ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ И ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОМУ КОМПЛЕКСУ

ГОССТРОЙ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ -
ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

КОМПЛЕКСНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
И КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
ВОДОСНАБЖЕНИЯ, КАНАЛИЗАЦИИ, ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
И ИНЖЕНЕРНОЙ ГИДРОГЕОЛОГИИ

(ФГУП НИИ ВОДГЕО)

ДАР/ВОДГЕО

Гос. регистрационный № 1403

Лицензия ФЛЦ № 003547-2 от 15 сентября 2000 г.

Утверждены

и.о. директора института

Е.Н. Жировым

«3» декабря 2001 г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
по ОЦЕНКЕ РИСКА И УЩЕРБА
ПРИ ПОДТОПЛЕНИИ ТЕРРИТОРИЙ

 

Москва, 2001 г.

 

Настоящие Методические рекомендации разработаны как справочное пособие к готовящейся новой редакции СНиП «Инженерная защита территорий от затопления и подтопления». В действующих нормативных документах вопросы оценки риска и ущерба при подтоплении практически не освещаются. Вместе с тем данные Методические рекомендации являются органичным дополнением к утвержденной Госкомэкологией РФ «Методике определения предотвращенного экологического ущерба», М., 1999.

В Методических рекомендациях изложена методика оценки опасности подтопления территорий, уязвимости, риска и ущерба при подтоплении территорий. Даны рекомендации по компьютерной реализации методики расчета показателей опасности, уязвимости, риска и ущерба от подтопления грунтовыми водами на примере г. Саратова.

Методические рекомендации разработаны в ФГУП НИИ ВОДГЕО авторским коллективом под научным руководством д.т.н., профессора, Н.П. Куранова (с.н.с. Верле С.В., с.н.с. Копейкина Л.Н., к.т.н. Кузьмин В.В., к.т.н. Расторгуев А.В., к.т.н. Тесленко В.В., с.н.с. Чуносов Д.В.).

Для работников проектно-изыскательских, научно-исследовательских и природоохранных организаций.

Научные редакторы: д.т.н., проф. Алексеев B.C., к.т.н. Хохлатов Э.М.

Замечания и предложения просьба направлять по адресу:

119826 Москва, Комсомольский проспект, 42, ЗАО «ДАР/ВОДГЕО»,

ФАКС 245-9562,

E-MAIL: DAR.VODGEO@RELCOM.RU

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Подтопление застроенных территорий - одни из опасных техногенных процессов, наносящих экономике городов значительный ущерб.

Первопричиной возникновения риска развития процесса является деятельность человека, в результате которой природные, техноприродные и техногенные процессы становятся опасными и на застроенной территории возникают источники и объекты опасности.

В данном случае источником опасности является процесс подтопления и другие инженерно-геологические процессы, спровоцированные подтоплением (осадки, просадки, набухания, загрязнение подземных вод и др.).

Риск ущерба от подтопления зависит от уязвимости объекта опасности, т.е. способности противостоять процессу, наносящему ему определенный ущерб.

Таким образом, оценка риска подтопления требует последовательного рассмотрения формирования опасности и уязвимости объекта.

1. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ РИСКА И УЩЕРБА ПРИ ПОДТОПЛЕНИИ ТЕРРИТОРИЙ

При оценке степени опасности и риска от процесса подтопления необходимо оценить подверженность территории негативным процессам и уязвимость объекта опасности при воздействии на него подтопления и других наведенных им опасных геологических процессов.

Если подверженность характеризует состояние геологической среды, оказывающее опасное внешнее воздействие на выбранный объект опасности, то уязвимость характеризует способность самого объекта сопротивляться этому воздействию, наносящему ему определенный ущерб. Поэтому при оценке степени риска важно оценить восприимчивость объекта и оценить его состояние (например, степень физического износа и др.). Уязвимость характеризуется реакцией объекта на опасное воздействие.

Оценка опасности подтопления, подверженности застроенной территории опасным процессам, уязвимости объекта опасности и риска от процесса подтопления на локальном уровне может выполняться, например, по следующей схеме.

СХЕМА ОЦЕНКИ РИСКА ПОДТОПЛЕНИЯ ТЕРРИТОРИЙ

Вопросы районирования территорий по природным условиям подтопления хорошо изучены, как и районирование по условиям застройки с учетом функционального назначения территорий. В настоящее время эти вопросы наиболее успешно решаются с использованием компьютерной технологии на основе создаваемой специальной базы данных, данных мониторинга за режимом поверхностных и подземных вод и прогнозных расчетов процесса подтопления территорий.

В результате этих расчетов прогнозируется величина подъема уровня грунтовых вод в заданный момент времени на рассматриваемой территории, изменение качества и агрессивности подземных вод, изменения прочностных и деформационных свойств грунтов и т.п.

Все эти данные, наряду с данными по условиям застройки территории, ее функционального назначения, степени экологического благополучия могут быть положены в основу оценки опасности, уязвимости и риска подтопления территорий.

Все эти вопросы рассматриваются ниже.

1.1. ИНТЕГРАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ОПАСНОСТИ ПОДТОПЛЕНИЯ ТЕРРИТОРИЙ ГРУНТОВЫМИ ВОДАМИ

Составление карты опасности необходимо для анализа и оценки возможных негативных ситуаций на застроенной территории, а также для принятия управляющего решения по обеспечению геологической безопасности территории.

В качестве показаний опасности территории выбираем:

1. Положение уровня грунтовых вод, вызывающее процесс подтопления территории.

