Касымов А.Е.
Восточно - Казахстанский Государственный технический университет
им. Д. Серикбаева, г.Усть-Каменогорск
Общие физико-географические условия Восточного - Казахстана при исследовании водно-теплового режима и влияние метеорологических осадков на дорожную конструкцию автомобильных дорог
На автомобильных дорогах, проходящих в предгорных и горных районах Восточного Казахстана, как видно из данных весенних осмотров, имеются участки, где ежегодно наблюдаются значительные пучинные деформации, хотя Восточный Казахстан находится достаточно далеко от границы распространения пучин.
На аналогичные факты разрушения дорог в других предгорных районах Юга указывают в своих работах Каменев А.М. (предгорья Заилиского и Джунгарского Алатау), Подгайный Г.Д. (Чуйская долина), Поздняк (предгорья Ферганского хребта) и др.
Это означает, что природные условия предгорных и горных районов IV-степной и V-пустынной зон (по существующему делению) близки к условиям более северных районов, т.е. II- и III- климатических зон, где к дорожным одеждам предъявляются более повышенные требования в отношении морозоустойчивости.
Общие физико-географические условия Восточного Казахстана при исследовании водно-теплового режима автодорог.
Семипалатинская область расположена в восточной части республики между 45º 35 и 51º 16 северной широты 76º 45 и 83º 15 восточной долготы. Граничит с Талды-Курганской , Карагандинской, Павлодарской, Восточно-Казахстанской областями. На Севере граничит с РСФСР , на Юге-Востоке с КНР. Общая площадь области составляет 172,4 тыс.км².
Большая часть территории занято Юго-восточной окраиной Центрально-Казахстанского мелкосопочника (Балхаш Иртышский водораздел).
На Севере в пределы области заходит окраина Западно-Сибирской низменности - Прииртышская (Бель-Агачская); на крайнем юге- северная часть равной Алаколь-Балхашской впадины. На востоке расположена почти вся западная половина мелкосопочного Калбинского хребта и западная окраина Зайсанской котловины. На юго-востоке в область входит Западный Тарбагатай.
Центрально-Казахстанский мелкосопочник на территории области имеет низкогорный и среднегорный характер рельефа, представляющий собой чередование отдельных сопок, холмов и гряд. Наиболее крупными орографическими его элементами являются хребты Дегелен (1884м), Канчингиз (1145м), Чингиз-Тау (1121м), Акчетау (1302ь), среди которых более часто обособляется хребет Чингиз-Тау, характеризующийся ассиметричным строением (крупные, короткие северные и северо-восточные склоны; пологие, длинные южные и юго-западные). Между вышеперечисленными хребтами залегают широкие межгорные долины. Хребет Западный Тарбагатай служит водоразделом рек, стекающих на Север к озеру Зайсан и на Юг – к озерам Сасыкколь и Алаколь. Это монолитное, сравнительное высокое, слабо расчлененное горное поднятие с более крутыми южными и пологими северными склонами и наличием выровненных вершинных участков. К северу и югу от наиболее приподнятой центральной части области развита холмистая равнина, в пределах которой на значительном удалении друг от друга возвышаются мелкосопочные массивы, поднимающиеся над окружающей местностью на 200-300 м и реже на 500-600м.
Равнина Зайсанской котловины (абсолютная высота озера Зайсан 386 м) расчленена редкими речными долинами и мелкими бессточными впадинами, занятыми в большинстве случаев солеными озерами, часто высыхающими летом. На Юго-Западном побережье озера Зайсан имеются бугристые и бархатные пески.
Алаколь-Балхашская впадина постепенно понижается к Югу (абсолютная высота 340-600 м). В ее пределах расположены массивы полого-бугристых песков (Байкум, Бармаккум и др.) По всей территории впадины разбросаны временные озкра, которые летом превращаются в солончаки и ссоры. Наиболее пониженная часть области с абсолютной высотой 152-230 м примыкает к окраине Западно-Сибирской низменности с долиной р.Иртыш. Пологоувалистый рельеф этой части области разнообразится боровыми песками шириной 20-30 км с общим Юго-Западным простиранием их почвы и растительности. Большая часть территории области лежит в зоне злаковых степей, на каштановых почвах, переходящих на Юге в пустынную степную зону со светло-каштановыми почвами. Только на крайнем востоке в Зайсанскую впадину входит пустынная зона со светло-каштановыми и бурыми почвами, да на Юге в Алаколь-Балхашской пустынной впадине развиты бурые пустынно-степные почвы.
