Н
а правах рукописи
Сальва Андрей Михайлович
ТЕХНОПРИРОДНЫЕ КРИОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ МАГИСТРАЛЬНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ
(НА ПРИМЕРЕ УЧАСТКА САМОТЕЧНОГО КАНАЛА)
Специальность: 25.00.36 – «Геоэкология (науки о Земле)»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата геолого-минералогических наук
Дубна – 2012
Работа выполнена ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет им. М,К. Аммосова» (г. Якутск)
|
Научный руководитель – |
доктор геолого-минералогических наук, профессор Тржцинский Юрий Болеславович Институт земной коры СО РАН (г. Иркутск)
|
|
Официальные оппоненты: |
доктор геолого-минералогических наук, профессор Короновский Николай Владимирович Геологический факультет МГУ (г. Москва) доктор географических наук, профессор Горшков Сергей Павлович Географический факультет МГУ (г. Москва)
|
|
Ведущая организация – |
ОАО Территориальный проектно-изыскательский институт «Сахапроект» (г. Якутск) |
Защита состоится «20» апреля 2012 г. в 14 час. 00 мин. в аудитории 1-300 на заседании диссертационного совета Д 800.017.01 при ГБОУ ВПО МО Международный университет природы, общества и человека «Дубна» по адресу: 141980, Московская область, г. Дубна, ул. Университетская, д. 19.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГБОУ ВПО МО Международный университет природы, общества и человека «Дубна»
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 141980, Московская область, г. Дубна, ул. Университетская, д. 19, ученому секретарю совета,
E-mail: [email protected].
Тел.8-(49621)-90729, Факс.8-(49621)-90770
Электронная версия автореферата размещена на сайте
ВАК Минобрнауки РФ и Университета «Дубна» (www.uni-dubna.ru).
Автореферат разослан « » марта 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета И.З. Каманина
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В начале 90-х гг. прошлого столетия в заречной группе сельских районов Центральной Якутии с целью обеспечения населения питьевой и технической водой, началось строительство системы магистрального водоснабжения, которая состояла из насосных станций, трубопроводов, водохранилищ и каналов.
Было предусмотрено строительство трех ветвей водоводов.
Самый протяженный из них – магистральный водовод «Лена – Туора-Кюель – Татта» расположен на территории сплошного распространения многолетнемерзлых горных пород (ММП) и на всем своем протяжении (150 км) встречает участки более или менее интенсивного развития мерзлотных (криогенных) геологических процессов и явлений. При эксплуатации системы водоснабжения техногенные (технологические) нагрузки стали приводить к существенным изменениям мерзлотной (геокриологической) среды и прилегающих ландшафтов. В результате активизации криогенных процессов осложнились геокриологические условия трассы водовода.
Канал «Туора Кюель - Татта» – это заключительный 17-километровый самотечный участок магистрального водовода «Лена - Татта», являющийся руслом ручья Синниэгэс. При его эксплуатации происходит воздействие водного потока на прилегающую мерзлотную среду и ландшафты, поэтому необходимо вести мониторинг этих проявлений, так как они оказывают негативное воздействие на среду канала, вплоть до возникновения опасных и чрезвычайных ситуаций. Районы, прилегающие к зоне воздействия канала расположены в черте небольших населенных пунктов (поселков и сел) со своей инфраструктурой (автодороги, жилые и хозяйственные постройки, мелиоративные и водохозяйственные системы, агропромышленные комплексы), которые интенсивно используются и подвержены техногенным изменениям различной степени. Технологическое воздействие магистрального водовода, в том, числе самотечного канала на мерзлотную среду и ландшафты в этом районе ранее не исследовано. В связи с этим изучение данной проблемы является актуальной научной задачей.
Цель исследований. Оценка влияния самотечного канала «Туора Кюель – Татта» на прилегающую мерзлотную среду.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
-
Изучить состояние и перспективы обводнения и магистрального водоснабжение в заречных сельских районах Центральной Якутии как единой природно-технической системы. -
Исследовать природные и инженерно-геокриологические условия района исследования, в том числе характеристику мерзлых грунтов и выделить роль криогенных процессов и явлений. -
Выявить особенности развития криогенных процессов и явлений, в том числе современных, при проведении инженерных изысканий в заречных районах Центральной Якутии. -
Выделить водный поток как основной фактор технологического воздействия на прилегающую среду канала, а процессы термоэрозии и термокарста как его последствия. На основе анализа полученной информации составить картосхему распространения современных русловых криогенных процессов, а также дать оценку технологического воздействия магистрального самотечного канала на прилегающую среду и ландшафты.
Объектом исследования является магистральный самотечный канал и его мерзлотная (геокриологическая) среда.
Научная новизна работы:
– исследованы особенности современных мерзлотных процессов и проявлений на все трассе магистрального водовода «Лена – Туора-Кюель», а также активизация криопроцессов на участке магистрального самотечного канала «Туора-Кюель – Татта»;
– рассчитана и измерена скорость водного потока в канале, при эпизодическом водовыпуске;
– дана оценка технологического воздействия магистрального канала на прилегающую среду;
– составлена картосхема распространения современных русловых криогенных процессов и проявлений по трассе канала:
– разработаны рекомендации, в случае эксплуатации по предотвращению активизации и распространению процессов на канале.
Защищаемые положения:
1. Установлено взаимодействие современных криогенных процессов и водного потока в процессе эксплуатации самотечного канала, выражающееся в образовании бугристо-аласного ландшафта и возникновения неблагоприятной экологической обстановки для близлежащих сельских населенных пунктов.
2. В зоне влияния канала выявлены места и участки развития процессов термоэрозии и термокарста, на которые влияют длительность и скорость воздействия водного потока, а также особенности гранулометрического состава, физических свойств и криогенного строения мерзлых грунтов.
3. Доказано, что в результате технологического воздействия водного потока на мерзлотную среду, при эксплуатации канала, процессы термоэрозии и термокарста активизируются в виде увеличения промоин, роста просадок и ям.
Исходный материал и методы исследования. В основу диссертации положены материалы полученные при непосредственном участии автора в инженерно-геологических исследованиях (полевых, лабораторных, камеральных) в составе геолого-почвенного отдела Института по проектированию водохозяйственного и мелиоративного строительства «Гипроводхоз» в рамках Республиканской программы «Заречье» по водоснабжению заречных районов Центральной Якутии, в реализации которой в 1992-1998 годах автор принимал участие, в последующие годы автором проводились самостоятельные исследования (ландшафтные описания криогенных процессов, бурение, фотосъемка и др).
Методика исследований включала: сбор и обработка материалов прошлых лет, рекогносцировочные маршрутные наблюдения (ландшафтные исследования рельефа и криогенных процессов), бурение скважин, полевые исследования мерзлых грунтов, лабораторные исследования грунтов, а также обработка и анализ информации. Были использованы методы, базирующиеся на основных требованиях нормативных документов по инженерно-геологическим изысканиям в районах распространения многолетнемерзлых пород.
Практическое значение работы. Результаты проведенных исследований были включены в материалы рабочих проектов инженерно-геологических изысканий в рамках Республиканской программы «Заречье». Результаты могут представлять практический интерес для специалистов, занимающихся в области водохозяйственного и мелиоративного строительства на территории Республики Саха (Якутия) и других регионах Российской Федерации, где существует влияние многолетней мерзлоты. Кроме этого, результаты могут быть использованы при усовершенствовании методов районирования, картографических методов исследования мерзлотной среды и криогенных ландшафтов, составлении схем и карт техногенного воздействия.
Апробация. Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на: конференции молодых ученых «Шаг в будущее» (Якутск, 1997); научно-практической конференции «Криопедология» (Сыктывкар, 1997); VII International Conference on Permafrost (Yellowknife, Canada, 1998); VIII Congress of the International Association of Engineering Geology and Environment (Vancouver, Canada, 1998); ХV всероссийской конференции с международным участием «Геологические опасности» (Архангельск, 2009) и VII Общероссийской конференции «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве Российской Федерации» (Москва, 2011).
Публикации. Автором лично опубликовано 10 работ (по результатам исследований 9 работ и 1 по общественным наукам), в том числе 3 статьи в ведущих научных журналах из перечня ВАК. Объем публикаций - 5 п.л.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы из 110 наименований. Работа изложена на 137 страницах, содержит 30 рисунков и 10 таблиц и 8 приложений.
В первой главе рассмотрена изученность проблемы, определен объект и методы исследований. Во второй главе описывается система магистрального водоснабжения заречных районов Центральной Якутии, ее сегодняшнее состояние и перспективы. В третьей изучены природные и инженерно-геокриологические условия района исследований и в четвертой дана оценка технологического воздействия магистрального канала на прилегающую мерзлотную среду.
Автор выражает огромную благодарность видному ученому Сибири и Дальнего Востока России д.г.-м.н., профессору Ю.Б. Тржцинскому (Институт земной коры СО РАН) за формирование научных взглядов и навсегда сохранит о нем светлую память.
ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1. Установлено взаимодействие современных криогенных процессов и водного потока в процессе эксплуатации самотечного канала, выражающееся в образовании бугристо-аласного ландшафта и возникновения неблагоприятной экологической обстановки для близлежащих сельских населенных пунктов. Система магистрального водоснабжения в заречных районах Центральной Якутии состоит из трех водоводов (рис.1): 1) 1 – река Лена – поселок Туора Кюель и 4 – канал п. Туора Кюель – река Татта, 2) 2 – водохранилище поселка Бедеме – озеро поселка Тюнгюлю и 3) 3 – река Лена – озеро Мюрю (с. Борогонцы).
М
Рис. 1.
Обзорная карта территории
агистральный водовод «Лена – Туора Кюель – Татта» самый протяженный (150 км). Он включает в себя головную плавучую насосную станцию (рис.2а,б), четыре промежуточных водоема с насосными станциями, пять плотин, трубопровод из стальных труб (рис.2в,г), и каналы общей протяжен-ностью более 20 км. Все насосные станции электри-фицированы.
Плановое положение трассы магистрального водовода выбрано с учетом удобства эксплуатации, минимальной протяженности, а также обеспечения сохранности окружающей среды.
Схема водоснабжения. Водовод проложен в основном вдоль существующих дорог и начинается от п. Нижний Бестях на р. Лена (рис.2.а.в). Трасса проходит севернее п. Майя через п.Чуя до оз. Теппэ; далее она огибает п.Табага, Бютейдях и проходит до Куолларского водохранилища. Из него вода подается по р.Суола в расположенные ниже по течению населенные пункты. С этой целью около каждого из них создаются накопительные водоемы. От Куолларского водохранилища трасса водовода проложена вдоль существующей дороги до оз. Кеттит-Кюель (у п.Туора Кюель) и далее – до р. Татта (магистральный канал); всего 6 участков. В урочищах Диринг, Мундулах, на оз.Теппэ, р.Суола возле п.Бетюйдях и на оз.Кеттит-Кюель созданы водохранилища для питьевых целей. Разработчиком проектов водохранилищ является Институт по проектированию водохозяйственного и мелиоративного строительства «Якутгипроводхоз».
б
а
г
Рис. 2. Магистральный водовод «Лена – Туора Кюель – Татта»
Водозаборный узел (а) с плавучей насосной станцией (б). Трасса водовода с инспекционной автодорогой (в). Анкерная опора (г)
в
З
аключительный 17-км участок – это магистральный канал Туора Кюель – Татта» (Рис. 3). проходит по долине и представляет собой естественный самотечный канал в русле ручья Синниэгэс.
П
Рис. 3.
Исследуемый участок
(Самотечный канал Туора Кюель – Татта)
о климатическим условиям район является одним из резкоконти-нентальных регионов земного шара, это проявляется в больших годовых колебаниях температуры (перепад температур более 100°С) и относительно малом количестве выпадающих осадков (250-300 мм в год.). Среднегодовая температура воздуха в районе п.Чурапча (ближайший метеостанции от района исследования) –11,7°С, абсолютный максимум наблюдения +37°С, абсолютный минимум –66°С. В физико-географическом отношении рассматриваемый район расположен в юго-восточной части Центрально-Якутской низменности на Лено-Амгинском междуречье и представляет собой Абалахскую аллювиальную террасированную равнину. Абсолютные отметки высот непосредственно в районе канала составляют 185,0-201,0 м.
Река Татта (левый приток реки Алдан) – основная водная артерия территории, протекает с юго-запада на северо-восток. Верховья р. Татта и большинство ее притоков, включая, исследуемый ручей Синниэгэс полностью пересыхают в летний период. Озера распространены широко. Большая часть их имеет термокарстовое происхождение. Качество воды в озерах различное. В процессе усыхания минерализация озерной воды повышается, и вода становится непригодной для питьевых нужд. Наиболее крупные озера Кетит-Кюель и Арылах были выбраны в качестве действующих водохранилищ.
В геологическом строении района принимают участие юрские, неогеновые и четвертичные отложения. Юрские и неогеновые отложения перекрыты толщей четвертичных отложений. До изученной глубины (10 м) участок сложен верхнечетвертичными озерно-аллювиальными отложениями (см. разрез на рис.4), представлены суглинками, супесями легкой, средней, тяжелой разности, песками разной крупности, отнесенными к современным озерно-аллювиальным отложениям.
Геокриологические условия участка магистрального канала характеризуются развитием сплошной мерзлоты сливающегося типа. Мощность многолетнемерзлой толщи (ММП) в районе исследования варьируется от 300 до 500 метров. Сезонное оттаивание пород в районе исследования начинается в начале мая и достигает 1,4-2,8 м. в конце сентября. Промерзание сезонноталого слоя (СТС) начинается в октябре и происходит и сверху, и снизу. Температура грунтов на глубине (10 м) изменялась от от -3,3 до -6,2 °С.
Собственно криогенные процессы и связанные с ними явления широко развиты по трассе магистрального канала и в непосредственной близости. Наиболее распространен процесс термокарста и термоэрозии. Встречаются такие явления как полигонально-жильные формы, выражающиеся в развитии полигонов, морозобойных трещин и повторно-жильных льдов. На склонах аласов (термокарстовые котловины) южной экспозиции и аласных долин наблюдаются байджерахи (термокарстовые останцы) чешуеобразной формы, развивающиеся в результате вытаивания повторно-жильных льдов и льдонасыщенных грунтов. В межаласьях развиты сезонные бугры пучения (мелкобугристый рельеф), а на аласах – многолетние бугры пучения (булгунняхи). Высота отдельных булгунняхов достигает 3-7 м, а диаметр составляет 30-35 м по подножию. В долине ручья развита заболоченность.
Рис.4
9
Природно-техногенные изменения проявляются в виде промоин (процесс термоэрозии) по колее и обочине местных грунтовых дорог, а также в виде провалов, ям (процесс термокарста) на местах разработок грунта, нарушений почвенно-растительного покрова на местах заброшенных жилых и хозяйственных построек, просек, ЛЭП и небольших каналов между озерами.
Особенность района исследования – повышенная льдистость грунтов и многочисленные фрагменты повторно-жильных льдов. Глинистые грунты большей частью имеют (при оттаивании) текучую консистенцию, песчаные грунты по степени влажности – влажные, по составу преобладают в ССО – крупнозернистые, в ММП – среднезернистые фракции. Криогенная текстура глинистых грунтов в основном слоистая, песчаных грунтов – массивная. Грунты незасоленные, с примесью органических веществ, местами заторфованные.
В результате исследования в разрезе (рис.4) выделены 10 инженерно-геологических элементов (табл. 1).
Таблица 1. Инженерно-геологические элементы.
П суммарная влажность
Wtot (д. ед.)
пластичность J ρ
(д. ед.)
степень заторф. I om
(д. ед.)
содержание солей (D sal )
(%)
№ ИГЭ (Тип грунта)
Средняя
Средняя
Средняя
Среднее
СЛОЙ СЕЗОННОГО ПРОМЕРЗАНИЯ-ОТТАИВАНИЯ (ДЕЯТЕЛЬНЫЙ СЛОЙ)
ИГЭ-1 (Суглинок твердый)
0,18
0,10
0,03
0,08
ИГЭ-2 (Суглинок текучий)
0,39
0,08
0,03
0,07
ИГЭ-3 (Суглинок с примесью органических веществ)
0,30
0,13
0,09
0,09
ИГЭ-4 (Песок крупный)
0,25
МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛАЯ ТОЛЩА
ИГЭ-5 (Суглинок)
0,30
0,09
0,03
0,06
ИГЭ-6 (Суглинок льдистый)
0,49
0,09
0,04
0,07
ИГЭ-7 (Суглинок с примесью органических веществ)
0,36
0,13
0,07
0,06
ИГЭ-8 (Песок пылеватый)
0,22
ИГЭ-9 (Песок средней крупности)
0,24
0,02
0,05
ИГЭ-10 (Супесь)
0,29
0,06
0,03
0,06
ри хозяйственном освоении Центральной Якутии и реализации рабочих проектов для трасс магистрального водоснабжения были выявлены ряд современных криогенных процессов и их проявлений характерных для исследуемой территории – это развитие структур-полигонов (табл.2д), формирование подземных повторно-жильных льдов, разрушение берегов озёр в связи с оттаиванием подземных льдов, термоэрозионное оврагообразование, наличие таликовыхобразования (аласы) (табл.2а,б), морозобойное трещинообразование (табл.2г), термопросадочные ямы и провалы, бугры пучение (булгунняхи) (табл.2в). В результате таких процессов всё чаще имеют место случаи угрозы жилому сектору (табл. 2е).
Таблица 2
Криогенные процессы и ландшафты в Центральной Якутии
|
Процесс |
Фотоснимки |
Процесс |
Фотоснимки |
|
а) Термокарст (начальная стадия) и заболачивание
|
 
|
г) Морозобойное растрескивание |
 |
|
б) Термокарст (зрелая стадия) с останцами- байджерахами
|
 |
д) Полигональные образования (полигональный рельеф) |
|
|
в) Морозное
пучение многолетний бугор пучения -булгуннях |
 |
е) Активизация термокарста и развитие других криопроцессов
|
|
Таким образом, природные и инженерно-геокриологические условия магистрального канала являются сложными, а современные криогенные процессы и явления играют большую роль в формировании мерзлотного бугристо-аласного ландшафта.
2. В зоне влияния канала выявлены места и участки развития процессов термоэрозии и термокарста, на которые влияют длительность и скорость воздействия водного потока, а также особенности гранулометрического состава, физических свойств и криогенного строения мерзлых грунтов.
Под «технологическим воздействием» в нашей работе понимается воздействие водного потока на среду во время технологического процесса эксплуатации.
На наш взгляд, из множества классификаций техногенных воздействий на ГС, заслуживают внимания классификации В.Т. Трофимова, Д.Г. Зилинга, и В.А. Королева. Также хотелось бы выделить совместный труд ученых МГУ «Геоэкология Севера» под редакцией В. И. Соломатина, где изучались и систематизировались техногенных воздействий на мерзлотные геосистемы, такие как термокарст, термоэрозия, солифлюкция и другие проявления.
В.П. Марахтанов и Г.А.Крючкова в этой работе выделяют следующие классификационные признаки техногенных воздействий: вещественно-энергетические (отражены в общепринятом делении на механические, тепловые. химические и другие), функциональные (учитывают степень нарушения, изменения и трансформации структуры криогеосистем – к первой группе относится полная трансформация, ко второй группе сильная трансформация, к третьей группе слабая трансформация и четвертой группе фактически неизменная) хронологические (импульсные, эпизодически повторяющиеся, периодически повторяющиеся и постоянные), стадийные (изыскательские, строительные и эксплутационные).
Как сказано выше, основной фактор техногенного воздействия – это водный поток; техногенное нарушение – размыв (размываемость) грунтов и процесс – термоэрозия. Возможные последствия – растепление грунтов, увеличение глубины сезонного оттаивания, развития и активизация термокарстовых процессов и процессов пучения, а также изменение физико-механических свойств и криогенного строения.
Обзор предыдущих исследований процесса термоэрозии (Э.Д. Ершов и др) показал, что особенно следует обратить внимание на тип размыва, температуру, интенсивность и длительность воздействия водного потока, а также на состав (литологический и гранулометрический), сложение и криогенное строение грунтов вовлеченных в сферу воздействия водного потока.
Влияния интенсивности водного потока. Интенсивность водного потока в канале зависит от скорости потока. Чем выше скорость потока, тем больше интенсивность потока, следовательно, сильнее размыв грунтов. Канал является естественным руслом ручья Синниэгэс, поэтому скорость потока в нем зависит от рельефа местности, и в частности от её продольного уклона. От створа плотины (201 м) до сопряжения с р.Татта (185 м) наблюдается общее понижение абсолютных высот рельефа в северо-восточном направлении, однако есть участки, где абсолютные высоты повышаются.
Скорость потока в канале измерялась двумя способами – (теоретическим методом) путем расчетов по формуле Шези и – (практическим) методом «поплавка».
Расчет скорости водного потока выполнен с учетом следующих положений:
– для определения мест и участков канала подверженных различной степени размываемости (термоэрозии), рассчитываем скорость потока всех участках (по расположенным скважинам);
– для расчета скоростей водного потока различных участков канала используем формулу Шези: v = C √hср I (1)
где hср – средняя глубина русла,
С – коэффициент Шези, I – продольный уклон
Средняя глубина магистрального канала (hср) – 0,4 м,
Коэффициент Шези (С) – 41,5 (по формуле Павловского),
Коэффициент шероховатости русла (n) – 0,02 (по М.Ф. Срибному).
В результате формула (1) приобретает следующий вид: v = 41,5 √ 0,4 I
– для расчета продольных уклонов (Ip ) используем отметки абсолютных высот (h) по расположенным скважинам и расстояниям (L) между ними.
Ip = (H1- H2)/L = ΔH/L (2)
где ΔH – разность отметок абсолютных высот скважин,
от первой (H1) до следующей (H2),
L – длина участков между скважинами (в метрах),
I – продольный уклон (д.ед. или ‰)
Второй (полевой) метод измерения скорости течения потока – простой, но более достоверный – метод «поплавка». Поплавок был изготовлен из березовой древесины и представляет собой отпиленный цилиндр диаметром 12 см и высотой 4 см.
Принцип измерения скорости потока «поплавками» вытекает из ее формулы, т.е. расстояние, пройденное за единицу времени:
v = L/t (3)
где L – длина произвольно выбранных участков канала (в метрах),
t – затраченное время на их прохождения (в секундах).
Измерение методом «поплавка» проводились, в двух точках, на расстоянии 50 метров друг от друга, во время водовыпуска из водохранилища, на трех участках магистрального канала (в начале трассы между скв.8 и 9, в середине между скв.25 и 26, в конце трассы между скв. 38 и 39).
При сравнении данных методов нужно учесть следующее: результаты измерения скорости потока «поплавками» считать более достоверными, а также в последние годы водовыпуск из водохранилища осуществляется эпизодически, раз в 1-2 года.
Исследования показали: в начале трассы скорость потока (v) составляла – 1,4 м/с, середине трассы – 0,9 м/с и конце – 0,6 м/с.
Влияния направления водного потока. Магистральный канал в целом имеет северо-восточное направления, однако существуют участки, где трасса канала меняет свое направление. На участке в районе расположения скважины № 8 канал поворачивает на восток, в районе скважины № 3 – на север, в районе скважины № 18 магистральный канал вновь тянется в своем северо-восточном направлении и в районе скважины № 40 поворачивает на восток. Поэтому на участках изменения направления, в случае постоянной эксплуатации, возможна боковая эрозия, но пока она не наблюдается.
Влияние гранулометрического состава, криогенного строения на размываемость грунтов. Анализ обзора предыдущих исследований процесса термоэрозии показал, что этому процессу более подвержены песчаные грунты, чем глинистые. По мнению Э.Д. Ершова «пески особенно мелкозернистые и среднезернистые, имеют наибольшую (катастрофическую) размываемость, и соответственно глины, суглинки и супеси наименьшую слабую размываемость. Но при этом важно учитывать криогенную текстуру и льдистость грунтов».
Таким образом, в районе исследования выявлены конкретные места и участки магистрального канала, где в результате взаимодействия водного потока с мерзлотной средой происходит активизация криогенных процессов.
3. Доказано, что в результате технологического воздействия водного потока на мерзлотную среду, при эксплуатации канала, процессы термоэрозии и термокарста активизируются в виде увеличения промоин, роста просадок и ям.
Д
ля оценки динамики русловых криогенных процессов (термокарста и термоэрозии) трассы магистрального канала проведено сравнение описаний ландшафтных условий во время изысканий 1995 г. и во время эксплуатации 2005 г. (см. рис. 5).
О
Фотоснимок А
писание ландшафтных условий (2005 г). В этот год про-водился пеший маршрут с описанием современных русловых криогенных процессов (в основном термокарста и термоэрозии непосредственно на полосе трассы), а также проводились измерения скорости водного потока. Особое внимание уделялось местам и участкам, где были выявлены (во время описаний 1995 г) проявления термокарста и термоэрозии.
Д
Фотоснимок Б
вижение водного потока начинается у места водосброса из водохранилища, где была развита термоэрозия в виде промоины длиной до 5 м. и глубиной до 1,5 м., поэтому на дно в качестве защиты был положен стальной лист и проведена отсыпка крупнообломочным материалом (см. фото А и рис. 5.(1)). Затем водный поток устремляется на северо-восток по руслу ручья Синниэгес (фото Б). В районе небольшого озера он повора-чивает на восток (на участке поворота на левом берегу наблюдается боковая эрозия – расширение русла (2)), протекая через проселочную дорогу и мостовые переходы №№ 1, 2. На мостовом переходе № 2 происходит
р
Фотоснимок В
азвитие термокарстых провалов глубиной до 0,5м. (3). Затем поток попадает в озеро Юрюнг-Кюель, на левом берегу, которого расположен одноимен-ный поселок (фото В). На окраине поселка расположена площадка пилорамы и маслоцех возле, которых канал проходит в непосредственной близости. С этого места и до мостового перехода № 3 наблюдается интенсивное развитие термо-карстовых и термоэрозионных процессов (ям, просадок, промоин, провалов (4)). По сравнению с описанием 1995 г. данные процессы, подверглись довольно существенной активизации. Глубина термокарстовых провалов и ям доходила до 2 м, протяженность термоэрозионных промоин вместе с термокарстовыми провалами составляла до 40 м. Следующий участок, подвергшийся техногенному влиянию – искусственный канал в районе скв 20 и 21 (5). Термокарстовые провалы до 1,5 м и термоэрозионные ложбинки глубиной до 0,7 м распространенны по обе стороны канала, протяженностью около 50 м. На участке скв. 34, 35 по полосе трассы наблюдаются термокарстовые провалы до 2 м (6). Затем поток снова устремляется в северо-восточном направлении, до мостового перехода 4 (7), где также происходит развитие термокарстых провалов глубиной до 0,5 м, здесь направление меняется на восточное, до впадения в р. Татта.
Практически канал проходит по территориям населенных пунктов или их захватывает, он пересекает насыпные дороги несколько раз, мостовые переходы и ЛЭП. Удаление почвенно-растительного слоя резко активизирует процесс термокарста. В районе полосы трассы канала такие участки; у водовыпуска из водохранилища, на пересечении дорог, вблизи п.Туора Кюель, Дириг, возле пилорамы, маслоцеха, дамбы, искусственного канала и мостовых переходах №№1,2,3,4.
Первая эксплуатация канала прошла осенью 2001 г, когда было заполнено водохранилище Туора-Кюель. После заполнения был произведен первый водовыпуск и подача в магистральный канал Туора Кюель – Татта небольшими попусками.
В последующие годы (2002-2004 гг) канал эксплуатировался эпизодически в зависимости от необходимости, которая прекратилась (в период
16
2005-2008 гг) в связи с небывалым за последние 50 лет полноводием малых рек и ручьев. Водовыпуск из водохранилища почти прекратился.
Пересыхающая р.Татта, в которую впадал рч.Синниэгес, полностью заполнялась при таянии снега и при обильных дождях.
Таким образом, за 10 лет эпизодического воздействия потока образовались опасные места и участки активизации современных русловых криогенных процессов, зависящих от длительности и скорости воздействия водного потока, а также от гранулометрического состава, физических свойств и криогенного строения мерзлых грунтов. Расчеты скоростей водного потока в магистральном канале показали, что размывающая скорость потока будет в начале и возможно в середине трассы канала, и только в случае постоянной эксплуатации.
Под оценкой технологического воздействия канала на произвольную территорию или ландшафты, автором понимается выявление качественных и количественных изменений мерзлотной среды и ландшафтов в результате развития и активизации мерзлотных процессов под влияния техногенного фактора.
Под качественной оценкой понимается выявление особенностей, закономерностей развития криогенного процесса, характеристики геокриологической среды, условия и факторы активизации. Под количественной оценкой понимается числовые показатели, отражающие динамику развития криогенного процесса и характеризующие его воздействия на среду инженерного сооружения.
По существу в районе исследования изучаются два процесса – термоэрозии и термокарст, которые являются последствием размыва (размываемости) мерзлых грунтов. Эти процессы проявляются в виде просадок, ям, провалов и промоин.
Для оценки данного воздействия на геокриологическую среду канала были выбраны следующие параметры:
– морфометрические характеристики процессов, такие как диаметр, протяженность и глубина термокарста и термоэрозии,
– места, участки развития и активизации термокарста и термоэрозии,
Подводя итог, в ходе исследований установлены следующие результаты оценки:
Для выявления особенностей активизации и распространения русловых термокарстовых и термоэрозионных проявлений на полосе трассы магистрального самотечного канала Туора Кюель – Татта был изучен инженерно-геокриологический разрез, а также гранулометрический состав, физические свойства, криогенное строение и состояние мерзлых грунтов.
По нашему мнению, активизация и распространение термоэрозионных и термокарстовых процессов приурочено к местам и участкам со следующими особенностями:
– грунтовых условий (наличием на подстилающей поверхности грунтовых пустот, торфов и льда поверхностных вод, а также легких супесей и песков различной крупности),
– антропогенной деятельности (разработкой грунта, нарушением почвенно-растительного слоя, по колее и обочине местных грунтовых автодорог и мостовых переходов, возведением дамб и небольших каналов),
– изменением направления трассы канала,
– размывающей скорости водного потока.
Основным фактором активизации русловых термокарстовых и термоэрозионных проявлений (просадок, ям и промоин) в зоне влияния магистрального канала является водный поток, который устремляется при водовыпуске из водохранилища. Однако с 2005 г. из-за полноводья р. Татта водовыпуск практически приостановился и интенсивная активизация термокарста и термоэрозии прекратилась.
Основными проявлениями на полосе трассы канала являются термокарстовые просадки и термоэрозионные промоины. В результате эпизодического воздействия водного потока в 2001-2004 гг. произошла активизация данных проявлений и увеличение их размеров, площади распространения. По сравнению с 1995 г увеличилась глубина просадки термокарста и протяженность термоэрозионных промоин и термокарстовых провалов. Максимальная глубина термокарстовых просадок (скв. 3, 14, 15, 34, 35) – составляла 2 м, при диаметре 1-3 м, протяженность процессов – до 40 м, с постоянными прерываниями от 0,5 до 2 м. В районе искусственного канала (скв. 20,21) протяженность термоэрозионных промоин и термокарстовых провалов составляла до 50 м.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты исследований позволили сделать следующие выводы и предложить рекомендации:
Выводы
-
Магистральный самотечный канал Туора Кюель – Татта проектировался с целью сезонной эксплуатации в теплый период года (июнь – октябрь), однако природные условия внесли свои коррективы. В результате достаточной полноводности бассейна р. Татта канал функционирует в режиме эпизодической эксплуатации по необходимости. -
Фактически, магистральный канал – это русло ручья прилегающая территория, которого характеризуется сплошным распространением многолетнемерзлых пород и широким развитием мерзлотных процессов и ландшафтов. -
Водный поток, эпизодически выпускаемый из водохранилища при эксплуатации, создает условия для активизации русловых криогенных процессов термоэрозии и термокарста. -
Активизация процессов зависят от скорости водного потока, которая в начале трассы канала – размывающая (1,4 м/с) и далее снижается (0,6-0,9 м/с), длительности потока (эпизодическая или периодическая), также от гранулометрического состава, криогенного строения и физических свойств мерзлых грунтов, вовлеченных в сферу воздействия потока. -
Подстилающие пески средней и крупной фракции (скв. 20,21) повышенная влажность-льдистость и состояние грунтов являются дополнительным факторов активизации термоэрозии и термокарста. -
Оценка технологического воздействия магистрального канала на мерзлотную среду и ландшафты позволила выделить места и участки активизации термоэрозии и термокарста (всего 7), что послужило основой для построения картосхемы распространения современных русловых криогенных процессов.
