Г идрографическую сеть участка исследования образуют лиманы, озера и искусственные водоемы, а также р. Кубань и р. Протока с дельтовыми плавнями, некоторые другие малые реки и временные водотоки, заливные рисовые поля, системы оросительных каналов.
Кубанские лиманы -- это мелководные, но достаточно крупные водоемы, созданные деятельностью Азовского и Черного морей и р. Кубани.
Причерноморские лиманы все соленые, а приазовские -- пресные, но они постепенно осолоняются морской водой, нагоняемой ветром. Соленость воды в лиманах -- величина не постоянная и зависит от характера связи с рекой и морем.
Реки бассейна Азово-Кубанской низменности (степные) в основном текут в северо-западном направлении и впадают в Азовское море. У степных рек края низкие берега, неглубокие речные долины, спокойное течение. Большая часть стока этих рек зарегулирована.
Реки Краснодарского края осуществляют значительную геологическую работу. Большая часть из них характеризуется высокими скоростями течения, быстрым подъемом воды, а также значительной зарегулированностью в силу крупномасштабного аграрного освоения района исследования.
Речная сеть района представлена рекой Кубань. Река Кубань является важнейшей водной артерией Краснодарского края, имеет многочисленные левобережные притоки. Площадь бассейна Кубани 57,9 тыс. км. От Кубани в пределах дельты отходит много рукавов и проток, которые, блуждая по плавням, вливаются в Азовское. Ширина р. Кубань 100-150 м, глубина 2,5-5,0 м, скорость течения 0,6 м/сек. Берега реки низкие. Пойма заболочена, поросшая камышом (тростником и местами рогозом). Дно русла илистое и вязкое. Плавни дельты, образовавшиеся от разливов рек и от скопления осадков в низменных местах заросли камышом, и многие из них в летнюю жару пересыхают.
Питание речной сети осуществляется за счет атмосферных осадков и за счет подземных вод. Поэтому весной и во время затяжных и ливневых дождей временные водотоки оживают, а реки становятся полноводными, заполняя водой пересохшие плавни.
Современная дельта реки Кубани является естественным аккумулятором солей, что привело к широкому распространению засоленных почв в данном регионе. Это предопределило сооружение рисовых оросительных систем (РОС) в Краснодарском крае, поскольку рис является фитомелиорантом для засоленных почв и важнейшей продовольственной зерновой культурой [3]. В 1996-2001 гг. рисоводство края испытывало серьезные трудности. Существенное улучшение в отрасли начало наблюдаться с 1999 г. под влиянием интенсивной эксплуатации рисовых оросительных систем различных конструкций. Однако длительное использование агромелиорируемых земель привело к изменению солевого режима почв дельты Кубани, что способствовало нарушению экологической безопасности водных бассейнов реки Кубань, Азовского моря и агроландшафтов рисоводческих зон.
Изучение почв дельты реки Кубани началось фактически только в послереволюционный период. Наиболее же интенсивно изучение этих почв проводилось в годы организации коллективных хозяйств и совхозов на Кубани. Впервые на засоленность некоторых почв Закубанских плавней указал профессор В.С. Богдан [4]. Он отмечал некоторую солонцеватость плавнево-луговых почв в районах станиц Троицкой и Мингрельской. В.С. Богдан связывал ее с близостью грунтовых вод [5].
Основной особенностью рисовых чеков является их водный и воздушный режимы. В теплый период года, с мая по сентябрь, на рисовых полях искусственно создается болотный режим [6]. В условия затопления в почвах и аллювиальных грунтах основания рисовой оросительной системы окислительные процессы из-за недостатка кислорода сменяются восстановительными. Стоит отметить, что в недействующих десятилетиями рисовых чеках на участке ПК 985 -- ПК 1043 дороги А-289 окислительные процессы протекают значительно быстрее и агрессивнее по отношению к почвам и грунтам, нежели в постоянно действующей рисовой системе.
При ежегодном возделывании риса, обнаруживается явная тенденция к возрастанию суммы недоокисленных продуктов, в том числе и двухвалентного железа, к началу вегетации. Значительная часть веществ (двухвалентное железо, сероводород, метан и др.), появившиеся в почве вследствие преобладания восстановительных процессов, токсичны для риса, что приводит к снижению его урожайности. При постоянном использовании почв под рис, независимо от исходного генезиса почв и типов рисовых карт, на 3-4 год значительно падает урожайность. Запасов кислорода в рисовой почве, создаваемого во вневегетационный период (октябрь-апрель), недостаточно для преобладания аэробных процессов в последующем вегетационном периоде. Для борьбы с этим явлением применяется рисовый севооборот, предусматривающий периодическую смену посевов риса (после 2-3 лет) и сопутствующих незатапливаемых культур (в основном люцерны в течение 2 лет) [5].
