10903

Рис. 18.6. Гидрогеологический разрез левого берега р. Волги

врайоне г. Городца:

1– наблюдательная скважина; 2 – контур палеодолины; 3 – участки, перспективные для заложения инфильтрационного водозабора; 4 – песок с гравием; 5 – суглинок;

6 – мергель; 7 – уровень грунтовых вод на конечную стадию формирования подпора; 8 – уровень грунтовых вод до подпора [306]

При Волгоградском водохранилище планировалось освоение больших массивов орошения. В связи с этим подпор подземных вод прогнозировался посредством математического моделирования и проводились натурные наблюдения. Один из наблюдательных створов с тремя режимными скважинами №2156, №2157, №2158, был заложен перпендикулярно урезу проектного НПУ на левом берегу на участке Рахинка в 35 км от плотины гидроузла (рис. 18.7). Участок находится на II надпойменной террасе, незаметно в рельефе переходящей в возвышенную равнину. Поверхность наклонена в сторону р. Волги от отметок 20,0 – 25,0 м БС до отметок около 10,0 м БС на бровке берега. Берег сложен песками мощностью до 40 м, подстилаемыми глинами. Грунтовые воды до подпора находились на глубине 10 – 25 м, дренировались р. Волгой. Уровень р. Волги колебался в диапазоне от 0 до – 10 м БС.

110

Рис.18.7. Схематический план южной части левобережья Волгоградского

водохранилища: 1 – урез р. Волги; 2 – урез водохранилища при НПУ; 3 – массивы орошения, введенные в эксплуатацию в 1962 – 1976 гг.; 4 – то же, проектировавшиеся; точками обозначены режимные скважины с их номерами [ 502]

Рис. 18.8. Фактические (сплошные линии) и модельные (штриховые линии) кривые подъема уровня грунтовых вод в режимных скважинах №2156, №2157, №2158 и гидрограф наполнения Волгоградского водохранилища (верхний график). Уровни воды даны от уровня р. Волги в декабре 1958 г.

[502]

111

Наполнение водохранилища было начато в декабре 1958 г. К концу января 1959 г. уровень реки повысился до отметки +2,6 м БС. В октябре 1961г. уровень водохранилища достиг проектного НПУ = 15,0 м БС и после июля 1961г. поддерживался относительно постоянным во времени за исключением периодов сработки с января месяца к концу зимы на 1,0 – 1,5 м. На рис. 18.8 показаны фактические и модельные графики подъема уровней воды в режимных скважинах вместе с графиком уровней водохранилища за период с 1958 г. по 1977 г. Видно, что подпор формировался плавно с колебаниями уровней воды в скважинах не превышавшими 1 м, а к 1980-м гг. практически стабилизировался [502].

В табл. 18.4 обобщены сведения о подтоплении берегов волжских водохранилищ по проектным материалам и научным публикациям. Эти сведения, полученные в результате обследования ограниченных участков береговой территории и последующей экстраполяции на весь контур водохранилища, разноречивы. Например, площадь подтопленных земель в зоне Горьковского водохранилища в проекте оценивалась в 11,3 тыс. га (113 км2), а в последующих публикациях от 5,7 до 26,2 тыс. га (57 – 262 км2) [346]. На берегах водохранилищ всего Волжско-Камского каскада суммарная площадь подтопленных земель по некоторым данным составляет 254 тыс. га (2 540 км2) или 9 % суммарной площади зеркала водохранилищ [112; 420].

Т а б л и ц а 18.4

Сведения о площадях подтопления берегов водохранилищ Волжского каскада [112; 346]

*по [441] при НПУ = 68,0 м

Впроектах волжских и камских гидроузлов не делалось акцента на необходимость оценки подтопления территорий в бытовых условиях до создания водохранилищ. Отсутствие такой оценки, а также топографической

112

основы с сечением рельефа через 0,5 – 1 м и сети пьезометрических скважин в береговой зоне, не позволяет и сегодня с необходимой точностью определить размеры подтопления берегов ни по одному из водохранилищ каскада

[346].

Водохранилища Сибири с большими (до 100 м) напорами внесли существенные изменения в гидрогеологические условия береговых зон.

Представителем таких водохранилищ является Красноярское. В отличие от большинства европейских водохранилищ, берега Красноярского водохранилища сложены скальными породами и развитие подпора проходило главным образом в трещинных, трещинно-пластовых, трещинно-карстовых водах, приуроченных к отложениям песчаников, алевролитов, аргиллитов и известняков (рис. 18.9). Это обстоятельство, а также большой напор со сработками уровня водохранилища, достигающими 16 м, обусловили специфические особенности развития подпора подземных вод.

Наполнение Красноярского водохранилища продолжалось с 1967 г. по 1970 г. Режим подпора отслеживался по 11 наблюдательным гидрогеологическим створам. Вслед за подъемом уровня водохранилища сформировались новые водоносные горизонты в ранее неводонасыщенных трещиноватых породах берегов, а в некоторых местах в маломощных рыхлых осадках высоких террас (рис. 18.10). При сезонной сработке водохранилища подземные воды прибрежной части на расстоянии сотен метров, а иногда до нескольких километров, понижают свой уровень. Площадь подтопления земель в результате создания Красноярского водохранилища в целом невелика и укладывается в несколько процентов площади его зеркала [676].

