О мониторинге подтопления территорий городов и сельских поселений на примере пятиэтажного кирпичного здания

3. Коцур, Е.В. Эколого-хозяйственное зонирование агроландшафтов Павлоградского района Омской области / Е.В. Коцур, В.Н. Веселова // Ом. науч. вестн. - ОмГТУ, декабрь, 2015. - С. 186-190.

4. Капустянчик, С.Ю. Мониторинг сельскохозяйственных земель с использованием электронной картографии / С.Ю. Капустянчик, Н.И. Добротворская // ИНТЕРЭКСПО ГЕО-СИБИРЬ. - 2015. - Т. 4, № 2. -С. 211-215.

5. Кулик, К.Н. Использование ГИС-технологий при оценке антропогенной нагрузки на агроландшафты волгоградского Заволжья / К.Н. Кулик, Н.А. Ткаченко, А.В. Кошелев // Изв. Оренбург. гос. аграр. ун-та. -Оренбург, 2015. - № 2 (52). - С. 161-163.

Коцур Елена Вильевна, старший преподаватель кафедры землеустройства, Омский ГАУ, ivladimir@mail.ru; Веселова Марина Николаевна, кандидат с.-х. наук, доцент, Омский ГАУ.

3. Kotsur, E.V. Ecology-economic zoning of agrolandscape of Pavlograd district of the Omsk region / E.V. Kotsur, M.N. Veselova // Omsk. scientific vestn. -December, 2015. - P. 186-190.

4. Kapustyanchic, S.Yu. Monitoring of agricultural land using electronic mapping / S.Yu. Kapustyanchic, N.I. Dobrotvorskaya // Interexpo GEO-SIBIR. - 2015. -№ 2 (Tom 4). - P. 211-215.

5. Kulik, K.N. Usage of GIS-technology during the assessment of anthropological loading on agrolandscapes of Volgogradsky Zavolzhjya / K.N. Kulik, N.A. Tkachenko, A.V. Koshelev // Izv. of the Orenburgsky State Agrarian University. - Orenburg, 2015. -№ 2 (52). - P. 161-163.

Kotsur Elena Vilevna, Senior Lecturer; kivladi-mir@mail.ru, Veselova Marina Nikolaevna, Candidate of Agricultural Sciences, Docent Professor, OmSAU.

Статья поступила в редакцию 21 февраля 2016 г.

УДК 69.034.96 ГРНТИ 37.27.29

В.И. Сологаев, О.А. Парфентьев

О МОНИТОРИНГЕ ПОДТОПЛЕНИЯ ТЕРРИТОРИЙ ГОРОДОВ И СЕЛЬСКИХ ПОСЕЛЕНИЙ НА ПРИМЕРЕ ПЯТИЭТАЖНОГО КИРПИЧНОГО ЗДАНИЯ

Предметом рассмотрения стало подтопление подземными водами пятиэтажного кирпичного здания и прилегающей территории. Проведены инженерно-геологические и инженерно-геофизические изыскания, обмерные работы и обследования. По результатам измерений уровня грунтовых вод и мощности водоносного горизонта составлены карты гидроизогипс и изопахит мощности первого от поверхности водоносного горизонта, на которых отражено направление движения грунтовых вод. Предложен новый термин «изопахиты», под которым понимается мощность водонасыщенного слоя техногенного водоносного горизонта, формирующегося на территории города или сельского поселения в условиях подтопления подземными водами. Предложена методика мониторинга для решения проблемы подтопления, предусматривающая составление системы из двух уравнений с двумя неизвестными k и ¿и. Решая полученную систему, можно найти искомые фильтрационные параметры. Их достоверно полученные величины позволят обоснованно запроектировать защитный дренаж.

Ключевые слова: подтопление, мониторинг, город, село, изыскания, бурение, дренаж, коэффициент фильтрации, коэффициента недостатка насыщения грунта.

