Влияние градостроительной деятельности на водные объекты на примере г. Ялуторовска

[Введите текст]

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРТСВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ТЮМЕНКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНСТИТУТ НАУК О ЗЕМЛЕ КАФЕДРА ГЕОЭКОЛОГИИ КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ТЕМЕ:

ВЛИЯНИЕ ГРАДОСТРОИТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ НА ПРИМЕРЕ Г. ЯЛУТОРОВСКА Тюмень 2014

В 70−80-х годах ХХ века ученые пришли к выводу, что взаимодействие городов и природы имеет свои особенности. Необходимо изучение последствий урбанизации и градостроительного потребления природных ресурсов, особенно территориальных.

В современном мире численность горожан быстро возрастает. В начале третьего тысячелетия их доля составила 50% населения Земли, которое уже сейчас перешло рубеж 6 млрд.чел.

На урбанизированной территории природа испытывает сильное антропогенное давление. Это приводит к частичной и даже полной потере способности воздуха, воды и почв к самовосстановлению, разрушению геологического строения земной коры и гидродинамических режимов.

Возникают неизбежные противоречия между человечеством и природой, между антропогенной деятельностью и естественными процессами. В том числе, гидрологическими процессами и режимами водных объектов.

Для обеспечения устойчивости необходимы специальные знания, где интегрированы традиционное градостроительное планирование и охрана антропо-экологических систем, объединяющих рукотворные планировочные образования и естественную природу.

Актуальность проблемы:

С увеличением застройки, твердых покрытий (дороги, площади, тротуары), искусственно уплотненных почв на территории города, в отличие от естественных условий, происходит перераспределение поверхностного и подземного стока, где доля поверхностного стока с водонепроницаемых покрытий возрастает, а поземного соответственно уменьшается при общем увеличении полного речного стока.

В настоящее время, при проектировании городских территорий не всегда учитывают экологическую составляющую. Последствием этого может стать ухудшение состояния, изменение состава природных вод. Так же из-за нерациональных градостроительных решений возможны более плачевные последствие, как, например, заболачивание, подтопления территории. Поэтому перед началом строительства необходимо тщательное изучение геологического строения, состава и режима природных водоемов и влияние будущей антропогенной деятельности на природную среду.

Цель: изучить влияние проектных градостроительных решений в г. Ялуторовске на р. Тобол и оз. Бабановское.

Объектом исследования является система взаимодействия г. Ялуторовска и наземных водных объектов, располагающихся в черте города.

Задачи:

ознакомится с основными видами градостроительных решений, защищающих территории от подтоплений и затоплений;

изучить физико-географические характеристики района г. Ялуторовска и проектируемые градостроительные решения по защите территории от подтоплений, затоплений и благоустройства водоемов;

изучить влияние градостроительных проектных решений в г. Ялуторовске на гидрологические режимы рек Тобола и о. Бабановское.

Глава 1. Взаимодействие урбанизированной территории и водного объекта

1.1 Влияние антропогенной деятельности на водные объекты

Гидросфера и человеческие поселения взаимодействуют в нескольких направлениях. Без воды компоненты биосферы не могут существовать. Например, современному человеку для обеспечения нормальной жизнедеятельности нужно воды примерно 300 л/сут. В расчете на численность человечества, заселяющего землю, ее потребление в тысячу раз меньше, чем устойчивый сток всех рек в мировой океан за это же время (1 млн. м).

Длительная эксплуатация подземных водопроводящих инженерных сетей без должного профилактического ремонта и вследствие этого в значительной степени изношенных создает крайне неблагоприятную экологическую ситуацию. До 20% транспортируемой жидкости попадает в фунты и вызывает не только повышение уровня подземных вод. Канализуемые стоки становятся агрессивными к окружающей геологической среде, засоряют грунты и почвы токсичными веществами.

Расчеты показали, что в настоящее время в мире используется не более 10% пресной воды. Тем не менее острота проблемы ощущается привело к использованию значительно большей части речного стока. Проблема усложняется еще и тем, что водные ресурсы на земном шаре распределены неравномерно. Кроме того, имеет место загрязнение водоемов сточными водами. После очистки требуется их 5−10-кратное разбавление, только тогда вода будет пригодна к дальнейшему употреблению.

Объем стоков возрастает по мере роста населения и урбанизации общества. Через 50−70 лет для разбавления стоков вторичной воды, сбрасываемой в водоемы после очистки, потребуется не менее половины стока рек всего земного шара.

Градостроительные факторы кардинально влияют на гидросферу. Различают два вида техногенного вмешательства в природный баланс поверхностных вод: 1) изменение режима водотока; 2) загрязнение водных бассейнов.

Водные режимы нарушаются на территориях городов при спрямлении естественных русел водотоков, устройстве каналов, каскадов водоемов. На гидрологическую ситуацию влияет заключение малых рек и ручьев в коллекторы, что имеет место во многих крупных городах, устройство набережных стенок с подсыпкой и градостроительным освоением прибрежных пойм.

Причиной увеличения притоков на определенных направлениях может служить прекращение фильтрации воды в грунты из-за покрытия асфальтом значительных площадей. Обводнению территорий способствует осушение болот. Функционирование предприятий водоемких отраслей промышленности также является причиной нарушения природных гидрологических режимов. Примером может служить электроэнергетический комплекс — один из водоемких.

Для работы ГЭС создают водохранилища. В них плотинами поднимают уровень воды на десятки метров. Этим кардинально нарушается водный баланс, затапливаются значительные территории суши, дополнительно подпитываются подземные горизонты, увеличиваются напоры и скорости движения вод. Появление водохранилищ и рукотворных морей изменяет климат в целых регионах, делает его более влажным. Подтапливаются целые массивы застройки в городах.

Гидрогеологические условия нарушаются в результате градостроительной деятельности на многих территориях. Возникают геолого-динамические процессы, которые чреваты не только нарушением рельефа, но могут привести к катастрофам. К числу этих процессов относят такие, как просадки и провалы, карстовые явления и суффозионные процессы, оползни и оврагообразование.