Площадь подтопления земель проектируемым Эвенкийским (Туруханским) водохранилищем на притоке Енисея р. Нижней Тунгуске по проекту предполагается не более 1 % от площади водохранилища [731].

Прогнозирование размеров подпора и подтопления. Согласно ме-

тодическим рекомендациям [388] для обоснования прогноза подпора подземных вод и подтопления берегов производится комплекс инженерных изысканий. Выполняется топографическая, инженерно-геологическая и гидрогеологическая съемка чаши водохранилища и прилегающей территории в масштабах 1:200 000 – 1:50 000. Побережье районируется по условиям прогнозируемого подтопления территории, в том числе выделяются участки заведомо неподтопляемые, заведомо подтопляемые и участки возможного подтопления. При этом возможность подтопления определяется по результатам анализа топопланов и расчетов подпора подземных вод в

113

Рис. 18.9. Гидрогеологическая схема побережья Красноярского

водохранилища: площади распространения артезианских бассейнов

I –Чебаково-Балахтинского ; II – Сыдо-Ербинского; III – Южно-Минусинского; IV – трещинных, трещинно-карстовых вод Кузнецкого Алатау и Восточных Саян;

водоносные комплексы: 1 – четвертичных отложений, 2 – нижнекаменноугольных отложений, 3 – верхнедевонских отложений, 4 – среднедевонских отложений, 5 – отложений нижнего – среднего девона, 6 – кембрийских отложений, 7 – протерозойских отложений, 8 – магматических пород; 9 – зоны тектонических нарушений; 10 – границы артезианских бассейнов; 11 – границы водоносных комплексов; 12 – гидрогеологические наблюдательные створы: П – Приморский, К – Куртакский, С – Сарагашский, А – Аба-

кано-Перевозный, Кр-I – Краснотуранский I, Кр-II – Краснотуранский II, Л – Листвяговский, Сх – Советская Хакасия, Ч – Черногорский, В – Водозаборный, Аб – Абакан-

ский [676]

114

поперечниках берега. На последующих стадиях выполняется прогноз подпора уровня грунтовых вод и подтопления выделенных ценных в хозяйственном отношении участков береговой полосы на базе инженерно-геоло- гической съемки в масштабах 1:10 000 –1:2 000 [346].

Рис. 18.10. Гидрогеологический разрез побережья Красноярского водохранилища (см. рис. 18.9). Приморский створ: 1 – супеси; 2 – суглинки с

галькой и гравием; 3 – пески; 4 – аргиллиты, алевролиты, конгломераты и песчаники; 5

– уровень подземных вод при НПУ; 6 – то же при УМО [676]

Очень условно верхнюю границу зоны подтопления можно провести по горизонтали берега на топоплане: при этом к подтопленным относят сельскохозяйственные и лесные угодья в пределах до +1 м над НПУ, сельские населенные территории до +2 м и городские территории до +3 м над НПУ водохранилища [388].

Вусловиях берегов, сложенных песками, для приблизительной оценки параметров подпора и подтопления можно воспользоваться графиком (рис. 18.11), полученным обработкой результатов наблюдений за берегами эксплуатируемых водохранилищ [388].

Вответственных случаях для решения прогнозных задач об уровнях подземных вод в берегах водохранилищ применяют математическое моделирование [502]. В ОАО «Институт Гидропроект» для этого используется, например, программный комплекс «ГИС – Geolink + ModTech», разработанный ЗАО «Геолинк – Консалтинг» в 1990 – 2008 гг. [377].

Как показала практика, районирование берегов водохранилищ по условиям подтопления на основании топографических планов масштабов

115

1:200 000 –1:50 000 с сечением горизонталей через 20 – 5 м невозможно осуществить с необходимой точностью. Поэтому оправдываемость теоретических прогнозов подтопления прибрежных территорий водохранилищ оказывается невысокой [346].

Рис. 18.11. Зависимость ширины зоны подтопления (1) и подзоны сильного подтопления (2) от уклона на пологих берегах водохранилищ по данным наблюдений через 20 – 35 лет после заполнения [388]

18.3. Подтопление урбанизированных территорий

Подтопление застроенных и освоенных территорий – это комплексный инженерно-геологический процесс, проявляющийся под влиянием техногенных и естественных факторов, при котором в результате изменения режима поверхностных и подземных вод происходит повышение уровня подземных вод, нарушающее условия эксплуатации зданий и сооружений или ухудшающее условия жизни людей.

В качестве критерия выделения подтопленных территорий при хозяйственном освоении земель используется так называемая норма осушения – минимально допустимая глубина залегания уровня грунтовых вод, равная

116

для городов 3 м, сельских населенных пунктов 2 м, рекреационных зон (парки и др.) 1 м, сельскохозяйственных угодий 0,5 – 1 м [612].

