Технология выявления мест утечек из подземных водоводов.

Сегодня во многих российских городах крайне изношены водопроводные сети. В МУП Кыштымского городского округа «Кыштымводоканал» однажды мне сообщили, что прежним руководством этого предприятия ситуация была доведена до того, что потеря воды в обслуживаемых ими городских магистральных водоводах достигает 60%. А предпринятые в последнее время попытки найти места утечек воды с помощью традиционных подходов особым успехом не увенчивались. И тогда мной было им предложено опробовать представленный ниже нестандартный подход для решения этой задачи. В июне 2017 года мной (ООО «ГеоМетод») был проведён здесь комплекс геофизических работ с целью установления наиболее вероятных мест утечек хозяйственно-питьевых вод из подземных городских магистральных водоводов.

Материалы из отчёта

Согласно предложенной заказчику Программе работ, на первом этапе было предусмотрено выявление мест пересечения подземных городских магистральных водоводов с активными тектоническими нарушениями, и на втором этапе — выполнение на ограниченных участках непосредственно возле таких мест детальных исследований методами БГФ и РАП. Учитывая сумму, выделенную на проведение данных договорных работ, их проведение было ограничено лишь пятью первыми найденными такими местами.

В таблице 1 представлены виды и объемы выполненных работ. Из неё следует, что по результатам обследования 10 километрового интервала трассы водовода, проведение более детальных геофизических исследований потребовалось на общей площади не более 5 га.

Таблица 1

№ п.п.	Виды работ	Единица измерения	Объем работ
	Полевые работы
1	Поиски БГФ методом тектонических нарушений по маршрутам вдоль трасс подземных водоводов	км	до 10
2	Детальные БГФ исследования участков возле мест пересечения тектоническими нарушениями подземных водоводов	участок до 1 га	5
3	Резонансно акустическое профилирование (РАП)	точ.изм.	104
	Камеральные работы
4	Обработка геофизических материалов и составление отчета	отчет	1

Основанием для предложенной стратегии поисков наиболее вероятных мест утечек воды из подземных водоводов является установленный рядом исследований факт того, что подавляющее большинство случаев аварий на коммунальных сетях происходят в местах их пересечения с активными тектоническими нарушениями скального основания участка. И причина этого в следующем:

- микроподвижки разбитых разломами блоков фундамента, которые происходят вместе со всей толщей перекрывающих их осадочных отложений;

- вызывающие усиленную коррозию металла «блуждающие» токи, формирующиеся в грунте над тектоническими нарушениями отрицательным электрическим потенциалом, характерным для таких зон.

Аналогичное разрушительное действие микроподвижек грунта над разломами можно наблюдать также в виде трещин в стенах и в фундаментах зданий, ухабах на грунтовых дорогах и регулярном разрушении асфальтового покрытия автодорог в одних и тех же местах и т.д. А вызывают эти микроподвижки любые тектонические события, происходящие даже на очень больших расстояниях от данного места. Как всё это происходит наглядно и более рельефно видно в этом ролике, на примере современной очень тектонически активной территории Японии (смотреть самое начало и с 7-35). Или здесь.

Электрический потенциал в грунте над разломами, как и «столбы» ионизированного воздуха над ними, возникает вследствие воздействия на эти среды некоего излучения, исходящего от разломов вертикально вверх. Непосредственно само это излучение напрямую способен фиксировать лишь такой уникальный датчик, как мозг биолокаторщика.

На этом эффекте основан биогеофизический (БГФ) метод обнаружения разломов. Именно он и был использован здесь, как наиболее чёткий и эффективный метод для решения данной задачи. На участках возле мест пересечения тектонических нарушений с подземными магистральными водоводами этим методом проводились также детальные исследования с целью картирования и установления их структуры в плане. А по результатам выполненного на этих участках резонансно-акустического профилирования (РАП), одного из немногих геофизических методов, которые позволяют проводить измерения в условиях сильных городских антропогенных помех, были построены геомеханические разрезы. В них хорошо видно наличие разломов, а также наиболее обводнённых зон в грунте, их уровень и интервал по глубине, что позволяет делать достаточно обоснованные предположения о наличии в этих местах возможных утечек воды. Места максимальной трещиноватости или ослабления механического контакта (ОМК) частиц горных пород, в том числе вследствие обводнения, отражены в геомеханических разрезах РАП красным цветом. Измерения по профилям РАП выполнялись с шагом 3 м.

