Рекомендации

по выбору исходных данных для модели прогноза процесса подтопления городских территорий

Москва 1986

Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям в строительстве

Рекомендации

по выбору исходных данных для модели прогноза процесса подтопления городских территорий

Москва Стройиздат 1986

Приходные статьи баланса

атмосферные осадки Во до по дача по сетям вопо-несуимх коммуникаций (водопровод, канализация, горячее водоснабжение) для каждого типа застройки территории

Утечки на сооружениях водопотреблявших производств ТЭЦ, станции очистки воды.иа-сосныс станции водопровода и канализации, очистные сооружения и др

конденсационные воды потери воды из водотоков и водоемов приток подземных вод] приток поверхностных вод Потери Входной Переток Входной рас- воды (ин- расход пото-| напорных ход по- фильтра- ка подзем- подзем- всрхносшых циоиное ных вод шх вод водотоков на питание Набоковых через ни ж- границах облао- и подпер- границах [ниа водо- ти.соиэмерн- гая филь- упор мый с приход- трация) ной частью вод- каналов и кого баланса водохра- исследуемой нклищ территории Полив зеленых насаждений общего пользования (скверы, бульвары, парки).орошение массивов сельскохозяйственных угодий

Накопление конденсационных вод в грунтах обратных засыпок, планировочных под-сыпок; в естественных • грунтах зоны аэрации на закрытых (асфальт. бетон и т.п.) и открытых (скверы, газоны и т.п.) площадях. инфильтрационное питание техногенные воды Атмосферные осадки, выпадающие на поверхность. Коэффициент инфильтрации рассчитывается дифференцированно с учетом строения зоны аэрации, плотности застройки и инженерной подготовки территории

---

Продолжение табл. 2

Рсхадныс статьи баланса

испарение траиепм радия растениями опок поверхностных вод разгрузка подземных вод отток подземных вод Величина испарения определяется дифференцированно с площадей, свободных от застройки (парки, скверы, газоны) и закрытых (асфальт, бетон, кровельные покрытия зданий и сооружений и др.) с учетом строения зоны азрадии и глубины залегания грунтовых вод; с поверхностных водоемов Определяется с учетом видов растительно- Выходной расход поверхностных водотоков на границах области соизмеримый с приходной частью водного баланса исследуемой территории Разгрузка осуществляется в реки, каналы водохранилища. пруды озера, боло-та^дрениру- юдме подземные ВОДЫ Отбор подземных вод искусственными сооружениями (во До понизится ьиыс дренажные системы водозаборы и др.) Выходной расход потока подземных вод на боковых границах Переток грунтовых вод в нижележащие водоносные горизонты через водоупор v in дифферен-ниропанно го типам застройки территории и дня незастро-1 енных территорий

1.22. Работы по получению исходных данных для моделей прогноза процесса подтопления городских территорий рекомендуется выполнять по следующей схеме:

сбор и анализ материалов изысканий прошлых лет, а также данных по существующей застройке территории и ее инженерной подготовке. В результате составляется комплекс предварительных карт масштаба 1:5000-1:25 ООО (в зависимости от площади территории и стадии проектирования) , отражающих природные условия и техногенную обстановку;

рекогносцировка выполняется при слабой гидрогеологической изученности территории для получения данных о гидрогеологических условиях и выявления подтапливаемых объектов. Если отсутствуют какие-либо данные по режиму грунтовых вод, то при рекогносцировке организуются режимные наблюдения за уровнем подземных вод по одному - трем опорным поперечникам на городской территории и на одном поперечнике на незастроенной территории;

гидрогеологическое районирование - выделение гидрогеологических районов в пределах естественных и искусственных гидродинамических границ первого от поверхности водоносного горизонта, составление предварительных расчетных геофильтрационных схем по каждому району для обоснования объемов опытно-фильтрационных работ и разработки проекта первой очереди комплексной режимной сети;

полевые работы выполняются по составленной программе для получения исходных данных для гидрогеологического районирования. Продолжительность режимных наблюдений один год:

предварительная оценка гидрогеологических условий каждого из районов — ориентировочный расчет баланса грунтовых вод, количественная оценка природных условий и техногенных факторов методами аналогий и моделирования. В результате: выделяются подтопленные, потенциально подтопляемые и неподтопляемыс территории; обосновывается схема расположения наблюдательных пунктов второй очереди режимной сети; выбираются участки проведения опытно-фильтрационных работ для детализации 1НДрогеологический условий;

полевые работы по составленной программе - получение исходных данных для составления расчетной схемы прогноза. Продолжительность стационарных гидрогеологических и гидрометеорологических наблюдений нс менее одного года. Таким образом, общая продолжительность наблюдений должна быть не менее двух лет;

составление оконча1ельной расчетной геофильтрационной схемы и идентификационные исследования методами математического моделирования - решение стационарных и нестационарных геофильтрационных задач для уточнения расчетных гидрогеологических, гидрологических парамет-dob, граничных условий и составляющих баланса* грунтовых вод.

2. ИМИТАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ПОДТОПЛЕНИЯ ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ

2.1. Имитационный подход к исследованию и прогнозу процесса подтопления городов, когда в пределах значительных по размерам территорий необходимо учитывать сложный характер взаимодействия природных условий и техногенных режимообразующих факторов, причем последние меняются во времени, выполним лишь методами математического моделирования, реализация которых предпочтительнее на ЭВМ. Математическое моделирование позволяет воспроизводить на ЭВМ (АВМ) процесс подтопления:

уже сформировавшийся, т.е. решать нелинейные стационарные задачи, в результате которых, с целью уточнения расчетных фильтрационных пара-

1 Баланс грунтовых вод необходимо рассчитывать по данным режимных наблюдений и корректировать на моделях прогноза при решении обратных задач.

13

метров и выявления мест расположения и величин источников подтопления строятся имитационные модели идентификации коэффициентов фильтрации (водопроводимостм) водоносных горизонтов, коэффициентов перетока разделяющих водоносные горизонты слабопроницаемых прослоев, фильтрационных проводимостей подрусловых отложений и величин утечек из водонесущих коммуникаций;

формирующийся в наблюдаемый эпигнозный период, т.е. решать нестационарные задачи, в результате которых строится имитационная модель идентификации наблюдаемых уровенных режимов грунтовых вод с целью уточнения коэффициентов свободной и упругой водоотдач, инфильтрации атмосферных осадков и параметров испарения с уровня грунтовых вод;

формирующийся в прогнозные периоды и до стабилизированного положения без исследования динамики процесса, т.е. решать соответственно стационарные задачи, в результате которых строятся имитационные модели формирования прогнозируемых уровенных режимов грунтовых вод и оценки влияния природных режимообразующих факторов и утечек из водонесущих коммуникаций на формирование прогнозируемых уровенных режимов грунтовых вод, прогноза гидрогеологических условий, оценки потенциальной подтопляемости территорий.

2.2.    Имитационная модель идентификации коэффициентов фильтрации (водо проводи мости) водоносных горизонтов, коэффициентов перетока разделяющих водоносные горизонты слабопроницаемых прослоев, фильтрационных проводимостей подрусловых отложений - величин утечек из водонесущих коммуникаций представляется в виде атласов:

факторно-диапазонных оценок, состоящих для каждого параметра из карт машинных выдач - величин отклонений в каждом блоке сеточной модели природных отметок от модельных при пофрагментном воспроизведении на ЭВМ стационарных геофильтрационных процессов с различными значениями идентифицируемых параметров;

совмесгно-корректировочных оценок, состоящих из аналогичных карт машинных выдач при воспроизведении на ЭВМ стационарных геофильтра-цнонных процессов в условиях различного сочетания идентифицируемых параметров.

2.3.    Имитационная модель идентификации наблюдаемых уровенных режимов грунтовых вод представляется в виде факторно-диапазонных, совместно-корректировочных и проверочных оценок функций влияния характеризующих изменение уровня грунтовых вод в сети режимных гидрогеологических скважин при различных значениях и сочетаниях коэффициентов свободной и упругой водоотдач, инфильтрации атмосферных осадков и испарения с уровня грунтовых вод. Оценками функций влияния являются амплитуды уровней грунтовых вод в пределах временных интервалов, дискретно аппроксимирующих эпигнозный уровенный режим. В качестве эпигнозного выбираются уже сформировавшийся и наблюдаемый в природе фильтрационный процесс.

