ВЛИЯНИЕ КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ВЕДЕНИЕ БЫТА В СЕЛЬСКИХ ПОСЕЛЕНИЯХ НА ПРИМЕРЕ СЕЛА БУЛГУННЯХТАХ, ХАНГАЛАССКОГО УЛУСА

THE INFLUENCE OF CLIMATIC FACTORS ON THE CONDUCT OF LIFE IN RURAL SETTLEMENTS ON THE EXAMPLE OF THE VILLAGE OF BULGUNNYAKHTAKH, KHANGALASSKY ULUS

Irina Voropaeva

master's student, Department of Suburban Hydrometeorology, Russian State Hydrometeorological University,

Russia, Moscow

Elizaveta Ivanova

master's student, Institute of Natural Sciences, Northeastern Federal University named after M.K. Ammosov

Russia, Yakutsk

Stanislav Kolesov

Chief Curator of the Paleontological Collection, Research Associate, Department of Mammoth Fauna Research, GBU "Academy of Sciences of the Republic of Sakha (Yakutia)",

Russia, Yakutsk

АННОТАЦИЯ

В последнее время антропогенное действие на оттаивание ландшафтов с вечной мерзлотой идет с достаточно ускоренным темпом. Деградация многолетнемерзлых грунтов представляет собой серьезную проблему для поселений, расположенных в зоне вечной мерзлоты, которая приводит к деформации почвы, разрушению построек, дорог и других объектов, а также к нарушению экосистем.

ABSTRACT

Recently, the anthropogenic effect on the thawing of permafrost landscapes has been proceeding at a fairly accelerated pace. The degradation of permafrost soils is a serious problem for settlements located in the permafrost zone, which leads to soil deformation, destruction of buildings, roads and other objects, as well as to the disruption of ecosystems.

Ключевые слова: Центральная Якутия, деградация многолетней мерзлоты, термостабилизатор.

Keywords: Central Yakutia, permafrost degradation, heat stabilizer.

Булгунняхтах (якут. Булгунньахтаах) — село в Хангаласском улусе Республики Саха (Якутия) России. Административный центр Мальжагарского 1-го наслега. Расположен на юге центральной части Якутии, на левом берегу реки Лены, на расстоянии примерно 21 километра (по прямой) к юго-западу от города Покровска, административного центра улуса. Абсолютная высота — 112 метров над уровнем моря. (Рис.1)

Рисунок 1. Карта Булгунняхтах (Хангаласский улус)

Численность населения села Булгунняхтах составляет 1444 человека, на графике 1 показан рост населения с 1975 до 2015 гг. В таблице 1 указаны данные по населению и плотности населения в с. Булгунняхтах.

График 1. Население с. Булгунняхтах с 1975 до 2015 гг.

Таблица 1.

Данные по населению и плотности населения в с. Булгунняхтах

Источники: JRC (Совместный исследовательский центр Европейской комиссии) работает над сеткой застроенной территории GHS.

Годовые температурные перепады на исследуемой территории достигают 100 С, небольшие осадки и солнечная энергия в летнее время поступает в больших объёмах. Всё это создаёт уникальный резко- континентальный климат, и при этом на данной территории произрастает среднетаёжная тайга. Бoльшие водные массы реки Лены также вносят в создание мезоклиматических условий для Центральной Якутии.

Резко-континентальный климат образует условия для мерзлотного карста (малое количество осадков, но дополнительная влага от конденсации её из атмосферы на мёрзлом грунте), а также является фактором значительных сезонных изменений для облика ландшафта.

На относительно небольшой площади выделены основные типы почв Центральной и Южной Якутии - от мерзлотных таёжных, палевых, подзолистых и дерново-карбонатных до мерзлотных чернозёмов. Четко прослеживается зависимость пространственного распределения почв от условий рельефа и почвообразующих пород.

Часть почв Центральной Якутии (мерзлотные чернозёмы) интенсивно используется в сельском хозяйстве и очень сильно изменены антропогенным прессом. [5].