В пределах горных поднятий хребтов Чингиз-Тау, Калбинского и Тарбагатайского наблюдается слабо-выраженная вертикальная зональность почвенно-растительного покрова. На крайнем Севере области, на темно-каштановых почвах Западно-Сибирской низменности, развита типчаково-тырсовая и типчаково-песчаная ковыльная растительность. На боровых песках по правобережью Иртыша значительное распространение имеют сосновые леса (ленточные боры). В долине Иртыша развиты злаково-разнотравные и злаковые пойменные луга и тополевоивовые уремы.
Мелкосопочные пространства области характеризуются преобладанием типцово-ковыльно-полынной растительностью на светло-каштановых почвах. По долинам рек на солонцах солонцевато-луговых почвах полынно- солянковая растительность, заросли чия и кокпека. Склоны гор покрыты типцово-ковыльной растительностью на темно-каштановых почвах, с зарослями степных кустарников по теневым их частям.
На солончаках и слабосолонцеватых светло-каштановых и бурых почвах Зайсанской впадины развита солянковая т полынно-злаковая с таволожкой растительность. По долинам малых речек и мелким впадинам – остепененные чиевые луга. Вдоль берегов Зайсана – болотно-тростниковая, рогозовая и ситниковая растительность.
В Алаколь-Балхашской впадине по берегам озер распространена болото – тростниковая растительность с примесью разнотравья и кустарников на лугово-сероземных и бурых пустынно-степных почвах. По песчаным массивам берегов Алаколя изреженная кустарниковая растительность из джузгуна, астрагала, аристиды и др. в понижениях (среди песков) – солянково-чиевые луга.
В горах Тарбагатая среди злаковой разнотравной растительности имеются большие заросли кустарников (спирея, шиповник, смородина и др.). По склонам и долинам рек- небольшие рощи осины, тополя, яблонь. На вершинах и близ них имеются участки альпийских лугов.
Климат области резко континентальный с большими суточными и годовыми амплитудами температуры воздуха. Зима холодная. Лето продолжительное, жаркое и сухое. Средняя январская температура воздуха колеблется от -20º на востоке (Самарское) до -13º на юге (Тансык). Абсолютный минимум температуры воздуха бывает от -54º мороза на севере, до -44º мороза на юге.
Средняя температура самого теплого месяца – июля достигает +24º (Тансык), уменьшаясь в центральных районах до +20º (Жарма). Абсолютный максимум летом доходит до +42º. Средняя годовая температура воздуха в центральных и восточных частях области колеблется от 0,5º до 6º.
Годовое количество осадков по территории изменяется от 160 до 400 мм. Область относится к зоне недостаточного и неустойчивого увлажнения. Южные районы области наиболее слабо увлажнены. Осадки 300-400 мм и более в основном выпадают в возвышенных участках рельефа, с преобладанием их в теплый период года (IV-X). Исключение составляют предгорные районы Зайсанского Тарбагатая, где отличается равное или почти равное количество летних и зимних осадков, но с преобладанием их в осеннее-зимний период. Возможны большие колебания осадков. В наиболее засушливые годы осадков выпадает в полтора-два раза меньше нормы и, наоборот, в наиболее влажные – примерно во столько же раз больше.
Средняя месячная относительная влажность воздуха в 18 часов изменяется в пределах от 37% в мае и июне до 74% в декабре. Абсолютный дефицит влажности воздуха бывает от 0,3-0,8 мб в декабре-январе 10,0-20,0 мб в июле. Направление ветра самое различное, со сменой его иногда несколько раз в течение дня. Средняя годовая скорость ветра по большинству районов составляет 3,5-4,5 м/сек. В северной части Урджарского и Маканчинского районов отмечается значительное уменьшение ее, в среднем за год 1,8 м/сек.
В таблицах 1. приведены годовые климатические характеристики г. Усть-Каменогорск - Самарское 2003г.