Выбираемый период должен быть представительным в смысле отражения влияния тех искомых параметров и режимообразующих факторов. В динамике формирования уровенного режима грунтовых вод в зпигноз-ный период должен учитываться (вместе с параметрами водоносного пласта) режим поверхностных водотоков, инфильтрации атмосферных осадков и испарения с уровня грунтовых вод. При этом желательно, чтобы в пределах выбранного эпигнозного периода можно было бы выделить временные моменты с самостоятельным независимым влиянием каждого естественного режимообразующего фактора на режим уровня грунтовых вод и моменты, используемые для проверки индентифицируемых параметров. Длительность эпигнозного периода должна охватить как минимум двухлетний цикл режимных наблюдений. Внутри этого периода представляется возможным выделить временные интервалы з уровенном режиме грунтовых вод, формирующемся при раздельном и совместном влиянии режимооб-разуюших факторов в их различном сочетании. Дискретная аппроксимация эпигнозного периода выполняется в соответствии с необходимостью детального учета изменений временных интервалов в режиме грунтовых вод пю которым сопоставляются факторно-диапазонные, совместно-корректировочные и проверочные оценки.

14

Для получения факторно-диапазонных оценок исследуемая область фильтрации районируется на зоны независимого влияния искомых расчетных параметров и граничных условий на формирование уровенного режима грунтовых вод. Районирование осуществляется в следующей последовательности. Вначале выделяются зоны относительно определяющего фактора с учетом его площадного размещения или приуроченности к тем или иным природный и техногенным условиям рассматриваемой территории. Затем путем многократного воспроизведения на ЭВМ нестационарного режима фильтрации подземных вод в течение зпигнозного периода (при задании различных значений определяющего фактора последовательно в каждой предварительно выделенной зоне, а сопутствующего фактора. -во всей области) уточняются границы зон.

Получение факторно-диапазонных оценок в виде функций влияния от изменения коэффициентов свободной и упругой водоотдач, инфильтрации атмосферных осадков и параметров задания испарения с уровня грунтовых вод осуществляется путем воспроизведения режима фильтрации вод

Ж и варьируемых значениях водоотдачи, инфильтрации и испарения.

апазон варьируемых значений должен охватывать реально возможные величины оцениваемых факторов при различных видах внешних Плановых границ. Результатом являются оценки степени раздельного влияния водоотдачи, инфильтрации атмосферных осадков и испарения на формирование уровенного режима грунтовых вод в течение зпигнозного периода.

Получение совместно-корректировочных оценок осуществляется путем воспроизведения режима фильтрации грунтовых вод при различном сочетании совместно влияющих идентифицируемых параметров в соответствии с данными их факторно-диапазонных оценок. Решение контролируется по отклонениям модельных и натурных амплитуд изменения уровня грунтовых вод в гидрогеологических скважинах относительно начальной поверхности. Натурные амплитуды изменения уровня грунтовых вод осредняются в течение дискретно заданного периода времени в соответствии со ступенчатой аппроксимацией непрерывной функции изменения граничных условий при задании их на ЭВМ. В качестве завершающею принимается корректировочный вариант, в котором достигнуты, во-первых, идентичные направленности модельного и натурного режимов уровня грунтовых вод, т.е. наблюдаемые в природе периоды подъема, снижения и стабилизации в графике колебаний уровня грунтовых вод должны быть соответственно получены и на ЭВМ; и, во-вторых, минимальные расхождения между модельными и природными амплитудами изменения уровня грунтовых вод.

Получение проверочных оценок осуществляется путем воспроизведения на ЭВМ наблюдаемого в проверочный временной интервал эпигноз-ного периода уровенного режима грунтовых вод с параметрами завершающего совместно-корректировочного варианта. Имитационная модель идентификации наблюдаемых уровенных режимов формируется в виде таблицы, в которой для каждой скважины вышеназванные оценки приведены в соответствии с характеризуемыми ими временными интервалами дискретной аппроксимации зпигнозного уровенного режима.

2.4. Имитационное исследование идентифицируемых параметров и уровенных режимов наблюдаемых геофильтрационных процессов позволяет уточнить:

расчетные фильтрационные параметры; коэффициенты фильтрации, водо проводи мости, водоотдачи водоносных горизонтов, перетока слабо-проницаемых разделяющих прослоев, сопротивления подрусловых отложений поверхностных водотоков;

источники, обусловливающие как питание грунтовых вод за счет поступления из поверхностных водотоков, инфильтрации атмосферных осадков и утечек из водонесущих коммуникаций, так и их разгрузку за счет дренирования поверхностными водотоками и испарения с отражением характера изменения всех факторов во времени. Модельная поверхность уровней грунтовых вод на конец зпигнозного периода идентифицированного уровенного режима является исходной для имитационного представления прогноза процесса подтопления.