V.I. Sologaev, O.A. Parfentyev

ON THE MONITORING OF UNDERFLOODING OF CITIES AND RURAL SETTLEMENTS ON THE EXAMPLE OF A FIVE-FLOOR BRICK BUILDING

Flooding by underground waters of a five-floor brick building and the adjacent territory became a subject for consideration. Engineering-geological and engineering and geophysical researches, measurement works and inspections were carried out. Using the results of measurements of level of ground waters and magnitude of water body maps of hydroisobaths and isopachytes of the magnitudes of the first and the second water bodies were

© СологаевВ.И., Парфентьев О.А., 2016

made, which reflected the direction of the movement of ground waters. The new term "isopachytes" was proposed which denotes the magnitude of water-saturated layer of the technogenic water body formed in the territory of a city or a rural settlement under the conditions of flooding by underground waters. The monitoring technique for a solution of the problem of flooding providing drawing up a system of two equations with two unknown quantities of k and ¡i was offered. Solving the said system it is possible to find required filtration parameters. Their accurately calculated quantities will allow to design a protective drainage reasonably.

Keywords: underflooding, monitoring, town, village, exploration, drilling, drainage, filtration coefficient, ground water-saturation deficiency coefficient.

Введение

В настоящее время подтопление подземными водами зданий, сооружений и строительных площадок является актуальной проблемой, требующей решения. Влияние подземных вод может оказаться разрушительным [1]. Необходимо перед началом строительства производить тщательные инженерные изыскания, а после вести мониторинг состояния объекта с контролем процесса подтопления и его неблагоприятных последствий. В представленной работе рассмотрен научно-практический подход к решению проблемы подтопления городов и сельских поселений.

Объекты и методы

В 2015 г. подразделениями ООО «Строймонтажпроект» были произведены исследовательские работы - мониторинг подтопления подземными водами объекта «Пятиэтажное кирпичное здание, корпус № 3». Рассматриваемое здание (рис. 1) в плане представляет собой два прямоугольника размером 58,4 х 15 и 42,25 х 15 м со смещением относительно друг друга на 8,5 м, общая высота 13,56 м. В техническом задании были определены следующие задачи:

- поиск и локализация источников подтопления корпуса № 3;

- определение направления движения грунтовых вод;

- изучение геологического строения и состояния грунтового массива под зданием и на окружающей территории.

- обнаружение и локализация возможных объектов техногенного происхождения, оказывающих влияние на гидрогеологический режим рассматриваемого участка;

- получение информации о состоянии фундаментов здания и мест инфильтрации вод через фундаменты;

- разработка рекомендаций по стабилизации грунтового массива под зданием и принятие последующих проектных и технических решений для защиты сооружения.

Для решения поставленных задач были проанализированы материалы ранее выполненных работ, проведены инженерно-геологические, инженерно-геофизические изыскания, обмер-но-обследовательские работы и предложены способы решения проблемы подтопления.

Результаты исследований

В ходе инженерно-геологических изысканий на рассматриваемом объекте были пробурены 10 скважин глубиной по 4 м. При бурении производились опробование подземных вод и отбор образцов грунтов ненарушенного и нарушенного сложения. Планово-высотная привязка скважин выполнена инструментально. Местоположение скважин указано на карте фактического материала в масштабе 1 : 500 (рис. 1).

Лабораторные исследования грунтов и подземных вод выполнены в лаборатории ООО «СибИзыскания» с целью определения физико-механических характеристик грунтов, химического состава вод и грунтов для установления их агрессивности по отношению к материалам строительных конструкций.

При камеральной обработке:

- составлена карта фактического материала в масштабе 1 : 500 (рис. 2);

- построены поперечные инженерно-геологические разрезы в горизонтальном масштабе 1 : 100, в вертикальном масштабе 1 : 500;

- подготовлен технический отчет, в котором обобщены результаты инженерно-геологических изысканий и даны необходимые выводы и рекомендации.

Рис. 1. Фрагмент плана здания с прилегающей территорией

Рис. 2. Фрагмент карты фактического материала

Поверхность участка относительно ровная и характеризуется абсолютными отметками (по устьям выработок) 94,41-96,41 м. В геологическом строении территории (исследуемая глубина до 4 м) принимают участие четвертичные неоплейстоценовые отложения, представленные покровными эллювиально-делювиальными (edQШ) туго-мягкопластичными суглинками

(инженерно-геологические элементы ИГЭ 1 и 2), ниже которых залегают неогеновые отложения павлодарской свиты, представленные полутвердыми глинами.