В почвах и грунтах гидроморфного генезиса, сформировавшихся на аллювиальных отложениях, при длительном использовании под рис наблюдается существенное утяжеление гранулометрического состава -- возрастает доля илистой фракции. Ведущей причиной этого процесса является принос в почву илистых частиц с поливной водой. Но не исключено изменение минералогического состава почв и грунтов вследствие внутрикристаллических процессов и появления минералов монтмориллонитовой группы. В черноземах и луговочерноземных почвах, сформировавшихся на лессовидных отложениях, при использовании их под рис происходит значительное и необратимое изменение водно-физических свойств, резко уменьшается пористость и водопроницаемость, возрастает плотность и объемная масса. В подстилающих лессовидных отложениях происходят аналогичные процессы, они деградируют. Почвы и бывшие лессовидные отложения приобретают склонность к набуханию при переувлажнении и к трещиноватости при высушении. Это косвенные признаки изменения минералогического состава почв и грунтов, повышения в их составе доли минералов монтмориллонитовой группы; именно последние придают указанные ниже свойства почвам и подстилающим породам. Наиболее интенсивно эти изменения происходят в первые 4-6 лет использования почв под рис. В дальнейшем активность этих изменений затухает [5].
Грунтовые воды первого от поверхности, аллювиального водоносного горизонта залегают на глубине 2,0-4,5 м от уровня дневной поверхности, на абсолютных высотных отметках -2,8...-4,3 мБС. Установившийся уровень грунтовых вод составляет 2,0-4,5 м (абс. отм. -2,8.-4,3 м). Горизонт напорно-безнапорный, напор составляет до 0,5 м. Водовмещающими породами аллювиального водоносного горизонта являются аллювиальные (a-QIV и a-QIII) и лимно-аллювиальные (la-QIV) пески, а также прослои и линзы песков в аллювиальных и лимно-аллювиальные суглинках и супесях. Нижним водоупором являются неогеновые отложения (N2lm).
Абсолютные отметки первого от поверхности четвертичного аллювиального водоносного горизонта выдержаны по простиранию на значительных площадях Кубано-Приазовской низменности. Скорость фильтрации грунтовых вод четвертичного аллювиального водоносного горизонта низкая и по характеру питания можно отнести к застойным. Стоит отметить, что зарегулированность поверхностных вод серьезно влияет на первый от поверхности четвертичный аллювиальный водоносный горизонт.
Питание грунтовых вод в пределах участка работ осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков, вод орошаемых площадей, а также за счет вод нижележащих горизонтов и перетекания между ними в местах отсутствия выдержанных по простиранию аллювиальных суглинистых отложений. Разгрузка происходит, в основном, в р. Кубань. Значительная часть атмосферных осадков выпадает в осенне-зимний период. Стоит отметить, что оросительные каналы для заливания рисовых чеков в апреле наполняются за счет реки Кубань, за счет открытия затворов каналов и Тиховского гидроузла и в сентябре происходит спуск воды с рисовой оросительной системы. В сентябре уровень реки Кубань понижается до минимального, с целью сброса вод с оросительной системы. Вследствие вышесказанного коррозионная активность поверхностных вод является идентичной, что в оросительных каналах, что в реке Кубань.
По данным химического анализа вода гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридная магниево- кальциево-натриевая, с минерализацией 693-11945 мг/дм3. Согласно СП 28.13330.2012, вода по отношению к бетонам марок W4, W6, W8, W10-14, W16-20 и к железобетонным конструкциям не обладает агрессивными свойствами, при периодическом смачивании -- от неагрессивной до сильноагрессивной.
Коррозионная активность воды по отношению к свинцовой оболочке кабеля -- низкая, средняя и высокая, к алюминиевой -- средняя и высокая.
Вследствие этого на основании данных по химическому анализу и минерализации грунтовых вод можно сделать вывод, что четвертичный аллювиальный водоносный горизонт обладает высокой агрессивностью к органическому веществу в массиве грунтов.
В среднем уровень воды в чеках с апреля по октябрь поддерживается на уровне 0,5 м. В период выращивания рисовых культур почвы в большом количестве обрабатываются, как минеральным удобрениями, так и пестицидами, которые в дальнейшем остаются в почвах, а те субстанции, которые выносятся с водными потоками после спуска рисовой оросительной системы осаждаются в почвах и грунтах [7]. Принимая во внимание все вышесказанное, грунтовые и поверхностные воды имеют высокую минерализацию.