15

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы подтопление городских территорий грунтовыми водами в различных природных условиях нашей страны приняло массовый характер. Подтопление приносит значительный материальный ущерб» исчисляемый сотнями миллионов рублей.

Развитие подтопления обусловлено не только возросшими масштабами влияния хозяйственной деятельности человека на геологическую среду, но и в ряде случаев недостаточно эффективной работой построенных систем защитных сооружений. Это, в свою очередь, объясняется определенными затруднениями изыскательских и проектно-изыскательских организаций в постановке инженерно-гидрогеологических и гидрометеорологических работ для целей прогноза подтопления и гидрогеологического обоснования предупредительных и защитных мероприятий.

В Рекомендациях, на основе разработанной в ПНИИИС методологии изучения и прогноза процесса подтопления на городских территориях, дается принципиальная схема постановки и проведения полевых работ с целью выбора исходных данных для прогноза уровенного режима подземных вод, излагаются методы обобщения и систематизации материалов инженерных изысканий и специальных исследований по оценке природных условий и комплекса техногенных факторов в пределах городской застройки.

Выбор исходных данных для прогноза завершается составлением расчетной геофильтрационной схемы. Полнота и достоверность материалов в конечном итоге определяют выбор методики прогнозных исследований. В качестве полевых методов оценки гидрогеологических параметров грунтов зоны аэрации и водонасыщенных пород предлагаются традиционные методы. Для выбора расчетных значений параметров геофильтрационной схемы, оценки внутренних и внешних граничных условий на всех стадиях исследований рекомендуются методы моделирования на АВМ и ЭВМ.

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ФОРМИРОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПОДТОПЛЕНИЯ ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИИ

1.1.    В соответствии с ГОСТ 19185 - 73 ’’Гидротехника. Основные положения. Термины и определения” термин подтопление имеет следующее определение: ’’повышение уровня подземных вод, приводящее к нарушению хозяйственной деятельности на данной территории”. Это определение применительно к инженерным изысканиям для строительства и содержанию настоящих Рекомендаций конкретизируется нами следующим образом: подтопление - направленный процесс подъема уровня грунтовых вод и увеличения влажности грунтов на застроенных территориях, обусловленный изменением водного баланса (приходные статьи баланса преобладают над расходными) под влиянием комплекса техногенных факторов при соответствующих природных условиях”.

1.2.    Работы по специфике развития и прогноза подтопления на застроенных территориях можно условно подразделить на две группы:

оценка локального подтопления на территориях промышленных предприятий [1,2,3, 62, 63];

оценка ” регионального” подтопления на городских территориях [26-30,37,65,75 - 78].

Специфика и отличие городских территорий от промышленных площадок по развитию подтопления и его прогнозу общепризнаны (65, 75, 78J.

Специфика и масштабность развития подтопления на территориях городов зависит от:

природных условий (климатических, орогидрографических, геоморфологических, геологических и гидрогеологических);

комплекса градостроительных факторов (планировочной структуры, типа и плотности застройки, инженерной подготовки территории);

характера освоенности прилегающих территорий (степени зарегули-рованности рек, наличия водохранилищ, каналов и орошаемых .массивов, интенсивности эксплуатации подземных вод, осушения карьеров и других горных выработок).

Под комплексом техногенных факторов следует понимать суммарное воздействие инженерно-строительной и хозяйственной деятельности человека на геологическую среду.

1.3.    Выделяют две стадии развития подтопления: при. строительстве и при эксплуатации застроенной территории. При этом следует иметь в виду, что поднимающийся уровень грунтовых вод может достигнуть отметок фундаментов, заглубленных частей зданий и сооружений, подземных коммуникаций уже на стадии строительства.

1.4.    При изучении и прогнозе подтопления на застроенных территориях следует исходить из необходимости рассмотрения этих вопросов комплексно, с учетом многофакторности этого явления, а не ограничиваться упрощенным пониманием подтопления как процесса повышения уровня грунтовых вод в результате дополнительного инфильтрационного питания на отдельном конкретном участке территории. Такой подход требует целенаправленной .постановки и поэтапного проведения инженерно-гидрогеологических изысканий, использования комплекса методов по получению и обработке исходной информации для оценки гидрогеологических условий.