2. Изменение качества грунтовых вод, приводящее к загрязнению подземных вод, изменению их агрессивности к железобетонным и металлическим конструкциям, засолению грунтов зоны аэрации.

3 Изменение физико-механических свойств грунтов, приводящее к дополнительным осадкам или просадкам, снижению несущей способности грунтов.

Каждый из показателей опасности в зависимости от его величины может вызывать разную степень опасности. По каждому из показателей она принимается отдельно.

Показатель 1 (положение уровня грунтовых вод от поверхности земли). Степень опасности по этому показателю выбирается в зависимости от типа застройки территории по таблице 1.

СТЕПЕНЬ ОПАСНОСТИ ПО ПОЛОЖЕНИЮ УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД

Показатель 2 (изменение качества грунтовых вод).

Является более сложным показателем, поскольку он определяется большим набором химических, биологических и других компонентов. По этому показателю примем следующую градацию, представленную в таблице 2.

Таблица 2

СТЕПЕНЬ ОПАСНОСТИ ПО ИЗМЕНЕНИЮ КАЧЕСТВА ГРУНТОВЫХ ВОД

Степень опасности по показателю 2 выбирается в соответствии с табл. 2. Она назначается по фактору, характеризующемуся наибольшей степенью опасности.

Показатель 3 (изменение физико-механических свойств грунтов при подтоплении).

В таблице 3 приведен примерный перечень факторов опасности, связанных с изменением физико-механических свойств грунтов при подтоплении. Степень опасности по показателю 3 назначается по тому фактору, который имеет место на рассматриваемой территории и характеризуется наибольшей степенью опасности.

Таблица 3

ХАРАКТЕРИСТИКА СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ СВОЙСТВ ГРУНТОВ ПРИ ПОДТОПЛЕНИИ

Здесь e_sw и e_fn - относительная деформация набухания и пучения соответственно.

В реальных условиях интегральная опасность, связанная с подтоплением застроенных территорий различна в зависимости от показателей и степени их проявления, которые указаны выше. В таблице 4 дается количественная характеристика опасности подтопления территорий в виде доли (вероятности) от наиболее неблагоприятной обстановки. Эту величину будем называть коэффициентом опасности и обозначать l₀.

Таблица 4

ИНТЕГРАЛЬНАЯ ОЦЕНКА КОЭФФИЦИЕНТА ОПАСНОСТИ ПОДТОПЛЕНИЯ ТЕРРИТОРИИ, l₀

Отметим, что в таблице 4 дана количественная характеристика опасности подтопления территорий, основанная на трех показателях подтопления:

- уровень грунтовых вод (показатель 1);

- изменение состава подземных вод при подтоплении (показатель 2);

- изменение свойств фунтов при подтоплении (показатель 3).

При этом «0», указанный в коде показателя подтопления, указывает на то, что данный показатель не участвует при подтоплении территории и не оказывает влияния на степень опасности подтопления. Код «0» принимается при Н ³ Н_пр, где Н_пр - глубина залегания грунтовых вод, при которой показатели не действуют. Величина Н_пр для показателей уровня грунтовых вод, изменения качества грунтовых вод и изменения физико-механических свойств грунтов различна и обосновывается специальными исследованиями. При отсутствии соответствующего обоснования значение Н_пр определяется по формуле

Н_пр = Н_кр + DН,

где Н_кр - норма осушения, принимаемая в зависимости от характера застройки рассматриваемой территории в соответствии с таблицей 5 (СНиП II-52-74).

Таблица 5

НОРМА ОСУШЕНИЯ, ПРИНИМАЕМАЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ХАРАКТЕРА ЗАСТРОЙКИ РАССМАТРИВАЕМОЙ ТЕРРИТОРИИ (СНИП II-52-74)

DН - поправка к норме осушения Н_кр. Для показателя 1 (уровня грунтовых вод) DН = 0. Для показателя 2 (изменения качества грунтовых вод) поправка DН равна высоте капиллярного поднятия в грунте основания. Для показателя 3 (изменения физико-механических свойств грунтов) поправка DН в песчаных грунтах равна высоте капиллярного поднятия, в глинистых - превышает эту высоту вдвое, что соответствует наиболее вероятной высоте распространения иммобилизованной влаги в грунтах. В табл. 6 приведены значения поправки DН для различных грунтов.

Таблица 6

ЗНАЧЕНИЯ ПОПРАВКИ DН ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ГРУНТОВ

Кроме указанных показателей опасности подтопления могут быть и другие показатели опасности, которые следует учитывать при исследовании процессов подтопления.

В частности, такими показателями опасности могут быть повышение сейсмичности, интенсификация других опасных геологических процессов (оползни, карст, суффозия и др.).

В этом случае опасность подтопления резко увеличивается, что может быть учтено введением поправки к коэффициенту опасности в виде:

l_с = a_с × l₀                                                                    (1)

Здесь l_с - коэффициент опасности подтопления при изменении сейсмичности территории, a_с - поправочный коэффициент.

Величину этого коэффициента рекомендуется выбирать по таблице 7.

Таблица 7

ВЕЛИЧИНА ПОПРАВОЧНОГО КОЭФФИЦИЕНТА a_с ПРИ УВЕЛИЧЕНИИ СЕЙСМИЧНОСТИ ТЕРРИТОРИИ

Аналогичным образом следует поступать и при оценке опасности с учетом других показателей опасности подтопления территории, например, с учетом величины сезонных колебаний. Этот коэффициент принимается следующим образом (табл. 8).

