УДК 624.131

МЕЛИОРАЦИЯ ПОЙМ МАЛЫХ РЕК НА ПРИМЕРЕ ПЕНЗЕНСКОЙ ОБЛАСТИ

Лотоцкий Дмитрий Сергеевич1, Кошкина Наталия Викторовна2, Хрянина Ольга Викторовна3
1Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, магистрант кафедры геотехники и дорожного строительства
2Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры геотехники и дорожного строительства
3Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, кандидат технических наук, доцент кафедры геотехники и дорожного строительства

Аннотация
Рассматриваются причины заболачивания сельскохозяйственных площадей, природные условия поверхностного стока и дренажа долин малых рек в пределах Керенско-Чембарской возвышенности, экономическая и экологическая необоснованность работ по принудительному осушению участков пойм малых рек. Практическое применение работа получила при составлении экологической экспертизы на проекты осушения сельскохозяйственных площадей в поймах малых рек Каменского района Пензенской области.

Ключевые слова: мелиорация, осушение, пойма рек, экология


MELIORATION OF FLOODPLAINS THE SMALL RIVERS BY THE EXAMPLE OF THE PENZA REGION

Lototskii Dmitry Sergeevich1, Koshkina Natalia Viktorovna2, Hryanina Olga Viktorovna3
1Penza State University of Architecture and Construction, Graduate student of department of geotechnics and road construction
2Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Geologo-Mineralogical Sciences, Assistant professor of geotechnics and road construction
3Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Assistant professor of geotechnics and road construction

Abstract
The reasons of waterlogging agricultural land, the natural conditions surface flow and drainage valleys of the small rivers within the limits Kerensky-Chembarskoy Upland, economic and environmental work on the unfounded to forced drainage areas of floodplains the small rivers. Practical application of the work has been in the preparation of ecological expertise for projects draining agricultural land in the floodplains of small rivers Kamensky district of the Penza region.

Рубрика: 04.00.00 ГЕОЛОГО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Лотоцкий Д.С., Кошкина Н.В., Хрянина О.В. Мелиорация пойм малых рек на примере Пензенской области // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 3. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/03/49336 (дата обращения: 02.06.2017).

Специалистами кафедры «Геотехника и дорожное строительство» проведена экологическая экспертиза на проект инженерно-мелиоративных мероприятий на участке №1 площадью 40 га и на участке №2 площадью 170 га в Каменском районе Пензенской области.

Каменский район принадлежит к переходной зоне – умеренного и достаточного увлажнения. Реки протекают своими верховьями, унося воды за пределы области, а питание их на 87% обязано местному стоку. Примерно 10-15 лет назад, в засушливые годы началось увлечение оросительными работами [1]. Сейчас более 350000 га в области находятся под орошением. Однако сопутствующий дренаж на периоды значительного увлажнения или не соблюдался, или вообще не был запроектирован.

В настоящее время многие орошаемые участки вышли из строя в результате переувлажнения. Для пополнения сельскохозяйственных земель теперь пошли на другую крайность – осушение пойм малых рек и заболоченных площадей. Последнее может привести к выводу из сельскохозяйственного использования еще больших площадей, иссушению почв и, как следствие, развитию ветровой эрозии почв.

Геолого-гидрогеологические условия приречных зон. Рассматриваемая территория расположена в пределах Керенско-Чембарской возвышенности, на ее юго-восточных склонах в бассейне верховий р. Хопра, на водоразделе
бассейнов рек Хопра и Вороны [2, 3]. Вытянута с севера на юг на 3,5 км, ширина от 1200 до 50 м на разных участках.

Рельеф слабоволнистый, западинный, поверхность пересечена лощинами, неглубокими оврагами. Долина реки Арчады широкая, до 600 м, с кочкарником высотой до 0,15÷0,5 м. Абсолютные отметки колеблются от 186,3 м на северо-западе до 169,0 у реки. Перепады отметок до 17 м. Врез русел реки и ручья Гай до 5÷7 м.

Грунты в основном глинистые: глины черные заторфованные, глины серые оглеенные, глины серые карбонатные, глины серо-коричневые ожелезненные, глины с прослоями супеси и мелкого песка, мелкий песок. Последние разности вскрыты только вдоль береговых обрывов рек.

Таблица 1. Инженерно-геологические свойства грунтов

№ участка Наименование
слоя грунта
Естественная
влажность, %
Плотность,
г/см3
Плотность
твердых частиц, г/см3
Коэффициент
пористости
Число
пластичности
Показатель
текучести
Степень
влажности,д.е.
Коэффициент
фильтрации, м/сут
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Участок
№1 пойма р.Гаи

Глина черная, оторф.