1.5.    Под основными процессами, определяющими развитие подтопления на городских территориях, следует понимать:

подъем уровня грунтовых вод (УГВ) первого от поверхности водоносного горизонта, существующего на период изысканий; подъем УГВ в зоне влияния водохранилищ;

формирование нового техногенного водоносного горизонта на местном или региональном водоупоре;

увлажнение и замачивание грунтов обратных засыпок по контуру фундаментов, подвалов, подземных сооружений; планировочных подсыпок при строительстве на практически непрюницаемых грунтах.

4

1.6.    Подъем УГВ, обусловливающий подтопление территории, следует рассматривать на фоне закономерностей формирования режима грунтовых вод в естественных условиях [78] в соответствии с существующей схемой районирования естественного режима грунтовых вод 144]. В этой схеме по степени увлажнения территории выделены три гидрогеологические зоны: обильного, умеренного и недостаточного питания. Природные условия типизированы [65, 751 путем выделения в гидрогеологических зонах основных геоморфологических поверхностей (макроформы) и геоморфологических типов рельефа (мезоформы), которым соответствуют типовые геолого-литологические разрезы. По разрезам дана краткая характеристика первых от поверхности водоносных горизонтов с описанием основных (региональных) зональных закономерностей естественного и техногенного режимов грунтовых вод.

При выделении потенциально подтопляемых территорий следует исходить из глубин залегания уровня грунтовых вод. Потенциально подтопляемыми территориями следует считать такие, на которых уровень грунтовых вод находится настолько глубоко (преимущественно более 4 -5м), что не мешает началу строительства с учетом отметок заложения наиболее заглубленных сооружений и установленной средней годовой амплитудой колебания УГВ. В процессе строительства и последующей эксплуатации зданий и оооружений на таких территориях наблюдается направленный процесс подъема УГВ.

Соответственно кроме потенциально подтопляемых территорий следует выделять сезонно подтопляемые, где подтопление обусловлено сезонными подъемами уровня грунтовых вод или подъемами в результате экстремальных осадков и экстремальных паводков. На таких территориях главное внимание при инженерных изысканиях должно быть уделено изучению режима грунтовых вод для оценки возможности сезонного подтопления.

Типизация разнообразных природных условий является основой выбора расчетных геофильтрационных схем с последующим обоснованием методов прогноза, а также определяет постановку и методику инженерно-гидрогеологических изысканий.

1.7.    Развитие процесса подтопления на городских территориях характеризуется двумя основными закономерностями - скоростью подъема и характером колебания подземных вод: подъем УГВ носит ярко выраженный характер и по своим показателям выше годовой амплитуды изменения уровня или амплитуды его сезонного подъема: подъем УГВ значительно не изменяет общего характера колебания уровня на городской территории и как бы накладывается на него, обусловливая постепенный подъем уровня с отдельными резкими подъемами в годы с экстремальными атмосферными осадками или паводками.

Эти закономерности должны учитываться при организации стационарных гидрогеологических и гидрологических наблюдений на застроенных территориях.

1.8.    Подъем УГВ в зоне влияния водохранилища, формируюццйся как процесс развития подтопления на городских территориях, следует рассматривать на фоне формирования подпора подземных вод при заполнении водохранилища до отметки НПГ (наивысший подпорный горизонт) или на фоне стабилизировавшихся уровней подземных и поверхностных вод при сформировавшемся подпоре. Стабилизировавшиеся эксплуатационные уровни в водохранилищах при рассмотрении процесса подтопления следует оценивать дифференцированно для водохранилищ сезонного или многолетнего регулирования, что определяет различный подход при размещении пунктов в режимной сети и методики стационарных гидрогеологических наблюдений. Ширина прибрежной зоны водохранилища, в которой происходит подпор подземных вод, на равнинных реках может достигать нескольких километров.