С поверхности природные отложения повсеместно перекрыты насыпными грунтами мощностью от 0,7 до 1,3 м.

В разрезе площадки исследований согласно ГОСТ 20522-2012 выделено 3 инженерно-геологических элемента (ИГЭ) и 1 слой.

Слой 1 ^н). Насыпной грунт - суглинок, смешанный с почвенно-растительным слоем, с включением гравия и строительного мусора до 5%; встречен повсеместно с поверхности мощностью от 0,7 до 1,3 м.

ИГЭ 1 (edQш). Суглинок буро-желтый мягкопластичный; встречен повсеместно мощностью от 0,6 до 1,6 м.

ИГЭ 2 (edQш). Суглинок бурый тугопластичный; встречен неповсеместно мощностью от 0,5 до 1,5 м.

ИГЭ 3 (Ш-2ру). Глина серо-бурая полутвёрдая; встречена в основании разреза вскрытой мощностью от 0,8 до 2,2 м.

Подземные воды типа поровых (безнапорных) в период изысканий в октябре 2015 г. вскрыты на глубине 1,1-2,3 м от поверхности земли, на абсолютных отметках от 92,22 до 95,11 м. Тип режима подземных вод - террасовый, способ питания - инфильтрационный, в связи с чем уровень подземных вод (УПВ) подвержен сезонным и годовым колебаниям. В месте отсутствия подземных вод (скважина № 13), в первом от поверхности водоносном горизонте (типа поро-вых безнапорных), ввиду близкого залегания относительно водоупорных полутвердых глин (ИГЭ 3) во влагообильные периоды года возможно формирование подземных вод временного характера (типа верховодка).

По многолетним наблюдениям, в аналогичных условиях максимальный уровень подземных вод отмечается в мае, минимальный - в сентябре. Средняя годовая амплитуда колебания 1,2 м. Показатели [2] для определения степени агрессивности подземных вод и грунтов по отношению к конструкциям из бетона, арматуре железобетона, углеродистой стали в соответствии с СП 28.13330.2010 приведены в таблице.

Вода, отобранная в подвале корпуса, отличается по химическому составу от грунтовой воды, отобранной вблизи здания корпуса. Содержание сульфатов ^042-) и гидрокарбонатов (НС03) в воде под зданием 560 мг/л и 195 мг/л соответственно. В образцах грунтовой воды

концентрации сульфатов и гидрокарбонатов соответственно 1869-2415 и 757781 мг/л. Это различие химических концентраций свидетельствует о том, что вода, отобранная в подвале, имеет техногенное происхождение. Она, вероятно, образовалась вследствие утечек из внутренних инженерных сетей водопровода, канализации и отопления.

По результатам измерений уровня грунтовых вод и мощности водоносного горизонта составлены карты гидроизогипс и изопахит мощности первого от поверхности водоносного горизонта, на которых также отражено направление движения грунтовых вод (рис. 2). Нетрудно заметить, что здание подвержено самоподтоплению. Вокруг него образовался купол грунтовых вод, который расползается по территории в северном направлении. Подземная часть здания стоит на пути естественного стока, в результате чего нарушен гидрогеологический режим территории, о чем свидетельствует неравномерное распределение мощности водоносного горизонта, наличие участков повышенного уровня грунтовых вод. По результатам расчетов скорость грунтового потока в среднем составляет 0,0049 м/сут. Коэффициент фильтрации грунтов принят по данным откачек, проведенных трестом инженерно-строительных изысканий ОАО «ОмскТИСИЗ» k = 0,2 м/сут.