1,8 м

68,3

1,46

2,44

1,81÷

2,02

34

0,57

0,92

-

Глина

серая с раст. ост.

2,5 м

26,4

1,89

2,70

0,76÷

1,11

25

0,16÷

0,65

0,93

0,26

Участок
№2 пойма р. Арчады

Глина

серо-коричневая 0,5÷1,9 м

26,7

2,09

2,68

0,84

29

0,6

0,94

2,5

Глина пылеватая с просл. 1,5-2,0 м

30,9

1,86

2,65

0,87

38

0,56

0,95

2,5

Глина серая с растит. ост. 0,5-47,0 м

30,3

1,86

2,68

0,87

28

0,50

0,93

2,5

Песок мелкий зеленовато-серый, с прослоями глины.

Коэффициент фильтрации: рыхлый   – 5,19м/сут, плотность 1,29 г/ см3

плотный  – 1,70 м/сут, плотность 1,52 г/см3

На осушаемых участках грунты в основном глинистые, число пластичности которых 28÷38, высокопористые с коэффициентом пористости 0,87÷1,1, естественная влажность составляет 26÷30%, у линз заторфованных глин (скважина 4 участка №1) до 68%. Коэффициент фильтрации глин определен 0,26 м/сут по участку №1 и 2,5 м/сут по участку №2, что более характерно для мелких песков, чем для тяжелых глин с примесью растительных остатков. Пески мелкие встречены лишь на западе участка №1, по левобережью ручья Гай, коэффициент фильтрации в среднем 3,4 м/сут. На участке №2, вдоль р. Арчады, в полосе шириною 10 м вскрыты суглинки, супеси и пески в переслаивании (скважины 7, 8, 11). Линзы черных гумусированных глин встречены только на глубинах 1,2÷4,2 м, вдоль подземных потоков на пойме, под уклон террасы к югу, по течению р. Арчады.

Глины характеризуются как влагоемкие грунты, с низкой водоотдачей. Для осушаемых участков естественен поверхностный сток, при незначительной разгрузке грунтовых вод в пойме реки или ручья.

Природные условия поверхностного и подземного стока благоприятны: перепад абсолютных отметок поверхности достигает 17 м (верховья оврага на северо-западе участка №2, абсолютная отметка 186,3 м и урез воды в р. Арчаде ниже дорожной насыпи, абсолютная отметка 168,9 м). Ручей Гай и р. Арчада имеют глубоко врезанные русла, до 5 ÷ 7 м, с крутым береговым уступом.

Зеркало грунтовых вод располагается на глубинах 0,5 м и до 2,0 м, образует уклон к реке, однако полоса наибольших глубин залегания подземных вод проходит непосредственно вдоль крутой бровки пойменной террасы р. Арчады. Абсолютная отметка уровня вод вдоль берегового уступа на отметке 172,0 м, а в пределах широкой поймы 170,38
м, при глубине вскрытия 1,6 м в скв. № 12, что свидетельствует о подпитывании грунтового горизонта водами реки.

Уравнение водного баланса: x+y+z=a+b+c,

где x – увеличение атмосферного питания;

y – увеличение конденсации влаги под сооружением;

z – увеличение притока воды извне;

а – увеличение поверхностного стока;

b – уменьшение испарения;

с – изменение подземного стока.

Модуль поверхностного стока 0,6 л/с с гектара; единичный расход грунтового потока на 1 м2 ÷ 0,06 м3/сут. При расчетном диаметре дренажных труб 0,5 м расстояние между дренами не должно быть менее 46 м.

Допустимая неразмывающая скорость поверхностных водостоков: при z = 1 не более 1,61 м/сут, при z = 3 не более 1,83 м/сут. Содержание солей на глубине 1,0÷1,5 м, в основном ниже УГВ, изменяется от 0,028 до 0,074 г/см3.

Воды грунтовые по составу пресные гидрокарбонатно – Са, Mg, жесткие, неагрессивные к бетону. На участке №1 воды углекислые, способны растворять карбонаты, выщелачивать.

Естественное заболачивание на площадках осушения отсутствует. Заторфованные грунты вскрыты только у тылового шва поймы р. Гай, в районе дрены РК-3, где существовал пластовый выход грунтовых вод с разгрузкой в озеро. Черные гумусированные и серые оглеенные глины вскрыты вдоль подземных русел в пойме р. Арчады (скважины 12, 15, 16, 17, по дренам МК-2, МК-9, восточная часть МК-8). В настоящее время сток поверхностных вод и фильтрация грунтовых вод осложнены в связи с пригрузкой грунтов дорожной насыпью, созданием искусственной преграды для стока.