При заполнении водохранилища происходит фильтрация в его борта и формируется призма накопления фильтрационных вод в прибрежной зоне аэрации. Одновременно естественный поток грунтовых вод, питающих реку, подпирается фильтрационным потоком из водохранилища. По границе этих двух потоков формируется своеобразная зона раздела, где

5

Рис. 1. Схема формирования техногенного водоносного горизонта а — зона аэрации сложена проницаемыми грунтами; б - зона аэрации сложена слабопроницаемыми грунтами; 1 - источник инфильтрацион-ного питания на поверхности земли (здание, сооружение, подземная коммуникация) ; 2 - проницаемые грунты (супеси, пески); 3 - сл обо проницаемые грунты (суглинки, лессовидные суглинки с прослоями более плотных разностей тех же грунтов и погребенных почв); 4 - водоупор (шины) ; 5 — направление движения инфильтрующейся воды, 5- интенсивность инфильтрации; 6 - уровень подземных вод формирующегося техногенного водоносного горизонта

расход потока равен нулю. В процессе заполнения водохранилища эта граница постепенно смешается к урезу водохранилища пока не совпадает с ним. Этот период времени смещения границы характеризуется постоянной фильтрацией воды из водохранилища. Далее восстанавливается питание реки подземными водами. Однако теперь это питание происходит при значительно меньших гидравлических градиентах.

Приведенная динамика формирования подпора подземных вод и образования новых водоносных горизонтов в зоне аэрации требует особого подхода при проектировании и выполнении гидрогеологических и гидрологических изысканий по получению исходной информации для прогноза.

Практика показывает, что ранее выполненные прогнозы подъема уровня в зоне влияния существующих или проектируемых водохранилищ следует обязательно корректировать прогнозом подъема существующего УГВ с учетом дополнительного воздействия техногенных факторов на городской территории.

1.9. При образовании техногенного водоносного горизонта в грунтах зоны аэрации необходимо различать два случая:

подземные воды формируются на местном водоупоре выше первого от поверхности водоносного горизонта, существующего в начале освоения территории. Техногенный водоносный горизонт имеет ограниченное распространение в пределах площади развития местного водоупора. Со временем подземные воды этих двух горизонтов могут образовать единый водоносный горизонт;

подземные воды формируются на региональном водоупоре, когда до начала освоения территории в зоне аэрации были развиты подземные воды спорадического распространения или подземные воды вообще отсутствовали.

В зоне аэрации процесс миграции воды в результате техногенного инфильтрационного питания заключается в непосредственном поступлении воды на нижний водоупор (местный или региональный) и далее на уровень формирующегося (ранее существовавшею) водоносною горизонта или этот процесс носит более сложный характер: насыщение грунтов зоны аэрации, движение влаги одновременно вверх и вниз, формирование ’’подвешенных" водонасыщенных массивов грунта.

Поэтому целесообразно исходить из дву*, схем развития подтопления. Первая — зона аэрации сложена хорошо проницаемыми грунтами. Подъем

уровня подземных вод формирующегося водоносного горизонта происходит непосредственно от поверхности водоупора по схеме снизу - вверх (рис. 1 fi). Вторая - зона аэрации сложена слабопроницаемыми грунтами (наиболее типичным является геолого-литологический разрез, представленный лессовидными суглинками с прослоями их более плотных разностей и погребенных горизонтов почв). В начальной фазе формирования водоносного горизонта происходит увлажнение и насыщение грунтов в верхней части зоны аэрации, что является причиной подтопления сооружений ^%*под-всшснными'’ подземными водами в отдельных точках территории. В средней фазе формирования горизонта наблюдается движение воды одновременно снизу вверх (к поверхности земли) и сверху вниз (к нижнему водо-упору). Это обусловливает нередко формирование куполов подтопления при отсутствии общепринятой поверхности подземных вод в пределах района (рисЛ,б). На заключительной фазе формирования техногенного водоносного горизонта наблюдается направленный подъем уровня подземных вод, приводящий к повсеместному подтоплению площадки (района).

Вышеприведенную динамику формирования техногенного водоносного горизонта необходимо иметь в виду при проектировании и выполнении гидрогеологических изысканий для обоснования расчетной схемы, при составлении которой требуется определить направление потока подземных вод, его мерность, характер протекания процесса и изменение граничных условий во времени.

1.10.    Увлажнение и замачивание грунтов обратных засыпок, планировочных подсыпок по периметру фундаментов, подвалов зданий и сооружений, что приводит к их подтоплению, а на отдельных участках к заболачиванию поверхности, обычно наблюдается на застроенных территориях геолого-литологический разрез которых представлен (сверху вниз):

слой 1 - суглинки, супеси покровные мощностью до 3 - 5 м; слой 2    -    глины    (хвалынекие, майкопские), суглинки плотные

(мореные и др.) с коэффициентами фильтрации менее 0,1 м/сут.

