Введение к работе
Актуальность темы. Общая тенденция обострения экологических проблем в современную эпоху согласуется с необходимости предвидения изменений гидро-и инженерно-геологических условий на застроенных и застраиваемых территориях для организации предупредительных и защитных мер с включением их в состав проектов застройки или борьбы с вредными последствиями на уже застроенных территориях.
Ущерб от подтопления но подсчетам экономистов составляет около 1 млн.рубл. (в ценах до 1992г.) для крупного промышленного предприятия. На территории России доля подтопленных застроенных территорий составляет 50% и более.
В нормативных документах {СНиП П-А.13-69, п.3.1; СНиП П-9-78; СНиП 2.02.01-83) требуется "составление прогноза изменения инке-нерно-геологических и гидрогеологических условий района (участка) строительства при возведении и эксплуатации зданий и сооружений". Однако методика таких прогнозов (в период изысканий) еще не разработана в достаточной степени. Основной и нерешенной задачей при прогнозировании уровенного режима грунтовых вод застраиваемых тер-* риторий (в период изысканий) является определение величины избыточного питания грунтовых вод, возникавшего в результате застройки и деятельности предприятий.
Цель работы заключается в совершенствовании методики определения величины питания грунтовых вод застроенных территорий, как основы прогноза подтопления, при этом главное внимание уделяется анализу фактических данных наблодений подъема уровня грунтовых вод.
В соответствии с целью, задачами исследований являются:
разработка метода viaccoebix определений избыточного питания грунтозых под, как основной расчетной величины при прогнозах подъема уровня;
разработка метода "прогнозов-экстраполяций" техногенного подъема уровня на основе стационарных режимных наблюдений;
оценка перспективного использования разработанных методов определения величины питания для прогнозов при инженерных изысканиях.
Методика исследований основана на вероятностном подходе с аналитически обоснованной аппроксимацией трендов. Техногенный
_ 4 -
подъем уроЕня грунтовых вод представляется случайным процессом, что требует вероятностного подхода к анализу а прогнозу процесса.
Математическая обработка данных режимных наблюдений проводилась с использованием ЭВМ го программам, разработанным II.Г.Под-стреловым.
-Исходные данные и личный вклад автора. Материалы для исследований собирались автором с 1970г., когда он в качестве аспиранта начал'работать над проблемой подтопления в составе отдела научной части ПНИИИС. В последующие годы агтор работал над проблемой в составе научных и производственных подразделений ПНИШС. Изучались и анализировались условия и процессы подтопления на объектах Украины, Казахстана, Юга России, Прецуралья и других регионов. В качестве ответственного исполнителя им был дан прогноз повышения уровня грунтовых вод на промплощадке строившегося завода КамаЗ и территории Нового города. На Хелуанском металлургическом комбинате (Египет) в 1980-1981-г.г. и в 1985г. по проекта-л автора и под его руководством осуществлено, водопонижение для строительства крупного подземного сооружения, осушен один из подтапливаемых цехов я предложен способ осушения всей территории объекта (соответсгвущие отчеты находятся в институте Типроме з" Министерства черной металлургии РФ). Накопленный соответст-вугаций опыт, обработка и анализ обширного фактического материала позволили написать данную диссертационную работу.
Научная новизна работц заклшается в разработке:
закономерностей возникновения избыточного питания, величина которого складывается не только из величины дополнительной инфильтрации, но и из велічина сокращения разгрузки, при этом уровень грунтовых воц рассматривается как интегральный показатель гидродинамического режима;
метода сглаживающих кривых для определения начальной величины избыточного-питания.(или дополнительной инфильтрации -при отсутствии сокращений разгрузки грунтовых вод);
,- мегода "прогяоза-экстраполяции" подъела уровня грунтовых вод путем продления или корректировки сглаживающих кривых;
- способа оценки величины конденсационного питания грунто
вых вод по величине теплового потока;
методики выявления техногенного изменения питания грунтовых вод на территориях городов с применением статистических критериев однородности выборок показателей режима грунтовых вод;
обоснований возможности прогнозной оценки величины начального избыточного питания (дополнительной инфильтрации) в период изысканий посредством регрессионно-корреляционного анализа.
Практическое значение и реализация работы. Работа в целом посвящена решению важной практической задачи - избежать вредных последствий подтопления -застроенных территорий путем прогнозирования процессов подтопления в период изысканий. Для этого необходимы массовые определения величины избыточного питания (дополнительной инфильтрации) и нахождение соответствующих корреляционных связей этой величины с параметрами застройки и характеристиками природных условий. Начальная величина избыточного питания определена на семи различных прсмплошадках. Метод "прогноза-экстраполяции" был применен для прогноза подъема уровня грунтовых вод территорий Грушевской горнообогатительной фабрики в г.Марганце, завода КамАЗ в г.Набережные Челны. Выявлена и количественно оценена тенденция техногенного подъема минимальных уровней и, соответственно, увеличения питания грунтовых вод в г.Уфе. Результаты прогнозов использованы при строительстве и эксплуатации соответствущих объектов. Имеются справки о внедрении. Автор имеет патент СССР J? І8І6297 на изобретение: "Способ искусственного пополнения запасов подземных вод". В изобретении используется новый способ оценки величины конденсационного питания грунтовых вод по величине теплового потока.
Основные защищаемые положения:
эмпирически установлена и теоретически обоснована основная закономерность техногенного подъема уровня грунтовых вод на застроенных территориях со стабильно функционирующими объектами, которая заключается в постепенном уменьшении скорости подъема уровня грунтовых вод в виде линейной зависимости от высоты его над исходным уровнем до застройки территории (при сохранении граничных условий и постоянстве инфильтрации в период стабильного функционирования построенных объектов);
введено понятие избыточного питания грунтовых вод (как основы прогнозов), величина которого определяется как разность между питанием и разгрузкой грунтовых вод на данном фрагменте застроенной территории;
- б -
разработан новый метод сглаживающих кривых для определения дополнительной инфильтрации (начального избыточного питания) и "прогнозов-экстраполяций" подъема уровня по данным режимных наблюдений, за ключа ющийся в разделении наблюдаемого случаііного процесса подъема уровня на детерминированную и стохастическую составляющие, из которых первая используется для определения дополнительной инфильтрации и прогнозов, а вторая для оценки достоверности прогнозов;
предложен новый способ количественной оценки конденсационного питания по величине теплового потока, заключающийся в расчете максимально возможного количества конденсирующейся влаги при существующем градиенте температуры;
разработана методика обнаружения тренда изменения величины питания грунтовых вод по данным режимных наблюдений за уровнем грунтовых вод для городских территорий путем использования статистических критериев однородности выборок.
Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 19 печатных работах. Основные положения работы докладывались на заседаниях Ученого Совета ПНЩИС, НТО отделов ПНИИИС, УкрГИИНТИЗ, БСЕГИНГЕО, гидрогеологической секции ЮШ, на совещании "Методика изучения и прогнозирования изменений гидрогеологических и инженерно-геологических условий территорий городов", Ленинград, октябрь 1986г.; на тематическом семинаре ВНИИ ЕОДГЕО, февраль 1987г.; на конференции профессорско-преподавательского состава МГРИ, апрель IS87r. и др.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения; содержит 130 страниц машинописного текста, 26 рисунков, 20 таблиц; список литературы из 234 наименований.
Автор искренне-благодарен за оказанную помощь в период подготовки диссертации научному.руководителю, профессору Е.С.Дэекцеру и научному консультанту М.В.Волгову, а также Н.И.Кригеру, О.Б.Челидзе, П.Г. Подстрелову, СВ.Слинко,-СМ. Семенову, А.А.Коноплян-.цеву, 1.С.Язвину, Б.В. Воровскому, В.И. Богданову, Р.А. Смирнову, Ф.В. Залессхому, Л.Г. Соколовскому, А.Г. Петрову, Г.А. Раэумову, В.В. -Перцовскому и др. за ценные советы и консультации.