На период производства инженерно-геологических изысканий урез воды в ручье Гай поднят до отметки 177,06 м, в р. Арчаде до отметки 170,37 м, что на 1,5 м выше природного уровня. Основная причина это подпор вод рек трубным переходом на участке №1 и дорожной насыпью на участке №2. Влияние подпора вод в реке на протяжении около 3 км, возникновение подземного «вала», или «выпора» грунтовых вод вдоль реки на расстоянии до 20 м и более выделяется на гидрогеологических разрезах. Тем самым была создана преграда для нормальной  разгрузки подземных вод в реку. Воды поймы прекратили доступ поверхностным и овражным стокам к реке. Произошло перенасыщение влагой глинистых грунтов аллювия и делювия – по склонам широкого оврага участка №2.
Техногенные факторы сказываются на глубинах до 6–8 км. Обычно на первой сотне метров изменяются условия питания стока, разгрузки подземных вод, их состав, температурный режим, преобразуется баланс статьи прихода и расхода грунтовых вод под влиянием деятельности человека.
Процесс заболачивания следует отнести не к поверхностно-грунтовому типу, как указано в  проекте, а к техногенному типу, как следствие разрозненной, самодеятельной, неграмотной по отношению к природе, непоследовательной хозяйственной деятельности человека [4, 5]. Не соблюдается закон об охране вод от истощения при самодеятельном
строительстве на мелких реках дамб, нарушающих водный режим территории.

Участки осушения расположены в лесостепной зоне, с умеренным увлажнением, один – два раза в 10 лет возможны интенсивные суховеи, длящиеся по 2 – 5 дней [6]. Весь речной сток в области идет на питание верховий рек, в данном случае бассейна Хопра и Вороны. Вероятно, в связи с недостаточным увлажнением был осуществлен подпор вод в р. Арчаде и ручья Гай. Однако, проектировать осушение по данным за наиболее обильные осадками годы – необоснованно. Любой участок – накопитель влаги для районов лесостепной зоны – естественное богатство.

Почвенно-мелиоративные условия. Почвы зоны пойменные луговые и выщелоченные черноземы, перемежающиеся с
солончаковыми. Определение степени засоления почв на участках произведено для слишком больших глубин и в низкосолевой период (август). Наибольшее количество солей характерно для весны (в 3 раза больше, чем летом), на глубинах до 0,5 м. Пробы же взяты с глубин более 1,0 м, именно для интервала 1,0 – 1,5 м, близ уровня грунтовых вод, характерен минимум солей в грунтах [7].

Грунтовые воды участка отличаются углекислой агрессивностью, что при усиленном стоке вод будет способствовать более глубокому выщелачиванию.

Известно, что организации, осуществляющие строительство, обязаны снимать, хранить и наносить плодородный слой почвы на мелиорируемые земли [8]. Однако, по проектам осушения, существующий почвенный слой нарушается практически на всей площади работ. Вдоль дрен производят срез шириной до 2,5 и более метров и смещают почву бульдозеров до 10 м в сторону, это при расстоянии между дренами 20 м. В результате весь почвенный слой нарушен, иссушен, переотложен, и восстановление его продуктивности внесением удобрений маловероятно.

Организационно-хозяйственные условия. Искусственный подпор грунтовых вод речными водами при сооружении дорожных переходов определил изменение гидрогеологических условий участков. Прекратилась разгрузка подземных
вод в пойме р. Гай, а поверхностных и дренируемых оврагом грунтовых вод – в пойму р Арчады.

В районе дрен РК-3-1, РК-3, РК-2-1 и РК-2 на участке №1 подтапливание грунтов происходит также за счет обходной фильтрации из водохранилища, расположенного в 0,7 км выше по течению р. Гай.

Подъем уровня грунтовых вод на участке №2 произошел в результате нарушения подземного стока в сторону русла р. Арчады и вдоль поймы, вниз по течению реки. Причины: подпор поверхностных вод реки на протяжении 2,7 км выше дорожного перехода, при урезе 120, 37 м; прекращение стока поверхностных и грунтовых вод при сооружении
асфальтовой дороги на юге участка №2. Водоотводящий канал (канава) вдоль западной границы участка в настоящее время, вероятно, своего назначения не выполняет. Анализ работы старой дренажной сети в проекте отсутствует.

В рельефе четко выражен выход подземных вод в реку в виде суффозионного понижения шириной более 100 м, вдоль МК-8, в районе скважины 10. Подземные русла прослеживаются по пробам переувлажненной почвы в почвенных шурфах 16 и 21, скопление вод перед насыпью – шурф 9 (глубина грунтовых вод 0,25).

