (преимущественно палеозойских) отложений.
В геологическом строении территории проектирования принимают участие породы кембрийской, ордовикской, каменноугольной, юрской и четвертичной систем. Преобладают карбонатные и терриген-но-карбонатные отложения кембрийской системы, представленные доломитами, известняками, песчаниками, алевролитами, аргиллитами и мергелями. На двух участках трасса проходит по юрским отложениям, перекрывающим нижнепалеозойские отложения с угловым несогласием. Местами юрские отложения запечатывают разрывы, нарушающие кембрийско-ордовикские толщи, что свидетельствует о пассивности разрывов в послеюрское время. Молассовая формация отложений юрской системы представлена алевролитами, песками с прослоями песчаников, галечников и глин.
Сверху эти отложения перекрыты четвертичными отложениями, характеризующимися спорадическим распространением и небольшой мощностью. На водоразделах - до 2-3 м и до 10-15 м в долинах и понижениях. Они представлены аллювиальными, озерно-аллювиальными, озерно-болотными, элювиальными и делювиальными образованиями.
Наибольшее распространение получили восточносибирские равнинные бореальные среднетаеж-ные ландшафты глубоко расчлененных ступенчатых возвышенных равнин и плоскогорий древних платформ, а также ландшафты эрозионно-пластовых возвышенных равнин с обширными заболоченными участками.
В геоморфологическом отношении трасса газопровода проходит по Приленскому плато. Прилен-ское плато, как основная геоморфологическая единица участка магистрального газопровода Чаяндинско-го НГКМ - Ленск располагается на юго-востоке Среднесибирского плоскогорья, в среднем течении реки Лены. Является возвышенной равниной, со средними абсолютными высотами 300 - 600 м. Приленское плато сложено главным образом карстующимися породами (гипсы, известняки), подверженными размыву, вследствие чего здесь образовались причудливые скалистые формы, полнившие широкую известность под именем Ленских столбов, возвышающихся над долиной реки.
В структурно-тектоническом отношении рассматриваемый район принадлежит к крупной тектонической структуре Восточной Сибири - Сибирской платформе. Повсеместно поверхность Приленского плато осложнена карстовыми формами. Рассматриваемая территория в пределах Приленского плато осложнена тектоническими структурами более низких порядков. В качестве основных тектонических структур территории выделяются обширные антиклинальные и синклинальные зоны северо-восточного простирания. На структуры, осложненные разломами северо-восточного простирания, наложены разломы поперечного субмеридионального простирания [7, ст.136-145].
Территория рассматриваемого участка расположена в зоне активной сейсмичности, сила зарегистрированных землетрясений по Ы8К-64 от 7-8 баллов [8, ст.22-25].
Геокриология. Важнейшим следствием резко континентального климата Республики Якутия (Саха) является почти повсеместное распространение вечной мерзлоты. Ее формированию способствуют низкие температуры зимы и небольшая мощность снежного покрова. В течение холодного времени года горные породы теряют здесь большое количество тепла и промерзают на значительную глубину, превращаясь твердую мерзлую массу. Летом они не успевают целиком оттаять, и отрицательные температуры сохраняются уже на небольшой глубине в течение сотен и тысяч лет.
Территория района размещения проектируемых объектов, согласно схеме геокриологического районирования Средне-Сибирской страны, находится в пределах Приленской провинции, для которой характерно прерывистое распространение ММП.
В геокриологическом отношении территория района намечаемой деятельности относится к зоне прерывистого распространения ММП. Мерзлота сливающегося и не сливающегося типов. Площадь развития ММП составляет от 40 до 80%. Наибольшая мощность мерзлой зоны на равнинах и плато состав-
ляет 100 - 250 м. Максимальная глубина сезонного оттаивания составляет в песках - 3.0-4.6 м, в суглинках - 2.0-2.7 м. Температура на глубине нулевых колебаний от минус 1 до минус 4 0С.
В пределах описываемой территории развиты повторно-жильные льды спорадического распространения, развитые до глубины 5-10 м в речных долинах и депрессиях рельефа.
Криолитозон района характеризуется двухслойным строением. Верхнюю ее часть слагают ММП, мощностью от 300 - 400 м на водоразделах, до 30-90 м на низких террасах. Нижняя часть разреза до глубины 500 - 900 м сложена охлажденными ниже 0 0С породами, содержащими соленые воды и рассолы.
ММП с поверхности имеют преимущественно островное распространение со среднегодовыми температурами от минус 0.3 до минус 1 0С. Островная мерзлая зона представлена только отдельными «островами» ММП, приуроченными, как правило, к заболоченным днищам речных долин, торфяным буграм, а также к нижней части склонов северной экспозиции. Суммарная площадь таликов составляет более 80%. Температура мерзлых грунтов на глубине 10 м изменяется от минус 0.3 до минус 0.9 0С [9, ст.23-30].
