Планирование гидромелиоративных систем осуществляют в рамках схемы комплексного использования и охраны земельных и водных ресурсов. Схема определяет перспективу комплексного использования и охраны земель и водных ресурсов крупной территории и содержит рекомендации по очередности сооружения мелиоративных систем и выбору первоочередных объектов строительства. Инженерно-геологические данные для обоснования схемы получают в результате сбора, систематизации, обработки и анализа литературы, архивных и фондовых материалов регионального характера, в особенности геологических, гидрогеологических и инженерно-геологических карт мелкого масштаба.
Для решения отдельных вопросов планирования земельных и водных ресурсов проводят инженерно-геологические рекогносцировки по трассам переброски стока рек или в районах размещения крупных гидротехнических сооружений. Проектирование мелиоративных систем осуществляют в две стадии: проект и рабочая документация. В одну стадию (рабочий проект) допускается проектировать несложные мелиоративные системы, занимающие небольшую территорию. Инженерную задачу проекта мелиоративной системы решают последовательно. Сначала в результате технико-экономических проработок мелиоративных и водохозяйственных объектов выбирают первоочередной массив мелиорации, оптимальный вариант гидротехнических сооружений (плотин, дамб, каналов) и оценивают стоимость строительства. Затем для первоочередного массива разрабатывают компоновочное решение, обосновывают конструкции сооружений мелиоративной системы на основе проведения предварительных расчетов оснований, разрабатывают проект проведения строительных работ. В соответствии с условиями инженерной задачи инженерно-геологические изыскания для обоснования проекта отвечают этапам IIа и IIб.
Инженерно-геологические изыскания предусматривают проведение специальной инженерно-геологической и гидрогеологической съемок массивов мелиорации масштаба 1 : 200 000. Съемку, как правило, проводят с использованием ландшафтно-индикационного метода и метода ключевых участков. При проведении съемки особое внимание должно быть уделено: геоморфологическим условиям и рельефу; засоленности, водопроницаемости, просадочности и прочности пород зоны аэрации; гидрогеологическим условиям (УГВ, положение водоупора, направление движения воды, химический состав и др.); проявлениям ветровой и водной эрозии, плоскостному смыву, оврагообразованию, просадочности, заболоченности.
Геофизические работы, включаемые в состав изысканий, проводят с целью установления положения водоупора, определения влажности грунтов зоны аэрации, выявления пространственной изменчивости свойств грунтов. Применяется в основном электроразведка (ВЭЗ и электропрофилирование). Наряду с геофизическими работами в процессе изысканий проводят динамическое или статическое зондирование, пенетрационный каротаж для определения разреза пород, их свойств и характеристики их пространственной изменчивости. Работы проводят по двум взаимно перпендикулярным профилям, секущим территорию изысканий по главным направлениям изменчивости, а также на ключевых участках.
Горно-буровые выработки размещают на ключевых участках по регулярным сппинфам, на остальной части территории исследований разведочные выработки закладывают, руководствуясь геологическими правилами. Цель разведочных работ и инженерно-геологического опробования выработок заключается в расчленении разреза пород на МГТ-1 и их характеристике классификационными показателями (гранулометрический состав, плотность твердых частиц, плотность грунта, естественная влажность, степень влажности, пористость, число пластичности). Показатели представляют в виде размахов значений. Кроме классификационных показателей определяют показатели просадочности (для лёссовых пород), засоленности, набухания, содержания органического вещества. Доверительная вероятность оценки показателей не выше 0,8. Важной частью изысканий являются гидрогеологические наблюдения, опробование и опытные работы (в основном наливы, реже — нагнетания). При проектировании мероприятий по осушению проводят одиночные опытные откачки. Если вблизи исследуемой территории расположены эксплуатируемые массивы мелиорированных земель со сходными инженерно-геологическими условиями, то проводят их обследование. Цель обследования — изучение инженерно-геологических процессов и изменения свойств грунтов при осуществлении мелиоративных мероприятий. Глубинность изысканий для обоснования проектов оросительных систем определяется мощностью зоны аэрации. Отдельные выработки проходят до регионального водоупора. При изысканиях для осушительных систем глубина разведки составляет 10–15 м.