Таблица 8

ВЕЛИЧИНА ПОПРАВОЧНОГО КОЭФФИЦИЕНТА a_с ПРИ СЕЗОННЫХ КОЛЕБАНИЯХ УГВ

При районировании территории по степени опасности подтопления рекомендуется выделить четыре степени малая степень опасности (l₀ £ 0,3), умеренная степень опасности (0,3 < l₀ £ 0,6), высокая степень опасности (0,6 < l₀ £ 0,8), критическая степень опасности (l₀ > 0,8).

1.2. ИНТЕГРАЛЬНАЯ ОЦЕНКА УЯЗВИМОСТИ ТЕРРИТОРИЙ ПРИ ИХ ПОДТОПЛЕНИИ

Для оценки риска развития процессов подтопления кроме опасности этого процесса необходимо выполнять оценку уязвимости той территории, которая затронута подтоплением и имеет разную степень опасности подтопления.

Степень уязвимости территории зависит от восприимчивости к опасному воздействию подтопления.

При определении восприимчивости следует различать целый ряд факторов, связанных с функциональным назначением территории, устойчивостью объектов на ней, степенью и временем освоения территории и т.п.

Рассмотрим эти вопросы с точки зрения необходимости получения количественной интегральной оценки уязвимости территорий.

В основу количественной оценки положен экспертно-аналитический метод, базирующийся на обобщении имеющихся данных по ущербу, нанесенному подтоплением территорий, анализе процессов, происходящих при воздействии грунтовых вод на подземные конструкции, плодородие почв, на оценке экологических последствий подтопления территорий и т.п.

В таблице 9 приводятся данные по оценке уязвимости территорий различного функционального назначения.

Таблица 9

СТЕПЕНЬ УЯЗВИМОСТИ ПОДТОПЛЕНИЮ ТЕРРИТОРИЙ РАЗЛИЧНОГО ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

В таблице 9 за единицу выбрана уязвимость жилой застройки в городах, населенных пунктах. Следует иметь в виду, что внутри каждого из выделенных видов функционального назначения территории также следует проводить градацию, связанную с многофакторностью процессов уязвимости территорий подтоплению. Так, уязвимость подтоплению промышленной территории в значительной степени зависит от вида отрасли, к которой относится промышленное предприятие, находящееся на рассматриваемой территории. В таблице 9а дается расшифровка графы таблицы 9 «Промышленные территории».

Таблица 9а

Рассмотрим этот же вопрос более детально для селитебной территории. Будем различать селитебную территорию по этажности застройки по следующей схеме

Безусловно, можно идти в каждой из выделенных ветвей и дальше, проводя следующий этап дифференциации, вводя для каждого типа этажности, например, материал или технологию строительства зданий (саманные, кирпичные, железобетонные, сборные, монолитные и т.д.). В данной методике ограничимся указанной степенью дифференциации, отметив, что можно рассматривать и последующие элементы, вводя соответствующие коэффициенты уязвимости.

Для оценки степени уязвимости селитебной территории подтоплению, кроме этажности застройки, важное значение имеет наличие подвального помещения или подземного сооружения и его тип.

В связи с этим будем выделять:

Заметим, что проходной тип подвала также может рассматриваться как одноэтажный, многоярусный и т.п., что может учитываться введением соответствующих поправочных коэффициентов.

Для оценки уязвимости объектов на застроенной селитебной территории будем рассматривать также степень исходной амортизации объекта, а также степень надежности плит и фундаментов в данных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях.

Каждый из четырех выделенных показателей уязвимости (этажность, тип подвала, степень амортизации и тип фундамента) может проявляться независимо от других, а степень уязвимости застроенной селитебной территории зависит от их комплексного воздействия.

В таблице 10 приведены значения коэффициента уязвимости v_y объектов при подтоплении территории, который представляет собой долю от наиболее уязвимой подтоплению территории по принятой дифференциации (многоэтажная застройка, проходные подвальные помещения, степень амортизации более 50 %, ленточные фундаменты). При этом в первом столбце дается характеристика объектов на рассматриваемой территории, где первая цифра характеризует этажность зданий, вторая - тип подвалов, третья - степень амортизации, четвертая - тип фундаментов. Принятая за единицу уязвимости ситуация характеризуется кодом 3333.

Отметим, что изложенная методика оценки уязвимости территории обладает свойством открытости, т.е. в ней могут учитываться другие факторы, определяющие особенности той или иной территории с точки зрения ее уязвимости процессам подтопления. Для этого должны быть введены поправочные коэффициенты к данным таблицы 10. В основу определения этих коэффициентов должен быть заложен принцип оценки относительной значимости нового фактора к базовому, принятому за единицу (код 3333 в таблице 10).

Таблица 10

ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА УЯЗВИМОСТИ v_y ОБЪЕКТОВ ПРИ ПОДТОПЛЕНИИ ТЕРРИТОРИЙ

Данные таблицы 10 могут быть положены в основу районирования территории по степени ее уязвимости процессам подтопления.

При районировании территории по степени уязвимости подтоплению рекомендуется выделить четыре степени малая степень уязвимости (v_y £ 0,1), умеренная степень уязвимости (0,1 < v_у £ 0,3), большая степень уязвимости (0,3 < v_y £ 0,6), критическая степень уязвимости (v_y > 0,6). Этот принцип позволяет проводить районирование по степени уязвимости территории для разных стадий исследований и проектирования, для составления соответствующих карт различного состава в зависимости от детальности исходной информации, целей и задач исследований.

