2008

Волгин, Сергей Алексеевич

кандидат биологических наук

Москва

06.01.03

Агропочвоведение, агрофизика

169

ВВЕДЕНИЕ Глава 1 ОСОБЕННОСТИ ГИДРОЛОГИИГОРОДСКИХ ПОЧВ И ГРУНТОВ 1.1. Город Ростов Великий как объект гидрогеологической опасности 1.1.1. Исторические аспекты развития города в связи с его инженерной защитой от подтопления 1.1.2. Особенности существующей застройки 1.2. Особенности природно-геологических условий территории г.Ростова 1.3. Опасные инженерно-геологические и гидрогеологические процессы в городе 1.4. Причины и факторы подтопления территории города 1.5. Объекты опасности, требующие защиты Глава 2 МЕТОД МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ ГИДРОЛОГИИ ПОЧВ 2.1. Современное состояние математических моделей, описывающих водный режим почв. 2.2. Экспериментальное обеспечение моделей. Глава 3 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ 3.1. Геоморфологическое описание местности. 3.2. Методы исследования 3.2.1. Полевые методы. 3.2.2. Лабораторные методы. Глава4 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ 4.1 Анализ почвенных характеристик Использование метода вертикального электрического зондирования для оценки состояния почв грунтовых вод. Прогноз и расчет риска подтопления, и агрофизического риска ВЫВОДЫ

Актуальность исследований. Почвенный покров современного города весьма сложное почвенное образование. Он формируется не столько природными почвами, сколько антропогенными материалами. Это различный смешанный инородный для почв материал, имеющий разную природу: строительные отходы и мусор, многолетние культурные слои. Проблемам исследования городских почв посвящены работы Л.Л. Шилова, М.Н. Строгановой, В.Д. Тонконогова, И.И. Лебедевой, М.И. Герасимовой, Л.О. Карпачевского, Н.В. Можаровой, Т.В. Прокофьевой, , Е.С Дзекер., М.В. Болгова, Т.Ю Голубаш. и др. Основная проблема центральной исторической части города Ростов Великий - это подтопление почв и располагающихся на них зданий и сооружений, повышенная влажность и анаэробиоз корнеобитаемого слоя почв, используемых в частном секторе. В настоящее время подтопление городских территорий имеет различные причины, такие как слабая дренированность территории, отсутствие сброса поверхностного стока и многие другие. Проблемы повышенного увлажнения почв необходимо решать с помощью методов математического моделирования, требующих экспериментального почвенного гидрофизического обеспечения. Эти методы являются основой для расчетов прогнозных рисков подтопления. Однако, экспериментальных данных по гидрофизическим свойствам городских почв недостаточно, что не позволяет оценить риск подтопления зданий, сооружений и городских агроугодий. Цель работы: исследование гидрофизических свойств и элементов водного режима почв города Ростов Великий для оценки риска подтопления. При выполнении работы были поставлены следующие задачи: 1. Изучить гидрофизические и физические свойства почв основных районов г. Ростова Великого. 2.Проанализировать характеристики поступления влаги, распределения ливневых осадков, весеннего стока, отточность грунтовых вод и другие аспекты гидрологии территории (по фондовым данным). 3.Изучить особенности почвенной гидрологии г.Ростова Великого с использованием дистанционных электрофизических методов (метод ВЭЗ). 4.Параметризировать и апробировать прогнозную математическую модель движения влаги для почв основных районов г. Ростова Великого. 5.С помощью поливариантных расчетов проанализировать гидрологическую ситуацию, выяснить причины и оценить риск подтопления зданий, а также риск неблагоприятных агрофизических условий в корнеобитаемой толще (риск переувлажнения корнеобитаемой толщи). Научная новизна. Разработана методика по оценке риска подтопления сооружений, включающая анализ особенностей атмосферного питания грунтовых вод, экспериментальные исследования гидрофизических свойств и поливариантные прогнозные расчеты динамики уровня грунтовых вод (УГВ) в годы различной обеспеченности, а также расчет риска переувлажнения корнеобитаемой толщи (агрофизический риск), как вероятности появления воздухосодержания <10% в течение вегетационного периода в годы различной обеспеченности осадками. Практическая значимость. Полученные данные свидетельствуют о том, что гидрологические условия г.Ростов Великий указывают на наличие риска подтопления за счет слабой отточности грунтовых вод, зависимости их уровня от количества атмосферных осадков, практически полном отсутствии поверхностного стока и его регулирования. Экспериментальные исследования пространственного распределения гидрологического состояния почв города, проведенные методом ВЭЗ, позволили выделить зоны с близким (менее 1 м) уровнем капиллярной каймы грунтовых вод и зоны с повышенным увлажнением (за счет грунтово-атмосферного питания). Апробирована и экспериментально адаптирована для условий г.Ростов Великий математическая прогнозная модель поливариантного расчета водного режима почв и динамики УТВ. Впервые рассчитаны риски повышения увлажненности почв под сооружениями (УГВ<1 м) и переувлажнения агропочв в годы различной обеспеченности осадков. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на III Международном научно-практическом Симпозиуме «Природные условия строительства и сохранения храмов православной Руси» (г. Сергиев Посад, 2006); XIV Международной Конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов 2006», (г. Москва); IX Всероссийской конференции «Докучаевские молодежные чтения» (г. Санкт-Петербург, 2006); X Всероссийской конференции «Докучаевские молодежные чтения» (г.Санкт-Петербург, 2007); III Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы экологии Южного Урала» (г.Оренбург, 2007); Всероссийской конференции «Фундаментальные достижения в почвоведении, экологии и сельском хозяйстве на пути к инновациям» (г.Москва, 2008). Публикация результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ. В том числе 4 работы в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ. Объем и структура диссертации. Работа изложена на 129 страницах машинописного текста, содержит 10 таблиц, 33 рисунков. Состоит из введения 4 глав, выводов и списка литературы из 128 наименований, в том числе 53 на иностранных языках, приложений.