На выбранном массиве мелиорации проводят комплексную инженерно-геологическую и гидрогеологическую съемку специального назначения масштаба 1 : 50 000, реже 1 : 25 000. Цель съемки состоит в: 1) расчленении геологической среды на МГТ-2; 2) выявлении геоморфологической структуры территории; 3) установлении гидрогеологических условий (УГВ, условий питания, движения, разгрузки, гидравлическая связь с напорными водами, химический состав подземных вод, строение зоны аэрации); 4) определении свойств грунтов в объеме, достаточном для выделения МГТ-2 и проведения предварительных расчетов инженерно-геологических процессов. В съемку включают геофизические работы (ВЭЗ, электропрофилирование), пенетрационно-каротажные методы, динамическое и статическое зондирование. Их использование помимо установления геологического разреза и свойств грунтов позволяет получить статистики, нужные для характеристики пространственной изменчивости и расчета сппинфов. Съемка сопровождается проходкой горных и буровых выработок, гидрогеологическим и инженерно-геологическим опробованием и проведением опытно-фильтрационных работ. Объем работ и место их проведения определяют расчетом.
Помимо съемки проводят предварительную инженерно-геологическую разведку на местах возможного расположения сооружений мелиоративной системы (водозаборов, насосных станций, плотин, магистральных каналов, вододелителей и др.). Выработки размещают с учетом получения инженерно-геологической информации, достаточной для проведения предварительных расчетов оснований по нескольким вариантам размещения сооружений. Если компоновочное решение в отношении размещения отдельного сооружения определено заранее природными условиями, то при определении мест заложения выработок в расчет принимают конструктивные соображения.
Примерные системы размещения выработок при изысканиях для сооружений мелиоративных систем приведены в табл. 20.1.
Таблица 20.1. Примерное размещение выработок в местах
возможного расположения сооружений мелиоративных систем
При одностадийном проектировании в результате проведения разведки геологическая среда на участке размещения каждого сооружения должна быть разделена на МГТ-3. В процессе опробования и лабораторных испытаний получают для каждого МГТ-3 классификационные и расчетные показатели (модуль деформации, угол внутреннего трения, сцепление, плотность, коэффициент фильтрации). Объем опробования должен быть достаточным для подсчета оценок среднего значения с доверительной вероятностью 0,95 и для выделения в пределах сферы взаимодействия сооружения инженерно-геологических элементов, нужных для составления расчетных схем. Разведку дополняют работами по искиметрии скважин, зондированию (в сочетании с бурением по оси каналов, плотин), вращательному срезу (на местах размещения каналов), прессиометрии (на местах расположения тяжелых сооружений).
Инженерно-геологические изыскания с целью обоснования рабочей документации проводят только для ответственных мелиоративных систем или систем, проектируемых в сложных инженерно-геологических условиях (на заболоченных территориях, в областях распространения просадочных пород и др.). Условия инженерной задачи заключаются в уточнении принятых технических решений, окончательном расчете оснований и разработке детальных конструктивных решений отдельных сооружений. Для решения инженерной задачи проводят детальную инженерно-геологическую разведку (этап III) на установленных компоновочным решением местах возведения сооружений, в пределах предполагаемых сфер их взаимодействия. Цель детальной разведки — получение инженерно-геологических данных, нужных для составления расчетных схем и проведения окончательных расчетов оснований. Работы включают проходку горных выработок, бурение скважин, проведение полевых испытаний грунтов для определения прочностных, деформационных и фильтрационных свойств, инженерно-геологическое и гидрогеологическое опробование. Работы размещают по расчетным сечениям сферы взаимодействия каждого сооружения. В процессе разведки должны быть выделены МГТ-3 и получены данные об их свойствах, на основе которых по статистической однородности показателей, используемых в расчетах, выделяют инженерно-геологические элементы.
В процессе эксплуатации ответственных мелиоративных систем все чаще проводят инженерно-геологические изыскания. Их цель состоит в проверке инженерно-геологических и гидрогеологических прогнозов и разработке рекомендаций, обеспечивающих эффективное использование земельных и водных ресурсов (оптимальный режим эксплуатации мелиорированных земель) и охрану природной и, естественно, геологической среды. Проводят опытные инженерно-геологические исследования, включающие наблюдения за влажностно-солевым режимом зоны аэрации, деформациями поверхности и состоянием сооружений. Для проведения исследований выбирают типичные по инженерно-геологическим условиям участки, на которых организуют стационары.
Основными негативными последствиями функционирования мелиоративных систем является подтопление и засоление почв и зон аэрации и, соответственно, потеря плодородия земель. Вследствие этого важнейшей задачей режимных наблюдений является оценка и прогноз этих процессов, недопущение достижения их параметрами предельно допустимых значений. На основе оценок и прогнозов разрабатывают рекомендации по оптимальному управлению.