Ниже полотна дороги грунтовые воды вскрыты на глубинах 1,3 и 2,0 м (скважины 15 и 17), что отвечает нормам увлажнения для выращивания сельхозкультур [9, п. 3.2]. Это еще раз подтверждает вывод экспертов, что подтопление участков №1 и №2 – искусственное, созданное человеком, устранение причин его возможно без больших затрат на
поперечный закрытый дренаж.

Анализ геолого-гидрогеологической обстановки на основании представленных материалов инженерно-геологических изысканий позволил с уверенностью определить причины подтопления участков как хозяйственные. Основная причина – подпор уровня вод в реках и ручьях при сооружении мостовых переходов через водные потоки в виде земляных дамб, а также насыпей для автодорог, без обеспечения спуска как поверхностных, так и подземных вод. В результате, в периоды, богатые атмосферными осадками, происходит переувлажнение грунтов.

Выявлены замечания по проектам осушения территории в Каменском районе Пензенской области:

  1.  проекты осушения на участках №1 и №2 составлены формально, без учета разнообразия инженерно-геологических условий, без выяснения причин избыточного увлажнения, нет сопоставления величин водного баланса по сезонам, нет установления пропускной способности рек и перераспределения стока на прилегающие территории [9, п.3].
  2. в проектах и отчетах нет сведений о расположенных выше и ниже по течению рек участках. Нет оценки природных условий, в которых эффективно действовал типовой проект осушения, принятый в данном случае, тем более в условиях лесостепной зоны.
  3.  проект базируется на данных, полученных в наиболее обильный атмосферными осадками год, с низкими температурами воздуха. Однако даже в конце лета (август), когда проводились исследования, на площадях, расположенных ниже по течению реки Арчады, ниже дамбы, подтопление не отмечено. Амплитуда многолетних колебаний уровней поверхностных водоемов и подземных вод в проекте не учитывалась.
  4. не учтены в проектах рекомендации изыскателей. Расстояние между дренами предложено 46 м, при условии заглубления дрен на участках высокого положения подземных вод до 0,8 м. Условие отвечает нормам
    осушения на вегетационный период [9, п. 3.2]. В проектах расстояние между дренами необоснованно сокращено в 2 раза, до 20 м. Глубина проектного заложения дрен закрытых коллекторов принята от 1,0 до 2,5 м, поперечных дренажных труб – от 0,8 до 1,4 м. При затрудненном оттоке вод к реке в результате подпора, особенно в паводок, произойдет заиливание отверстий в трубах. Кроме того, воды, в богатые железом и различными солями, будут способствовать уменьшению полезного сечения труб за счет отложения осадка.
  5. нет выводов о возможном размыве местных грунтов при спуске вод по открытым каналам, хотя изыскатели приводят допустимую неразмывающую скорость для глин 1,61 м/сутки – скорость фильтрации. Природа связей в глинах водно-коллоидная, до 30 – 45% воды находится в физически связанном состоянии, приток в дрены минимален, каков тогда смысл таких дорогих работ по осушению? Модуль дренажного стока ниже модуля поверхностного стока (соответственно 0,6 л/с и 0,64 л/с). Опять-таки, каков смысл подземного дренажа, когда достаточно организовать поверхностный сток атмосферных осадков?
  6. в акте выбора площадей для осушения отсутствует согласование с представлением охраны водных ресурсов. В настоящее время в стране возникла необходимость охраны водных ресурсов. В настоящее время в стране возникла проблема исчезновения малых рек, бесхозяйственного к ним отношения. Плохо работает служба охраны рыбных богатств, а нерестилища обычно располагаются в промываемых в паводки озерках поймы. Дренажные работы нарушат экологию. В акте нет обоснованного ответа представителя рыбоохраны. Создание 15-метровой «зоны охраны» и 200-метровой «полосы охраны» на ручье Гай и р. Арчаде в данном случае не спасают эти водные артерии от влияния хозяйственного воздействия.
  7. эффективность осушения рассчитана в проектах по урожайности многолетних трав на участках – 230 ц/га. В задании на проектирование приведена среднее цифра за несколько лет – 150 ц/га. На почвах, полностью перемещенных при прокладке дренажей, даже при внесении удобрений, не может быть получен высокий урожай, тем более в течение пяти лет. Это не городские скверы с привозной землей, где за каждым растением долгие годы должен быть тщательный уход. Производство может стать убыточным, а потери в речном хозяйстве невосполнимыми.