Регулирование стока В течение года сток рек неравномерен. Во время половодий и паводков вода идет в большом количестве и используется мало. В меженный же период из-за малых расходов воды глубина нередко становится недостаточной для судоходства, ухудшается водоснабжение городов и орошение полей. Для лучшего и планомерного использования водных ресурсов сток рек регулируют.

Регулирование стокаэто перераспределение во времени объема стока в соответствии с требованиями водопользования, а также в целях борьбы с наводнениями. Для регулирования стока на реке строят гидроузел или плотину, выше которых создают водохранилище, где в весеннее половодье и во время паводков скапливается вода, которую используют затем по мере надобности.

Водохранилище — это искусственный водоем, образованный водонапорным сооружением на водотоке с целью хранения воды и регулирования стока. Водохранилища создают путем перекрытия русла реки плотиной. Их котловинами являются участки долин рек или озера, когда плотина высоконапорных гидроузлов перегораживает реку от одного коренного берега долины до другого. Размеры водохранилищ зависят от очертаний и рельефа долины, дальности распространения подпора и вида регулирования стока.

Если плотина располагается у истока реки, вытекающей из озера, то образуется так называемое озерное водохранилище. К таким водохранилищам относятся озеро Байкал после сооружения Иркутской ГЭС, Белое озеро, являющееся водохранилищем для р. Шексны, и др.

Водохранилища, образующиеся в результате затопления долины реки, называются русловыми, или долинными. К их числу относятся водохранилища на Волге, Оби, Енисее, Днепре и других реках. В некоторых случаях на водоразделах устраивают внерусловые водохранилища, в которые воду накачивают насосами (например, водораздельные водохранилища Волго-Донского канала имени В.И. Ленина).

Применяются следующие виды регулирования стока.

Годовое (сезонное) регулирование заключается в том, воду во время половодий задерживают и используют в маловодные периоды года. В многоводные годы при полном наполнении водохранилища излишнюю часть воды сбрасывают через плотину. Годовое регулирование стока имеют большинство гидроузлов. Например Волгоградский, Горьковский, Камский, Новосибирский, Красноярский и др.

Многолетнее регулирование состоит в том, что в многоводные годы вода накапливается, а в маловодные её расходуют. Многолетнее регулирование стока предусмотрено на Цимлянской, Иркутской и Бухтарменской ГЭС. Недельное формирование обусловлено неравномерным потреблением электроэнергии в течение недели (так в воскресные дни потребление электроэнергии наименьшее). При этом виде регулирования накопленная за воскресный день вода расходуется в течение недели, сток воды в нижнем бьефе будет поэтому неравномерным.

Суточное регулирование связанно с неравномерным потреблением электроэнергии в течение суток. Наибольшее потребление — днём, когда работают предприятия, а наименьшее — ночью.

Регулирование стокавцелом оказывает благоприятное действие на судоходство. Оно уменьшает весенний подъём уровня и повышает меженный уровень воды в нижнем бьефе, увеличивая его глубину в особо маловодные периоды навигации.

Однако регулирование стока имеет некоторые отрицательные стороны: например, на водохранилищах развивается значительное волнение; суточные попуски воды называют колебания уровня и переформирование русла в нижнем бьефе, водохранилище оказывает значительное влияние на окружающую среду и др.

До образования водохранилища речной поток, размывая берега, выносил наносы в устья, а теперь из — за малоподвижной массы воды наносы оседают на дне водоёма. Однако эрозия прибрежной почвы не уменьшается, так как волны разрушают берега. По сравнению с естественными условиями весной из водохранилищ в нижний бьеф гидроузлов поступает более холодная вода, а осенью — более тёплая. Хотя разница в температурах незначительная, всего 2 — 4 градуса, однако ледостав на водохранилищах начинается раньше, чем на реке, а вскрытие — позже.

Определённое влияние оказывает на окружающий воздушный бассейн водные массы водохранилищ, которые являются как бы тепловым аккумулятором. Это приводит к более прохладному лету и к утеплённой осени.

По мере роста городских поселений зачастую возникало одновременно несколько проблем, связанных с регулированием поверхностного стока. С одной стороны, увеличивалась потребность в дополнительных источниках водоснабжения, в том числе и из поверхностных водотоков.

С другой стороны, возникала необходимость предупреждения подтопления территорий в периоды весенних разливов и обильного выпадения дождевых осадков. Остро стояли вопросы обводнения рек в маловодный период для обеспечения судоходных глубин и улучшения санитарного состояния.

Затопления территорий бывают временные и постоянные:

Временные затопления свойственны территориям, расположенным на берегах рек с неурегулированным режимом, возникают в период снеготаяния и обильных дождей.

Постоянные затопления возникают при гидротехнических работах по строительству водохранилищ, платин и т. д., когда заселенная территория оказывается ниже уровня верхнего бьефа.

Защита территорий при временном повышении уровня воды в реках осуществляется в процессе проектирования и строительства городов.

Для проведения мероприятий по защите городских территорий от затопления необходимо знать горизонт воды, который вызывает затопление.

Рис. 1

Расчетная отметка гребня дамбы При решении вопросов зашиты территории от затопления важное значение имеет определение отметки гребня дамбы или Для малых рек:

Нв — расчетный горизонт высоких вод, a — запас 0.5 м Или:

Дh — подъем горизонта воды под влиянием ветрового нагона, hн-максимальная высота наката волн, Нв-расчетный горизонт высоких вод, aзапас 0.5 м Расчетная отметка верха дамбы Подъем горизонта воды (ветровой нагон) определяется по местным наблюдениям.

При их отсутствии он принимается равным 0,5 м для малых по площади водоемов и 1 м — для больших. Высота наката волны колеблется в пределах 0,4−1 м. горизонта высоких вод необходимой обеспеченности.

где Н — расчетный горизонт высоких вод, м; - подъем уровня горизонта воды под влиянием ветрового нагона, м; h — высота волны с учетом набега, м.

Методы защиты территории от затопления сплошная подсыпка территории до незатопляемых отметок обвалование защищаемой территории путем ограждения ее защитными дамбами сокращение наибольших расходов реки в пределах городской территории регулирование стока и расходов путем устройства водохранилищ выше города по течению реки, обводного русла и пр.

увеличение пропускной способности реки в пределах территории города для пропуска наибольших расходов при более низких горизонтах путем изменения поперечного профиля русла реки Целесообразно сочетание различных мероприятий. Тот или иной вариант защиты территории от затопления принимается на основе технико-экономического обоснования.

Сплошная подсыпка Сплошная подсыпка, как правило, применяется на относительно небольших по площади территориях и при наличии резервов грунта.

Преимущества: ограничивается земляными работами и осуществляется вертикальной планировкой отвод поверхностных и при необходимости грунтовых вод производится обычными способами.

Недостатки требует значительный объем земляных работ Рис. 2 — ГМВ — горизонт меженных вод; ГВВ — горизонт высоких вод; ГП — граница подсыпки Обваловывание Обвалование применяют на сравнительно значительных по площади территориях, а также на территориях с существующей капитальной застройкой и ее участках, ценных в архитектурно-историческом отношении.

Преимущества:

меньше земляных работ в сравнении с подсыпкой.

Недостатки:

затрудняется организацию стока поверхностных вод, усложняется и задача понижения уровня грунтовых вод, городская территория отрезается от водного пространства.

Рис. 3 — 1 — дамба обвалований; 2 — граница возможного затопления территории Обвалование территории осуществляется применительно ко всему городу или к его части в зависимости от площади. Возможно:

Дамба вдоль водоема с примыканием к склонам Дамба вдоль водоема с поперечными участками Кольцевые дамбы Отдельные участки При проектировании защиты территории от затопления методом обвалования разрабатываются варианты трасс дамб. Трассы ограждающих дамб проектируются прямолинейно или по плавным кривым возможно большего радиуса.

Факторы расположения дамбы относительно берега:

устойчивость русла, условия подмыва и размыва береговых склонов, уклон территории.

Уменьшение фильтрации в дамбе достигается путем:

Водонепроницаемые экраны.

Водонепроницаемые ядра.

Водонепроницаемые диафрагмы.

Со стороны берега вдоль дамбы прокладывается горизонтальный дренаж.

Дамбы бывают затопляемые и незатопляемые:

Рис. 4

сток дамба затопление подтопление Виды дамб по типу работ и материалов:

Насыпные (грунт привозится).

Намывные (используется местный грунт).

Особенности отвода поверхностных вод при строительстве дамб обваловывания.

При обваловывании возникает возможностью затопления городской территории поверхностными водами в бассейне ограждаемой территории в связи со сложностью их сброса самотеком вследствие разницы отметок водосточной сети и уровня воды в реке или водоеме.

При низком уровне воды в реке:

сброс поверхностных вод осуществляется самотеком через тело дамбы, причем трубы обеспечиваются обратными клапанами, щитами и затворами При высоком уровне воды:

воды не могут быть сброшены в реку самотеком, без специальных мероприятий. Это может привести к затоплению городской территории, в частности, и из-за поступления воды из реки в водосточную сеть.

Системы укрепления берегов Для берегоукрепления применяются различные методы, при использовании которых исключается вероятность размытия и оседания грунта. Самые популярные из них: * Системы с гибкой конструкцией — это решетчатые конструкции, являющиеся основанием для подпорных стенок. Они обеспечивают надежную защиту коммуникациям, проложенным вдоль берега.

* Растительные компоненты. Зачастую для возведения подпорных стен используют лиственницу, так как эта порода не размокает и не гниет.

* Системы с жесткой конструкцией. Укрепляющимися системами являются стальные листы, цементогрунт и забетонированные камни. Иногда полностью бетонируются береговые склоны.

Укрепление берега позволяет стабилизировать грунтовые процессы и избежать проникновения в водоем сточных вод.

Цементогрунт. Для изготовления цементогрунта используются доступные материалы, благодаря чему он имеет невысокую себестоимость. Данный метод опережает такие способы укрепления, как установка габионов и возведение подпорных стенок.

В состав цементогрунта входит глина и местный прибрежный грунт. Добавив немного портландцемента, мы получаем пластичную смесь. Около 12% смеси составляет цемент. Данный способ считается экологически безопасным.

Подпорные стенки Подпорные стенки — это сооружения, противостоящие размытию и оседанию прибрежного грунта. Кроме этого они широко используются при проведении вертикальной планировки береговой линии. Стенки устанавливают на сваи или решетчатые конструкции. На основание оказывается большое давление почвы, поэтому необходимо уделять внимание усилению его прочности. При расчете необходимой высоты стенки учитывается плотность грунта и эрозионные процессы, происходящие в почве. При рыхлости и высокой подвижности грунта рекомендуется поднять устройство подпорной конструкции на 1 метр.

Укрепление с помощью габионов Габионы — разновидность подпорных стенок. Это коробчатые конструкции, изготовленные из высокопрочной оцинкованной сетки, отличаются большой прочностью. Это обеспечивается благодаря двойному кручению проволоки. Габионные конструкции разделены на отдельные секции, которые заполняются большими камнями, а пустоты засыпаются мелким грунтом. Благодаря тому, что габионы являются местом прорастания разных растений, они отлично вписываются в прибрежный ландшафт.

Использование лиственницы Благодаря отличным качествам древесины она широко используется для укрепления береговой линии. Это экологически чистый материал, не наносящий вред биосистеме водоема и окружающей среде. Лиственница отличается превосходной стойкостью к размоканию и дальнейшему гниению, она не теряет свои качества при длительном непрерывном нахождении в воде. Подпорные стенки из лиственницы обладают высокой эстетичностью, что позволяет украсить собой любой причал. Подпорные стенки хорошо противостоят судовым волнам, не подвергаются воздействию сильных ветров. Исходя из вышесказанного, лиственница является наиболее предпочтительным вариантом для укрепления берега.

1.2 Влияние водного объекта на урбанизированную территорию

Водный объект оказывает сильное влияние на прилегающею к нему территорию. Урбанизированная территория не является исключением. Вода (океан, море, крупная река) могут являться определяющим фактором в формировании климата. Вблизи крупных водоемов всегда отмечаются изменение метеопараметров, а именно:

Среднегодовые температуры выше в прибрежных пунктах наблюдения, нежели в пунктах наблюдения, расположенных отдаленно от них, но в той же климатической зоне;

Безморозный период так же продолжительнее в прибрежных пунктах наблюдения;

Снежный покров устанавливается раньше на отдаленных от овдоема территориях;

Снежный покров сходит позже в прибрежных пунктах наблюдения из-за охлаждающего действия водоема;

Кроме этого крупные водоемы оказывают сильное влияние на циркуляцию атмосферы (прохождение фронтов, циклонов).Так же они значительно смягчают климат территории.

Но есть и отрицательные аспекты: возможно затопление территории, подмыв берегов, активизация оползневых, карстовых процессов, водная эрозия, поднятие грунтовых вод, как следствие поднятие уровня воды в реке и т. п.

Русловые процессы могут как способствовать экономическому развитию территории, так и наоборот. С одной стороны естественные пляжи более устойчивы к условиям окружающей среды, долговечны и экологичны. Но, с другой, в следствии меандрирования реки может происходить подмыв берегов с дальнейшим затоплением территории.

Реки являются источником органического удобрения (точнее, речные наносы), рыбных ресурсов. Рыбные ресурсы в некоторых субъектах Российской Федерации составляют основную статью дохода и основную часть рациона жителей этих субъектов.

Глава 2. Основные сведения о населенном пункте, использующем водный объект

2.1 Основные географические характеристики г. Ялуторовска

Ялуторовск — город вРоссии, центр Ялуторовского района Тюменской области. Расположен на левом берегу реки Тобол. Население- 37,8 тыс. человек (2010).

Основные характеристики экономики города Ялуторовск-один из промышленных центров переработки сельхозпродукции, производимой в южных районахТюменской области. Экономика города отличается диверсифицированной многоотраслевой структурой, её основными отраслями и сферами являются пищевая промышленность (85% от общего объема производимой продукции), стройиндустрия (5%), переработка древесины и мебельное производство (3,5%), металлообрабатывающая (3%), швейная (0,6%), полиграфическая (0,2%) промышленность.

Климат Климат города типично континентальный, характеризуется суровой снежной продолжительной зимой, теплым коротким летом и еще более короткими переходными сезонами.

Самый холодный месяц в году — январь со среднемесячной температурой воздуха — 18,4 єС, самый теплый — июль со среднемесячной температурой + 17,8 єС, амплитуда среднемесячных температур составляет 36,2 єС.

Экстремальные температуры соответственно равны — 40 єС и + 40 єС. Годовое количество осадков составляет 460 мм, большая их часть выпадает в теплый период. Снежный покров удерживается более 5 месяцев — в среднем 161 день. Высота снежного покрова к концу зимы достигает до 30 см. Зимой преобладают ветры юго-восточного, южного, юго-западного направлений (73%), из них ветры южного направления составляют 42%. Летом преобладают ветры северного (20%) и северо-западного (19%) направлений.

В среднем наблюдается 5 дней за год с гололедом, а в отдельные годы до 18 дней изморозь образуется значительно чаще, чем гололед. Суровость климата в зимний период обусловлена сочетанием морозных дней с сильным ветром.

Положительной чертой климата является обилие солнечной радиации, обусловленное длинными летними днями и небольшим количеством облачности.

Рельеф Территория приурочена к юго-западной части Западно-Сибирской низменности, расчлененной рекой Тобол, на левом берегу которой и расположен г. Ялуторовск.

В пределах долины р. Тобол выделяются пойма и надпойменная терраса. Пойма двусторонняя с плоским рельефом, с абсолютными отметками 55−58 м.

Поверхность поймы изрезана многочисленными старицами, интенсивно заболочена, местами заторфянена, затопляется полностью паводками высокой обеспеченности.

Ширина левобережной поймы в районе города изменяется от 0,5 до 2,0 км.

Надпойменная терраса возвышается над поймой уступом высотой 3 — 6 метров. Уклоны поверхности террасового уступа, как правило, менее 10%, на отдельных участках 10 — 20%. Поверхность террасы полого-холмистая с абсолютными отметками от 59 до 67 м. Понижения рельефа нередко заболочены. В северо-западной части города на данной террасе расположено болото Пустошкино.

Геологическое строение Рассматриваемая территория города Ялуторовска относится к Западно-Сибирской платформе, в геологическом строении которой выделяются три структурных яруса:

— нижний, сложенный древними допалеозойскими, а также нижнеи среднепалеозойскими осадочными метаморфизованными образованиями;

— средний, сложенный образованиями верхнего палеозоя и нижнего кайнозоя (триаса);

— верхний, представленный мощной толщей мезо-кайнозойских отложений.

Современные отложения аллювиального генезиса развиты в пойме р. Тобол. Отложения представлены разнозернистыми, преимущественно мелкозернистыми песками, супесями с прослоями илистых глин. Мощность пойменных отложений 5 — 20 м.

На заболоченных участках вскрыты озерно-болотные отложения, представленные глинами сильно иловатыми, с включениями растительных остатков, торфами, сапропелями. Мощность отложений изменяется от 0,8 до 2,5 м.

В целом четвертичные отложения характеризуются пестрым литологическим составом не выдержанным как по мощности, так и по простиранию.

На значительной части существующей застройки широко развиты насыпные грунты техногенного происхождения — битый кирпич, пески, суглинки. Мощность их на отдельных участках достигает 2,0 — 2,5 м.

Гидрогеологические условия В пределах рассматриваемой территории можно выделить два гидротехнических этажа, разделенные региональным водоупором — мощной толщей глин чеганской свиты.

Воды нижнего гидрогеологического этажа находятся в зоне затрудненного водообмена, характеризуются повышенной минерализацией и могут быть использованы для бальнеологических целей.

К верхнему гидрогеологическому этажу приурочены два водоносных комплекса. Первый связан с песчаными и супесчаными разностями четвертичных отложений различного генезиса. Это горизонт грунтовых вод, имеющий повсеместное распространение, глубина залегания его изменяется от 0,5 до 5,0 м и более.

Локальным водоупором служат глины куртамышской свиты, залегающие на глубине 18 — 24 м. Грунтовый поток с незначительным уклоном (0,005 — 0,001) направлен к р. Тобол. Режим грунтовых вод находится в прямой зависимости от климатических условий района и уровня воды в р. Тобол. Нередко горизонт грунтовых вод находится в подпертом состоянии. Амплитуда колебаний уровня грунтовых вод достигает 0,5 — 1,0 м.

По химическому составу воды карбонатно-натриевые, с минерализацией 0,5 — 1,2 г/л. В кровле четвертичных отложений отсутствует выдержанный водоупор, поэтому грунтовые воды подвержены поверхностному загрязнению. Воды четвертичных отложений в силу слабой водообильности и незначительной водоотдачи, а также из-за подверженности поверхностному загрязнению не рекомендуются для целей водоснабжения.

Водоносный комплекс палеогена (куртамышский) связан с мелкозерными песками, которые в районе города залегают на глубине 23 — 56 м и имеют мощность 5 — 30 м. Воды напорные, величина напоров изменяется от 7 до 40 м. Воды пресные с минерализацией 0,3 — 0,7 г/л, повышенным содержанием железа и пониженным — фтора. На территории города имеются одиночные эксплуатационные скважины и сосредоточенный водозабор из группы скважин в северной части города. В настоящее время данный водозабор не эксплуатируется.

Для водоснабжения города в 1971 — 1972 гг. было разведано Сингульское месторождение подземных вод, которое расположено в 12,0 км к юго-западу от г. Ялуторовска. Запасы подсчитаны в количестве 18,0 тыс. м3 /сут., в том числе по категории, А — 8,5 тыс. м3 /сут. и по категории В — 9,5 тыс. м3 /сут. Водовмещающие породы разнозернистые пески. Горизонт напорный, величина напора составляет 18 — 45 м, уровень воды в скважинах 0,7 — 20 м. воды пресные с минерализацией 0,14 — 0,74 г/л, гидрокарбонатно-кальциево-магниевые с повышенным содержанием железа — 0,2 — 1,2 г/л и пониженным фтора — 0,2 — 0,8 г/л.

Месторождение эксплуатируется с 1984 года. К востоку от Сингульского месторождения (Западно-Сингульского) эксплуатируется, так называемое, Восточно-Сингульское месторождение. Запасы его оцениваются в 5,0 тыс. м3 /сут.

Город Ялуторовск расположен на левом берегу р. Тобол. По степени водообеспеченности город относится к водообеспеченной зоне.

Длина р. Тобол составляет 1591 км, площадь водосбора 426 тыс. км2 гидрологический режим р. Тобола в районе города Ялуторовска изучается на водпосту, расположенному на территории города в 10 км ниже устья р. Исети и в 200 м выше лесной гавани, примерно, в 300 м выше железнодорожного моста.

Долина р. Тобол в районе города Ялуторовска трапецеидальная, ее ширина достигает 19 км.

Пойма двухсторонняя, шириной до 18 км, лугово-кустарниковая, изрезана староречьями и озерами.

Русло извилистое, деформирующееся, песчано-илистое, шириной 70 — 120 м, лубиной около 3 м. Берега реки крутые высотой до 6,5 м. Скорость течения в период межени 0,3 — 0,5 м/сек.

Основное питание р. Тобола снеговые воды.

Весеннее половодье обычно начинается в первой декаде апреля. Подъем уровней интенсивный. Пик половодья наблюдается в среднем в первых числах мая. Спад уровней продолжается иногда до конца июля. Летне-осенние дождевые паводки невысокие и бывают редко. Зимние уровни устойчивы и близки к уровням летне-осенней межени.

Основной объем стока проходит в период весеннего половодья 71% годового объема стока, в летне-осенний период 21,4%, в зимний — 7,6%.

Естественный сток реки Тобола значительно искажен многочисленными водохранилищами и водозаборами.

Первые ледяные образования появляются на р. Тобол в среднем 29 октября; ледостав устанавливается в среднем 6 ноября и продолжается от 139 до 196 дней. Средняя толщина льда 77 см, максимальная — 112 см. Весенний ледоход начинается в начале второй декады апреля.

Наиболее высокая температура воды отмечается в июле в среднем 21,7 єС, максимальная — 27,4 єС.

Продолжительность купального сезона с температурой воды 17 єС и выше составляет 2,5 месяцев.

Минерализация воды р. Тобол у г. Ялуторовска колеблется от 300 — 400 мг/л в период весеннего половодья и до 700 — 1000 мг/л в период зимней межени.

Воды р. Тобол в значительной мере загрязнены промышленно-бытовыми стоками; источники загрязнения находятся в пределах Курганской, Свердловской и Тюменской областей.

Река Исеть — один из крупных левобережных притоков р. Тобол. Длина р. Исети 606 км, площадь водосбора 58,9 тыс. км2.

Водный режим р. Исети аналогичен режиму р. Тобола.

Среднегодовой сток р. Исеть в устье составляет 58.9 м3/сек, в год 20% обеспеченности — 20,0 м3/сек.

Минерализация речной воды в течение года колеблется от 150 до 540 мг/л. Особенностью состава речной воды является относительное постоянство его характеристик в течение года.

Река Исеть является одной из самых загрязненных рек Урала, служа источником технического водоснабжения для целого ряда промышленных предприятий и теплоэлектростанций, и потому вода ее загрязнена промышленными стоками. В концентрациях, превышающих ПДК, наблюдаются фенолы, нефтепродукты, азот аммония, медь, цинк, свинец, никель.

Инженерно-строительные условия Исходя из особенностей рельефа, геологического строения верхней зоны и гидрогеологических условий, территория города характеризуется сложными инженерно-геологическими условиями.

Территории, благоприятные для строительства, занимают небольшие площади в пределах I надпойменной террасы с абсолютными отметками поверхности 61−67,4 м., грунтовые воды залегают на глубине 3−7 м.

В зоне заложения фундаментов находятся суглинки, супеси, мелкозернистые и пылеватые пески, перекрытые на значительной части территории насыпными грунтами мощностью до 2,0 — 2,8 м. Суглинки и супеси на отдельных участках имеют макропористую структуру и относятся к просадочным грунтам 2 типа. Мощность просадочной толщи составляет 3 — 5 м., строительство на этих грунтах следует вести с учетом требований СНиП 2.02.01−83, раздел 3.

Большую часть рассматриваемой территории можно охарактеризовать как ограничено благоприятную для строительства из-за близкого залегания уровня грунтовых вод. На отдельных участках за последние годы отмечается повышение уровня грунтовых вод за счет подтопления, которое вызвано, с одной стороны, неорганизованным стоком поверхностных вод, с другой, из-за утечек воды из водонесущих инженерных сетей. Значительное переувлажнение грунтов и подтопление отмечается в районе пересечения ул. Бахтиярова и 50 лет Октября, ул. Вокзальной и Гороховского, ул. Механизаторов, Комсомольской, Чехова, Железнодорожной и других.

К ограниченно благоприятным для строительства относятся также небольшие по площади части террасовых склонов с уклонами поверхности 10 — 20%, заболоченные и заторфяненные участки, на которых мощность торфа превышает 2,0 м.

К территориям неблагоприятным для строительства относятся: локальные участки склонов террас с уклонами поверхности более 20%, карьеры и изрытости глубиной более 2,0 м, болота мощностью торфа более 2,0 м и пойма р. Тобол, затопляемая паводками 1% обеспеченности.

Учитывая достаточно сложные инженерно-геологические условия территории города Ялуторовска, строительству должны предшествовать инженерно-геологические изыскания.

2.2 Защита территории от затопления и подтопления

На территории города в последние годы наблюдается резкий подъем уровня грунтовых вод, что обусловлено многими природными и антропогенными факторами. При этом надо отметить, что высокое стояние грунтовых вод наблюдается не только во время прохождения паводков на р. Тобол, но и в меженные периоды. Основной причиной неблагоприятного изменения водного режима грунтовых вод являются высокие и растянутые во времени паводки на р. Тобол. Весеннее половодье начинается в середине апреля и заканчивается в середине — концу июля; бывали случаи, когда половодье заканчивалось в августе.

Уровенный режим р. Тобол характеризуется быстрым подъемом водных горизонтов 20−30 см/сут, а в условиях заторных явлений скорость подъема воды может достигать 1−2 м/сут. Расчетная величина паводка 1%-ой обеспеченности для Ялуторовска составляет 58,9 мВ. С.; 10%-го — 57,75 мВ. С.

Спад уровней происходит медленно, горизонты 10%-ой обеспеченности стоят в среднем 18 суток, иногда же держатся до 28 суток.

Тобол имеет широкую двустороннюю пойму со средними отметками поверхности 53−55 мВ. С. Город расположен в основном на надпойменной террасе, имеющей отметки 59−67 мВ. С.

Во время длительных высоких паводков прекращается движение грунтового потока в направлении суша — река и наблюдается значительное увеличение фильтрации воды из реки в пласт аллювиальных отложений.

При этом по мере насыщения водой речного аллювия и продвижения воды вглубь поймы и надпойменной террасы, грунтовые воды переходят в напорный режим и двигаются вверх вдоль покровных глинистых отложений, перекрывающих аллювий. В результате в береговой зоне полностью прекращается естественное дренирование территории.

На положение уровня грунтовых вод влияет также плоский рельеф с наличием замкнутых понижений. Город расположен на локальном водоразделе, его территория имеет два основных бассейна стока: лицевой — в сторону долины р. Тобол; тыльный — к пониженным заболоченным территориям на запад и север от пятна городской застройки.

Вдоль северо-западной границы города проложен магистральный осушительный канал, берущий начало у очистных сооружений Сингульского водозабора и впадающий в р. Тобол у пос. Хохлово. Протяженность канала около 16 км, продольные уклоны очень низкие, ширина по дну 2−4 м., глубина до 3 м. Пропускная способность канала из-за малых скоростей течения и плохо выраженного уклона — слабая.

Канал является водоприемником поверхностного и дренажного стоков с городской территории и с прилегающих территорий сельскохозяйственного использования.

Отрицательное влияние на отток грунтовых вод в значительной степени оказывают водовмещающие грунты с низкими фильтрационными способностями: суглинки, супеси, заилованные пески.

Увеличению расходов грунтовых вод способствует и связь с нижележащими напорными горизонтами, а также утечки из инженерных коммуникаций и прекращение эксплуатации артезианских колодцев.

В результате всех этих причин в городе складывается крайне тяжелая обстановка, связанная с переувлажнением территории: вода стоит в подвалах домов, погребах; разрушаются здания и дороги, появляются признаки вторичного заболачивания.

Помимо огромного косвенного влияния половодий на переувлажнение всей городской территории, паводки наносят прямой ущерб части городской застройки, расположенной в пойме. Непосредственно в зону затопления попадает территория в районе ул. Папанина; застройка в районе ул. Ворошилова; территории улиц Революции, Шаурова, Первомайской — на участках, прилегающих к Бабановскому озеру.

К настоящему времени усилиями города была предпринята попытка защиты от затопления участка территории в районе улиц Холодильной, Папанина, Кирова. Для этой цели произведена отсыпка дамбы по трассе существующей дороги, которая ограничивает поселок с напорной стороны (ул. Холодильная и ул. Папанина).

Протяженность этой дамбы около 1,5 км., высота 2−2,5 м. Дамба исполнена без противофильтрационных элементов и возведена вплотную к существующей застройке; на обвалованной территории не организован водоотвод.

Помимо противопаводковых мероприятий в городе проводились экстренные меры по отводу поверхностных и дренажных вод. В незастроенных естественных понижениях устраивались водоемы — накопители, из которых вода с помощью насосных станций подается к водоприемникам (водоем с насосной станцией в районе улиц Гроховского, Челюскинцев, Вокзальной, водоемы между улицами Северной, Комсомольской, Советской, Л. Чайкиной).

Генеральным планом предусматривается сохранение и реконструкция уже имеющихся на территории города объектов инженерной подготовки территории по водоотведению и снижению уровня грунтовых вод.

Защита от затопления Генеральным планом поддерживаются мероприятия по обвалованию затапливаемых участков существующей застройки. Затоплению в г. Ялуторовске подвержена территория, главным образом, в гипсометрически пониженных участках дневной поверхности, на поверхности низкой и высокой поймы, которая составляет 3% от территории города. Защитой от этого вида негативного природного процесса послужит дамба ограждения, как сооружение IV класса капитальности. Предусматривается защита юго-восточной окраины г. Ялуторовска, которая включает в себя частично застроенную территорию с промпредприятиями и сельскохозяйственные угодья, а также оз. Бабановское.

Дамба ограждения запроектирована в соответствии со СНиП 2.06.15−85 «Инженерная защита от затопления», основной расчетный уровень воды 5% обеспеченности, проверочный 1% обеспеченности.

Отметка гребня дамбы принята согласно СНиП 2.06.05−84 «Плотины из грунтовых материалов» и СНиП 2.06.04−82 «Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)» как наибольшая из двух расчетных сочетаний отметки уровня воды и скорости ветра.

Общая площадь ограждения от затопления уровнем р. Тобол 5% обеспеченности составляет 143 га, в том числе 60 га селитебной зоны и 83 га сельхозугодий. Южная часть дамбы примыкает к автомобильной дороге Тюмень-Омск, а северо-западная часть — к не затапливаемым естественным отметкам в районе рынка. Общая протяженность дамбы составляет 4,466 км. В половодье 1% обеспеченности затапливается 219 га городских земель.

Проектируемая дамба ограждения состоит из четырех самостоятельных участков, каждый из которых самостоятельно решает вопрос ограждения и водоотведения и может быть построен независимо друг от друга.

В теле дамбы запроектировано семь водопропускных труб, оборудованных затворами. Для организации стока с огораживаемой территории предусмотрена осушительная сеть, которая также состоит из четырех самостоятельных систем со сбросом воды в р. Тобол и р. Тобольчик.

Дамба планируется песчаным откосом, как зона отдыха населения. Ливневые талые воды с тяготеющей территории города должны быть организованы по ул. Революции со сбросом в районе запани лесозавода с отводом по каналу К 3−1 на очистные сооружения. В качестве очистных сооружений используется старица, которая перегораживается дамбами и оборудуется перепускными сооружениями.

Защита от подтопления Подтоплению в городе Ялуторовске подвержена территория, входящая в зону возможного затопления уровнем воды 1% обеспеченности, составляющая 27% от территории города, и территория с близким залеганием грунтовых вод, составляющая 36% от территории города.

Множество факторов, определяющих причины подтопления, подразумевают неоднозначный подход к решению вопроса снижения уровня грунтовых вод на различных участках городской территории.

В настоящее время, ведется разработка нескольких проектов по защите территории от подтопления, где более тщательно разрабатываются мероприятия и принципиальные подходы к данному вопросу. Можно отметить, что первоочередным моментом и фактической целью данных мероприятий является обеспечение нормальной жизнедеятельности людей проживающих и работающих в зоне подтопления, поэтому все усилия направляются на удовлетворение потребностей наибольшего количества жертв неблагоприятных природных процессов.

Кроме того, планируется разработать мероприятия по водопонижению еще пяти участков территории подверженной подтоплению.

2.3 Благоустройство городских водоемов и водотоков

Территория в пойме р. Тобол, в совокупности с ее мелкомозаичными водными вкраплениями и оз. Бабановское, является природным комплексом города Ялуторовска и выполняет преимущественно природоохранные, рекреационные, оздоровительные и ландшафтообразующие функции и формирует природно-ландшафтный каркас города — экологический каркас.

Пойма р. Тобол, является живописным местом, она изрезана старичными образованиями, отрезанными от основного русла. Берега этих водоемов заболочены, малые глубины, и отсутствие течения благоприятствуют зарастанию их акватории. Поэтому, для сохранения их естественного состояния и рекреационного облика, необходимо создание проточности между ними и р. Тобол, путем соединения их водотоками. Кроме того, рекомендуется проводить расчистку этих водоемов до глубины не менее 1,5 метра.

Для улучшения водоохранных условий оз. Бабановское, повышения благоустройства и санитарно-гигиенического состояния его территории, в южной границе предусматривается дамба с песчаным откосом, как зона отдыха населения, а с его северной стороны организуется набережная. Это позволит, повысить рекреационную функцию и придать декоративно-планировочный образ данной территории.

При формировании рекреационной пляжной зоны, были учтены водоохранные ограничения и экологическая значимость данной акватории. Протяженность дамбы составит 720 п.м., запроектирована она из карьерного грунта шириной по гребню 3 м.

Организация специального пляжа, позволит избежать образования «диких пляжей», и, как следствие, загрязнение воды оз. Бабановское, его прибрежной полосы и дна водоема, что поможет снизить число несчастных случаев, связанных с купанием.

Во избежание утраты рекреационных и ландшафтобразующих функций озера необходимо осуществление постоянного контроля, за его санитарным состоянием, качеством воды, защита его от природного и антропогенного загрязнения.

Глава 3. Оценка влияния градостроительной деятельности в г. Ялуторовске на водные объекты

В районе улиц Холодильной, Папанина и Кирова произведена отсыпка дамбы по трассе существующей дороги, которая ограничивает поселок с напорной стороны.

Протяженность этой дамбы около 1,5 км, высота 2−2,5 м, она незатопляемая. Дамба исполнена без противофильтрационных элементов и возведена вплотную к существующей застройке; на обвалованной территории не организован водоотвод.

Преимуществом такого решения является относительно небольшое количество земляных работ.

Недостатком же является затруднение организации стока поверхностных вод, усложняется и задача понижения уровня грунтовых вод и городская территория отрезается от водного пространства.

Так же негативным эффектом является то, что с прекращением доступа весенних вод, прекращается отложение весенних наносов, содержащих иногда значительное количество илистых и органических частиц, способствующих плодородию почвы.

Дамба расположена не по берегу реки и не около станицы или озера. Поэтому угрозы постоянного подмыва склона дамбы рекой нет. С тыльной стороны поселка находится низинное болото, которое в половодье может обводняться.

