Влияние Красноярского водохранилища на развитие подтопления территории г. Абакана Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 556.332.6: 628.1/.2 - 021,27

ПОПОВ ВИКТОР КОНСТАНТИНОВИЧ, докт. геол.-мин. наук, профессор, pvk@tpu. ru

Национальный исследовательский Томский политехнический университет, 634050 г. Томск, пр. Ленина, 30,

КОРОБКИН ВИТАЛИЙ АКИМОВИЧ, канд. геол.-мин. наук,

male2015@mail. ru

ООО «Томский научный центр

Академии жилищно-коммунального хозяйства»,

634050 г. Томск, пл. Конная, 10,

ЮЖАКОВ ВАДИМ АНАТОЛЬЕВИЧ, аспирант, vdm-28@mail. ru

Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

ВЛИЯНИЕ КРАСНОЯРСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА НА РАЗВИТИЕ ПОДТОПЛЕНИЯ ТЕРРИТОРИИ Г. АБАКАНА

В статье даются сведения о формировании зоны подпора грунтовых вод на территории г. Абакана в связи с созданием Красноярского водохранилища. Выполнены расчеты водопритока в горизонтальную дрену в зоне подпора в междуречном массиве между Красноярским водохранилищем и р. Абакан.

Выполнены расчеты развития зоны подпора грунтовых вод с учетом работы горизонтальной дрены и дополнительного инфильтрационного питания, связанного с авариями и утечками на водонесущих системах г. Абакана.

Ключевые слова: зона подпора грунтовых вод, горизонтальная дрена, удельный водоприток, повышение уровня грунтовых вод в зоне подпора.

POPOV, VICTOR KONSTANTINOVICH., Doc. of geolog.-mineral sc., prof, pvk@tpu. ru

Tomsk Polytechnic University,

30 Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russia,

KOROBKIN, VITALY AKIMOVICH, Cand. of geolog.-mineral. sc., male2015@mail. ru

Tomsk Scentific Center of Academy of Housing and Utilities,

10 Konnaya sq., Tomsk, 634050, Russia,

YUZHAKOV, VADIMANATOLYEVICH, P.G, vdm-28@mail. ru

Tomsk State University of Architecture and Building,

2 Solyanaya sq., Tomsk; 634003, Russia

INFLUENCE OF KRASNOYARSK RESERVOIR ON THE PROGRESSIVE FLOODING OF TERRITORIES OF ABAKAN

The article contains information about the formation of backwater areas of groundwater in the city of Abakan in connection with the creation of the Krasnoyarsk Reservoir. Calculations of water inflow to the horizontal drains in the area of backwater in the interfluves array between Krasnoyarsk water reservoir and the river Abakan were carried out.

© В.К. Попов, В. А. Коробкин, В. А. Южаков, 2011

Calculations of the development of zone of backwater of groundwater taking into account the horizontal drains operation and additional infiltration food connected with accidents and leaks in the water-bearing systems in Abakan were made.

Keywords: zone of backwater of groundwater, horizontal drains, specific water inflow, rising of level of groundwater in the area of backwater.

Изменение гидрологических характеристик р. Енисея у г. Абакана началось в связи с созданием Красноярского водохранилища (рис. 1) и началом его заполнения в 1967 г. Наиболее наглядно такие изменения подтверждаются изменением уровенного режима р. Енисея по гидропосту у с. Подсинее в зимний период (рис. 2). В связи со сбросом воды из Саяно-Шушенского водохранилища с января по март в 2010 г. отмечается подъем уровня воды в Красноярском водохранилище по отношению к уровням 1965 г.

Рис. 1. Обзорная карта района работ:

- участок водозабора № 3 Абаканского отделения Красноярской ЖД ОАО «РЖД»; - дамба; - горизонтальная дрена

Рис. 2. Среднемесячные уровни воды по р. Енисей в с. Подсинее за 1965 (-) и за 2010 гг.

(-). Отметка нуля поста 246,0 м Б.С. (По данным ГУ «Хакасский ЦГМС»)

Повышение уровня в этот период достигает 2,14 м. Уровни воды в Красноярском водохранилище с января по июль 2010 г. находятся на отметках 248-249 м Б.С. и близки к абсолютным отметкам поверхности земли первой надпойменной террасы (243-252 м Б.С.) [2], на которой расположен г. Абакан.

Для предупреждения затопления городской территории вдоль береговой части водохранилища и р. Абакан отсыпаны земляные дамбы и проложены горизонтальные дрены (рис. 3) глубиной до 12 м и протяженностью 7 500 м, из которых периодически по мере затопления откачиваются грунтовые воды. Объем откачанной воды по годам изменяется (23,3 тыс. м3/сут в 2002 г.,

176,3 тыс. м3/сут в 2001 г.). Соответственно, удельные водопритоки в дрены составляют 3,09 и 23,5 м3/сут.