Выводы. Проекты осушения на участках №1 и №2 левобережной поймы ручья Гай и правобережья р. Арчады в Каменском районе Пензенской области составлены формально, без экологического и достаточного экономического обоснования. Осушительные работы по представленным проектам проводить не следует.

Проектируемый дренаж густой сетью глубокозалегающих нерегулируемых дрен в годы с малым количеством осадков может вызвать переосушение участков, с последующим катастрофическим понижением продуктивности почв.

Срез природного почвенного слоя на 30 см (наиболее продуктивного), нарушение почвы при работе бульдозеров (срезка, переуплотнение, иссушение или разжижение при длительном нахождении на поверхности) приведут к полной утрате естественной продуктивности участков.

В годы с высоким продолжительным паводком свободный доступ вод в трубы способен вызвать переувлажнение грунтов, подъем уровня грунтовых вод на площади участков и прилегающих площадях. Регулируемый пропуск вод под дорожным переездом на р. Арчаде может оказаться недостаточным.

Искусственно увеличенный напорный градиент грунтовых вод вызовет усиление их выщелачивания грунтов в более глубоких горизонтах. Активизируются суффозионные процессы вдоль бортов открытых каналов – закрепление откосов дерном недостаточно. Возможен размыв дна каналов, оплывание грунтов на склонах.

Рекомендации. Наиболее целесообразным и достаточным на участках №1 и №2 в Каменском районе Пензенской области восстановление естественных условий фильтрации подземных и стока поверхностных вод.

Для этого необходимо следующее:

  1. организовать регулируемый пропуск речных вод на участках дорожных переходов на ручье Гай и на р. Арчаде. В настоящее время уровень грунтовых вод на береговом обрыве (скважина 7, отметка воды 172,02 м)
    незначительно менее отметки поверхности земли на пойме (173,3 – 173,0 м) участка №2. Подпор дамбой вод реки удерживается на отметке 170,37 м на протяжении 2,7 км только в пределах участка.
  2. восстановить и организовать пропуск поверхностных и подземных вод вдоль насыпи асфальтовой дороги на участке №2, старая труба (почвенный шурф №9) вероятно засыпана, а также не способна пропускать сток со всей площади участка.
  3. расчистить и укрепить склоны старого водоотводящего канала, вдоль западной границы участка №2, с разгрузкой в р. Арчаду близ южной границы участка.
  4. проанализировать условия работы потоков по тальвегу оврага на северо-западе участка №2 (возможны нарушения в связи с замусоренностью, устройством свалок, древесных завалов).

Библиографический список
  1. Кошкина Н.В., Хрянина О.В. Экологическое обоснование проектов мелиорации пойм малых рек // Актуальные проблемы проектирования и устройства оснований и фундаментов зданий и сооружений: материалы Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Приволжский дом знаний,  2006. С. 68-70.
  2. Кошкина Н.В., Хрянина О.В., Фабрикин А.А. Инженерно-гидрогеологические проблемы Сурского региона // Вопросы планировки и застройки городов: материалы XXXV Всероссийской, XX Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2013. С.129-132. ISBN  978-5-9282-0598-0.
  3. Кошкина Н.В., Хрянина О.В., Астафьев М.В., Резник А.А. Проблемы формирования грунтовых вод на застраиваемых территориях // Актуальные проблемы современного  фундаментостроения с учетом энергосберегающих технологий: материалы V Всероссийской науч.-практ. конф. Пенза:  Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2014. ISBN 978-5-9282-1216-2.
  4. Кошкина Н.В., Хрянина О.В. Оценка техногенного подтопления застроенных территорий г. Пензы // Актуальные проблемы  современного строительства: материалы Междунар. науч.-техн. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2013. С. 166-168.
  5. Кошкина Н.В., Хрянина О.В. Мероприятия по защите от   подтопления застроенных территорий // Актуальные проблемы современного   строительства: материалы Междунар. науч.-техн. конф. Пенза: Изд-во Пенз.  госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2013. С. 149-151. Орошение на местном стоке [под ред. А.И. Чиркова]. Саратов: Прив. кн. изд.: Пензенское отд., 1983.
  6. Анпилов В.Е. Формирование и прогноз режима  грунтовых вод на застраиваемых территориях. М.: Недра, 1976. 105 с.
  7. Эффективность мероприятий по охране природных ресурсов [под ред. А.П. Банина]. М.: Стройиздат, 1977. СНиП 2.06.03 – 85. Мелиоративные системы и  сооружения. М., 1986.


Все статьи автора «Хрянина Ольга Викторовна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: