Защита территорий от подтопления

расположенных на слабопроницаемых грунтах, практически повсеместно сопровождаются накоплением влаги в

толще грунтов и подъемом уровня грунтовых вод даже в тех случаях, когда до начала освоения территории грунтовые воды вообще отсутствовали. Такой процесс называется подтоплением (или техногенным подтоплением). Он возникает и развивается вследствие нарушения сложившегося природного динамического равновесия в водном балансе территории. Эти нарушения возникают в результате практической деятельности человека и на застраиваемых территориях обычно развиваются в две стадии - при строительстве и эксплуатации.
Подтопление развивается также вследствие подпора грунтовых вод при создании водохранилищ и сельскохозяйственном освоении территории с организацией поливного земледелия.

же время оно чаще всего интенсифицируется там, где имеются недостатки

в проектировании, строительстве и эксплуатации сооружений. Поэтому своевременный прогноз подтопления осваиваемой территории и сооружение специальной системы борьбы с ним, т.е. предупредительных и защитных мероприятий, являются необходимым условием нормальной хозяйственной деятельности. Наиболее актуальными вопросы прогноза и защиты от подтопления становятся на тех участках, где природные условия благоприятствуют развитию подтопления. Такими являются участки, сложенные слабопроницаемыми и набухающими при увлажнении грунтами, слабо развитой эрозионной сетью, неглубоким залеганием водоупорных слоев с неровной кровлей, затрудненным поверхностным и особенно подземным стоком. Поэтому вопросам изучения природных (геоморфологических, геолого-гидрогеологических, инженерно-геологических) условий подлежащих освоению территорий в процессе инженерных изысканий должно уделяться большое внимание.

стока при осуществлении вертикальной планировки (в том числе засыпки естественных

дрен - оврагов и водотоков, срезка растительного покрова и др.);
значительный разрыв во времени между земляными и строительными работами нулевого цикла, приводящий к накоплению поверхностных вод в строительных котлованах, траншеях и выемках.

городов, поселков и других объектов)
инфильтрация утечек технологических вод, промышленных и

хозяйственно-бытовых стоков;
поливы зеленых насаждений;
изменение тепло-влажностного режима под зданиями, сооружениями и покрытиями;
влияние барражного эффекта (задержка поверхностных и подземных вод зданиями и сооружениями).

природных условий, характера технологического процесса предприятия, плотности застройки территории, параметров

систем водонесущих коммуникаций (расход, протяженность, плотность коммуникаций и водосодержащих емкостей и др.).

атмосферные осадки (дождевые и талые воды), грунтовые воды, сток поверхностных

вод с окружающих территорий, вода в парообразной форме в грунтах зоны аэрации.
К искусственным источникам относятся воды, накапливающиеся в различных искусственных понижениях рельефа, котлованах, траншеях, грунтах обратной засыпки, различные резервуары, отстойники, накопители жидких стоков и шламонакопители, гидрозолоотвалы, очистные сооружения, объекты с мокрым технологическим процессом (цехи мокрых производств, ТЭЦ и др.), водонесущие коммуникации всех видов и др.

их комбинаций. Факторы подтопления подразделяются на активные и пассивные.
Активные факторы

непосредственно вызывают обводнение грунтов и в свою очередь подразделяются на естественные и искусственные.
Пассивные факторы косвенно способствуют обводнению грунтов и подразделяются на естественные и искусственные.

влаги под сооружениями и покрытиями, а также в грунтах обратных

засыпок, инфильтрация талых и ливневых вод.
Искусственные активные факторы включают инфильтрацию поверхностных вод из искусственных выработок, а также обвалованных или перегороженных насыпями территорий, инфильтрацию из водонесущих коммуникаций, водопотребляющих цехов предприятий, накопителей, отстойников, водовмещающих емкостей, а также подпор грунтовых вод вследствие устройства водохранилищ, прудов, отстойников, гидротехнических сооружений, инфильтрацию поливных вод.

гидрогеологические условия территории.
К искусственным факторам относят нарушение поверхностного стока из-за

отсутствия вертикальной планировки или изменения естественного рельефа.

происходит под влиянием совокупности различных причин и факторов, совместный учет

которых при разработке методов прогноза подтопления практически невозможен. В то же время детальный анализ динамики техногенного подтопления показывает, что суммарное воздействие совокупности факторов может быть учтено, если считать, что на осваиваемых территориях или на их отдельных участках грунтовые воды получают сверху дополнительное питание определенной интенсивности. Это дополнительное питание обуславливается нарушением естественных условий стока и испарения атмосферных осадков, инфильтрацией в грунты всевозможных водопотерь из водонесущих и водоотводящих коммуникаций, различных накопителей, технологической воды и т.д. Подтопление территорий происходит также за счет растекания куполов грунтовых вод, сформировавшихся вследствие кратковременных весьма интенсивных утечек и проливов воды аварийного характера.

