автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Совершенствование гидротехнических и мелиоративных методов защиты от подтопления территории городов и сельских населенных пунктов зоны орошения

Производственное объединение по изысканиям, исследованиям, проектированию и строительству водохозяйственных и мелиоративных объектов в СССР и за рубежом

"СОВИНТЕРВОД"

На правах рукописи

Кандидат технических наук, доцент

САЛИЕВ Баходир Камилович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ И МЕЛИОРАТИВНЫХ МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ ОТ ПОДТОПЛЕНИЯ ТЕРРИТОРИИ ГОРОДОВ И СЕЛЬСКИХ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ ЗОНЫ ОРОШЕНИЯ

05.23.07. - Гидротехническое и мелиоративное строительство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук МОСКВА -1992

Раоота выполнена в Ташкентском ордена Трудового Красного Знамени институте инженеров ирригации и механизации сельского хозяйства (ТИИИМСХ).

Официальные оппоненты:

Академик РАСХН, доктор технических

наук,профессор Щумаков Борис Борисович

Доктор технических наук,профессор Румянцев Игорь Семенович

Доктор технических наук, профессор Махмудов Эрназар Жумаевич Ведущая организация - Узстройизыскания

Зашита состоится 3 июля 1992 г. в II часов на заседании специализированного совета Д 099.08.01 при Производственном объединении по изысканиям, исследованиям, проектированию и строительству водохозяйственных и мелиоративных объектов в СССР и за рубежом "Совинтервод" по адресу: 129344, Москва, ул. Енисейская, дом 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПО "СОВИНТЕРВОД"

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью, просим направить на имя учёного секретаря Специализированного совета.

Автореферат разослан "_" _1992 г.

/7

совета Д 099.08.01, к.т.н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЕ

Актуальность работы. Одной из важных проблем рационального использования водных и земельных ресурсов является разработка соответствующих конструкций дренажной сети, обеспечивающих комплексное регулирование водно-солевого режима почвогрунтов неблагополучных земель. Особенно трудно эта задача решается в регионах с напряженными водохозяйственными условиями, где возникает дисбаланс вследствие истощения водо^земельных ресурсов. К таким регионам относится аридная зона Средней Азии, где интенсивный забор воды на ирригацию около (905S речного стока) привел к росту площади засоленных земель, водной и ветровой эрозии почв и к подтоплению не только ценных сельхозугодий, но и застроенных городов, райцентров и крупных поселков.

Незащищенность и уязвимость природной среды орошаемых районов в процессе хозяйственной деятельности человека выявилась наглядно на примере Арала и Приаральского региона. Вследствие интенсивного потребления водных ресурсов из рек, превышающего приток воды из зоны их формирования, ослабевает возможность спасения Аральского моря. Другая сторона проблемы - крупномасштабное орошение, которое привело к катастрофическим изменениям уровенного и гидрохимического режима •подземных вод, увеличению площадей засоления и числа населенных пунктов, подверженных техногенным последствиям подтопления.

В орошаемых районах Узбекистана расположены основные населенные пункты, где проживает силе двух третей его населения: под воздействием подтопления находятся 160 городов и 120 населенных пунктов Центральной части Ферганской долины, Голодной степи, Бухарского оазиса, новой зоны Каршинской степи, в низовьях Амударьи и др. Процесс подтопления проявился здесь в начале 60-х годов в связи с увеличением водообеспеченности старых орошаемых зон, строительством водохранилищ, крупных каналов и освоением земель.

Ошибки в расчетах водоотведения и дренажа трииторий и недостаточно детальный учет режима грунтовых вод как основного фактора подтопления в одних случаях приводят к излишним затратам материалов я средств на содержание городов (примерно 50 млн.руб. в год), в других - являются причиной недолговечности объектов ирригации, зданий и сооружений, подземных и наземных коммуникаций. Иэ-эа этого экономический эффект от капиталовложений на мелиорацию орошаемых и застроенных территорий резко снижается. Прогрессирующее подтопление грунтовыми водами, сопровождающееся процессами загрязнения поверхностных и подземных вод, требует проведения неотложных защитных и водоохранных мероприятий в городах и сельских населенных пунктах.

Цель и задачи работы. Целью исследований являлась разработка теоретических и практических основ мелиорации подтопленных территорий населенных пунктов в условиях крупномасштабного орошения, а также систем.инженерной защиты этих территорий.

Для достижения этой цели решены следующие задачи:

1. Изучение инженерно-мелиоративного состояния городских территорий и населенных пунктов с учетом особенностей водохозяйственной обстановки в зоне орошения некоторых регионов Узбекистана;

2. Определение влияния подтопления грунтовыми водами на режим и баланс подземнйх вод городских территорий и населенных пунктов при орошении.

3. Разработка и внедрение методики проведения инженерно-мелиоративных изысканий для обследования влияния ирригации на подтопления..

4. Разработка основных принципов региональной и локальной защиты территорий городов и населеншх пунктов от подтопления.

5. Оценка эффективности работы систем дренажа на объектах исследования.

На защиту выносятся:

научные и практические основы мелиорации и методология исследований подтопляемых городских территорий и населенных пунктов зоны орошения;

закономерности режима и-баланса подземных вод городских территорий (на примере Узбекистана) в условиях интенсивного орошения и дренажа;

принципы типизации и районирования городских территорий и населенных пунктов по условиям подтопления с учетом оценки природных, водохозяйственных и гидрогеологических условий;

выбор дренажных систем и особенности их эксплуатации на подтопляемых территориях;

рациональные конструкции и типовые схемы защитных сооружений и рекомендации приемов мелиорации городских территорий и населенных пунктов в зоне орошаемого земледелия (на примере Узбекистана) .

Методика исследований. Поставленные задачи решались на основе анализа натурных исследований, фондовых и литературных данных по мелиоративным, гидрологическим и гидрогеологическим характеристикам для орошаемой зоны Узбекистана.

Научная новизна. Разработка новых методических и практических подходов к оценке влияния крупномасштабного орошения в городах и населенных пунктах включает:

региональную оценку факторов и локально-технологических причин ирригационной потенциальной подтопляемости в районах орошаемого земледелия;

принципы создания системы предупреждения и инженерной защиты территорий городов и населенных пунктов с учетом природных, водохозяйственных и гидрогеолого-мелиоративных условий;

обоснование системы дренажа с целью двойного регулирования

. осушения и водозабора подземных вод для орошения;

научно-методические основы инженерных изысканий подтопленных городских агломераций и населенных пунктов на базе теоретических и экспериментальных исследований и полевых наблюдений;

методику типизации и районирования территорий населенных пунктов (даны рекомендации по применению наиболее эффективных мероприятий к схематизированным гидрогеолого-мелиоративных условиям) ;

выявление "окон" петерекания подземных вод на периферии конусов выноса на основе системных, натурных и модельных на ЭВМ исследований и принципы размещения дренажных систем в этих слож-.ных условиях.

Инженерно-мелиоративная оценка условий и факторов подтопления позволяет повысить надежность и экономическую эффективность проектирования дренажных систем для защиты городов, сельских населённых пунктов от подтопления.