выводы 1 .Гидрологические условия г. Ростов Великий указывают на наличие риска подтопления за счет слабой отточности грунтовых вод, зависимости их уровня от количества атмосферных осадков, практически полном отсутствии поверхностного стока и его регулирования. 2. Почвенный покров центральной части города, в непосредственной близости от Кремля и основных храмов и монастырей представлен мощным культурным слоем, в центральной части - дерново-луговыми, а в зоне частного сектора используемого в сельском хозяйстве - торфяно-болотными почвами. Большинство почв характеризуются сложным строением профиля, слоистым распределением водно-физических свойств, отсутствием закономерного профильного распределения водно-физических характеристик, свойственных природным почвам. 3. Экспериментальные исследования пространственного распределения гидрологического состояния почв города, проведенное методом ВЭЗ, позволили выделить зоны с близким (менее 1 м) уровнем капиллярной каймы грунтовых вод и зон с повышенным увлажнением (за счет грунтово-атмоферного питания). 4. Апробирована и экспериментально адаптирована для условий г.Ростов математическая прогнозная модель поливариантного расчета водного режима почв и динамики УТВ. Параметризация и адаптация модели позволили достичь хорошего совпадения расчетных и экспериментальных величин влажности почвы (коэффициент ошибки имитации модели менее 11%). 5. Впервые рассчитаны риски повышения увлажненности почв под сооружениями (УГВ>1 м) и переувлажнения агропочв в годы различной обеспеченности. Показано, что при обеспеченности осадками <35% резко возрастает риск подтопления зданий при начальном УГВ 1 м, а при начальном УГВ 1.5 м риск возрастает при обеспеченности <3%. Агрофизический риск, как вероятность возникновения воздухосодержания<10% в корнеобитаемой толще, возрастает при обеспеченности осадками <3%.