Современное обводнение территории г. Якутска

НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ, 2009, №4

УДК 624.131.4

Современное обводнение территории г. Якутска*

М.М. Шац, СИ. Сериков

Охарактеризована динамика обводнения территории г. Якутска и его состояние на 2006 г. Дистанционными методами исследований установлена существенная обводненность и заболоченность, выявлена четкая тенденция ухудшения гидрологической обстановки территории города. Предложены рекомендации по стабилизации геоэкологической обстановки.

Ключевые слова: обводнение поверхности города, многолетнее промерзание грунтов, геокриологические условия.

The present geoecological condition of the Yakutsk area is defined. The essential water encroachment and bog formation is installed through remote methods, also the clear trend of hydrological condition deterioration is revealed for the Yakutsk area. Besides, the recommendation for stabilization of geoecological situations in territory is designed.

Key words: flooding of dty territory, long-term freezing of soils, geocryological conditions.

Современные геоэкологические проблемы одного из самых крупных городов на российском Севере - г. Якутска в конце прошлого века являлись предметом разнообразных тематических исследований [1-6].

Установлено, что северные селитебные территории в настоящее время являются сосредоточением различных геоэкологических проблем. В их пределах все компоненты природной среды - атмосфера, гидросфера и литосфера подвергаются интенсивному комплексному воздействию и обычно отчетливо и негативно преобразуются. В результате сложилась современная ситуация, когда именно северные селитебные центры (Якутский, Воркутинский, Норильский и Магаданский) стали очагами масштабного негативного преобразования природной среды.

Город Якутск расположен в области развития сплошных многолетнемерзлых пород (ММП). Наличие в основании всех объектов городской инфраструктуры, очень неустойчивых к внешнему воздействию ММП, существенно усложняет геоэкологическую ситуацию. При антропогенном воздействии на поверхностные компоненты природной среды и верхние горизонты криолитозоны (микро- и мезорельеф, почвенно-растительный

ШАЦ Марк Михайлович - к.г.н., в.н.с. ИМЗ СО РАН, shatz@mpi.ysn.ru; СЕРИКОВ Сергей Иванович - н.с. ИМЗ СО РАН, grampus@mpi.ysn.ru.

* В статье использованы фото С.И. Серикова.

покров, поверхностные и грунтовые воды и т.д.) значительно меняются морфология мерзлых толщ, их свойства и т.д. Следствием этого является усложнение условий строительства и эксплуатации большинства объектов городской инфраструктуры. Поэтому в последние десятилетия для большинства северных населенных пунктов характерна очевидная тенденция изменения природной среды - от сравнительного благополучия на начальных этапах освоения до современного предкризисного, а чаще кризисного состояния.

Одной из основных проблем, как показали результаты исследований авторов, является обводнение территории г. Якутска, рост которого за последнее время принял чрезвычайный характер. Результаты изучения этой, одной из наиболее показательных геоэкологических характеристик города - обводнение его поверхности, весьма примечательны.

Сравнительный анализ разновременных и разноплановых материалов (результатов фактических наблюдений, дистанционных снимков и т.д.) позволил составить серию тематических карт обводнения поверхности города по состоянию на 1971, 1989, 1996 гг. и новой на 2006 г. и отметить следующее.

Общая тенденция роста обводнения поверхности, хотя и с разными темпами и интенсивностью, происходит во всех частях города. За период с 1971 по 1996 г. максимальный рост обводнения поверхности зафиксирован в северных и южных

районах Якутска, где составил соответственно 76 и 71%. В то же время рост обводнения центральной части города, судя по материалам дистанционных съемок, возрос меньше. Предполагаем, что это связано с покрытием большей части центра асфальтом, скрывающим участки переувлажненных грунтов от непосредственных наблюдений. Для их выявления требуются рытье шурфов, канав и даже бурение скважин. На эти немалые затраты все равно придется пойти, т.к. переувлажнение грунтов в короткий срок приведет к резкой активизации пучения и разрушению дорог, нарушению устойчивого состояния опор ЛЭП, оснований зданий и т.д.