Согласно требованиям СП 11-105-97, в качестве опасных геологических и инженерно-геологических процессов на исследуемой территории отмечено подтопление территории

Показатели агрессивности подземных вод

Местонахождение Содержание сульфатов в пересчете на 804, мг/кг грунта Содержание гидрокарбонатов нсо3, мг/кг грунта

Под зданием 560 195

Вне здания 1869-2415 757-781

подземными водами, а также пучение грунтов. Уровень подземных вод в период максимума следует ожидать на глубине от 0,3 до 1,5 м, на абсолютных отметках от 93,02 до 95,91м.

По наличию процесса подтопления, условиям и времени развития процесса данная территория относится к постоянно подтопленной в техногенных условиях. Зданию необходим защитный дренаж.

В условиях мониторинга развития неблагоприятного процесса подтопления в целях уменьшения затрат рекомендуется дополнительно использовать косвенные методы уточнения фильтрационных характеристик грунтов оснований. Для этого необходимо применить методологию теории фильтрации.

При плоскопараллельном в плане движении купола подземных вод величины двух характеристик - коэффициента фильтрации k (м/сут) и коэффициента недостатка насыщения грунта / - можно определить с помощью двух замеров длины зоны распространения подтопления L по формуле П.Я. Полубариновой-Кочиной [3, 4]:

L = 1,62 • ^ • Н • ¿//)1/2,

где Н - постоянный напор в источнике подтопления, м; t - время подтопления, сут.

В случае радиального в плане движения купола подземных вод величины двух характеристик - коэффициента фильтрации k (м/сут) и коэффициента недостатка насыщения грунта / - можно определить с помощью двух замеров радиуса зоны распространения подтопления R по формуле В.И. Сологаева [5]:

R = г • {1 + [1,51 - 0,046 • 1п

где г - радиус источника подтопления; остальные величины в формуле (2) те же, что в формуле (1).

Выбор формулы с целью получения фильтрационных характеристик подтапливаемой территории - коэффициента фильтрации k (м/сут) и коэффициента недостатка насыщения грунта и - рекомендуется производить новым способом с использованием изопахит, под которыми подразумеваем мощность водонасыщенного слоя. Определение изопахит отличается от традиционного геологического термина [6]. Обычно под изопахитой понимают линии на карте, соединяющие точки с одинаковыми мощностями одновозрастных отложений.

Заключение

Таким образом, предложен новый термин «изопахиты», под которым понимается мощность водонасыщенного слоя техногенного водоносного горизонта, формирующегося на территории города или сельского поселения в условиях подтопления подземными водами. Карты изопахит (рис. 2) более наглядно, в сравнении с традиционными картами гидроизогипс, позволяют определять на территории, защищаемой от подтопления, купола (бугры) подтопления в ходе мониторинга.

Имея в течение двух моментов времени мониторинга два натурных замера зон подтопления L или R, с помощью соответствующей формулы (1) или (2) предлагаем составить систему из двух уравнений с двумя неизвестными k и /. Решая полученную систему, можно найти искомые фильтрационные параметры k и /. Их достоверно полученные величины позволят обоснованно запроектировать защитный дренаж для здания и окружающей территории города или сельского поселения.

Список литературы

1. Природные опасности и общество / под ред.

B.И. Осипова и С.К. Шойгу. - М. : КРУК, 2002. - 248 с.

2. Тейлор, Х. Химия цемента / Х. Тейлор. - М. : Мир, 1996. - 560 с.

3. Полубаринова-Кочина, П.Я. О перемещении языка грунтовых вод при фильтрации из канала / П.Я. Полубаринова-Кочина // Доклады Академии наук СССР. - М. : Изд-во АН СССР, 1952. - Т. 82, № 6. -

C. 853-855.

References

1. Prirodnyie opasnosti i obschestvo / pod red. V.I. Osipova i S.K. Shoygu. - M. : KRUK, 2002. - 248 s.

2. Teylor, H. Himiya tsementa / H. Teylor. - M. : Mir, 1996. - 560 s.

3. Polubarinova-Kochina, P.Ya. O peremeschenii yazyika gruntovyih vod pri filtratsii iz kanala / P.Ya. Polubarinova-Kochina // Dokladyi Akademii nauk SSSR. - M. : Izd-vo AN SSSR, 1952. - T. 82, № 6. -S. 853-855.