Практическая значимость работы. Разработаны системы (перечень и типовые схемы) профилактических и защитных мероприятий по борьбе с подтоплением населенных пунктов зоны орошения:

мелкий вертикальный дренаж в сочетании с глубокими дренами в условиях, когда грунтовые воды подпитываются за счет перетекания напорных вод нижележащих водоносных горизонтов;

двойное регулирование для осушения и оборотного использования воды р кг-'естве водозаборов и месторождения подземных вод для орошения;

выбор профилактических мероприятий по контролю за мелиоративной состоянием территорий в условиях подтопления и дренажа^

более усовершенствованные (по сравнению с известными) конструкции, перехватывающие дрены в сочетании горизонтальных -,рен - усилителей с рертикальными, когда мощность покровного

водоносного горизонта не превышает 3,5-5 м и он изолирован от нижележащих водоносных горизонтов слабопроницаемыми слоями (двухслойная среда).

На актуальность работы указывает и то, что исследования выполнялись в рамках научно-исследовательских работ ГКНТ по проблеме 0.85.01, межвузовского плана НИР по разделу 2.7.6 по теме: "Разработка научно-методических основ осушения террииорий населенных пунктов в орошаемых районах Узбекистана".

Реализация работы. Приемы гидротехнической мелиорации для городских территорий и населенных пунктов использованы при обосновании проектов дренажа институтами Узгипрокоммунинжпроект, Узгипроводхоз в Голодной степи, Джизакской, Сурхандарьинской и Ферганской областях.

Исходные материалы и личный вклад автора. Материалами для диссертации послужили результаты исследований автора за 19751990 гг. на кафедре Гидрогеологии и гидрологии ТИИШСХ. Диссер- ' тант являлся ответственным исполнителем госбюджетных и хоздоговорных тем, непосредственно участвовал в специализированных обследованиях более 20 подтопленных городов и ' сельских населенных пунктов.

Полученные результаты по оценке эффективности дренажных мероприятий дали возможность запроектировать средства инженерной защиты на подтопленных территориях городов и населенных пунктов Узбекистана.

Экономическая эффективность, внедрения результатав'исследований по применению рациональных дренажных конструкций и за счет экономии дорогостоящих инженерных изысканий составила 1,32 млн.рублей.

Апробация. Основные положения и материалы диссертации докладывались на: Всесоюзной научно-технической конференции

- б -

"Подтопление застроенных территорий грунтовыми водами и их инженерная защита" (Ташкент, 1978 г.); Республиканской научно-технической конференции "Актуальные проблемы водохозяйственного строительства" (Ровно, 1980 г.); Всесоюзной научно-практической конференции "Повышение'эффективности использования оросительной воды и производительности труда при поливе" (Ташкент, 1984 г.); Всесоюзной УШ межвузовской конференции МГУ "Проблемы природного и сельскохозяйственного районирования и типология сельских местностей СССР" (Москва, 1987 г.); Республиканском семинаре-совещании Госстроя УзССР "Защита территорий городов и населенных пунктов от подтопления грунтовыми водами" (Ташкент, 1984-1987гг.) Международном семинаре Департамента ООН по техническому сотрудничеству "Управление и планирование использования водных ресурсов в аридных зонах" (Ташкент, 1989 г.); научном семинаре "Региональные • гидрогеологические, инженерно-геологические и геокриологические исследования в целях охраны геологической среды" (Москва, 1989 г.); Всесоюзной конференции по техногенезису и охране геологической среды (Ташкент,' 1990 г.); Республиканской конференции: "Проблемы комплексного использования и охраны водо-земельных ресурсов в бассейне Аральского моря" (Ташкент, 1990г.); научно-производственных конференциях ТИИШСХ (1975-1990 гг.); Публикации. Материалы исследований по теме диссертации опубликованы в 35 печатных работах.

Стру-тура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав и заключения, содержащих 293 с. машинописного текста, 52 рисунка, 18 таблиц, 3 листа графических приложений, список литературы из 286 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЕ

Часть I. ПРОЦЕССЫ ГОДТОПЛЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ В ЗОНЕ ОРОШЕНИЯ

I. ФАКТОРЫ,ВЫЗЫВАЮЩИЕ ПОДТОПЛЕНИЕ

Вопросам формирования подтопления посвящены труды С.Ф.Аверьянова (1956, 1978), А.В.Лебедева (1957), В.Г.Самойленко (1969), Н.И.Дружинина (1969, 1980), Е.С.Дзекцера (1972, 1979, 1982), С.К.Абрамова (1973, 1976), И.А.Сорокиной (1974), А.Ж.Муфтахова (1975), Д.М.Каца (1976, 1983), Б.Б.Щумакова (1976, 1989), H.H. Блохина (1979), С.Ш.Мирзаева (1980), Б.М.Шестакова (1981), Я.С. Садикова (1981).А.И.Голованова (1982), И.П.Айдарова (1982,1985), Р.А.Баера (1983), В.Е.Анпилова (1984), В.А.Барона (1985), A.M. Сойфера (1986), У.У.Умарова (1987) и др.

Анализ опубликованной литературы показал, что техногенные изменения в результате орошения протекают очень сложно и разно-4 образно. Изменились мелиоративные условия городов и райцентров вследствие крупномасштабного влияния водохозяйственного переустройства на их природную среду. Поэтому необходимо индиавдуально подходить к анализу факторов формирования подтопления городских объектов.

Основным водохозяйственным фактором является изъятие значительной части стока из рек Ацударьи и Сырдарьи при крайне неравномерном использовании крупномасштабного орошения земель (рис.1).

Усиление подтопления в зоне старых орошаемых земель и освоение новых - одна из причин начала высыхания Аральского'моря.Этот процесс нарастал в результате увеличения водообеспечения земель, строительства крупных каналов, водохранилищ и т.д. Имеющиеся локальные данные о влиянии водохозяйственных факторов на режим и баланс отдельных территорий не позволили установить взанмодейст-

КмЗ/год

л—■—I—<—I—I—I—■—■—I—I—I под

Рис.1. Многолетний режим уровня грунтовых вод (I) в районах орошения Голодной степи, снижение уровня • воды Аральского моря (2) и речной сток море (3) под влиянием водохозяйственных факторов.

вие мелиоративных систем и подземных вод в условиях подтопления.

. В последних разработках производилась лишь оценка статических и динамических запасов воды с учетом хозяйственной деятельности, * которая сводилась к оценке использования ресурсов для развития сельского хозяйства. Научно-обоснованные работы для защиты подтопляемых территорий (с региональным анализом закономерностей формирования мелиоративно-гидрогеологических условий) не проводились, но были исследованы ирригационные режимы грунтовых вод путем схематизации застроенныЗс территорий по условиям подтопления. Это позволило оценить мелиоративное состояние действующих объектов, используемых в качестве типовых аналогов [10,25] .

Изменение водообеспеченности в районах орошения во многом гогпгцг.р-по с развитием ирригационного освоения и урбанизацией

территорий.

Оценка влияния подтопления на благоустройство населенных пунктов [и,2б] состояла из:

а) инвентаризации источников и факторов подтопления,

б) определения ведущих факторов и количественных характеристик воздействия подтопления.