Обращают на себя внимание чрезвычайно высокие темпы роста обводнения в отдельных районах северной (аэропорт, Хатынг-Юрях, ГРЭС и т.п.) и южной (ДСК) частей города. В целом за 25-летний период максимально высокие темпы обводнения зафиксированы в районе аэропорта -2300% и в районе Хатынг-Юрях - 1600%.

Анализ факторов возникновения подобной, по сути чрезвычайной ситуации, позволяет сгруппировать их следующим образом [6].

Первая группа включает факторы, связанные с геоморфологическим расположением города на ровных поверхностях низких пойменных террас р. Лены, сложенных супесями и суглинками. Это обуславливает слабый сток дождевых и талых снеговых вод и застойный режим большинства водоемов, а также широкое развитие старичных образований.

Вторая группа факторов связана с техногенными нарушениями условий стока поверхностных вод с городской территории и включает:

- нарушение естественного режима поверхностных и надмерзлотных вод при гражданском и промышленном строительстве;

- отсутствие вертикальной планировки местности;

- нарушение технологий при транспортном и иных видах строительства;

- увеличение глубины сезонно-талого слоя и как следствие образование просадок грунта с изменением микрорельефа

Анализ баланса влаги в районе г.Якутска свидетельствует о том, что ее потенциальный расход на испарение здесь значительно превосходит количество выпадающих атмосферных осадков. Следовательно, естественные условия территории в целом не благоприятствуют возрастанию обводнения поверхности [3]. В то же время на урбанизированных территориях водный баланс под

воздействием комплекса техногенных факторов существенно отличается от естественных площадей. При этом за счет утечек воды из коммуникаций (систем тепло- и водоснабжения, канализации) приходная часть баланса резко возрастает.

В г. Якутске, учитывая значительную протяженность коммуникаций и их крайне запущенное состояние, объемы утечек огромны и достигают в отдельные годы многие тысячи кубических метров [2]. В результате этого происходит не только переувлажнение грунтов, но и возникают новые водоемы-болота, часто значительных размеров. Особенно активизировался этот процесс с шестидесятых годов прошлого века, вскоре после начала массового строительства каменных благоустроенных зданий, когда в городе резко возрос объем утечек из систем канализации, септиков и т.д.

Технические и бытовые стоки поступают в грунты, повышая уровни и минерализацию над-мерзлотных вод. Это приводит к уменьшению несущей способности оснований зданий и сооружений, вызывая их деформации, а порой и частичное разрушение [4].

По данным инспекции мерзлотного надзора города в 2000 г., 311 домов признаны аварийными. В последнее время даже обсуждается вопрос о сносе многих домов по проспекту Ленина, эксплуатирующихся не лучшим образом и пришедших в аварийное состояние (дома 7, 14, 23, 27, 34, 46).

Основными причинами неудовлетворительного технического состояния зданий в каменном и крупнопанельном исполнении являются применение некачественных строительных материалов, нарушение правил строительства и эксплуатации, отсутствие надлежащей вертикальной планировки возле зданий, в кварталах, микрорайонах, отсутствие системы ливневой канализации как в пределах квартальной застройки, так и города в целом. В силу данных причин происходит засоление и обводнение застроенной территории города, что приводит к неравномерным деформациям грунтов оснований фундаментов. Вследствие постоянных утечек минерализованных агрессивных сточных вод из систем канализации и тепловодо-снабжения зданий происходят деградация ММП и разрушение железобетонных несущих конструкций фундаментов.

В последние годы ситуация еще более усугубилась. Об этом свидетельствуют публикации [2-8], наши наблюдения, а главное, многочисленные случаи серьезных и катастрофических деформаций зданий (пр. Ленина, 12, 23, 46; Кирова, 13 и т.д.).

В настоящее время появилась возможность с

Рис. 1. Карта обводнения северной части г. Якутска (11.09.2006). Черным цветом показано распространение поверхностных водоемов

Участок городского канала в 2009 г.

Неработающие лотки ливневой канализации на окраине г.Якутска.

Неработающие лотки ливневой канализации в центре г.Якутска.

помощью географического браузера Google Earth использовать дистанционные снимки последних лет для оценки геоэкологической обстановки городской территории и её динамики. По этим материалам нами была составлена новая карта обводнения территории города по состоянию на 11 сентября 2006 г. Её фрагмент приведен на рис.1. Анализ карты свидетельствует о том, что происходит дальнейшее и весьма активное ухудшение геоэкологической обстановки. Установлено, что зафиксированные ранее разрозненные очаги обводнения, окаймленные полосами избыточно увлажненных грунтов, превратились в обширные водоемы застойного типа, находящиеся на разных гипсометрических уровнях. Наиболее отчетливо это происходит на пониженных участках выполо-женных частей поверхности.

В результате интенсивного обводнения территории г.Якутска произошло ухудшение инженерно-геологических свойств грунтов, в том числе их засоление, формирование криопэгов, активизация опасных экзогенных и геохимических процессов. Все это негативно влияет на несущие способности оснований зданий и сооружений и приводит к их значительным деформациям, а в отдельных случаях и к обрушению.

Нельзя утверждать, что для исправления ситуации ничего не делается. Однако широко разрекламированная идея решения проблемы путем создания городского магистрального канала в принципе здравая, но в реализуемом варианте пагубная [3]. Не вдаваясь в подробности этого, кстати, не прошедшего экологической экспертизы

проекта, отметим, что были отклонены все наработанные учеными и практиками предложения, в том числе предложенная еще в середине девяностых годов прошлого века «Концепция инженерной защиты г.Якутска от подтопления и развития негативных криогенных процессов» (1995).

В результате канал был проложен в поверхностном варианте, что в условиях нашего города проблему не решает. Более того, уже на начальном этапе строительства этого сооружения нередки случаи, когда для поддержания его проточности в оз. Сергелях и Сайсары закачивались огромные объемы воды, тем самым еще более усугубляя ситуацию. Непонятно для чего возводятся такие дорогостоящие сооружения, которые не только не решают проблему, но и при упомянутых выше ситуациях усугубляют её.

Многолетние наблюдения за созданием ливневой канализации свидетельствуют о том, что при этом абсолютно не учитываются естественные уклоны поверхности. Нередки случаи, когда эти уклоны не соответствуют общей направленности движения воды и водоотводные лотки по-существу не работают.

Еще одной серьезной ошибкой, по нашему мнению, является решение администрации города исправить обстановку в основном путем укрепительных работ. Не исключая их проведения, как элемента комплексной программы, считаем, что без системы мероприятий по борьбе с обводнением и заболачиванием поверхности, как основной причины надвигающейся катастрофы, затея обречена на провал.

Число находящихся в аварийной ситуации и требующих немедленного внимания зданий растет, а средств на их приведение в устойчивое состояние не хватает.

Пока же единственным широко применяемым и даже рекомендуемым основным градостроительным документом - Генеральным планом развития Якутска методом борьбы с подтоплением является подсыпка привозным грунтом. Примерный объем материалов для подсыпки, завезённых на территорию г. Якутска за последние 50 лет, приведен в таблице.

По ориентировочным расчётам на территорию г. Якутска было завезено около 80 млн. м3 различного грунта, что при равномерном распределении по всей селитебной территории «подняло» город почти на 1,5 м. Так как привозным грунтом в основном отсыпаются пониженные участки, а это, как правило, фрагменты старичных образований, то происходит перераспределение движения поверхностных и грунтовых вод. При этом сфор-

Тип, источники и объем материалов подсыпок территории г. Якутска

Материал и источник подсыпки Объём, м3

Горный песок Кангаласский угольный разрез (1 карьер) 5000000

Горный песок Кильдямский (1 карьер) 3600000

Горный песок Хатынг-Юрях (1 карьер) 34000000

ПГС Даркылах, Жатай (3 карьера) 30000000

Речной песок Даркылах (3 карьера) 53000

Речной песок 202 квартал (1 карьер) 825000

Горный песок Намцырский (1 карьер) 3600000

Горный песок Маганская терраса (7 карьеров) 256800

Горный песок Молотовская падь (8 карьеров) 274000

Речной песок Пригородный (1 карьер) 78000

Горный песок Владимировка в/ч (1 карьер) 25000

Строительный мусор 200000

Гравий, щебень 50000

Асфальт 500000

Отходы котельных (шлак, керамзит, неиспользованный уголь) 50000

Отходы древесины (лес, щепа, опилки) 50000

Бетон 50000

Твердые бытовые отходы 1000000

Металлолом (Вторчермет) 50000

Разное (земля, органические удобрения и другие компоненты, завезённые на территорию города) 300000