4. Полубаринова-Кочина, П.Я. Теория движения грунтовых вод / П.Я. Полубаринова-Кочина. - М. : Наука, 1977. - 664 с.

5. Сологаев, В.И. Фильтрационные расчеты и компьютерное моделирование при защите от подтопления в городском строительстве : монография / В.И. Сологаев. - Омск, 2002. - 416 с.

6. Геологический словарь. Т. 1. - М.: Недра, 1978. - 488 с.

Сологаев Валерий Иванович, доктор техн. наук, профессор, Омский ГАУ, solo-gaev2010@yandex.ru; Парфентьев Олег Александрович, аспирант, Омский ГАУ, parfentyev10@yandex.ru.

4. Polubarinova-Kochina, P.Ya. Teoriya dvizheni-ya gruntovyih vod / P.Ya. Polubarinova-Kochina. - M. : Nauka, 1977. - 664 s.

5. Sologaev, V.I. Filtratsionnyie raschetyi i kompyuternoe modelirovanie pri zaschite ot podtopleniya v gorodskom stroitelstve : monografiya / V.I. Sologaev. -Omsk, 2002. - 416 s.

6. Geologicheskiy slovar. T. 1. - M.: Nedra, 1978. - 488 s.

Sologaev Valery Ivanovich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Omsk SAU, solo-gaev_vi@cdo.sibadi.org; Parfentyev Oleg Aleksandrovich,

Postgraduate Student, Omsk SAU, parfentyev10@yandex.ru.

Статья поступила в редакцию 28 февраля 2016 г.

УДК 504.4.06 ГРНТИ 37.27.51

О.Н. Дёмина

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ВОДООТВЕДЕНИЯ

ПОВЕРХНОСТНОГО СТОКА

Рассмотрены параметры природоохранной строительной системы, позволяющей управлять осаждением взвешенных наносов в талом стоке, как на водосборной территории, так и в сооружениях механической очистки, что позволит обеспечить максимальную экологическую безопасность поверхностных водоемов. Предлагается вариант создания системы охраны водных объектов, включающей дренажную сеть, сеть эффективного управления отводом поверхностного стока на сооружения механической очистки, инженерные мероприятия, позволяющие организовать их работу при различных режимах с максимальной эффективностью. Задача данной работы состоит в расчете оптимальных параметров конструкции горизонтальных отстойников - периметра сбросной шахты отстойника и глубины воды над ней - на прохождение различных расходов периода паводка с помощью метода неопределенных множителей Ла-гранжа. Рассчитав значения данных параметров для всего периода снеготаяния по дням, можно сделать шахту с возможностью их регулирования. В дни с максимальным расходом для обеспечения требуемого эффекта осветления необходимо увеличивать слой воды над шахтой или периметр ее заглубляемой части. Изучена возможность осветления при дополнительном изменении условий осаждения загрязняющих веществ. Исследования талого стока показали связь рН со значением величины свободной углекислоты. Представлена модель, позволяющая определять объемный коэффициент массопередачи диоксида углерода и тем самым влиять на осаждение взвешенных частиц талого стока.

Ключевые слова: горизонтальный отстойник, сливная перегородка, талый сток, регулирование рН.

O.N. Demina

PARAMETERS OPTIMIZATION OF THE DRAINAGE SYSTEM OF SURFACE RUNOFF

The article considers the components of environmental building systems that allow you to control the deposition of suspended sediment in a thawed drain, as the catchment area and in buildings mechanical treatment, which will ensure maximum environmental safety of surface water.

A version of a system protection of water bodies, including the drainage network, effective network management diversion of surface runoff in the mechanical treatment facilities, engineering activities, allowing to organize their work in different modes with maximum efficiency is proposed. The task of this work consists in the calculation of the optimal design parameters of horizontal tanks - the perimeter relief and the shaft sump water depth over it - passing on the costs of various flood periods using the method of undetermined Lagrange multipliers. By calculating the values of these parameters for the entire period of melting of snow by day, you

© Дёмина О.Н., 2016