До настоящего времени мелиоративные, гидрогеологические и инженерно-геологические исследования для обоснования мелиоративных мероприятий в городах ведутся разобщенно и не удовлетворяют требованиям управления водохозяйственными системами и мелиоратив-. ного контроля на территориях населенных рунктов.

Автор типизировал районы Узбекистана (без горных областей и пустынь) по трем уровням хозяйственной освоенности. Группы расположены в порядке нарастания антропогенной нагрузки от "очаговой" освоенности (районы Каракалпакии) до среднего (районы нового орошения) и высшего (Ташкентская, Ферганская и др.области) уровней. Сюда вошли по А района, где на подъем уровня грунтовых вод (УГВ) воздействуют, в основном, внешние водохозяйственные факторы, кроме того - 5 районов, где емкостные запасы вод формируются от внутренних техногенных факторов [ЗЗ].

Вполне очевидно влияние водохозяйственной деятельности на режим и баланс подземных вод города (рис.2).

Процесс подтопления застроенных территорий в Узбекистане произошел в тех водохозяйственных районах, где оросительная норма превышала 15-20 тыс.м3/га, при слабой и низкой естественной дре, нированности. Главные критерии взаимосвязи грунтовых вод' с почво-грунтами и влияния их на мелиоративное состояние земель - глубина, степень минерализации и многолетний режим УГВ. Избыточные грунтовые воды: а) формируются на самом участке за счет инфильтрации в пределах границ в виде микробассейна; б) поступают на участок

г»

О) ¡4

О

5 t = 5

я о

а •Э«

о

X

а

0

1 о

I ч

х я

-1

0 у

И (5

1

Я

и

О

3

•8 а

ц

5

Нарупение водного режима в зоне аэрации с? г

Цодпор грунтовнх вод прж освоении предгорных равнин № О

Нарушаете уровенного рвима ГрунТОЕЫХ вод о

Нарушение термине сног» режима в зоне аэрации ф

Подъем уровня воды рек,озер а

7. ВСДОХраЯЕЛД

При йроховдешш паводка, стока со й

ливневых и талых рек а

Сеэоннке колебалил лодземнкх о

(валорна) вод при Слизком в

XX залех-лши о

В результате увеличение водо- я

аодата вокруг населенного ш

цункта &

Ликвидация естественных дрен ф

Подпор из хрупких каналов

Подпор жз водохралыад е о

Ивдпор ялфил1траяи»гиа вод

и орооавшх территорий

ц«днор «а ятхлтх »»донвсюсх горизонтов ®

о Утечка ховяйственно-бытовнх вод ь

о г Утечка прокыпленно-сточних вод о

т> Мостнко аотерг. из оросителей ё ф

н а -> Поливы садов к лр^садабкм участков

в виде потоков со стороны объектов ирригации или в естественном виде со стороны горных склонов, конусов выноса и др.

Если рамсматривать вопросы подтопления в комплексе в виде динамических моделей с показателями геологии, гидрогеологических условий, почвы и растительности, поверхностных и подземных вод, то можно связать географические условия объекта с ирригационно-грунтовыми потоками, потоками сточных вод и т.д. Их анализ базируется на корреляционном методе, позволяющем раскрыть отношения параметров (ограниченные по размеру и масштабу) и увидеть наличие или отсутствие пропорциональных изменений изучаемых объектов.

Факторы подтопления в диссертации разделены на внешние и внутренние. К первым относятся 12 факторов, характеризующихся как внешняя водная нагрузка, ко вторым - столько же, но внутри населенных пункта. Учет факторов производится по выражению:

где X I = У! +- ' * Х(., ~ параметры, характеризующие поступление воды в грунтовые от внешних факторов у. = у ^[/¿^ то же, от внутренних.

Разность между притоком от "краевого эффекта" (об ) и "бар-ражного эффекта" (^ ): Л у* «= —^

Для застроенных территорий, в зависимости от целей проектирования, требуется накопление ряда показателей, характеризующих условия местного стока (микрорельеф), общую дренированность,минерализации грунтовых вод , свободную емкость зоны аэрации,обобщенное фильтрационное строение, структуру баланса и режим грунтовых вод. На основе анализа этих показателей дается количественная оценка гидрогеолого-мелиоративных условий застроенных территорий, что позволяет своевременно планировать защитные мероприятия.

2. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ РЕЖИМА ГРУНТОВЫХ ВОД В УСЛОВИЯХ ПОДТОПЛЕНИЯ

Исследованиям закономерностей формирования режимов грунтовых вод в аридных областях посвящены работы ученых и исследователей-практиков. В трудах А.В.Лебедева (1957), М.Ы.Крылова (1958), В.А.Ковды (1959), Н.А.Кенесарина (1959), Д.М.Каца (1965, 1976) положение уровня грунтовых вод (УГВ) до орошения оценивалось за счет притока со стороны предгорий. По разности баланса ими опре--делены удельные объемы поступления подземных вод в Голодную степь от 1000 до I860 м3/га в год. Для неполивных участков Шорузякско-го понижения В.М.Легостаевым (1951) получено 2200 и3/га. Освоение и орошение изменили условия формирования естественных режимов подземных вод[23 ,26,30] .

Анализ формирования режима грунтовых вод обобщен и систематизирован в работах А.А.Коноплянцева (1974), Д.М.Каца (1976), В.С.Ковалевского (1976), С.М.Семенова (1977), что позволило им разработать классификацию режимов с присущими типовыми графиками.

Установлено, что в условиях аридной зоны влияние орошения на режим грунтовых вод проявляется в двух аспектах:

а) широко региональное, подчиненное одновременно общецу ходу сезонных и многолетних закономерностей, увеличение водоподачи старых орошаемых районов вызвало изменение режима грунтовых вод, в результате чего подтапливаются орошаемые и прилегающие к ним городские земли, происходит их заболачивание;

б) локальное, когда под влиянием орошения нарушается ход природных закономерностей и создаются условия для формирования нового режима, отличного от прежнего. Это вызывается возросшей потребностью в водных ресурсах а возникает при их регулировании в

результате строительства оросительных, обводнительных и сбросных каналов, подбора плотин и создания водохранилищ.

Исследованиями установлено, что подтопление наблюдалось в результате широкомасштабного освоения в особо сложных гидрогеологических условиях Голодной степи. Бухарского, Сурхандарь инс ко го и др.оазисов. Крупное ирригационное строительство, орошение и освоение новых сельскохозяйственных территорий (Центральная Фергана, Хорезм, Каракалпакия) повлияло на режим и баланс полземных вод, вызвав большие потери стока (15-20^), и способствовало процессу подтопления.

Анализируя результаты многолетних полевых исследований[17] , можно ввделить три фазы подтопления,

I фаза - насыщение зон аэрации оросительными водами при глубоком стоянии УТВ. Грунты зоны аэрации насыщаются с увеличением нормы полива до полной алагоемкости, образуется фильтрационный слой, который смыкается с глубоко залегающим УГВ (нарушается естественный уровенный режим и уменьшается сезонная величина амплитуды колебаний). При этом приходные статьи водного баланса преобладают над расходными. После 12-18-летнего ирригационного освоения Дальверзинской и Голодной степей, Сурхандарьинской межгорной впадины УГВ повысился от 25-20 м от поверхности земли до 5- • 8 м. Скорость подъема уровня 0,2-0,8 м/год.

