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

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).

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»