Рекомендации
-
Для предотвращения активизации в районе водовыпуска из водохранилища, в качестве инженерной защиты, где в результате воздействия потока образовалось эрозионное углубление, был установлен металлический настил и применена насыпь из бутового камня. -
В качестве защиты, на других участках канала перед заморозками должны быть проведены работы по дренажу канала и производству отсыпки крупнообломочными грунтами и бутовым камнем в зоне интенсивного воздействия водного потока, и где наблюдается отсутствие почвенно-растительного слоя. -
Во избежание риска подтопления при повышенной подаче воды рекомендуется искусственное углубление русла некоторых участков канала (из-за небольшой глубины русла ручья, а на некоторых участках практически его отсутствия), кроме этого водовыпуск из водохранилища осуществлять планомерно, небольшими попусками. -
В состав природоохранных мероприятий предусмотреть меры, направленные на восстановление нарушенных в процессе строительства и эксплуатации природных условий, в том числе рекультивация и восстановление почвенно-растительного слоя, а также предупреждение активизации термоэрозионных и термокарстовых процессов. -
При эксплуатации канала и магистрального водовода в целом, рекомендуется проведение постоянного мониторинга с использованием проделанной оценки в данной работе и составлением новых прогнозно-оценочных схем и карт. -
На наш взгляд, наилучшим вариантом было бы строительство на всем 17-ти километровом участке от водохранилища Туора-Кюель до р. Татта - металлического трубопровода диаметром до 600 мм.
Список основных публикаций по теме диссертации
Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных перечнем ВАК:
-
Сальва А.М. Система магистрального водоснабжения в Центральной Якутии // Мелиорация и водное хозяйство. 2006. № 1. - С. 37-40. -
Сальва А.М. Инженерно-геокриологические условия района строительства магистрального канала в Центральной Якутии // Криосфера Земли. 2006. Т.X, № 4. – С. 14-18. -
Сальва А.М. Природные мерзлые грунты магистрального канала в Центральной Якутии // Отечественная геология. 2006. № 6. – С. 98-101.
В других изданиях:
-
Сальва А.М. Криогенные процессы и явления при проведении инженерно-геологических исследований в заречных улусах Центральной Якутии // Тезисы докладов. Конференция молодых ученых «Шаг в будущее». Якутск. 1997. - С. 24. -
Сальва А.М. Учет криогенных процессов при решении задач по водообеспечению и водоснабжению пос. Чурапча. Под ред. И. В. Забоева // Тезисы докладов. Научно-практическая конференция «Криопедология 97» Сыктывкар. 1997. - С. 181. -
Salva A.M. Сonsideration of cryogenic processes on solving problems of water supply in riverside regions Central Yakutia // VII International Conference in Permafrost. Yellowknife. Canada. 1998, Abstract. - S. 123-124. -
Salva A.M. Сryogenic features and forms of relief under execution engineering works in the eastern part of central Yakutia // Balkema. Rotterdam.2000 - S. 4661-4667. -
Сальва А.М. Современные криогенные процессы трассы магистрального канала в Центральной Якутии: метод ландшафтного описания // Геологические опасности: материалы XV всероссийской конференции с международным участием / Отв.ред.чн.-корр. РАН Ф.Н. Юдахин. – Архангельск, Институт экологических проблем Севера АНЦ УрО РАН, 2009. - С. 392-396. -
Сальва А.М Научно-мировозренческая взаимосвязь геологических наук с древнегреческой натурфилософией // Общественные науки (Social science). 2010. № 6. – С. 150-136. -
Сальва А.М. Особенности распространения криогенных процессов при проведении инженерно-геологических изысканий для объектов водоснабжения (Центральная Якутия) / Материалы VII Общероссийской конференции изыскательских организаций «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации» (15-16 декабря 2011 г, Москва, ПНИИИС), М.: ООО «Геомаркетинг». 2011. - С. 160-161.