Процессы деградации многолетней мерзлоты приводят к значительному ущербу построенной инфраструктуры. Регионы со значительным присутствием населения и инфраструктуры на вечной мерзлоте сталкиваются со следующим рядом инженерных проблем:

1. проблемы, которые связаны с таянием мерзлоты и последующим оседанием почвы под неотапливаемыми сооружениями, такими как дороги и аэродромы;
2. проблемы, которые связаны с таянием мерзлоты и оседанием грунта под воздействием тепла от сооружения;
3. проблемы, которые возникают в результате циклических процессов ежегодного замерзания и оттаивания вечномерзлых, обычно усиливающихся из-за плохого дренажа, вызванного вечной мерзлотой.

При проектировании фундамента на территории с многолетней мерзлотой необходимо учесть:

1. температурные условия грунта, знание диапазона температур на разных глубинах;
2. толщину слоя вечной мерзлоты;
3. потенциал морозного пучения;
4. теплоизоляцию;
5. опорные конструкции, для поддержания устойчивости фундамента могут использоваться дополнительные опорные конструкции, такие как подпорные стены, фундаменты и подушки для фундамента;
6. материалы, используемые для фундамента, следует выбирать исходя из их тепловых свойств и ожидаемого температурного диапазона в данной местности. [4].

В настоящий момент распространены два подхода строительства фундаментов в условиях вечномерзлых грунтов.

1. Первый подход направлен на сохранение грунтов в мерзлом состоянии, как на этапе возведения объекта, так и во время эксплуатации. Это включает в себя следующие методы обеспечения устойчивости конструкций:

• поддержание основания грунта в замороженном состоянии;
• ограничение оттаивания мерзлого основания грунта;
• предварительное замораживание наземного основания;
• замораживание наземного основания в процессе строительства и эксплуатации.

Для сохранения грунта в исходном состоянии и обеспечения стабильности конструкции используется песчаное или гравийное основание, которое не относится к категории пластичномёрзлых грунтов. Кроме того, следует предусмотреть меры по снижению температуры основания до расчётных значений и учесть возможные деформации под нагрузкой фундамента. В качестве фундамента предпочтительно использовать свайный или столбчатый тип, однако возможен и ленточный фундамент. Главное условие — предотвратить изменение свойств верхнего слоя грунта под воздействием тепла от сооружения. Для этого необходимо обеспечить холодное и вентилируемое подполье.

2. Второй подход заключается в осуществлении строительства на применении вечномерзлых грунтов в оттаянном состоянии (с допущением к оттаиванию в процессе эксплуатации сооружения или с оттаиванием на проектную глубину перед строительством). Это включает в себя следующие методы обеспечения устойчивости конструкции:

• путём адаптации конструкции фундамента для обеспечения дифференцированной осадки фундамента с допустимым оттаиванием вечной мерзлоты в процессе эксплуатации (конструктивный метод);
• путём предварительного оттаивания мерзлых грунтов;
• путём стабилизации исходного положения верхней границы мерзлых грунтов.

Данный подход применяют реже и, как правило, при условии, что грунт на строительной площадке не имеет пучинистой или просадочной структуры. [1].

Вопросы сохранения и защиты мерзлоты становятся все более актуальными для обеспечения безопасности и устойчивого развития промышленности, инфраструктуры, а также жилых построек. Наиболее опасная ситуация в доступной близости видна в ряде поселков Хангаласского улуса (района). В нашем случае мы будем рассматривать село Булгунняхтах.

Ситуация в с. Булгунняхтах серьёзная, кроме просадков, термокарстовых образований имеются 4 крупных оврага возникшие в результате разрушения земли дождевыми и снежными водяными потоками. Этому способствует холмистый ландшафт с уклоном в сторону реки Лена. Несколько лет назад, данные овраги стали причиной повреждения земельных участков, построек и некоторой части инфраструктуры. В 2016 году были приняты попытки реализации проекта по усилению обрушивающихся склонов оврагов габионными конструкциями, однако до реализации дело так и не дошло. Если габионные конструкции являются самыми эффективными в борьбе с расширением оврагов, то термокарстовые процессы можно предупредить так называемыми термостабилизаторами, которые успешно используются в промышленной отрасли, строительстве трубопроводов, мостов, дорог различного назначения и многоэтажных административных и жилых зданий.