П фаза - полное смыкание инфильтрационных вод с грунтовыми и прогрессирующий подъем УГВ. Общая тенденция изменения сезонной амплитуды колебаний грунтовых вод направлена к устойчивому положению их уровня в пределах критической глубины (3 м). В'ряде городов за 1949-1960 гг. грунтовые воды поднялись от 8-5 до 2,53 м со скоростью 0,8-1,5 м/год.

Ш фаза - подтопление территорий. Подъем УГВ стабилизируется

ча глубине от 0,5 до 2,5 и. Приходные и расходные статьи водно-Ьо баланса выравниваются эа счет режима испарения.

Цри длительном орошении, исключая интенсивно дренированную »ору, грунтовые вода приближаются х поверхности эемяи. Фазы подтопления показаны на рис.3.

Последняя фаза подчиняется режиму подземных вод, которые разделены на естественные и искусственные (нарушенные).

В диссертации дан подробный анализ типов кривых изменчивости сезонных и многолетних нормативов режима УГВ, которые характеризуются определенной генетической основой, структурой и соотноое'» нием статей баланса, имеют местное распространение.

3. РАЙОНИРОВАНИЕ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ 00 УСЛОВИЯМ ПОДТОПЛЕНИЯ

Основные научно-методическое положения о принципах районирования, интерпретации и обобщения результатов типизации застроенных территорий, расположенных в различных водохозяйственных зонах, сводятся к:

региональной принадлежности населенного пункта по геоморфологическому 'строению и гидрогеологическим условиям водохозяйственного района;

выделению типовых техногенно-гидрогеологических условий; .изучению влияния ирригационной системы на режим подземных

• вод;

оценке степени подтопляемости в зависимости от режимных наблюдений.

Отметим, что все существующие схемы инженерно-гидрогеологического районирования базировались, главным образом, на:

геолого-геоыорфологичаскоы принципе оценки территорий, который определяет направление гидрогеологического процесса, обусловленного действием естественных и ирригационных факторов (НЗ.Ро-говская, 1959 г.; А.Г.Владимиров, 1960 г.; А.М.Сойфер, 1975 г.);

гидрогеолого-динамическом принципе, согласно которому районированию подлежит гидрогеологический процесо, как следствие определенных условий залегания и движения грунтовых вод в пределах гидрогеологических.бассейнов и районов (Ы.А.Пкидт, 1936 г.; В.А.Гейнц, 1950 г.; М.М.Крылов, 1959 г.; Д.Ы.Кац, 1968 г.; Н.Н.Ход-жибаев, 1969 г.).

Так, можно констатировать, что мелиоративные мероприятия, осуществленные на современном этапег недостаточны, так как в результате освоения и интенсивного орошения земель обострились экологические, экономические и водохозяйственные проблемы в бассейне Аральского моря.

По режимным графикам УГВ, принимая за слой насыщения

зоны аэрации при подтоплении, имеем:

где На - амплитуда колебания У1В за год, м; - высота ка-

пиллярного подъёма, зависящая от состава грунта, ы.

Определен критерий потенциальной подтошшеыости как отношение слоя насыщения к глубине У1В в конце спада ( Мк ):

К —

и*

Территории классифицированы в зависимости от диапазона изменений А" : если А' > I - слабоподтопленные, /Г « I - под-

Ч /7 /7

топленные или подверженные сезонному подтоплению, I - под-

топленные иостоянно; Кп «О - сильноподтопленные.

Некоторые очень сильно уплотненные Тяжелые глинистые и микро-агрегированяыа грунты (городские площади) всегда предельно насыщены водой. Известно, что высота капиллярного поднятия обратно пропорциональна радиусу капилляра, т.е. чем'тоньше капилляр, тем

на большую высоту может подниматься вода.

Автором исследованы гидродинамические особенности и структура в одно то баланса типовых населенных пунктов', вдделены четыре геоморфологических района, восемь подрайонов, в кавдом подрайоне - по 2-3 варианта расположения населенного пункта. Рассмотрены также особенности литологического строения типовых городских территорий и населенных пунктов, влагообмен между поверхностными и подземными водами, использован принцип неразрывности, так как застроенная территория является частью водохозяйственного района с общими гидрогеологическими условиями. Поэтому крайне незначительный инфильтрационный подземный сток в пределах застроенных территорий в условиях орошения способствует подъёму ЛЗ.

Количественный гидродинамический анализ дая типовых населенных пунктов в условиях обоснования систематического дренажа даёт основание судить о главных составляющих притока и оттока грунтовых вод. Следовательно, в иерархической соподчиненности региона все населенные пункты сходны по условиям, но различны по количест-. венным поступлениям грунтовых вод и оттоку. Анализ этого принципа важон для типологического районирования, так как застроенную территорию с граничащими орошаемыми зелиями, расположенными в одной природно-хозяйственной зоне, можно рассматривать как объект и источник подтопления.

Часть П. ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЗМЦИТЕ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ ОТ ПСДТСШЕНИГ.

4. ТРЕБОВАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ ИШСЕНЕРНО-МЕЖОРАТИВБИХ УСЛОВИа ОБШСТШ ПОДТШЛЕНИЯ

Методические основы, объём и содержание инженерных изысканий применительно к городам и населенным пунктам освещены в трудах В.В.Богатнрева, Н.Н.Веригнна, Е.С.Дзекцера, С.М.Касымова, Г.А.Мав-лянова, Э.Мавлянова, Я.С.Садыкова и др. Однако, в большинстве слуг чаев не сформулированы достаточно обоснованные требования к проектированию дренажных работ, изыскания не увязываются с генпланом застройки населенных пунктов, не охватываются под изыскания площади оельхозтерриторий, переданные под строительство.

Автор проанализировал возможные ситуации, составляющие специфику инженерных изысканий в сложных мелиоративно-гвдрогеологичес-ких условиях, изменяющихся под влиянием орошения и водохозяйственного строительства. Установлено, что районами исследования являются геосистемные объекты, имеющие региональные (орошаемые земли) и локальные (города и населенные пункты) границы. На региональном уровне оцениваются природные условия,, гадрогеолого-литологическое строение по основному водоносному горизонту, объём водопотроблений и водоотведения в пределах границ, а также изменения гидрогеолога-" ческих условий под влиянием оросительных ыелиораций.

Исследования объектов подтопления Ферганской долины, Оурхан-дарьинскоЧ области, Г. г.одной стеди ж др. позволили выполнить:

1) составление карт фактического материала: глубин залегания гкдроизогипс, литологических разрезов и др.;

2) анализ структуры водного баланса и увязку статей баланса с реаулоы грунтовых вод;

3) оценку эффективности тех или иных мероприятий в пределах границ и прогнозные расчёты режима УТВ.

Для локальных границ существуют три категории изученности: первая - изучено достаточно хорошо; вторая - изучено по отдельным компонентам; третья - изучено недостаточно.