Просадочные грунты засолены и представлены суглинком тяжелым, полутвердым, пылеватым, с примесью органического вещества, слабопросадочным и глиной легкой, твердой, пылеватой, с примесью органического вещества, слабопросадочной. Засоление суглинков тяжелых, полутвердых, пылеватых, с примесью органического вещества, слабопросадочных сульфатное и Dsal составляет 0,66 %, что в соответствии с таблицей Б.22 ГОСТ 25100-2020 классифицирует грунты как слабозасоленные, образец отобран из скважины, пройденной в рисовой оросительной системе на ПК 987 с глубины 1,8 м. Засоление глины легкой, твердой, пылеватой, с примесью органического вещества, слабопросадочной сульфатное и Dsal составляет 1,28 %, что в соответствии с таблицей Б.22 ГОСТ 25100-2020 классифицирует грунты как среднезасоленные, образец отобран из скважины РОС 344 с глубины 2,0 м.
Е.С. Блажний, первым источником накопления солей, приводящего к засолению почв дельты реки Кубани с последующим образованием засоленных почв, считает речные воды. В результате разлива этих вод соли поступают в грунтовые воды. После разливов вода застаивается в различных депрессиях, а при ее испарении на их днищах скапливается некоторое количество солей, приводящих к постепенному засолению почв. Вторым источником накопления солей и образования засоленных почв в дельте Кубани являются воды Азовского и отчасти (в районе Старокубанских плавней) Черного моря [8].
Е.В. Тонконоженко указывает, что в засолении грунтовых вод и последующим образованием солонцов на пойменной и надпойменной террасах и в части дельты, граничащей с коренными террасами, основная роль принадлежит слоям поверхностного и грунтового стока с высших террас и водоразделов, так как аллювиальные отложения реки Кубани и ее притоков, из которых развился современный почвенный покров террас, были пресными. Современные аллювиальные отложения реки Кубани также обычно несоленосны. В результате изучения динамики солевого состава засоленных почв в низовьях Кубани (1951-1954) Е.В. Тонконоженко, установил, что обогащение верхних слоев почвы слоями происходит в период летне-осеннего иссушения, когда в почве развиваются восходящие токи воды. В зимне-весенний период, когда в почве преобладает нисходящее передвижение влаги, происходит некоторое опреснение верхних горизонтов почв [9].
Принимая во внимание вышесказанное, можно судить об основополагающем влиянии химического состава реки Кубань, а в местах отсутствия водоупора гидравлически с ней связанного первого от поверхности аллювиального четвертичного водоносного горизонта, которые в совокупности факторов предопределяют минеральный состав просадочных грунтов, а также негативно влияют на засоление грунтов.
Цель исследования
Цели исследования -- анализ полученных данных минерального состава современных техногенных просадочных грунтов в основании строящейся автомобильной дороги А 289.
Данные исследования позволят определить основные породообразующие минералы современных просадочных грунтов в основании автодорожной насыпи на ПК 985-1043, изучить и оценить влияние минерального состава на физические свойства данных грунтов, а также оценить протекания процесса внутрикристаллического набухания в массиве просадочных грунтов.
Методика исследования минерального состава просадочных грунтов
Для определения минерального состава (рентгенодифракционный анализ) отбирались бороздковые пробы навесками не менее 10 г, а также кубики грунтов размерами 3х3х3 см и были направлены на кафедру инженерной и экологической геологии геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова в количестве 7 проб за весь период исследований.
Пробоподготовка. Образцы истирались до состояния мелкой пудры и набивались в кюветы без использования прессования при постоянном контроле качества поверхности. Такая подготовка проб обеспечивает максимальную дезориентацию частиц в плоскости подложки, что необходимо для получения качественных дифракционных картин для расчета количественного минерального состава Крупская В.В., Закусин С.В., Шлыков В.Г. Определение состава грунтов методом рентгеновской дифрактометрии. Лабораторные работы по грунтоведению. / Под редакцией В.Т. Трофимова и В.А. Королева // Изд. 3-е, перераб. и доп. -- М., Изд-во «Высшая школа», 2017..
Оборудование и условия съемки. Рентгенодифракционный анализ порошковых препаратов проводился при помощи рентгеновского дифрактометра ULTIMA-IV фирмы Rigaku (Япония). Рабочий режим -- 40 кВ, 40 mA, медное излучение, никелевый фильтр, диапазон измерений -- 3-65° 29, шаг по углу сканирования 0.02° 29, фиксированная система
фокусировочных щелей. Для ускорения съемки и повышения качества экспериментальных данных использовался полупроводниковый детектор нового поколения -- DTex/Ultra: скорость сканирования -- 3° 2 9/минуту.