Для промышленной застройки следует принимать следующий диапазон изменения коэффициента уязвимости для выделения этих четырех степеней

малая                                                   v_y £ 0,15,

умеренная                                          0,1 < v_y £ 0,45;

большая                                              0,45 < v_y £ 0,9,

критическая                                       v_y > 0,9.

1.3. ИНТЕГРАЛЬНАЯ ОЦЕНКА РИСКА ПОДТОПЛЕНИЯ ТЕРРИТОРИЙ

В основу оценки риска подтопления территорий должны быть положены результаты исследований по определению степени опасности подтопления и степени уязвимости территории подтоплению грунтовыми водами. Если проведено районирование подтапливаемой территории по степени опасности и степени уязвимости, то степень риска подтопления территорий оценивается по принципу пересечения этих событий.

Коэффициент риска подтопления территории R_п определяется по формуле:

                                                      (2)

где S₀ - площадь территории, для которой определяется коэффициент риска подтопления R_п, , k - число разбиений площади S₀ на непересекающиеся между собой площади S_i, для которых оценены и известны коэффициенты опасности подтопления l_0i и уязвимости подтоплению v_yi. Следует отметить, что при таком подходе физический смысл коэффициента R_п состоит в том, что он выражает долю от риска, который возникает при подтоплении территории грунтовыми водами до глубины от поверхности земли менее одного метра, сильнозагрязненными и сильноагрессивными водами с изменением несущей способности. Грунтов более чем на 30 %. При этом подтапливается селитебная территория с многоэтажной застройкой, которая существует много лет (износ более 50 %), имеет, в основном, ленточные фундаменты и проходные подвальные помещения.

Районирование территории по степени риска подтопления территорий рекомендуется проводить следующим образом:

Малый риск                                                R_n < 0,1

Умеренный риск                                        0,1 £ R_n < 0,25

Большой риск                                             0,25 £ R_п < 0,5

Критическая ситуация                               R_п ³ 0,5.

1.4. РАСЧЕТ УДЕЛЬНОГО УЩЕРБА СЕЛИТЕБНЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗОН

Зная коэффициент риска подтопления для рассматриваемой территории R_п, можно определить ущерб этой территории от подтопления.

Для этого определим коэффициент риска для эталонной территории R_{п эт}, ущерб от подтопления которой заранее известен.

В качестве эталонной для селитебной территории возьмем многоэтажную (4 - 5 этажей) застройку, здания которой имеют проходные подвалы, степень износа 20 % и ленточные фундаменты. Допустим, что на выбранной нами эталонной территории уровень грунтовых вод находится на глубине 1 м от поверхности земли, грунтовые воды неагрессивны и грунты при подтоплении не меняют физико-механических свойств. По данным работы Харьковского филиала института ВОДГЕО «Разработка рекомендаций по предупреждению и борьбе с подтоплением городских территорий» удельный ущерб такой территории составит:

Y_эт = s× Y_i,

где s - коэффициент, учитывающий территориальные условия конкретного города, определяется по таблице 12; Y_i - удельная величина ущерба, зависящая от численности населения города (его категории), при уровне стояния грунтовых вод 1 м определяется из таблицы 11.

Таблица 11

^*) - здесь величины ущерба приведены в ценах 1984 г.

Опасность подтопления эталонной территории описывается кодом 300 (табл. 1, 2, 3), что соответствует коэффициенту опасности l₀ = 0,7 (табл. 4). Уязвимость многоэтажной застройки с проходными подвалами, с износом 20 % и ленточными фундаментами определяется кодом 2323. Коэффициент уязвимости подтоплению эталонной территории равен v_y = 0,6 (табл. 10).

Коэффициент риска подтопления эталонной территории равен:

R_{п.эт.сел.} = l₀×v_y = 0,42

Удельный ущерб от подтопления застроенной территории легко найти из соотношения:

Y = (Y_этR_п)/R_п.эт.

где Y_эт и R_п.эт. - удельный ущерб и коэффициент риска подтопления эталонной территории.

Таблица 12

ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ВЛИЯНИЯ ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ s НА ВЕЛИЧИНУ УЩЕРБА

2. КОМПЬЮТЕРНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ.

Расчет показателей опасности, уязвимости, риска и ущерба от подтопления осуществляется в среде Windows с использованием современных средств вычислительной техники для обработки графической информации.

Технические средства.

Требуется наличие компьютера PENTIUM с оперативной памятью не менее 32 Кбайт, сканер, желательно с цветным разрешением, монитор с хорошим разрешением и принтер.

Программное обеспечение.

Используется программное обеспечение: программа сканирования и корректировки графической информации (обычно поставляется вместе со сканером), программа Visual MODFLOW фирмы Waterloo Hydrogeologic, программа SURFER фирмы Golden Software и разработанная в фирме ДАР\ВОДГЕО программа RISK.

Технология обработки.

Технологическая схема расчета показателей опасности, уязвимости, риска и ущерба от подтопления приведена на рисунке 1.

После сканирования карт и формирования графических файлов с изображением этих карт определяется область модели для преобразования графической информации в табличную. Для этого на область модели наносится сетка и для каждой ячейки (блока) сетки определяется значение показателя по вышеописанной методике.

Разбивку области модели на блоки и формирование таблицы показателей удобно делать в программе Visual MODFLOW, хотя эта программа сделана для расчетов фильтрационных и миграционных моделей. Программа Visual MODFLOW сохраняет введенные данные в текстовых файлах формата MS-DOS.