Автор даёт рекомендации но установлению критерия возможности проектирования защитных мероприятий от подтопления на основе изучения фактического материала без проведения специальных половых исследований. При этом, в основном, ироизводитря целевая систематизация материалов, сводящаяся к следующим результатам:

I. Составление общего водного баланса для дренируемой толщи (до подошвы первого регионального водоупора), структура которого зависит от наличия водных источников, объёма и режима водопотреб-ления и дренированности территорий:

&Л ({)

где JS.fi - разность подземного притока (Пл) и оттока (Оп) А - поступление воды на балансовый участок

(2) (3)

Если 0, клеем П = Пп-Оп; раз-

ность запасов вода в расчетном балансовом слов.

Л и/ А V ± Л (4)

где а V - изменение запасов влага в зона аэрации, А - изменение запасов грунтовых вод.

I -/

Б - сток води с балансового участка

2. Расчёт баланса грунтовых вод на современный и прогнозный периоды

^¿КТ* (Пп} + 1{Г<р«+Що + иг?£)+(Ппо + иг?е+ иует'уг +и), (5)

где ^/У - водоотдача грунта; А $ - изменение У1В за расчётный интервал; Р - площадь населенного пункта; /}//£ - подземный приток; питание грунтовых вод за очёт: И^м - фильтрации ирригационных вод; Ъ^о ~ Фильтрации атмосферных осадков; потерь из водопроводной сети; Расход грунтовых вод за счет:

у\/зс - отбор подземных вод из эксплуатационных скважин хозяйот-венно-бытового и технического водоснабжения; П/ю ~ подземный отток; Ц^Ё " отс!о-Р грунтовых вод скважинами вертикального дренажа; ~ отток грунтовых вод через горизонтальные дренажные системы; % - испарение с поверхности грунтовых вод балансового участка.

Методика вычисления составляющих общего водного и баланса грунтовых вод общеизвестна. Однако, при отсутствии специальных исследований расход грунтовых вод на иодаренна и транспирацию в формуле (5) определяется по разности приходных и расходных статей грунтовых вод.

3. Оценка эффективности существующих и проектирование новых систем дренажа. На основе натурных исследований часто удаётся уточнить параметры, заложенные в основу проектирования.

Изменение баланса грунтовых вод территорий городов и райцент- • ров различных орошаемых массивов с системами дренажа рассмотрено в работах [ г.1,14,25].

Локальная задача численного эксперимента получила развитие в трудах Ф.БЛбуталиева (1972), У.У.Умарова (1989), }[, Хабибуллаева (1991) и др. Ими решены задачи геофильтрации, как прогноза защиты от процесса подтопления. Неустановившаяся фильтрация грунтовых вод

описывается уравнением:

.о начальными и граничными условиями:

к (X, у, ¿о) £ Гх, у) (ху) ЕГ, (7)

у) £Р; при Ыо

КЬ м-=г39 (х,у, £)(*, у) £ Ъ пригни (8)

где &(X, у , ¿с] - У1В от водоупора до свободной поверхности;

- свободная водоотдача или недостаток насыщения; АуО^^У-хоэффициент фильтрации; ^[^, ~ Функция инфильтрации; - функция испарения: ~ задашш9

ции •

Ввиду сложности точного решения дифференциального уравнения (6) о начальными и граничными условиями (7) и (8), целесообразно ограничиться приближенным методом коночных разностей:

-^¿(Ь«-/}'") . (М

Такие решения были построены и дая условий Коканда и Пулистана.

Защита городских территорий от подтопления достигается: при полном устранении инфильтрации из всех возможных источников, отводом избыточных грунтовых вод путем строительства различных систем дренажа и при поддепкании территории в хорошем техническом состоянии«

5. МШПРШИЯ ПО ПРТОЕЕДДВНИЮ ПОДКШЕНИЯ В СУРШ1-4ЦЕЕШДСК0М ОАЗИСЕ

' Сурхандаръинский водохозяйственный район находится на юге Узбекистана в бассейне рек Сурхандарьи, Щерабадцарьи и Амударьи. Площадь его 20,1 тыс.км2. До'60-х годов орошаемые земли располагались, в основном, в пределах слившихся конусов выноса правобережных протоков и вдоль русла р.Оурхаддарьи. Для расширения орошаемых площадей и повышения юс водообеопеченнооти в последующие . годы сооружены Учкызылское, Дегрезское (1957-1958), Шно-Оурхан-ское (1962) водохранилища, построены и реконструированы гидроузлы (Занг, Щерабад, Кокайты, Янгиарык, ¿му-Занг).

Водоподача на орошаемые территории значительно увеличилась -от 1,35 (1950-1960 гг.) до 3,2 км8/год (1976-1980 гг.). Площадь орошаемых земель за этот период возросла с 121 тыс. до 225 тыо.га.

••Протяженность ирригационной сети увеличилась от 1200 до 2466 км, а коллекторно-дренажной - от 3600 до 5800 км (из них магистральных коллекторов - 461,7 км). Суммарный объём сброса коллекторно-дренажных'яод в Амударью 0,8-1 км3. '

Применение скважин вертикального дренажа в пределах бассейна приводит к неожиданным последствиям. Происходит сработка напоров в водоносных горизонтах, тем самым создаётся опасность притока загрязнению: и соленых вод к городским территориям, а при интен- ' сивноы водоотборе из источников водоснабжения отмечается резкое ухудшонц' качества питьевой вода.

По данным гидрогеологических исследований (С.Ш.Мирзаев, М.Хаитов, 1978), при эксплуатации перспективного водоносного горизонта минерализация подземных вод в верхней части разреза (5-90 ы)

в 1977 г. достигала 1,1-1,2 г/л, а жесткость - Пыг-экв/л (Кум-курганский, Мангузарский, Термезский водозаборы). Изменения качества подземных вод наблюдаются и в нижних водоносных горизонтах, залегающих на глубине 50-200 м.

Современный водоотбор (со скважинами вертикального дренажа) городских территорий достигает 10 м3/с. Поэтому происходит сра-ботка напоров эксплуатационного горизонта, тем самым увеличивается опасность притока загрязненных вод сверху и сбоку по пласту и ваблвдается прогрессирующее ухудшение качества вода от 2,38 (г.Термез) до 12,64 г/л (р.ц.Ленлн-Ши). В водах отмечается увеличение активной реакции (FH), щелочности и нитратов. Вместе с тем, подземные воды в этих городах и райцентрах - основной источник хозяйственного водоснабжения населения орошаемых массивов. В условиях интенсивной загрязненности окружающей среда проблема предсказания влияния хозяйственной деятельности человека на процессы подтопления и на состояние подземных вод и обоснование мероприятий по защите водозаборов от загрязнения тлеет принципиально важное значение, в частности, при определении направления и объектов поисково-разведочных работ на подземные воды и при обосновании перспектив их использования для хозяйственно-питьевого водоснабжения городов и защиты их от загрязнения.

Следовательно, мероприятия по охране от загрязнения перспективных водоносных горизонтов должны быть, в первую очередь, направлены на предотвращение процессов подтопления, распространяющих эти загрязнители. Дня этой цели в Узбекистане были ранее разработаны мероприятия по предотвращении фильтрации в дойстзующкх и строящихся каналах, пересекающих защищаемые объекты вблизи ис-

•

точкиков водоснабжения в городов, посёлков городского типа и райцентров. Объём и стоимость работ по предотвращению фильтрации отражены в табд.1.