Глубины сезонного промерзания-оттаивания определяются составом грунтов. В верхней части разреза грунты СТС представлены торфом. Большая часть разреза представлена суглинками от легких до тяжелых пылеватых и песчанистых, супесью, песком, дресвяным, галечниковым, щебнистым и глыбовым грунтом водонасыщенным, доломитами и известняками выветренными. Глубина СТС изменяется от 2.0 до 3.5 м. В талом состоянии торф насыщен водой, суглинки - от твердых, мягкопластичных до туго-пластичных. Все грунты отмечаются с примесью органических веществ [7, ст.128-130].
Опасные геологические процессы и явления в пределах рассматриваемой территории характеризуются относительно высокой интенсивностью. Так, интенсивность проявления экзогенных геологических процессов, представленных карстовыми и склоновыми процессами, морозным пучением грунтов, заболачиванием и эрозионными процессами составляет более 25%.
Гидрология. По орогидрографическому делению участок трассы проектируемого газопровода Чаяндинского НГКМ - Ленск расположен на Приленском плато Среднесибирского плоскогорья, в бассейне левобережных притоков верхнего и среднего течения р. Лены, которая в свою очередь относится к бассейну моря Лаптевых акватории Северного Ледовитого океана. Большинство водотоков по трассе газопровода на участке Чаяндинского НГКМ - Ленск принадлежат бассейну реки Нюя [5, ст.131-132].
Гидрографическая сеть территории намечаемой деятельности достаточно развита. В связи с интенсивным развитием карста многие водотоки имеют временный характер. Река Лена является судоходной почти по всей длине. Свыше 90% от общего числа водотоков составляют очень малые водотоки длиной до 10 км. Густота речной сети около 0.34 км/км. Крупнейшей рекой, рассматриваемой территории, является река Нюя.
Река Нюя является левым притоком р. Лена, куда впадает на 2420 км от устья (в 2.5 км ниже с. Нюя). Длина водотока 798 км, площадь водосбора 38100 км. Имеет 190 притока длиной менее 10 км общей протяженностью 731 км. Долина р. Нюя представляет собой узкую глубокую долину с высокими (до 80-120 м), откосыми бортами. Русло галечное, шириной до 50 м, очень извилистое. Мелкие перекаты делят реку в межень на серию почти неподвижных плесов. Средняя скорость течения в межень - 0.3 м/с.
Река имеет восточносибирский тип питания. Доля подземных вод в питании рек достигает 35 -45%, доля снегового и дождевого источников питания примерно одинакова. Водный режим реки характеризуется весенним половодьем, летними и осенними дождевыми паводками, средней по водности летне-осенней и зимней меженью. Речной сток, в основном проходит в теплую часть года, преимущественно в период весеннего половодья (до 70-90%). Период ледостава длится около 190 дней. Вскрытие реки весной происходит в первой декаде мая. Относится к водотокам восточносибирского типа [6, ст.84-86].
Важной особенностью гидрографии района проектирования является наличие болот и озер.
Болота имеют сравнительно ограниченное распространение. Больших заболоченных массивов сравнительно немного и приурочены они к отрицательным формам рельефа. Развитию болот на больших пространствах препятствует незначительная емкость почво-грунтов, подстилаемых многолетней мерзлотой и скальными породами, сравнительно небольшая годовая сумма осадков и расчлененность рельефа, создающая хорошие условия для дренажа поверхностных вод.
Замерзают болота в первой половине ноября. При толщине промёрзшего слоя 5-10 см они становятся проходимыми для гусеничного транспорта. К январю болота промерзают на всю глубину и становятся повсеместно доступными для всех видов мехтранспорта. Оттаивание болот начинается в начале мая. С июня по сентябрь, в период дождей, болота затапливаются паводковыми водами и становятся труднопроходимыми, а местами непроходимыми даже для пешеходов. Осенью болота немного подсыхают и становятся доступными для пешеходов, а местами для гусеничного транспорта.
км 25 G 25 50 75 100
1. Номера н границы артезианских бассейнов второго порядка: I - Якутскнй артезианский бассейн. I, - Оленекскнн артезианский бассейн. I, - Хатангскнн артезианский бассейн, 2. Границы распространения гидрогеологических подразделении, залегающих первыми от поверхности; 3-9 - индексы гидрогеологических подразделений (водоносные комплексы), распространенных по площади: 3 - грещинно-пластовые и порово-иластовые воды в герригенных отложениях юры-мела (.Т-К): 4 - трещинно-пластовые воды и порово-пластовые воды в герригенных отложениях верхнего трнаса-юры-ннжнего мела (Т^^-К,); 5 - трещнно-пластовые воды в террнгенных отложениях иерми-трнаса (Р—ТД; 6 - карстово-пластовые и трещинные воды в карбонатных породах кембрня (С]1); 7 - трещинные и карстово-пластовые воды в терригенно-карбонатных отложениях протерозоя 5 - трещинные и трещинно-жнльные воды в вулканогенных
отложениях нижнего триаса 9 - трещннно-пластовые и порово-пластовые воды в геррн-генно-соленосно-гнпсоносных породах карбона—нижней пер:.ш (Сх); 10 - искусственные водо-проявлення. скважины, пробуренные на подыерзлотные воды, и их номер (обозначения: слева в числителе величина минерализации (г/дм5), в знаменателе дебит (м3/сут). справа в числителе возраст водоносного комплекса. в знаменателе глубина вскрытня): 5 - Бурская, б - Говоровская. 14 - Джарджанская (нумерация дана как на теологической карте): 11 - лннейные шодру еловые талнкн: 12- область распространения рассолов: - степень минерализации подземных вод (г.;дм5): 13 -воды соленые 10-35.14- слабые рассолы 35-70.15-крепкие рассолы 270-350.