|
|
месяц |
год |
|||||||||||
|
|
I |
II |
III |
IV |
V |
VI |
VII |
VIII |
IX |
X |
XI |
XII |
|
|
Число дней с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
туманом |
11 |
7 |
12 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
2 |
3 |
6 |
11 |
54 |
|
дымкой |
21 |
16 |
18 |
11 |
1 |
2 |
3 |
3 |
3 |
16 |
9 |
15 |
118 |
|
пыльной бурей |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
мглой |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
со снежн. покровом |
31 |
28 |
28 |
3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
19 |
31 |
140 |
|
с осадками |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
>0,0 мм |
12 |
11 |
18 |
6 |
10 |
9 |
11 |
3 |
12 |
9 |
17 |
15 |
133 |
|
>5,0мм |
5 |
1 |
1 |
2 |
2 |
2 |
4 |
0 |
3 |
1 |
7 |
|
28 |
|
сумма осадков |
46.7 |
12.3 |
24.7 |
20.5 |
21.9 |
22.5 |
64.3 |
5.7 |
39.0 |
20.5 |
69.3 |
32.9 |
491.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кол-во дней |
31 |
28 |
31 |
30 |
31 |
30 |
31 |
31 |
30 |
31 |
30 |
31 |
365 |
|
часов |
744 |
672 |
744 |
720 |
744 |
720 |
744 |
744 |
720 |
744 |
720 |
744 |
8760 |
|
наблюдений |
248 |
224 |
248 |
240 |
248 |
240 |
248 |
248 |
240 |
248 |
240 |
248 |
2920 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Продолжительность |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
туманов (час) |
58.6 |
22.4 |
63.4 |
1.9 |
0 |
0 |
0 |
1.5 |
7.4 |
11.4 |
17.8 |
61.5 |
245.9 |
|
Повт-ть в % |
8 |
3 |
9 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0.2 |
1.0 |
1.5 |
2.5 |
8 |
2.8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Число случаев с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ветром 0-1м/с |
122 |
85 |
119 |
82 |
84 |
86 |
92 |
105 |
81 |
121 |
70 |
107 |
1154 |
|
Повт-ть в % |
49 |
38 |
48 |
34 |
34 |
36 |
37 |
42 |
34 |
49 |
29 |
43 |
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Число случ с затиш |
122 |
85 |
114 |
82 |
84 |
86 |
92 |
105 |
79 |
121 |
70 |
107 |
1152 |
|
Повт-ть в % |
49 |
38 |
48 |
34 |
34 |
36 |
37 |
42 |
33 |
49 |
29 |
43 |
39 |
График 1. приведены годовые осадков в виде снега и
дождя г. Усть-Каменогорск - Самарское 2003г.
|
|
|
|
|
|
Территория Восточного Казахстана наиболее подвержена неблагоприятному воздействию на автомобильные дороги таких факторов, как общее потепление климата, влияние хозяйственной деятельности, деградация многолетней мерзлоты рисунок 1.
Рисунок 1. Общи вид
автомобильной дороги Усть-Каменогорск-Самарское 19 марта 2003года.
Круглогодичное
наблюдения влагонакопление грунта в определялась отбором проб опытным путем, с
бурением до 3-х метра глубину исследуемых участков буром УГБ 50М пневмо-
стаканом. Длина бура L = 10 м,
диаметр = 7,5 – 8см. (рисунок 2).
Производились следующие лабораторные исследования: с каждого слоя грунтового полотна были взяты пробы материала и уложены в специальные бюксы: по три бюкса с каждого слоя. Всего было отобрано 120 бюксов с пробами. С 1-го слоя 48 бюксов, со 2-го – 39 бюксов, с 3-го 33 бюкса. Бюксы с пробами были взвешены на электронных весах. У всех бюксов с пробами вес оказался разным. Сами же бюксы сделаны одинаковыми из алюминиевого сплава и выдерживают t = 220C0. Данные этих проб (график 2) использовались в дальнейших исследованиях.
Рисунок 2. Бурение исследуемых участков дорожного
|
|
|
|
|
|
полотна буром УГБ 50М, для
определение влажности грунта.
Исследованием вопросов, связанных с изменением прочностных и деформативных свойств пылевато-глинистых грунтов в процессе их промерзания–оттаивания и сопутствующих явлений тепломассообмена, занимались отечественные и зарубежные ученые. В работах С.Е. Гречищева, В.Н. Ефименко, Б.Б. Телтаева, И.А. Золоторя, В.Д. Казарновского, А.К. Киялбаева, Б.А. Асматулаева, Ш.Х. Бекбулатова, К.Н. Ахметова, Б.С. Муртазина, О.А. Красикова, В.П.Носова, В.О. Орлова, В.В. Пассека, Н.А. Пузакова, В.И. Рувинского, В.М. Сиденко, А.Я. Тулаева, А.И. Ярмолинского и других решены как основные теоретические вопросы проблемы, так и ее прикладные задачи. Тем не менее, региональная корректировка известных методик позволяет обеспечивать более высокую степень надежности проектных решений.
График 2. Годовое экспериментальные данные влажности грунта на автомобильной дороге «Усть-Каменогорск – Таргын – Самарское» 2003 г.
Литература:
1. Касымов А.Е. Устройство качественного основания автодорог при значительных перепадах водно-теплового режима земляного полотна.
2. Касымов А.Е. Корректировка расчетных значений параметров автомобильных дорог с учетом динамики влагонакопление и водно-теплового режима земляного полотна.
3. Касымов А.Е. Практические результаты исследований особенностей водно-теплового режима и методы его расчета
4. Касымов А.Е. Оценка водно-теплового режима земляного полотна и геотекстиль в конструкциях дорожных одежд.