Таблица I

Мероприятия по предотвращению фильтрации на действующих и отроящихся каналах Оурхандарьинской области (в пределах городов и райцентров)

1981-1985 гг. I 1986-1990 гг'.

__,_•__

Место проведения ' мероприятий :коли-гчеотво :каналов ¡объём Гработ, : км ; стои-, :мость, :тыс.руб. '.количество ;каналов .объём Гработ : км Готои-,Гмость, :тыс.рус

г.Термез 6 24 1800 2 8 725,6

г.Денау 3 10 750

г.Дяаркурган 2 10 750

г.Кумкурган 3 . 16 1200 I 3 272,1

г.Щурчи 2 10 750

г.Шарабад 4 15 1128 . • I 4 362,8

р.ц. Сарыассия 2 10 ' 750

р.ц. Ангор 2 19 . 675

р.ц. Ленин-Юли 3 16 1200 I 5 453,5

Всего: 27 130 9003 5 20 1814

'Зап^-гные мероприятия по предупреждению зависят от наличия современных дренажных систем и от протяженности коллекторно-дренаяных сетей (КДС).

Удельная протяженность КДС на I га поливных земель составляет 26,2 пог.м., в целинных совхозах Гагаринского района - 60,2 пог.ы, в Лонш-Еяийском районе - 54,8 пог.м и в Щорабадском - 36,3 пог.м. Несмотря на наличие густой сети дренажа, происходит подъём У1В как на орошаемых, так и на застроенных территориях. В райцентрах имеется более 100 скважин вертикального дренажа и 40 наблюдательных. На территории гг.Тормоза, Ангора, Дэнау и др. площадь обслуживания одной скважины, в среднем, составляот 18 га.

В продолах районных цонтров Дгкаркургал, Кумкурган, Летш-йяи в старой зоне орошения основная часть ирригационных систем устарела, ыолиоративная система по техническому уровпи не обзспечпвает снятио водной нагрузки. В этих условиях дая эффективной реализации системы првдупрезденяя в этой зоно можно сформулировать следующие рекомендации:

- необходимо строгое соблюдение водоохранных мероприятий при эксплуатации подземных вод как дая орошения сельхозкультур, так и для целой водоснабжения;

- из-за ухудоения качества подземных вод конусов выноса рек Ходжапак и Щзрабад следует отказаться от посева влагоёмких культур и заменить их па мелоо влагоёмкие, создать водоохранные заповедники в зонах формирования подземных вод;

- нужно строгое ограничение размещения промышленных площадок, городских застроок и объектов коммунально-бытового назначения о учётом требований защиты от подтоплекяя в зоне транзита, выклини- ■ вания потоков подземных вод, так так эти потоки приоброли новый "техногенный" вид рожима.

В Сурхан-Шорабадском оазиса наиболее эффективным средством борьбы с подтоплением является отведение загрязненных грунтовых вод путем реконструкции существующих коллекторно-дронагшую сеть и подведение их устья к "языкам" конусов выноса, где выклиниваются потоки грунтовых вод. Эти и другие результаты такого рода исследований свидетельствуют о необходимости комплексного изучения формирования техногенных ирригационных режимов грунтовых вод в различных гидрогеологических условиях дяя учёта подземных вод и рационального и использования,

6. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОШ ДРЕНШШ. СИСТЕМ НА ЗАСТРОЕННЫХ ТЕРРИТОРИЯМ 1Ш0ДН0СШ1СК0Г0 ВОДОХОЗЯЙСТВЕННОГО РАЙОНА

Борьба о подтоплением в зонах орошения и застроенных территорий Голодной степи - единая проблема и ее решение во многом зави-оит от технических, экономических и организационных аспектов экологии и мелиорации.

Опыт показал, что эффективность орооитольной мелиорации в Голодной сгеди не гарантирована, что связано, главны?.! образом, о недостаточно целенаправленным гидрогеологическим обоснованием дренажа, отсутствием.обобщающих работ по оценке критериев дренирования, а также с недостаточным техническим уровнем строительства и эксплуатации мелиоративных систем.

В настоящее время все города и райцентры, расположенные в Голодной ( ?епи находятся в неблагополучном мелиоративном состоянии, . характеризующемся высоким стоящем У1В. На примере отдельных городов рассмотрим дренажные мероприятия.

Город Г/листан. Самое высокое положение УГВ (0,6-1,7 м) - в апреле. Этому способствует фильтрация вода из кан. им.Кирова, занимающего командную отметку и пэреоекаадего город с юга на север.

В 1966 г. институт Узгиароводаоэ разработал проект строительства скважин вертикального дренажа:

суммарная мощность откачки 1,5 и3/а, которая обеспечивается строительством 50 скважин (первая очередь дренажа); средний (проектный) дебит одной скважины 40 л/о; коэф|ициент использования вромокн 0,75. По данным С&НИИРИ, коэффициент полезной работы скважин составил: 0,77 - в 1981 г., 0,72 - В 1982 и 1983, 0,60 - в 1984 г. и из года в год снижался.

Балансовые расчёты подземных вод при работе систематического вертикального дренажа показывают, что основной их составляющей являются потери водопроводных вод (8710 м3), фильтрация из Киров-окого магистрального канала и кан. К-3 (2475 м3/та) и потери из мелиоративной сети и поливных участков города (4650 ы3/га). Отбор скважинами вертикального дренажа соотавляат 13600 мэ/га, а в прогнозный период, после введения второй очереди дренажа, - 15480 м3/^ (табл.2).

Таблица 2

Общий водный баланс г.Еулистана в современных (1984 г.) и прогнозных условиях СР" 1000 га, И - 42 скв.)

Элементы баланса « 1 1984 г. » ш * : 2000 г. ?

I 2 3

Приход, ы3/га Атмосферные осадки 3085 30813

продолжение табл.2

I 2 3

Водоиодача:ш полив да оросительной сети 4650 6500

Водадодача ¡на полив из шодопроводной сети 1497 -

Водоиодача иг водопровода на кофинальные ЩЗШ1 8710 8710

Сидотрздионше .потери :из ЗШК л 2475 3477

:Итого :204Г7 21772

Расход, ¡м^/га

Суммарное.испарение 2942 3642

Сток, ло.канализации '.в .очжшшо .сооружения .3650 3640

иб1,см.огкачок из юквгшин¡вертикального дролаап 13600 ' 15480

.Итого 20192 22762

Баланс, и?/т 4225 -1000

¡Лримочаиве: I. Расчётный ¡баланс составлон до данным СШШРИ.

2. Б.прогнозной .водном балансе принято, что водо-подача ¡на .полив долгзш быть полностью обеспэ-чоиа ¡из ¡оросительной соти, нэ используя водопроводную :Е0ДУ-.

:Райцентр. Дахтакор.;Оонован в .1967 г. на землях нового орошения, в. юго-зашдаой части ¡Голодной .степи.

Питомча грунтовых вод.происходит за счёт подземного притока, фильтрации. из к&но-Голодаоотояского .канала (34,78/И) и инфильтрации комиуналшо-бытовых вод:при отсутствии канализации (39,79?). Расходуются .грунтовые лзода. да .испарение (38,38,1) .д. отток.НДС ЛйЭ,65%).