На этих территориях в естественных условиях, особенно в гидрогеологических зонах умеренного и недостаточною питания, подземные воды в слое 1, как правило, отсутствуют. Только иногда могут наблюдаться подземные воды спорадического распространения в периоды интенсивной инфильтрации атмосферных осадков. Нижележащие практически непроницаемые грунты (слой 2) не содержат гравитационную воду и являются верхними местными или региональными водоупорами нижележащих водоносных горизонтов.

Подтопление в таких условиях объясняется действием техногенйых факторов, а его специфика заключается в локальном развитии процесса, когда техногенный водоносный горизонт и общепринятая свободная поверхность подземных вод отсутствуют. Поэтому прогнозирование изменения УГВ не имеет смысла, а неизбежный факт подтопления необходимо учитывать при строительстве, используя метод аналогий, заранее проектируя комплекс защитных мероприятий локального плана.

1.11.    Развитие подтопления на городских территориях (подъем уровня грунтовых вод и увеличение влажности грунтов) обусловливает:

затопление заглубленных частей зданий и сооружений, подземных сооружений и коммуникаций;

изменение прочностных и деформационных свойств грунтов; изменение химического состава подземных и поверхностных вод; активизацию или возникновение инженерно-геологических процессов и явлений;

повышение сейсмичности территорий.

Это влечет за собой целый ряд негативных последствий как экономического (затраты средств и времени на ликвидацию подтопления), так и социального плана. Отсюда возникают проблемы обеспечения нормального функционирования городской территории, рационального использования и охраны геологической среды, т.к. искусственное нарушение любою компонента вызывает ее изменение, выражающееся в развитии геологических, физико-химических и биохимических процессов протекающих с различной скоростью в зависимости от конкретной ситуации.

7

1.12. В соответствии с требованиями основных нормативных документов по инженерным изысканиям одной из главных задач инженерных изысканий является комплексное изучение природных условий строительства и составление прогнозов изменений окружающей природной среды (в частности оценка гидрогеологических условий и прогноз их изменения) под воздействием строительства и эксплуатации предприятий, зданий и сооружений для обоснования проектов комплексных защитных мероприятий по предупреждению и ликвидации неблагоприятных последствий воздействия строительной практики человека на окружающую среду.

1.13. Оценку гидрогеологических условий городских территорий, применительно к решению проблемы подтопления, следует рассматривать как основу установления возможного факта изменения уровенного режима грунтовых вод и выявления характера направленности его развития. Под оценкой гидрогеологических условий понимается схематизация природных условий, техногенных режимообразующих факторов и установление их функциональной надежности.

Схематизация в обобщенном виде заканчивается составлением расчетной геофильтрационной схемы. Эта схема с определенной степенью точности и надежности дает представление о форме и размерах исследуемой области фильтрации; ее климатических, орогидрографических, геоморфологических, геологических и гидрогеологических особенностях; характере застройки и инженерной подготовки территории; о гидродинамике потока, его расчетных фильтрационных характеристиках, внутренних и внешних граничных условиях.

Г. 14. Прогноз изменения гидрогеологических условий - экстраполяция во времени и (или) пространстве изменений гидрогеологических условий района.

При исследовании процесса подтопления на городских территориях следует выполнять два вида прогнозов - календарный и вероятностный.

Основной задачей прогноза подъема УГВ при подтоплении является оценка максимального подъема УГВ под действием техногенных факторов на период строительства и на предполагаемый период эксплуатации зданий, сооружений с учетом сезонных и многолетних колебаний УГВ.

Время эксплуатации определяется исходя из типа и сроков застройки в пределах выбранной площадки (например, предусматривается застройка части площадки, другая часть будет застраиваться позже); существующей застройки вокруг выбранной площадки и намечаемой в перспективе застройки (например в соответствии с генеральным планом). Учет динамики застройки при прогнозных проработках изменения УГВ имеет важное значение, т.к. дополнительное строительство может изменить принятые граничные условия и существенно повлиять на режим грунтовых вод в пределах выбранной площадки. Степень вероятности (% обеспеченности) прогнозного уровня должна определяться совместно проектирующей и изыскательской организациями в каждом конкретном случае с учетом существующих внутренних и внешних граничных условий и возможного их изменения.