После расчета показателей опасности, уязвимости и риска программа RISK записывает результаты расчета в текстовые файлы формата MS-DOS.

Возможности программы Visual MODFLOW формировать из таблиц графические файлы с изображением зон различной штриховки используются для наглядного отображения результатов счета программы RISK.

Программа SURFER имеет более расширенные возможности для рисования выходных карт и печати этих карт на бумаге. С помощью этой программы можно формировать графические файлы с изображением карт для последующей их обработки. Подробное описание работы с программами Visual MODFLOW и SURFER смотрите в руководстве пользователя для этих программ. Методику расчета показателей опасности, уязвимости и риска подтопления смотрите выше. Описание программы RISK и подробное описание файлов и таблиц представлено ниже.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ОПАСНОСТИ, УЯЗВИМОСТИ И РИСКА ПОДТОПЛЕНИЯ

Рис. 1

Описание программы RISK.

Программа RISK написана на языке программирования BASIC. Входные данные для этой программы хранятся в текстовых файлах формата MS-DOS и выходные файлы также формируются в виде текстовых файлов формата MS-DOS. Количество используемых входных файлов может меняться в зависимости от полноты исходной информации. Поэтому программа RISK использует информационный файл с именем risk.prf в котором перечислены все имена входных файлов для изучаемого объекта, имена файлов с расчетными данными, а также другие необходимые для программы данные. В таблице 13 приведено содержимое файла risk.prf. На каждый файл отводится три строки: код файла (изменять нельзя); поясняющий текст, имя файла, где хранится таблица со значениями показателя. Если файл отсутствует, то должна быть просто пустая строка (пробелы не допустимы). Могут отсутствовать карты концентрации, агрессивности, засоления грунтов, но обязательно хотя бы одна из них должна присутствовать. Могут отсутствовать карты несущей способности, просадочности, набухания, пучинистости, но обязательно хотя бы одна из них должна присутствовать. Значения ПДК в подземных водах, используемых для водоснабжения необходимо уменьшить в 100 раз. Если ПДК равно 0, то это означает что карта общей минерализации или концентрации по элементам закодирована.

Протокол программы RISK сохраняется в файле risk.lst. Записи в этом файле полностью повторяют сообщения программы, посылаемые на экран монитора во время выполнения программы.

Все остальные файлы, которые использует программа RISK, содержат в 1-й строке:

<количество блоков по Х><пробел><количество блоков по Y><конец строки>;

в следующих строках записана таблица:

столбцы - значения в блоках по координате X;

строки - значения в блоках по координате Y.

Формирование входных данных:

Для расчета интегральной оценки опасности подтопления территорий грунтовыми водами l₀ используются карты:

типов застройки,

глубин залегания грунтовых вод;

типов грунтов,

общей минерализации или концентрации химических веществ, присутствующих в грунтовых и подземных водах;

агрессивности грунтовых вод;

засоления грунтов;

несущей способности грунтов;

просадочности грунтов;

набухания грунтов;

пучинистости грунтов;

поправочных коэффициентов при сейсмичности территории;

поправочных коэффициентов при сезонных колебаниях уровней грунтовых вод;

дополнительных поправочных коэффициентов к коэффициенту опасности.

Карты глубины залегания грунтовых вод, а также общей минерализации или концентрации по элементам формируются по значениям в скважинах с последующей их интерполяцией по заданной сетке с помощью программы Visual MODFLOW или программы SURFER. Карту общей минерализации или концентрации по элементам также можно закодировать по таблице 2, но при этом нужно обязательно задать значение ПДК для этой карты, равное 0.

Для кодирования карты типов застройки можно использовать номера из таблицы 5 по характеристике застройки:

0 - за пределами городской застройки;

1 - территории крупных промышленных зон и комплексов;

2 - территория городских промышленных зон, коммунально-складских зон, центр больших, крупных и крупнейших городов;

3 - жилая территория городов и сельских населенных пунктов;

4 - территории спортивно-оздоровительных объектов и учреждений, обслуживающих зоны отдыха;

5 - территории зон рекреационного и защитного назначения (зеленые насаждения общего пользования, парки, санитарно-защитная зона).

Зону 4 и 5 можно объединять, задав код 4.

Для кодирования карты типов грунтов необходимо использовать номера из таблицы 6.

1 - суглинок;

2 - супесь;

3 - песчаная почва;

4 - лесс.

Кодирование карт агрессивности, общей минерализации или концентрации по элементам, а также карты засоления грунтов выполняется по таблице 2:

0 - при отсутствии загрязнений подземных вод и агрессивности;

1 - малая;

2 - средняя;

3 - большая.

Кодирование карт несущей способности, просадочности, набухания, пучинистости грунтов выполняется по таблице 3.

0 - при отсутствии изменений свойств грунтов;

1 - малая;

2 - средняя;

3 - большая.

Для расчета интегральной оценки опасности подтопления территорий грунтовыми водами l₀ может использоваться поправочный коэффициент, учитывающий повышение сейсмичности или возникновение других опасных геологических процессов (оползни, карст, суффозия и др.). Для этих целей предусмотрена возможность ввода дополнительных карт. Карта сейсмичности территории формируются из значений таблицы 7, а карта опасности при сезонных колебаниях уровней грунтовых вод - из значений таблицы 8. Кроме этих карт или им взамен можно сформировать карту дополнительных поправочных коэффициентов к коэффициенту опасности.

Для пересчета кода опасности подтопления в значение коэффициента опасности используется таблица 4. Данные из таблиц 4, 7, 8 внесены в текст программы RISK. При изменении этих данных в этих таблицах необходима корректировка программы.

Для расчета интегральной оценки уязвимости территорий при их подтоплении v_y используются карты:

территории различного функционального назначения;

видов отраслей для промышленных территорий;

этажности застройки для селитебной и промышленной зоны;

 типов подземных сооружений (подвалов) для селитебной и промышленной зоны;

степени амортизации (износа) объектов для селитебной и промышленной зоны;

типов фундамента застройки селитебной и промышленной зоны.

Для кодирования карты территорий различного функционального назначения можно использовать номера из таблицы 9:

0 - за пределами рассматриваемой области;

1 - промышленные территории;

2 - селитебные территории;

3 - зоны рекреации;

4 - сельскохозяйственные угодья;

5 - пастбища;

6 - дороги, линии электропередач и т.п.;

7 - неиспользуемые территории.

Для каждой промышленной территории задается код вида отрасли из таблицы 9а.

Для кодирования карты этажности застройки используется следующая кодировка:

0 - за пределами рассматриваемой области;

1 - 1 - 2 этажные застройки;

2 - 3 - 5 этажные застройки;

3 - более 5-ти этажные застройки.

Для кодирования карты типов подземных сооружений (подвалов) используется следующая кодировка

0 - за пределами рассматриваемой области;

1 - отсутствует;

2 - полупроходной;

3 - проходной.

Для кодирования карты степени амортизации (износа) объектов используется следующая кодировка:

0 - за пределами рассматриваемой области;

1 - меньше 15 %;

2 - от 15 % до 50 %;

3 - больше 50 %.

Для кодирования карты типов фундаментов используется следующая кодировка:

0 - за пределами рассматриваемой области;

1 - свая;

2 - плита;

3 - лента.

Для пересчета кода уязвимости в значение коэффициента уязвимости используется таблица 10. Значение степени уязвимости для типа застройки 1 (промышленные территории) определяется из таблицы 9а, если заданы коды видов отраслей промышленных предприятий. Если карта видов отраслей для промышленных территорий отсутствует, то значение степени уязвимости равно 3. Значение степени уязвимости для типа застройки 2 (селитебные территории) равно 1. Значения степени уязвимости для типов застройки 3, 4, 5, 6, 7 определяются из таблицы 9. Таблицы 9, 9а и 10 внесены в программу. При изменении данных в этих таблицах необходима корректировка программы.

Для расчета ущерба Y селитебной и промышленной зоны необходимо задать:

- коэффициент уязвимости подтоплению эталонной территории из таблицы 10;

- коэффициент риска подтопления эталонной промышленной зоны;

- коэффициент риска подтопления эталонной селитебной территории;

- ущерб подтопления эталонной промышленной зоны;

- ущерб подтопления эталонной селитебной территории.

При отсутствии коэффициента уязвимости подтопления эталонной территории в программе этот коэффициент принимается равным 0,6. Коэффициент риска подтопления эталонной территории равен произведению коэффициента опасности (таблица 4) и коэффициента уязвимости подтопления эталонной территории (таблица 10). При отсутствии этих значений для эталонной промышленной зоны этот коэффициент равен 0,52, а для эталонной селитебной территории равен 0,42. Ущерб подтопления эталонной селитебной территории равен произведению коэффициента s и удельной величины ущерба Yj. Коэффициент s, учитывает территориальные условия конкретного города и определяется из таблицы 12. Удельная величина ущерба Yi, зависящая от численности населения города (его категории), определяется из таблицы 11.

Для расчета ущерба Y для других территорий необходимо задать:

- коэффициент риска подтопления эталонной зоны рекреации;

- коэффициент риска подтопления эталонной территории с с/х угодьями;

- коэффициент риска подтопления эталонной территории с пастбищами;

- коэффициент риска подтопления эталонной территории с дорогами и линиями электропередач;

- коэффициент риска подтопления эталонной неиспользуемой территории;

- ущерб подтопления эталонной зоны рекреации;

- ущерб подтопления эталонной территории с с/х угодьями;

- ущерб подтопления эталонной территории с пастбищами;

- ущерб подтопления эталонной территории с дорогами и линиями электропередач;

- ущерб подтопления эталонной неиспользуемой территории.

Если эти данные заданы, то для расчета ущерба будет использоваться тот же алгоритм, что и при расчете ущерба селитебной и промышленной зоны.

Для формирования зон различных значений ущерба территорий необходимо задать минимальное и максимальное значение для каждой зоны.

Выходные данные.

Расчет показателей опасности, уязвимости, риска и ущерба от подтопления, а также районирование территории по степени этих показателей осуществляется по вышеизложенной методике.

Формируется восемь выходных файлов в виде таблиц значений:

коэффициента опасности подтопления l₀;

зон опасности подтопления l₀;

коэффициента уязвимости подтоплению v_у;

зон уязвимости подтоплению v_y;

коэффициента риска подтопления R_п;

зон риска подтопления R_п;

ущерба от подтопления Y_п;

зон ущерба от подтопления Y_п.

Выходные данные сохраняются в текстовых файлах формата MS-DOS.

Структура этих файлов соответствует входным файлам:

в 1-й строке:

количество блоков по Х><пробел><количество блоков по Y><конец строки>;

в следующих строках записана таблица:

столбцы - значения в блоках по координате X;

строки - значения в блоках по координате Y.