Десятилетняя, эксплуатация двенадцати скважин вертикального дренажа привела к полной их колыдатации. Для временного улучшения мелиоративного состояния построен горизонтальный дренаж длиной 2 км, глубиной 2,5-3 м, направленный с юга на север, который обеспечил снижение У1В до 2-3 ы. Основываясь на натурных экспериментах, автор рекомендовал строительство закрытого горизонтального дренажа о ыеждреннш расстоянием 100-120 ы, где получен дренажный модуль 0,184 д/с схвктара. Сток дренажных вод на I км длины составил 0,0188 ыэ/с. Однако, процессы, подтопления во многих городах и населенных пунктах не ликвидированы.

7. результаты исследования причин подтспленш и

ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЕРТИКАЛЬНОГО ДРЕНШ. В гЛСОКАНЙЕ ..

С 1967 г. по проекту института Узгипроводхоз началось строительство 45 скважин вертикального дренажа первой очереди. Скважины располагались различно по отношению к контурам питания и стока. Характеристики условий питания, разгрузки, режима и баланса грунтовых вод зависят:

от того, что со стороны конуса выноса р.Сох о юшой границы поступает поток грунтовых вод, из-за чего г.Коканд подтоплен постоянно;

от перетекания напорных вод из нижних горизонтов в верхние (чем больше объём откачки, тем больше и переток, так как за счёт увеличения напора усиливается вертикальное поступление подземных вод).

Учитывая контрастность гидрогеологических условий, в пределах территории города в гидродинамическом отношении выделены участки активного, замедленного и весьма замедленного питания (рис.4).

Рис. 4. Схема ддя расчета расхода потока напорных вод первого от поверхности участка акцизного питания. Участки питания: I - активного, 2 - замедленного, 3 - весьма замедленного. Границы: 4 - контуры питания и их номера, 5 - расчетные участки и их номера; 6 - направление напорного потока подземных вод; 7 - водосливы на саях и коллекторах.

- 31 -

Участок активного питания - это часть верхнего яруса осадочной толщи (до относительного водоудора), в которой динамика подземных вод подчинена дренирующему воздействию рок, водоёмов и дренажных сооружений. По распределению напоров в пластах выделяются определенные гидрогеологические подучастки.

Считается, что питание грунтовых вод другими составляющими водного баланса практически не происходит. При этой величины оттока и притока подземных вод можно оценить отдельно для характерных выделенных участков о учетом известных для них средних значений водопроводимости , гидравлического градиента <Уср и ширины фронта потока & ср •

В условиях планово-плоской валорной фильтрации расход потока в пределах одной ленты тока определяется по зависимости Дарои:

[¡П}= хтср7ср&ср у (Ю)

Суммарный расход каждого участка -ЗГ^р даст величину пере-

текаемого расхода подземных вод через гидрогеологические "окна" или & > мЭ/°УТ,1а С11)

где - пяощадь контура питания "окон", га.

Предлагаемое решение несколько упрощено. Поэтому полученные данные как о подземном стоке в реки, так и о горизонтальном (или притоке) подземных вод из одного расчётного участка в другой необходимо расценивать как приближенные.

Расчёты по формулам (10) и (II) показали: а) поступления со стороны и в пределах города

4/ => 5130 м3/сут. = 2,05 ы3/сут.га

Цц »= 27400 щ3/сут. = 10,95 ы3/сут.га;

б) отток за пределы территории города:

= 11694 м3/сут. в 4,68 ы3/сут.га

Тогда баланс подземного потока

=»2,05+10,95-4,68 » 8,32 м3/сут.га

Полученная величина (8,32 ы3/сут.га) горизонтального притока подземных вод на городскую территорию относится, главным образом, к участкам активного питания; часть ее расходуется на испарение и транспирацию, выкашивается в гидрографическую и дренажную сеть, а оставшаяся подлежит откачке скважинами.

В работе обобщены результаты исследования и прогнозирования динамики подземных вод. Для определения расхода подземных вод через "окна" перетекания также проведен натурный эксперимент путём одновременной остановки всех действующих скважин. Скорости восста-повления получены различные: в первые двое суток - от 7 до 2 см/сут'« когда подошва верхнего водоносного горизонта изолирована от нижнего, а при наличии "мша" - свободный пероток напорных вод оо скоростью от 15 до 3 см/сут. (рис.5). Обработка розультатов по всей площади интенсивности восстановления УГВ выполнялась на ЭВМ о помощью специальной программы на графопостроителе, где получены чёткие очертания (при шаге горизонталей 0,20 м) контуров "окон" перетекания. Эти участки на карте выделялись куполообразными изолиниями, свидетельствующими об очаговой разгрузке напорных вод, и совпали по площади представленной на рио.4. Таким образом, установлена тесная гидравлическая связь между напоршши и грунтовыми водами. В целом, по городу достигнуто хорошее мелиоративное состояние.

По многолетним данным, совмощешше графики снижения напора подземных вод (Но, м), УГВ ( /г , м) в зависимости от объёмов откачки ( , млн.м3 в год) и числа эксплуатационных скважин (/2 ),

1?8, см/сут.

а). створ Кипчак- Сай

СкВ.

о). ст8ор Актела-Оги

С*В.22 Скб. 2/

6). между отборами

с*в. 32 |;

ЧЛ V - \ о*-- —

СхВ.ал Скб. 76

2 V 48 42 36 часы

Рис.5. Графики восстановления скоростей статических и ческих уровней в результате одновременной остановки работа хин вертикального дренана по характерная створам г.Кокавду,

скпа-

представлены в верхней части рис.6, а внизу - изменения среднегодового снижения У1В по наблюдательным скважинам йй 21 и 181, расположенным симметрично на двух окраинах города.

Установлено, что до начала ввода дренажных скважин У1В но скв. 21 в IS62 г. = 2,6 м, а но скв. 181 - 1,2 м от поверхности. После 20-летней (с 1967 г.) эксплуатации дренажных систем У1В в 1988 г. снижон до Hopi.ii осушения - 3 м, а по скв. 181 - до 4,6 ы, что обеспечило улучшение мелиоративного состояния города.

8. применение пщротшелвааа дренашт. сооружений да

ЗАЩИТЫ ОТ ПОДТОПЛЕНА ТЕРРИТОРИИ 11АСЕДЕНШХ ПУНКТОВ В SOIE 0Р01ШШЯ

Проведешше в I98I-I985 гг. натурные обследования эффективности дренашшх систем на территории более 20 городов и населенных пунктов позволяют заключить, что после 10-15 лет эксплуатации производительность, как правило, снижается до 40-50$. Причины этого -агрессивная среда и высокая степень износа шсосно-силоього оборудования. Построешшо городские дро1шашо системы по отвечают возросшим водным нагрузкам, они малоуправляемы и с повышенной себестоимостью откачиваемых вод. Горизонтальный дренаж, например, работает самотеком, при этом строительство его не всегда возможно (р.ц. Пахтакор, Пахтаабад, Дружба, Хазараси и др.) из-за перегруженности городских улиц подземными комму шжация.\ш, дренажи недо-строены до проектного уровня.

Вертикальный дренаж тробует больших эксплуатационных затрат на электроэнергию.