Рис. 2. Гидрологическая схема р. Лена [7, ст.245-247]
Исходя из вышесказанного, представляю сводные данные природно-климатических характеристик территории размещения объектов инфраструктуры и линейной части магистрального газопровода «Сила Сибири» на участке «Чаянда-Ленск» в таб. 1.
Таблица 1
Природно-климатические параметры для проектирования магистрального газопровода «Сила Сибири» на участке «Чаяндинское НГКМ - Ленск»
№ № п. п. Наименование показателей Значение показателей Обоснование
1 2 3 4
1 Абсолютный минимум температуры воздуха минус 61 0С Приложение к №21/3-47-327 от 28.12.2010 ФГУ «Якутское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» Гидрометеорологический центр
2 Температура воздуха наиболее холодных суток: обеспеченностью 0.92 обеспеченностью 0.98 минус 54 0С минус 57 0С
3 Температура воздуха наиболее холодной пятидневки: обеспеченностью 0.92 обеспеченностью 0.98 минус 510С минус 53 0С
4 Продолжительность периода со средней суточной температурной воздуха < 8 0С 266 суток
5 Средняя температура воздуха периода со средней суточной температурой воздуха < 8 0С: минус 14 0С
6 Расчетное значение веса снегового покрова, кПа, (снеговой район) 2.4 (IV) СП 20.13330.2011
2.4 (IV) СНиП 2.01.07-85*
7 Нормативное значение ветрового давления, кПа, (ветровой район) 0.17 (1а) СП 20.13330.2011
0.23 (1) СНиП 2.01.07-85*
8 Средняя скорость ветра за зимний период, м/с (среднемесячная температура января, 0С) 2.0 (минус 30) СП 20.13330.2011
2.0 (минус 30) СНиП 2.01.07-85*
9 Гололедный район (толщина стенки гололеда, мм.) II (5 мм) СП 20.13330.2011
II (5 мм) СНиП 2.01.07-85*
10 Климатический район по воздействию климата на технические изделия и материалы ^ - очень холодный ГОСТ 16350 - 80 «Климат СССР», чертеж 1
11 Климатический подрайон строительства 1Д СНиП 23-01-99* «Строительная климатология», рис. 1
12 Строительно-климатическая зона 3 - наиболее суровые условия СНиП 23-01-99* «Строительная климатология», рис.3
13 Зона влажности территории России 3 - сухая СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», приложение В
14 Абсолютный максимум температуры воздуха 36 0С СНиП 23-01-99* «Строительная климатология», Таблица 3.
Библиографический список
1. СТО «Газпром» 2-2.1-249-2008 «Магистральные газопроводы».
2. Геологическая карта Республика Саха (Якутия), М. 1:10 000 000.
3. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Сер. 3.Многолетние данные. Ч. 1-6, вып. 24: Якутская АССР. Кн. 1. Л., Гидрометеоиздат, 1989, 607 с..
4. Приложение к №21/3-47-327 от 28.12.2010 ФГУ «Якутское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» Гидрометеорологический центр.
5. Справочник по климату СССР. Вып. 24. Якутская АССР.Ч. II. Температура воздуха и почвы. Л., Гидрометеоиздат, 1966, 398 с.
6. ГОСТ 16350 - 80 «Климат СССР», 1981.
7. Сметанникова Л.И., Гриненко В.С., Маланин Ю.А., Прокопьев А.В. и др. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1: 1 000 000 (третье поколение). Серия Анабаро-Вилюйская. Лист R-51 -Джарджан. Объяснительная записка. - СПб.: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2013, 397 с. + 9 вкл.
8. СП 14.13330.2011. Строительство в сейсмических районах. Карта сейсмического районирования ОСР-97Д в баллах шкалы по MSK-64.
9. Заболотник С.И., Заболотник П.С. Условия сезонного протаивания и промерзания грунтов в Южной Якутии // Криосфера Земли. - 2014. - т. XVIII. - № 1. - С. 23-30.
АНДРЕЕВ Андрей Александрович - магистрант кафедры «Основания, фундаменты и испытания сооружений», Томский государственный архитектурно-строительный университет, Россия.