Результат прогноза должен представляться в виде карт прогнозных УГВ, формирующихся под действием всех режимообразующих факторов, и карт прогнозных уровней с выбранной степенью обеспеченности влияния каждого из основных режимообразующих факторов. В случае, если уро-венный режим грунтовых вод в годовом разрезе характеризуется значительными сезонными колебаниями уровня, то кроме вышеназванных карт следует составлять карты прогнозных уровней на характерные периоды времени. Такие данные являются основанием для выбора проектировщиками расчетных УГВ.

1.15. Основным вариантом календарного прогноза является учет всех составляющих водного баланса вероятностью Р-50%. Прогноз выполняется до наступления стабилизации прогнозного уровня грунтовых вод. Необходимо рассматривать также вариант с учетом максимальных значений основных природных и техногенных режимообразуюших факторов - атмосферные осадки, сток или инфильтрация принимается вероятностью Я» 1% (максимальные), испарение - вероятностью 99% (минимальные). По

времени максимальные условия накладываются на год, когда наступает стабилизация прогнозного уровня.

1.16.    Вероятностный прогноз основывается на многолетних наблюдениях за подземными водами на постоянно действующей режимной сети станций Мингео СССР, Минводхоза СССР. Здесь путем обработки наблюдений методами математической статистики вычисляют уровни вероятностью один раз в 10, 25, 50 и более лет. При этом проявление гидрогеологической характеристики данной вероятности не связано с календарными датами и может проявиться в любой год.

1.17.    Под расчетными уровнями следует понимать прогнозные уровни, выбираемые проектировщиками для расчета проектов водопонижения на период строительства и комплекса защитных мероприятий против подтопления на период эксплуатации застроенной территории. Расчетные уровни могут приниматься в целом для площадки (района) строительства и для отдельных зданий, сооружений в зависимости как от экономических показателей прорабатываемых различных вариантов капитального строительства и комплекса защитных сооружений, так и от необходимости нормального функционирования всей застраиваемой и уже застроенной территории:

1.18.    Прогноз уровенного режима грунтовых вод необходимо выполнять для территории всего города или его районов в пределах естественных и искусственных гидродинамических границ первого от поверхности водоносного горизонта с учетом перспективного освоения территории [65, 78]. В таком случае отпадает необходимость выполнять гидрогеологические прогнозы для отдельных площадок (здание, сооружение, микрорайон, промышленные площадки). Это положение обусловливает проведение инженерно-гидрогеологических изысканий для решения основных задач: определения расчетных гидрогеологических параметров водовмещаюших пород и грунтов зоны аэрации, изучения уровенного режима подземных и поверхностных вод, оценки взаимосвязи грунтовых вод с подземными водами нижележащих водоносных горизонтов и поверхностными водами количественной оценки балансовые составляющих питания и разгрузки грунтовых вод.

1.19.    Приходные и расходные статьи баланса грунтовых вод являются результирующими общего водного баланса городской территории. Они должны рассчитывать для трех ярусов: поверхности городской территории, зоны аэрации и поверхности грунтовых вод (табл. 1).

Основные естественные и техногенные факторы, определяющие приходные и расходные статьи общего водного баланса городской территории приведены в общем классификаторе процесса подтопления (табл. 2).

1.20.    Составляющие баланса от действия разнообразных техногенных факторов в условиях городской застройки мало изучены, т.к. нет городов, где комплексная режимная сеть построена и постоянно функционирует.

При проектировании и выполнении комплексных гидрогеологических изысканий для прогноза подтопления и обоснования проекта защитных мероприятий следует исходить из особенностей застройки городской территории, оказывающей существенное влияние на баланс грунтовых вод. jth особенности обосновывают выбор балансовых площадок и методики исследований по оценке составляющих баланса в пределах границ городской территории (принимаются в соответствии с генеральным планом) выделяя основные зоны застройки.

Первая - зона завершенной застройки (возможно строительство только отдельных зданий, сооружений). Техно генный тип режима грунтовых вод установившийся или наблюдаются определенные закономерности в подъеме (снижении) уровня.

Вторая - районы старой застройки. Генеральным планом предусматривается реконструкция застройки или ее снос и новое строительство. Режим грунтовых вод аналогичен режиму первой зоны. По окончанию реконструкции или нового строительства произойдет изменение уровенного режима грунтовых вод в связи с изменением приходных и расходных составляющих баланса под действием новых техногенных факторов. Для

9