Так как дамба препятствует водообмену между водными объектами и территорией города, то вполне возможно, что она послужила косвенной причиной для заболачивания территории.

При низком уровне воды в реке сброс поверхностных вод мог бы осуществляется самотеком через тело дамбы, причем трубы обеспечиваются обратными клапанами, щитами и затворами.

При высоком уровне воды в реке воды не могли бы быть сброшены в реку самотеком, без специальных мероприятий. Это могло бы привести в затоплению городской территории, в частности, и из-за поступления воды из реки в водосточную сеть.

Мероприятиями по отводу поверхностных вод при строительства дамб обвалования могут быть:

Аккумуляция избытка воды в накопительных бассейнах Перекачка воды с помощью насосных станций Объем накопительных бассейнов рассчитывается по расходу водосточных коллекторов, на трассе которых они находятся. Расчет проводится на максимальные расходы с 1%-ой обеспеченностью.

Где:

h — максимальный слой осадков за период паводка

Fплощадь водосборного бассейна (га) средний коэффициент стока Накопительные аккумулирующие бассейны выполняют свои функции сбора поверхностных вод лишь во время паводка, но в декоративных и иных целях они сохраняют свое значение как городские водоемы круглый год.

Перекачка вод насосными станциями Водосточная сеть в этом случае проектируется таким образом, чтобы собранные воды направлялись к насосным станциям. Насосные станции располагаются в каждом бассейне стока, в пониженных местах.

Количество насосных станций и их размещение определяются исходя из числа бассейнов стока, площади стока, общего протяжения водосточной сети города и расчетного расхода в коллекторах этой сети. Чтобы исключить влияние неравномерности осадков, целесобразно устройство на насосных станциях регулирующих емкостей-резервуаров.

Дамба ограждения запроектирована в соответствии со СНиП 2.06.15−85 «Инженерная защита от затопления», основной расчетный уровень воды 5% обеспеченности, проверочный 1% обеспеченности.

Отметка гребня дамбы принята согласно СНиП 2.06.05−84 «Плотины из грунтовых материалов» и СНиП 2.06.04−82 «Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)» как наибольшая из двух расчетных сочетаний отметки уровня воды и скорости ветра.

Общая площадь ограждения от затопления уровнем р. Тобол 5% обеспеченности составляет 143 га, в том числе 60 га селитебной зоны и 83 га сельхозугодий. Южная часть дамбы примыкает к автомобильной дороге Тюмень-Омск, а северо-западная часть — к не затапливаемым естественным отметкам в районе рынка. Общая протяженность дамбы составляет 4,466 км. В половодье 1% обеспеченности затапливается 219 га городских земель.

Проектируемая дамба ограждения состоит из четырех самостоятельных участков, каждый из которых самостоятельно решает вопрос ограждения и водоотведения и может быть построен независимо друг от друга.

В теле дамбы запроектировано семь водопропускных труб, оборудованных затворами. Для организации стока с огораживаемой территории предусмотрена осушительная сеть, которая также состоит из четырех самостоятельных систем со сбросом воды в р. Тобол и р. Тобольчик.

Дамба планируется песчаным откосом, как зона отдыха населения. Ливневые талые воды с тяготеющей территории города должны быть организованы по ул. Революции со сбросом в районе запани лесозавода с отводом по каналу К 3−1 на очистные сооружения. В качестве очистных сооружений используется старица, которая перегораживается дамбами и оборудуется перепускными сооружениями.

Три запланированных участка дамбы уже построены и эксплуатируются. В дальнейшем они будут сохранятся и реконструироваться по мере неоходимости. Все участки дамбы используются в качестве дорог. Дамбы исполнены без противофильтрационных элементов и возведены вплотную к существующей застройке. Они возведены аналогично дамбе в районе улиц Холодильной и Папанина.

Дамба близ О. Бабановкое, как место отдыха населения Пойма р. Тобол, является живописным местом, она изрезана старичными образованиями, отрезанными от основного русла. Берега этих водоемов заболочены, малые глубины, и отсутствие течения благоприятствуют зарастанию их акватории. Поэтому, для сохранения их естественного состояния и рекреационного облика, необходимо создание проточности между ними и р. Тобол, путем соединения их водотоками. Кроме того, рекомендуется проводить расчистку этих водоемов до глубины не менее 1,5 метра.

Для улучшения водоохранных условий оз. Бабановское, повышения благоустройства и санитарно-гигиенического состояния его территории, в южной границе предусматривается дамба с песчаным откосом, как зона отдыха населения, а с его северной стороны организуется набережная. Это позволит, повысить рекреационную функцию и придать декоративно-планировочный образ данной территории.

При формировании рекреационной пляжной зоны, были учтены водоохранные ограничения и экологическая значимость данной акватории. Протяженность дамбы составит 720 п.м., запроектирована она из карьерного грунта шириной по гребню 3 м.

Организация специального пляжа, позволит избежать образования «диких пляжей», и, как следствие, загрязнение воды оз. Бабановское, его прибрежной полосы и дна водоема, что поможет снизить число несчастных случаев, связанных с купанием.

Во избежание утраты рекреационных и ландшафтобразующих функций озера необходимо осуществление постоянного контроля, за его санитарным состоянием, качеством воды, защита его от природного и антропогенного загрязнения.

При строительстве набережной необходимо укрепление берегов. Это мероприятие, с одной стороны, позволит сохранить берега в пригодном для рекреации виде и послужит препятствием для эрозии, но с другой стороны укрепление берегов препятствует таким естественным процессам как русловые процессы, приводит к изменениям морфологии русел, берегов и пойменных участках водных объектов.

Период строительства, характеризующийся увеличением стока наносов на несколько порядков по сравнению с естественными условиями вследствие уничтожения растительного покрова, экскавации земли, нарушения биологического баланса почвы.

Вследствие нарушения баланса наносов (за счет меньшего поступления с застроенной территории) начинают преобладать однонаправленные деформации и с основном некомпенсируемая русловая эрозия.

Кроме того, для строительства дамб и набережной могут быть использованы как привезенные грунты, так и грунты местного происхождения, обычно изымаемые из дна водоема.