По данным из файла, содержащего значения коэффициента опасности подтопления l₀, формируется файл зон опасности подтопления l₀, где вместо значения вводится код:

1 - малая степень опасности подтопления, для l₀ £ 0,3;

2 - умеренная степень опасности подтопления, для 0,3 < l₀ £ 0,6;

3 - высокая степень опасности подтопления, для 0,6 < l₀ £ 0,8;

4 - критическая степень опасности подтопления, для l₀ > 0,8.

По данным из файла, содержащего значения коэффициента уязвимости подтоплению v_y, формируется файл зон уязвимости подтоплению v_y, где вместо значения вводится код:

для промышленной застройки

1 - малая степень уязвимости подтопления, для v_y £ 0,15;

2 - умеренная степень уязвимости подтопления, для 0,15 < v_y £ 0,45;

3 - высокая степень уязвимости подтопления, для 0,45 < v_y £ 0,9;

4 - критическая степень уязвимости подтопления, для v_y > 0,9;

для остальной территории

1 - малая степень уязвимости подтопления, для v_y £ 0,1;

2 - умеренная степень уязвимости подтопления, для 0,1 < v_y £ 0,3;

3 - высокая степень уязвимости подтопления, для 0,3 < v_y £ 0,6;

4 - критическая степень уязвимости подтопления v_y > 0,6.

По данным из файла, содержащего значения коэффициента риска подтопления R_п, формируется файл зон риска подтопления R_п, где вместо значения вводится код:

1 - малый риск, для R_п £ 0,1;

2 - умеренный риск, для 0,1 < R_п £ 0,25;

3 - большой риск, для 0,25 < R_п £ 0,5;

4 - критическая ситуация, для R_п > 0,5.

По данным из файла, содержащего значения ущерба от подтопления Y_п, формируется файл зон ущерба от подтопления Y_п, где вместо значения вводится номер зоны при попадании значения в заданный интервал

Таблица 13

СОДЕРЖИМОЕ ФАЙЛА risk.prf.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Тестовый расчет опасности, риска, уязвимости и ущерба от подтопления грунтовыми водами территории г. Саратова

Формирование входных данных

Для тестового расчета были использованы следующие карты фактического материала по городу:

карта глубин залегания грунтовых вод в районе города;

карта загрязнения грунтовых вод хромом в районе города;

карта загрязнения грунтовых вод медью в районе города;

карта загрязнения грунтовых вод марганцем в районе города;

карта загрязнения грунтовых вод нефтепродуктами в районе города;

карта просадочности грунтов;

карта типов застройки города с указанием этажности.

При формировании модели вся территория города была разбита на блоки размером 75 м ´ 75 м в количестве 100 блоков по горизонтали и 80 блоков по вертикали. После сканирования карт и формирования файлов с их пиксельным изображением была использована программа Visual MODFLOW, с помощью которой были введены значения по каждому блоку модели по всем картам. Далее эти данные в виде таблиц были записаны в отдельные текстовые файлы.

На исходной карте глубин залегания грунтовых вод были выделены следующие зоны глубин залегания грунтовых вод менее 2 м; от 2 м до 3 м; от 3 м до 5 м; от 5 м до 10 м; более 10 м. При кодировании этой карты в блоках модели в этих зонах были заданы соответственно следующие значения 1 м; 2,5 м; 4 м; 7 м; 12 м.

Карты загрязнения грунтовых вод тяжелыми металлами (хром, медь и марганец) и нефтепродуктами были закодированы в соответствии с таблицей 2 и в каждый блок модели были введены соответствующие коды. Для хрома код 1 - превышение ПДК в грунтовых водах в 1 - 10 раз; код 2 - превышение ПДК 10 - 100 раз. Для меди код 1 - превышение ПДК в 1 - 10 раз; код 2 - превышение ПДК в 10 - 100 раз; код 3 - превышение ПДК более чем в 100 раз. Для марганца код 1 - превышение ПДК в 1 - 10 раз; код 2 - превышение ПДК 10 - 100 раз. Для нефтепродуктов, код 1 - превышение ПДК в 1 - 10 раз; код 2 - превышение ПДК в 10 - 100 раз; код 3 - превышение ПДК более чем в 100 раз.

Карта просадочности грунтов была закодирована в соответствии с таблицей 3 и в каждом блоке модели заданы коды код 1 - для замоченных лессовидных пород, склонных к неравномерным деформациям, код 2 - там, где величина просадки от собственного веса до 5 см (I тип просадочности).

Карта типов застройки города была использована для формирования двух карт типов застройки для расчета опасности подтопления грунтовыми водами и для расчета уязвимости. Для простоты отличия этих двух карт 1-я названа картой типов застройки для определения нормы осушения, а 2-я названа картой территорий различного функционального назначения. Карта типов застройки была закодирована в соответствии с таблицей 5 и в каждом блоке модели заданы коды: код 2 - селитебная территория города, код 3 - территория городских промышленных зон и центральная часть города, код 4 - территории зон рекреационного и защитного назначения. Карта территорий различного функционального назначения была закодирована в соответствии с таблицей 9 и в каждом блоке модели заданы коды код 1 - промышленные территории, код 2 - селитебные территории; код 3 - зоны рекреации.

Карта типов застройки города также была использована для кодирования этажности застройки и в соответствии с инструкцией в блоки модели введены коды код 1 - 1 - 2 этажные застройки; код 2 - 3 - 5 этажные застройки; код 3 - 5 и выше этажные застройки.