Рис. 3. Горизонтальная дрена на территории г. Абакана, предназначенная для понижения уровня грунтовых вод в зоне подпора Красноярского водохранилища:

* *Т *Т + *

- голоценовый гравийно-галечниковый водоносный аллювиальный горизонт; п-рі - средне-верхнечетвертичный гравийно-галечниковый с супесчаным заполнителем водоносный аллювиальный горизонт; - слабоводонос-

ные каменноугольные отложения

В 2009 г. из дрен было откачано 31,27 млн м3 воды (85,7 тыс. м3/сут), удельный водоприток в дрену составил 11,43 м3/сут.

Однако это не предохраняет городскую территорию от возможного подтопления грунтовыми водами первой надпойменной террасы р. Абакан.

Практически вся городская территория находится в зоне подпора грунтовых вод, развитой в связи с созданием Красноярского водохранилища (рис. 4).

Эй

Я

и ^ •£

м ч е

^ я 3

а -с н

« Й я

О о, о

Я X «в

О о Я я

& <Ц

о о а ^ И [-н ч

.--_---:----_------!---'"\р

У/7£^~—-^--*7? '/// /.*/////7,,.Л7 //7.*“ / // /АТ/ / / / / / '/ / / /,.* у /А V //У// ///Ш

■ абп-ш ■ ' ' а01у

>• V/.* **// '//.* л.*/ ;

■250

■240

■230

220

210

Рис. 4. Подпор грунтовых вод в междуречном массиве между Красноярским водохранилищем и р. Абакан ( территория г. Абакана)

Рассмотрим эффективность работы горизонтальной дрены по сохранению городских территорий от возможного развития подтопления грунтовыми водами.

Зона подпора грунтовых вод находится в междуречном массиве между Красноярским водохранилищем и р. Абакан. Расчетная схема горизонтальной дрены на территории г. Абакан дана на рис. 3. Расчетный удельный водоприток (дд) горизонтальной дрены определяется по формуле [1]:

(Ло )2 - (I )2

д 2ЦЬ2

где Ь0 - суммарное расстояние между областями питания (Красноярским водохранилищем и р. Старый Абакан), 6333 м; Ь\ - расстояние от дрены до Красноярского водохранилища, 167 м; Ь2 - расстояние от дрены до р. Старый Абакан, 6166 м; к - коэффициент фильтрации средне-верхнеплейстоценовых аллювиальных отложений первой надпойменной террасы, 27 м/сут; Ь0л - глубина потока от уровня грунтовых вод до подошвы первой надпойменной террасы (нижнекаменноугольных отложений С1); Лд - глубина потока при снижении уровня грунтовых вод горизонтальной дреной, 24 м; к\ - глубина потока под руслом Красноярского водохранилища, 30 м; Л2 - глубина потока под руслом реки Старый Абакан, 30 м.

(Л; )2 = I,; ±+*• а.=<30)=6123+(30)" 661=896,73 м,

^0 ^0 6333 6333

К = 29,9 м.

Подставляя исходные данные в вышеприведенную формулу, определим возможный удельный водоприток (дд) в горизонтальную дрену:

27896,73-(24)2 3,

а = 27--------------6333 = 26,63 м /сут.

д 2-167•6166

Таким образом, с данным расчетным удельным водопритоком сопоставим фактический удельный водоприток в горизонтальную дрену, полученный в 2001 г., - 23,5 м3/сут. В настоящее время из дрен не добывается и половины расчетного удельного водопритока (11,43 м3/сут - в 2009 г.), что ведет к повышению уровня грунтовых вод в зоне подпора на территории г. Абакана.

Зона многоэтажной жилой застройки г. Абакана Ж-3 (5-9-этажные здания) расположена в междуречном массиве между Красноярским водохранилищем и рекой Абакан [5, 6].

Расчетная схема развития зоны подпора грунтовых вод в данном междуречье предоставлена на рис. 4. Положение уровня грунтовых вод для данных условий рассчитывается по существующей формуле [3, 4], с дополнениями авторов о необходимости учитывать в расчетах работу горизонтальной дрены и дополнительное инфильтрационное питание, связанное с авариями и утечками на водонесущих системах селитебных зон г. Абакана [6]. С учетом данных дополнений расчетная формула положения уровня грунтовых вод в зоне подпора И\ представлена в следующем виде:

К1 = К0 + (Ке ^Х + С1 - [ - F27(X, /0) ]+ —К (x, 0 - ТГГХ,

где Л0 - глубина потока под руслом реки Енисей до заполнения Красноярского водохранилища, 28 м; Н\ - глубина потока на расстоянии 1500 м от р. Енисей до заполнения водохранилища, м; Ле - глубина потока под руслом р. Старый Абакан, 30 м; х - расстояние от Красноярского водохранилища до расчетной глубины потока Н\, 1500 м; х = х / Ь0 - приведенное расстояние к общему рас- 1500 _ „ .