79965000

мировались обширные участки с избыточным переувлажнением, перешедшем со временем в стадию заболачивания. Считаем, что подсыпки в проводимом неконтролируемом виде - безусловно вредное действие, осуществляемое в городе в огромных масштабах и в течение длительного периода без всякого учета общей планировки конкретных площадок, их отметок и создаваемых уклонов для направленного стока поверхностных и надмерзлотных вод.

Характерным примером служат кварталы частных застроек, таких как Залог (рис.2), Сай-сары, где бессистемные внутридворовые отсыпки привели к заполнению поверхностными водами всех пониженных уличных участков.

При этом образуется сеть больших водоемов,

Рис.2. Техногенные водоемы в заложной части г. Якутска

разрушающих дорожное полотно. Обустроенная ливневая канализация на таких участках не только не выполняет своего назначения, но и порой препятствует нормальному стоку поверхностных и надмерзлотных вод.

Разработка системы мероприятий по стабилизации существующей, по сути близкой к катастрофической геоэкологической ситуации - безусловно дело специалистов различных направлений. В то же время считаем необходимым предложить несколько общих рекомендаций:

- разработать комплексную программу по улучшению эколого-геокриологической обстановки города и начать её реализацию;

- создать на территории г. Якутска систему вертикальной планировки с ливневой канализацией и элементами эффективного дренирования надмерзлотного стока;

- восстановить нормальную проточность системы естественных и искусственных водоемов и водотоков города;

- создать городскую и поквартальную искусственные системы сбора и дренажа атмосферных, поверхностных и надмерзлотных вод и их отвода в магистральные пути разгрузки на основе перекачивающих станций;

- активизировать деятельность по водоотве-дению в наиболее проблемных кварталах и распространить ее на всю территорию города;

- усовершенствовать технологию соответствующих производств и повысить надежность магистральных и внутриквартальных водонесу-щих коммуникаций с целью уменьшения попадания на поверхность жидких стоков;

- усилить контроль и ужесточить штрафные санкции за несвоевременное выявление аварийных утечек из систем канализации, тепло- и водоснабжения и их устранение.

Литература

1. Макаров В.Н., Шац М.М. Комплексный дистанционный и геохимический мониторинг проблемных и экстремальных экологических ситуаций Якутска // Материалы научно-практической конференции «Якутск - столица северной республики: глобальные проблемы градосферы и пути их решения». - Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1997. - Ч. II. - С.39-47.

2. Григорьев М.Н., Курчатова А.Н., Аносова Л.П. и др. Контроль состояния геотехнической системы Якутска на основе мерзлотно-геоморфологической систематизации // Там же. - С.31-39.

3. Шепелев В.В., Шац М.М. Геоэкологические проблемы обводнения и подтопления территории г.Якутска // Наука и образование. - 2000. - № 3. - С. 68-71.

4. Алексеева О.И., БалобаевВ.Т., ГригорьевМ.Н. и др. О проблемах градостроительства в криолитозоне (на примере г.Якутска) // Криосфера Земли. - 2007. -№2. - С.76-83.

5. Шац М.М., Сериков С.И, Урбан А.А. Современные геоэкологические условия района аэропорта «Туймада» // Наука и образование. - 2008. - №4. -С.49-52.

6. Шац М.М. Экологические проблемы северных городов (на примере г.Якутска) // Экология и жизнь. -М., 2008 - №12. - С.64-69.

7. Шац М.М. Дистанционные эколого-геокрио-логические исследования. - Якутск, 1997. - 78 с.

8. Шац М.М., Соловьев В.С. Дистанционный мониторинг геоэкологической обстановки Севера: учебное пособие. - Якутск: Изд-во ИМЗ СО РАН, 2002. - 63 с.