Необходимость применения инновационных способов и устройств для поддержания отрицательных температур в мёрзлых грунтах и замораживания пластичномерзлых и талых грунтов обусловлена существенным ростом строительства промышленных и гражданских зданий в пределах криолитозоны.

Термостабилизаторы грунта в течение многих лет решают проблему температурной стабилизации (охлаждения и замораживания) грунтов при строительстве капитальных сооружений, скважин, прокладке дорог, путепроводов и трубопроводов в криолитозоне. На сегодняшний день основными и наиболее эффективными техническими средствами термостабилизации грунтов являются парожидкостные термостабилизаторы грунта- это двухфазные термосифоны, обладающие очень высокой теплопередающей способностью, быстрым темпом вмораживания, изотермичностью по длине, высокой эффективностью охлаждения, удобством транспортировки и монтажа, малыми металлоемкостью и весом. [6].

Парожидкостные термостабилизаторы грунтов представляют собой герметичные сварные металлические сосуды из труб различного диаметра, частично заполненные легкокипящим хладоном. Функционально они состоят из трех участков, которые включает в себя схема термостабилизатора (рис. 2):

• испаритель – это участок, погруженный в грунт, где происходит теплообмен между жидкой фазой хладона и грунтом основания через стенки испарителя. Термостабилизаторы грунта принцип работы имеют такой: в процессе теплообмена хладон переходит в парообразную фазу и поднимается в воздушный конденсатор;
• транспортный участок, где реализуется транспортировка раздельных потоков жидкой и парообразной фаз хладона. Для минимизации теплопотерь в слое, где происходит сезонное замораживание грунта или его оттаивание, транспортный участок изолируется;
• воздушный конденсатор — это участок, располагаемый на открытом воздухе, состоящий из одной или нескольких теплообменных труб с развитой внешней поверхностью для повышения теплообмена, с помощью которого происходит температурная стабилизация грунтов.

Рисунок 2. Схема парожидкостного термостабилизатора

Сезонно-действующие охлаждающие устройства в зимнее время дополнительно охлаждают мерзлотные грунты, а летом – не работают. Применение таких устройств гарантирует повышение несущей способности грунтов и оснований сооружений, а также позволяет не допускать развития деформаций оснований в летний период.

В современных термостабилизаторах применяют такие хладагенты как сжиженный аммиак или диоксид углерода. Использование керосина или фреона запрещены из-за пожароопасных свойств первого хладагента и озоноразрушающих второго. Таким образом, термостабилизаторы — это трубчатая холодильная машина бесскомпрессорного типа использующая конвекционные свойства хладагента при разнице в температуре между грунтом и воздухом снаружи. При низких температурах хладагент конденсируется в радиаторе-конденсаторе, который расположен в верхней части устройства. Затем хладагент стекает в испарительную часть, находящуюся внизу, забирая тепло грунта и охлаждая его до температуры ниже температуры замерзания. При этом хладагент испаряется и попадает в верхнюю часть термостабилизатора. [3].

Использование термостабилизаторов для предотвращения деградации почвы на участках с многолетней мерзлотой является важной и обоснованной мерой при строительстве или при защите уже построенного дома (особенно несвайного фундамента) является наиболее эффективным способом от термокарстовых образований.

Список литературы:

1. Березовский Б. И. Строительное производство в условиях Севера. Стройиздат, 1982.-183 с.
2. Исследование выполнено в рамках гранта ВОО «Русское географическое общество» № 17/2024-Р «Молодёжная научная школа «Изменения климата и современные методы исследования».
3. Реховская, Е. О. Применение термостабилизаторов грунта на магистральных трубопроводах / Е. О. Реховская, А. С. Макарова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 19 (123). — С. 207-210.
4. СНиП 11-18-76 «Строительные нормы и правила»
5. Коржуев, С.С. Геоморфология долины средней Лены и прилегающих районов / С. С. Коржуев ; ответственный редактор Н. В. Думитрашко ; Академия наук СССР, Институт географии. - Москва : Издательство Академии наук СССР, 1959. - 150 с.
6. Царев В. П. Технико-экономическое сравнение конструкций свай// Проблемы строительства в Якутской АССР.- Вьш.1. Якутск, 1972.-С.47–54.