стоянию между р. Старый Абакан и водохранилищем х =----------------= 0,24;

6333

/0 = кЛе / пЬ20 - исходные данные для определения функции ^27 по графикам; к - коэффициент фильтрации аллювиальных отложений, 27 м/сут; п - временной интервал наблюдений (8 интервалов по 10 дней), 4 интервала времени; Ь\ - расстояние от водохранилища до дрены, 167 м; Ь2 - расстояние от дрены до р. Старый Абакан, 6166 м; д - производительность дрены, 11,43 м3/сут в 2009 г.; Т - расчетный период наблюдений, 40 сут (4 интервала по 10 дней); 8п - подъем уровня водохранилища в январе 2010 г., 1,97 « 2,0 м; I - глубина потока под руслом Красноярского водохранилища после его заполнения, (28 + 2) = 30 м; м> - дополнительное инфильтрационное питание, связанное с авариями на водонесущих системах составляет 0,101 м/год [6]; Кс - средняя мощность потока определяется из уравнения [1]:

И = И—^ = 30 ,28 =-^~ = 28,99 * 29 м, ' 1П И 1п30 0,069

И0 28

27 • 28 99 • 40 = 27 28,99 40 = 0,00019.

4(6333)2

При данных значениях/0 и х функция ^27 составляет 0,73.

Значение при площадном инфильтрационном питании равно [1]:

* =-^ = _±2^ = 2,04,

2у/м ^370 • 365

где а - коэффициент уровнепроводности, по опытным данным [2], составляет 370 м2/сут.

Подставляя исходные данные, определим положение уровня И\ подземных вод до заполнения водохранилища на расстоянии 1500 м от р. Енисей

К = (И0)2 + (Ие)2 х = (28)2 ^ + (30)2603 = 28,48 м.

Ь0 Ь0 6333 6333

С учетом полученных данных определим положение уровня подземных вод в зоне подпора на расстоянии 1500 м от водохранилища с учетом дополнительного инфильтрационного питания, связанного с авариями и утечками на водонесущих системах и работой горизонтальной дрены:

28 + (30^28)1500 + р _ „4 _ ]101 + ■1,43 •■67 •■333 =

6333 1 J 0,2 27•29•6166

= 28 + 0,47 + 0,059 +1,03 - 0,52 = 29,04 м.

Таким образом, повышение уровня подземных вод в зоне подпора в зимний период 2010 г. на расстоянии 1500 м от водохранилища составило:

И - К = 29,04 - 28,48 = 0,56 м.

Проведенные расчеты свидетельствуют, что уровни подземных вод в зоне подпора на расстоянии 1500 м в 2010 г. находились на отметках

247,04 м (218 м + 29,04 м), где 218 м - абсолютная отметка подошвы террасы Б.С., 29,04 м - глубина потока на расстоянии 1500 м от водохранилища. Соответственно, городские территории, имеющие абсолютные отметки поверхности земли 250 м и менее, будут находиться в состоянии подтопления. Уровни подземных вод в зоне подпора будут находиться на глубине менее 3 м. А это означает, что планирование новых застроек и эксплуатация существующих городских зданий должны соответствовать требованиям СНиП для подтопленных территорий.

Жилые здания должны иметь предохраняющие типы дренажных систем (кольцевые, пристенные, площадные) и другие системы, предохраняющие здания от подтопления [3].

В настоящее время в Правилах землепользования и застройки г. Абакана [5], разработанных институтом «Абакангражданпроект» в 2008 г., совершенно отсутствуют такие требования к зданиям 5-9-этажной новой городской

застройки, намеченным к строительству в зоне Ж-3, которая находится в пределах подтопленной территории г. Абакана.

Материалы исследований данной статьи свидетельствуют также о необходимости создания соответствующего объема профилей режимных скважин в зоне подпора водохранилища и проведения систематических режимных наблюдений за уровнями грунтовых вод, проведения наблюдений за жилыми зданиями, находящимися в зоне подпора водохранилища.

Библиографический список

1. Основы гидрогеологических расчетов / Ф.М. Бочевер, И.В. Гармонов, А.В. Лебедев [и др.]. - М. : Недра, 1969. - С. 227-258.

2. Минерально-сырьевые ресурсы Республики Хакасия. Состояние и перспективы развития / А. А. Булатов, Н.Е. Дубовик, Г. А. Борисюк [и др.]. - Абакан, 2008. - 140 с.

3. Методические рекомендации по расчетам подпора грунтовых вод, подтопления земель и потерь воды на фильтрацию в районах каналов и водохранилищ. - М. : ВНИИ ВОДГЕО, 1980. - 130 с.

4. Прогнозы подтопления и расчет дренажных систем на застраиваемых и застроенных территориях. Справочное пособие к СНИП. - М. : Стройиздат, 1991. - 273 с.

5. Правила землепользования и застройки г. Абакана, ГУП РХ «Институт Абаканграждан-проект». - Абакан, 2008. - 85 с.

6. Южаков, В.А. Расчеты дополнительного инфильтрационного питания грунтовых вод на территории г. Абакана / В.А. Южаков, В.К. Попов, В.А. Коробкин // Вестник ТГАСУ. -2011. - С. 124-130.