Кардинальное решение проблемы подтойления - реконструкция и повышение эффективности существующих дренашшх систем с учётом использования дреыадного стока для городского хозяйства ми на

П

LJ.e

г" i f I

"KT

2.S.

.70 .

IS .60 .

SO..

/.5.

./О. ЧО .

io.

O.S

30.

f. .20.

I

L.

\

0..

0.0

Наблюдательная скважина а./и /в/

4.0.

2.о

3.0

4.0

•ъ

-4 lß4*.

exS.ii ¿1t м.

Ска /<?/

я

я

Рис.6. Совмещенные графики снижения величины капора (//о), УГВ ( Л ) в зависимости от объёмов откачки (\х/) и дренажа (П '. за территории г.Коканда: I - линия напора подземных вод, м; I - объём откачки, тыс.м3; 3 - число дренагаос; скважин, lt.; 4 - среднемноголотний 71В скв. 181 (1,84 м) и скв.21 (2,77 .м).

орошение. Это - основное требование водохозяйственного переустройства в зоне орошения в условиях дефицита водных ресурсов. Чрезвычайно важно создание таких защитных дренажных систем, которые, с одной стороны, перехватывали бы инфильтрационный поток грунтовых вод (при умеренном соотношении водонодачи и водоотвэдения в городе), о другой служили бы источником орошения или хозтехнического водоснабжения, В этом случае строительство открытых собирательных дрен в границах города ок;,:швается нецелесообразным. Отметим, что одна из оовершенных конструкций на перспективу - горизонтальные собирательные драны закрытого типа с большим диаметром. Второй вариант -лучевой дренаж (вертикальный колодец совершенного типа с горизонтальными радиаяышш лучами, пролоиопнши из этого колодца).

Опыт мелиорации городских территорий на фоне глубокого дренажа (50-70 м) при средней и высокой фильтрационной способности поч-вогрунтов (гг.Коканд, Гу листан) показывает, что проектная норма осушения (2,5 м) достигается при непрерывной работе скважин вертикального дренада в течение 8-10 лет, а устойчивое поддержание грунтовых вод в пределах нормы осушения достигается только за 15-18 лет при безостановочной работо всох дренажных систем [ II, 21, 25J. Так, нам удалось подучить альтернативное решоние заложением скважин "мелкого" типа в варианта лучевого дренажа и ориентироваться на налаглваяие системы водообэсдечопия и водоотведения, направленной, в коночном итоге, на мелиоративное улучшение заболоченных городских земель.

Концепцией решений проблем подтопления в региональном масштабе (или в каздом конкретном городе) служит перехват потоков инфильтра-цион1ШХ грунтовых вод из оросаемых зеиоль, водохранилищ и каналов путём юс сбора, отвода и рационального использования.

В диссертации проанализировано преимущество "мелкого" дренажа в гг. Андижане, Коканде в условиях периферийной части конуса выносов. Глубокие горизонтальные и лучевые дрены, заложенные с целью перехвата инфильтрационного потока, должны сооружаться на подступах к городу в долинах сухих дельт, палеопотоков и палео-дельт, в одно- или двухслойной среде. Эксплуатационная надежность мероприятий оценивается так:

а) методом водного баланса определяется модуль дренажного стока: „

= , м3/сут/ га (12)

где: - средняя интенсивность инфильтрационного питания,м^/сут, /■" - площадь инфильтрации, га;

б) вычисляется удельная протяженность горизонтальных дрен

¿л- ~ 2*/г) > м3/га. «з)

где: О - погонный расход в дрену, л/с;

в) рассчитывается число колодцев (/2 ) и общая протяженность. (Х^ ) горизонтальных дрен на площади осушения ( р )

А/= <14)

или

(15)

Совместные действия вертикального и горизонтального дренажей рассчитываются так. Задаются параметры горизонтального дренажа 3 • , о? и в состав проектного водного баланса вводится расходная статья в виде модуля стока горизонтального дренажа. При этом определяется количество грунтовой воды, которую нужно от-Еести вертикальным дренажом, чтобы обеспечить заданную глубину грунтовых вод, т.е. вертикальный дренаж рассчитывается на интенсивность инфильтрационного питания, равную:

б = в (гс)

где ^ - инфильтрация, м/сут, £ - расход грунтовых вод на испарение и транспирацию, м/сут, - модуль стока горизонтального дренажа, м/сут.

Гидродинамическая картина работы дренажа на опытном участке периферии конуса выноса характеризуется тем, что движение грунтовых вод по горизонтальной части дрены при наличии инфильтрационного питания происходит» в основном, в виде полос по направлению к дренам. В случае значительного инфильтрационного питания, когда напор ниже пьезометрического уровня, в междренье отмечаются нисходящие токи.

Исследования показали, что в этой подзоне, как и на участках перетекания, основное питание дрены получают за счет восходящего потока на ширине 16-25 м под дном дрены.

Так, в многослойной среде перетекание из соседних горизонтов через разделяющий слой учитывается по формуле

£ в |/ ----(г?)

/Г) +/с/я'

гле - коэффициент филвтрации водоупорного слоя, /72 - мощность водоупорного (разделяющего) слоя, /7}' - мощность водоносного горизонта, - водопроводимость водоносного горизонта, из которого осуществляется откачка, м^/сут.

Величина, обратная коэффициенту перетекания, называется параметром перетекания и характеризует сопротивление движения воды через водоупорный слой. / ^, ¿./^/7)'

0-4-Т/-7Г~ > ш

Переход от осушения к водообеспечению происходит в том соу-чае, когда продолжительное время количество инфильтрующейся воды не превышает объем водоотбора из верхнего горизонта. При этом УГВ медленно снижается за счет уменьшения напора из нижнего водоносного горизонта.

Режим подтопления можно условно разделить на горизонтальный и вертикальный. При горизонтальном УГВ на застроенных территориях не снижается или снижается незначительно. При вертикальном подпорном режиме фильтрации нельзя не учесть тот факт, что верхний горизонт будет подпитываться пресной водой, а нижний окажется загрязненным. Поэтоцу для предотвращения подтопления требуются локальные дренажи, состоящие из скважин "мелкого" заложения. Использование дренажа в режиме осушения или водоотбора осуществляется откачкой воды из лучевого водозаборного колодца (рис.7).

Для одновременного сбора вод горизонтального (бокового) и вертикального (для снятия напора) подпора нижележащих горизонтов нами рекомендована двухъярусная лучевая дрена усовершенствованной конструкции. Основные элементы ее - колодец, дрены-собиратели, верхнего яруса. В условиях заложения дрен в мелкоземистых грунтах можно подключать вакуумные устройства с водозаборного колодца для принудительной откачки. Нижний ярус работает самотеком по мере откачки из колодца.

Преимущество данной системы состоит в том, что горизонтальные лучевые дрены расположены в виде луча веерообразно и они не должны пересекаться в плане.

Система обеспечивает:

а) полноту захвата площади осушения,

б) зависимость строительства колодцев от уклона потока подземных вод и литологии водовмещагщих пород;

в) возможность манипулирования водой с одновременной подачей ее на орошение или технические нужды;

г) эффективность контроля, так как по одной наблюдательной скважине можно судить о положении УГВ на всей площади;

д) возможность очистки горизонтальных дрен в условиях заиления центрального колодца;