К концу XX в. (на 1986 г.) в России было подтоплено 733 города и поселка городского типа. Подтапливаются предприятия, работа которых связана с большим оборотом воды в технологическом процессе – тепловые и атомные электростанции, металлургические, нефтеперерабатывающие, химические заводы и др. [346]. Исследования в приволжских городах свидетельствуют о том, что во многих случаях, наряду с влиянием водохранилищ, подтоплению способствуют и другие причины.

Город Балахна расположился в 30 км вниз от Нижегородской ГЭС на правобережной болотистой террасе р. Волги с абсолютными отметками 70

– 77 м (рис. 18.12). При строительстве современной Балахны территория подсыпалась и попутно была нарушена существовавшая прежде сеть дренажных каналов. Теперь большая часть города находится в состоянии подтопления. Глубина от поверхности земли до поверхности грунтовых вод менее 3 м держится на 1484 га из 1804 га застроенной территории. Площади, не подсыпанные грунтом, подтоплены постоянно: уровни грунтовых вод стоят на глубине 0,4 – 0,6 м (рис. 18.13), а в паводковые периоды поднимаются до поверхности земли. Повышение уровня Чебоксарского водохранилища до НПУ = 68,0 м усугубит подтопление г. Балахны [441].

Заречная часть г. Нижнего Новгорода лежит в междуречье при сли-

янии рек Волги и Оки, куда не достигает подпор Чебоксарского водохранилища при ВПУ = 63,0 м. Представляет собой территорию с абсолютными отметками 75,0 – 78,0 м, развитой сетью водотоков и озер. Большинство водотоков берет начало в болотах, сосредоточенных преимущественно в западной, наиболее возвышенной части Заречья. Для всей территории характерно распространение горизонта грунтовых вод в четвертичных аллювиальных отложениях и наличие трещинно-карстовых подземных вод в подстилающих верхнепермских породах.

Подтопление заречной части г. Нижнего Новгорода с 1960-х гг. стало привлекать внимание в связи с проектированием Чебоксарского водохранилища (рис. 18.14). Гидрогеологические условия в течение 30 – 45 лет наблюдались сетью из 94 скважин ФГУП «Волгагеология». В 1990 –1994 гг. институтом «Самарагидропроект» была оборудована также сеть из 32 скважин, по которой проводились временные наблюдения под разработку схемы инженерной защиты города. Вследствие литологических особенностей аллювиальной толщи грунтовый поток здесь имеет двухъярусное строение.

117

Верхняя часть потока приурочена к пойменной фации аллювия: пескам мелким, часто пылеватым, глинистым, с прослоями суглинков и погребенного торфа. Коэффициент фильтрации водовмещающих пород не превышает 1 – 3 м/сутки. Местами формируется верховодка, не исчезающая даже в засушливый период года. Мощность верхнего яруса грунтового потока составляет 10 – 18 м. Нижняя часть грунтового потока приурочена к русловой фации аллювия, содержащей средние, крупные и разнозернистые пески с гравием и галькой осадочных пород. Мощность этой части потока 10 – 12 м, коэффициент фильтрации в среднем 10 – 12 м/сутки. Зеркало грунтовых вод радиально расходится от водораздела (78,0 м БС) в стороны основных дрен территории – рек Оки и Волги (67,0 м БС в межень). При этом значительная площадь заречной части города постоянно подтоплена (рис. 18.15, табл. 18.5): из 17 003 га городской территории 7 743 га (45 %) имеют уровни грунтовых вод на глубине 0 – 3 м и в этой зоне из всей городской застройки 11 250 га расположены 6 351 га (56 %).

Т а б л и ц а 1 8 .5

Площади подтопления территории заречной части г. Нижнего Новгорода в бытовом состоянии при ВПУ = 63,0 м

Чебоксарского водохранилища [141; 441]

Причины подтопления разделяются на естественные и техногенные. Естественные причины: избыточное питание грунтовых вод атмосферными осадками; затрудненность поверхностного стока ввиду равнинности рельефа; особенности геолого-гидрогеологических условий. Техногенные причины: питание грунтовых вод производственными потерями крупных предприятий, утечками из водонесущих коммуникаций (в таких местах на фоне зеркала грунтовых вод формируются локальные купола, в этом отношении показательны Автозаводская и Сормовская ТЭЦ, под территориями которых постоянно существуют водяные купола радиусом около 700 м и высотой 1 – 2 м); закачки технологических вод в скважины; фильтрация из малых рек, превращенных в каналы для стока жидких промышленных отходов;

118

Рис. 18.12. Вид с р. Волги на г. Балахну. Набережная, построенная в 2000-е гг. под отметку НПУ = 68,00 м БС Чебоксарского водохранилища

Рис. 18.13. Подтопленный старый квартал г. Балахны:

уровень воды в дренажной канаве стоит на глубине 0,5 м от поверхности земли. 2008 г.

Рис. 18.14. Исследование положения поверхности грунтовых вод в заречной части г. Нижнего Новгорода на аналоговой модели во ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева [Огонек, 1963. – №50]

119