и характер поступления дополнительного питания весьма различны. При этом в

силу чрезвычайно большого разнообразия природных условий и литологического строения территории в одних случаях происходит изменение уровенного режима грунтовых вод, в других - формирование техногенной верховодки или техногенного водоносного горизонта. При этом наряду с изменением уровенного режима грунтовых вод происходят изменение химического состава подземных вод, влажности и поглощенного комплекса пород зоны аэрации, а также снижение несущей способности грунтов.

гидродинамических процессов:
образования техногенной верховодки на водонепроницаемых линзах в пределах зоны

аэрации. Область распространения этой верховодки в плане ограничена и полностью определяется размерами водонепроницаемых линз;
формирования техногенного водоносного горизонта со свободной поверхностью на региональном водоупоре в первоначально сухих водопроницаемых грунтах;
изменения уровенного режима существующего в естественных (ненарушенных) условиях горизонта грунтовых вод вследствие дополнительной площадной инфильтрации, сосредоточенных утечек из водонесущих коммуникаций или растекания сформировавшихся к моменту прогноза куполов грунтовых вод;
изменения химического состава подземных вод и грунтов под влиянием инфильтрующихся вод;
изменения влажностного режима горных пород зоны аэрации вследствие нарушения ее температурного режима;
изменения физико-механических свойств грунтов при их увлажнении и обводнении.

подтоплению конкретных территорий и последующем переносе этих данных на прогнозируемые

объекты. Для возможности такого переноса геолого-гидрогеологические условия и характер техногенного воздействия на грунтовые воды на обеих территориях должны быть одинаковы или близки друг к другу.
Данный метод обычно применяется в тех случаях, когда полностью исключена возможность составления прогнозов подтопления территорий на основе более точных методов. Однако в некоторых случаях точные прогнозы и не требуются, достаточна лишь приближенная оценка возможности подтопления территории с целью постановки специальных гидрогеологических исследований. В этих условиях метод аналогий оказывается вполне удовлетворительным.

застраиваемых и застроенных территориях с использованием компьютеров. Этому методу в

принципе под силу решение сложнейших гидрогеологических задач на крупных объектах исследований, например при многослойных пластах и сложном очертании границ пласта.
Из недостатков этого метода, в первую очередь, следует отметить его неуниверсальность, т.е. полученное решение может подходить только для конкретного объекта, а для решения новой задачи требуется построение иной модели. Кроме того при моделировании на точность получаемых результатов влияют побочные эффекты модели, такие как шаг сетки, на которую разбивается область фильтрации при моделировании на сеточных моделях, а при моделировании на сплошных моделях - дополнительные погрешности вносит неоднородность электропроводной бумаги и др. Эти обстоятельства повышают требования к исходной информации о фильтрационных и емкостных свойствах водоносных пластов, условиях их питания, дренирования и т.д.
Однако в подавляющем большинстве случаев исходная гидрогеологическая информация, полученная в процессе инженерных изысканий, совершенно недостаточна, и поэтому наложение неточностей информации изысканий на погрешности от побочных эффектов модели зачастую обесценивает применение метода моделирования. Необходимо отметить также, что быстрому получению результатов решения задачи при моделировании предшествует довольно длительный этап сборки модели, отладки программы и т.п.

моделирования. Точность аналитических методов зависит уже только от достоверности исходной

гидрогеологической информации и точности решения дифференциальных уравнений фильтрации. Другим преимуществом аналитических методов является их универсальность, когда, располагая набором решений для типовых гидрогеологических схем, можно решать широкий круг задач.

аналитический, хотя для получения более дифференциальных по площади данных по

прогнозу уровней может оказаться необходимым применение метода моделирования.

схематизация для целей прогноза является необходимой. Методы прогноза подтопления застроенных

или застраиваемых территорий основаны на том, что в их пределах подземные воды получают сверху дополнительное инфильтрационное питание, которое может быть распределено по территории равномерно или неравномерно. В соответствии с этим схематизации подлежат:
геометрия пласта или отдельных его слоев в плане и разрезе;
фильтрационные свойства грунтов;
дополнительное инфильтрационное питание;
характеристики потоков (направление, мощность, уклоны и т.д.);
граничные и начальные условия.
Основой для схематизации природных условий являются данные инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий, а также опыт строительства и эксплуатации, если таковые имеются.

границы ограничивают область фильтрации в плане, сюда относятся реки, озера,

водохранилища, овраги, непроницаемые плоскости, обусловленные сбросами, разломами, надвигами, примыканиями аллювиальных отложений к коренному берегу и т.д.
Внутренние границы разделяют зоны с различными фильтрационными свойствами в плане и разрезе.