Для выполнения расчета по программе RISK требовались дополнительные карты: карта типов грунтов; карта подвальных помещений; карта степени амортизации (износа) застройки, карта типов фундамента застройки. Из-за отсутствия этих карт в блоки модели были введены следующие коды код 1 - суглинок (из таблицы 6): код 3 - проходной подвал (в соответствии с инструкцией); код 2 - степень амортизации (износа) объектов 15 - 50 % (в соответствии с инструкцией). Для формирования данных по типам фундамента застройки было принято следующее решение: для зданий выше 5-ти этажей использовать код 2 - тип фундамента плита; для остальных зданий задавать код 3 - тип фундамента лента (в соответствии с инструкцией)

После формирования файлов с таблицами этих карт был сформирован текстовый файл risk.prf. Содержимое записей этого файла приведено в таблице 1.

Обработка расчетных данных.

После выполнения программы RISK были созданы текстовые файлы с таблицами расчетных данных и текстовый файл risk.lst, содержащий протокол работы программы RISK. Содержимое записей этого файла приведено в таблице 2.

Для формирования иллюстрационного материала файлы с таблицами как входные, так и выходные были вновь введены в программу Visual MODFLOW для отображения зон значений заданных интервалов. Зоны значений были сформированы в файлах с расширением DXF. Далее эти файлы были использованы в программе SURFER. В этой программе файлы с расширением DXF были объединены с картой территории г. Саратова и распечатаны на цветном принтере. Весь иллюстрационный материал представлен в приложении 2.

Таблица 1

содержимое файла risk.prf.

Таблица 2

СОДЕРЖИМОЕ ФАЙЛА risk.lst.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Иллюстрационный материал

Карта степени загрязнения грунтовых вод хромом (превышение ПДК).

Условные обозначения:

 - превышение ПДК в 1 - 10 раз (код 1)

 - превышение ПДК 10 - 100 раз (код 2)

Карта степени загрязнения грунтовых вод медью (превышение ПДК).

Условные обозначения:

 - превышение ПДК в 1 - 10 раз (код 1)

 - превышение ПДК в 10 - 100 раз (код 2)

 - превышение ПДК более чем в 100 раз (код 3)

Карта этажности застройки

Условные обозначения:

 - 1 - 2 этажные застройки (код 1)

 - 3 - 5 этажные застройки (код 2)

 - 5 и выше этажные застройки (код 3)

Карта типов фундамента застройки.

Условные обозначения:

 - тип фундамента плита (код 2)

 - тип фундамента лента (код 3)

Карта глубин залегания грунтовых вод.

Условные обозначения:

Зоны глубин залегания грунтовых вод, в метрах:

 меньше 2 (знач. 1)

 от 2 до 3 (знач. 2,5)

 от 3 до 5 (знач. 4)

 от 5 до 10 (знач. 7)

 больше 10 (знач. 12)

Карта типов грунтов.

Условные обозначения:

 - суглинок (код 1)

Карта степени амортизации (износа) застройки.

Условные обозначения:

 - степень амортизации (износа) объектов - 15 - 50 % (код 2)

Карта степени загрязнения грунтовых вод марганцем (превышение ПДК).

Условные обозначения:

 - превышение ПДК в 1 - 10 раз (код 1)

 - превышение ПДК 10 - 100 раз (код 2)

Карта степени загрязнения грунтовых вод нефтепродуктами (превышение ПДК)

Условные обозначения:

 - превышение ПДК в 1 - 10 раз (код 1)

 - превышение ПДК в 10 - 100 раз (код 2)

 - превышение ПДК более чем в 100 раз (код 3)

Карта просадочности грунтов.

Условные обозначения:

 - замоченные лессовидные породы, склонные к неравномерным деформациям (код 1)

 - величина просадки от собственного веса до 5 см (I тип) (код 2)

Карта подвальных помещений

Условные обозначения:

 - тип подземного сооружения проходной подвал (код 3)

Карта степени опасности подтопления территорий грунтовыми водами

Условные обозначения:

 - малая степень опасности (код 1)

 - умеренная степень опасности (код 2)

 - высокая степень опасности (код 3)

 - критическая степень опасности (код 4)

Карта степени риска подтопления территорий грунтовыми водами.

Условные обозначения:

 - малая степень риска (код 1)

 - умеренная степень риска (код 2)

 - высокая степень риска (код 3)

 - критическая степень риска (код 4)

Карта степени уязвимости подтопления территорий грунтовыми водами

Условные обозначения:

 - умеренная степень уязвимости (код 2)

 - высокая степень уязвимости (код 3)

 - критическая степень уязвимости (код 4)

Карта зон ущерба от подтопления территорий грунтовыми водами

Условные обозначения:

 - ущерб от подтопления меньше 30 тыс. руб./га (в ценах 84 г.)

 - ущерб от подтопления от 30 - 40 тыс. руб./га (в ценах 84 г.)

 - ущерб от подтопления от 40 - 50 тыс. руб./га (в ценах 84 г.)

 - ущерб от подтопления больше 50 тыс. руб./га (в ценах 84 г.)

Ущерб от подтопления: промышленной зоны 7556 тыс. руб. в ценах 84 г.;

селитебной территории 30786 тыс. руб. в ценах 84 г.

Карта территорий различного функционального назначения.

Условные обозначения:

 - промышленные территории (код 1)

 - селитебные территории (код 2)

 - зоны рекреации (код 3)

Карта типов застройки.

Условные обозначения:

 - селитебная территория города (код 2)

 - территория городских промышленных зон и центральная часть города (код 3)

 - территория зон рекреационного и защитного назначения (код 4)