формирование фильтрационных потоков под влиянием дополнительного инфильтрационного питания выделяются пласты

неограниченные, полуограниченные и ограниченные в плане.

их границ не оказывает влияния на динамику уровней при поступлении

дополнительной инфильтрации. Практически неограниченными следует считать пласты в том случае, когда изменение уровней на его границах к концу расчетного периода прогноза не превышает 0,05 Δhм, где Δhм - максимальный подъем под влиянием дополнительной инфильтрации за этот же период.

прогнозных расчетах пренебрегать нельзя, то пласты считаются полуограниченными.
В большинстве случаев

на границе пласта выполняются условия первого рода, т.е. известен напор подземных вод, но нередко встречаются и условия второго рода, когда граница водонепроницаема или на ней известен расход потока.
Очень часто встречаются водоносные пласты полосообразной в плане формы. На границах пласта могут быть условия первого или второго рода. Наиболее характерны полосообразные пласты в долинах рек и междуречных массивах. Иногда встречаются пласты-квадраты и пласты с близким к круговому контуром (непроницаемым или постоянного напора).

границ пласта.

на которую поступает дополнительное инфильтрационное питание, и подошва водоносного пласта,

которая может быть непроницаемой или через нее происходит водообмен с нижележащими пластами.

и фильтрационно-неоднородные пласты, причем, как те, так и другие могут

обладать анизотропией фильтрационных свойств. При строгом подходе все водоносные породы с точки зрения их проницаемости являются неоднородными, причем эта неоднородность носит вероятностный характер. По мнению многих специалистов, в расчетных схемах за однослойный принимается пласт, в котором проницаемости отдельных участков (или пропластков) отличаются друг от друга не более чем в 10 раз.
Однако подобное ограничение является очень сильным и не имеет теоретического обоснования. Сопоставительные расчеты по зависимостям для однослойных и двухслойных пластов показали, что с погрешностью в конечных результатах не более 5 % (по уровням) неоднородные пласты можно приводить к однослойным при соотношении проницаемости отдельных слоев не более 25.

фильтрации подземных вод параллельно слоям

в слоистых пластах при фильтрации подземных

вод нормально к слоям

Величина расчетного коэффициента фильтрации определяется по формулам:

Здесь k1, k2, ..., kn - коэффициенты фильтрации отдельных участков или слоев, m1, т2, ..., mn - мощности слоев, F1, F2, ...,Fn- площади отдельных участков.

наряду с однослойным характерно двухслойное строение водоносного пласта, когда менее

проницаемый слой подстилается более проницаемым.
Иногда встречаются слоистые пласты, разделенные слабопроницаемыми прослоями, через которые осуществляется водообмен верхних горизонтов с нижними. Однако, как правило, интенсивность этого водообмена невелика и его влиянием на динамику уровней при прогнозе подтопления территорий можно пренебречь. Таким образом, при прогнозах подтопления застроенных и застраиваемых территорий в качестве расчетных принимаются:
однородный пласт неограниченной мощности;
двухслойный пласт при неограниченной мощности нижнего слоя;
однослойный пласт конечной мощности;
двухслойный пласт конечной мощности.
Границы раздела между отдельными слоями или литологическими разностями пород при схематизации заменяются горизонтальными плоскостями, проходящими через средние для каждой границы отметки. Замена наклонных поверхностей раздела или водоупоров горизонтальными плоскостями допустима при их уклонах на рассматриваемой территории не более 0,01.

и застраиваемых территориях, характеризуется его модулем, представляющим собой расход, поступающий

на единицу площади свободной поверхности.
Величина модуля может быть постоянной или переменной во времени, она является дополнительным над естественным и вызывает соответственно дополнительный подъем уровня грунтовых вод.
Дополнительное питание поступает на различных по конфигурации площадках, однако для расчетов выделяются площадки полосообразной, круглой и прямоугольной в плане форм, комбинируя которые можно получить область любой плановой конфигурации.
Очень часто оно обусловлено утечками из коммуникаций, среди которых следует различать линейные и кольцевые (контурные) очаги его поступления. Для количественной оценки питания в этих случаях используется расход, теряемый из коммуникаций на единицу их длины.

поэтому при аналитических методах прогноза подтопления территорий широкое распространение получил

метод приведения прямоугольных и более сложных в плане очагов подтопления и контуров утечек к эквивалентным круглым или полосообразным.
Если длина прямоугольного очага подтопления превышает ее ширину более чем в 5 раз, то прямоугольный очаг рассматривается как полосообразный. Если это соотношение размеров очага подтопления меньше 5, то прямоугольник приводится к круглому.