В ходе проведения данных работ был успешно опробован также способ непосредственного обнаружения с помощью биолокации мест утечек воды из водоводов. В качестве эксперимента была сделана попытка оценивать с помощью этого метода и расход воды (в м3/час) из мест обнаруженных утечек, а также интервалы глубин повышенного обводнения грунта. Такие оценки проводились в точках измерения РАП. Но к полученным этим методом данным рекомендовалось относиться осторожно. До тех пор пока не будет подтверждена бурением скважин или вскрытием таких мест экскаватором их достоверность.

Нами предлагалось оперативно проверять места предполагаемых утечек воды бурением небольших скважин глубиной чуть ниже уровня подземного водовода (около 2,2 м) с помощью имеющегося у нас мобильного мотобура УКБ-12/25. Локальное переувлажнение грунта на этом уровне свидетельствовало бы об обнаружении мест утечек из водоводов. Но заказчик предпочёл самостоятельно вскрывать их с помощью собственного экскаватора.

Ниже приведены материалы по пяти изученным участкам в тектонически активных местах, где водовод обычно пересекает целая группа тектонических нарушений. На планах участков трасса подземного магистрального водовода схематически изображена пунктирной линией оранжевого цвета. Тектонические нарушения и их узлы изображены красным цветом, а профили РАП с точками измерений — жёлтым цветом.

Рис.1 Исследованный участок №1 в районе ПАТО.

Участок №1 в районе ПАТО (рис.1), характеризуется активным узлом тектонических нарушений с характерным элементом горизонтального сдвига (левого). В месте пересечения трассы водовода тонкой аномалией трещины сдвига, несколько заболоченной на поверхности, биолокация показала наличие утечки воды. С помощью этого метода также была выполнена оценка глубины (2,2 м) места утечки и расход воды их неё (3,3 м³/час).

Измерения РАП на этом участке были выполнены по 2-м профилям: Пр.1 (27 м) в крест трещины сдвига и Пр.2 (12 м) вдоль него. В геомеханических разрезах по этим профилям (рис.2) виден природный для данного участка уровень грунтовых вод в коре выветривания скального основания на интервале глубин в среднем 4÷7 м. Трещина сдвига, пересечённая на вторых точках обеих профилей, отразилась в виде характерной водообильной зоны на глубине свыше 55 м и обводнённого «кармана выветривания» на интервале глубин 10÷20 м, сформировавшегося прежде всего в сброшенном блоке. По профилю 1 на интервале 12-18 м была пересечена растянутая оперяющая трещина, которая на глубине свыше 35 м отразилась на разрезе небольшой ослабленной зоной.

Рис.2 Геомеханические разрезы по профилям РАП №1 и №2.

На участке №2 возле пекарни (рис.3) от магистрального водовода отходит ответвление, в месте пересечения которого с активным разломом была обнаружена утечка воды, уже сформировавшая довольно большую лужу и визуально проявляясь на её поверхности пузырями воздуха. Прослеживание магистрального водовода на этом участке показало наличие в месте его пересечения ещё одним разломом, проявленной в виде очень тонкой аномальной линии, ещё одной вероятной утечки воды. Её следов на поверхности нет, но сопровождавший специалист из водоканала подтвердил, что здесь уже как-то проводились работы по ликвидации утечки.

Рис.3 Исследованный участок №2 возле пекарни.

И здесь было выполнено 2 профиля РАП (рис.4): Пр.3 (51 м) вдоль главного водовода и Пр.4 (15 м) вдоль его ответвления. Утечка из последнего возникла в месте пересечения его разлом. Наличие здесь разлома подтверждала небольшая вытянутая вдоль него ложбина на поверхности, а в разрезе — ослабленная зона на глубине 45÷65 м и «карман выветривания» на интервале 5÷15 м. Оценка расхода воды из этой утечки составила 6,3 м³/ч. Этот разлом аналогично выражен и на 40-м метре профиля 3. Выявленная лишь биолокацией вероятная утечка на 9-м метре этого профиля может быть связана с небольшим разломом, выраженным в разрезе не так ярко. Оценка расхода воды из неё составила 1,5 м³/ч.

Рис.4 Геомеханические разрезы по профилям РАП №3 и №4.

Утечка из магистрального водовода на участке №3 (рис.5) также связана с пересечением тектонического нарушения, присутствие которого здесь подтверждает ослабленная зона на глубине 50÷70 м на 3-м метре 5-го профиля РАП (рис.6). Оценка расхода воды из неё составила 6,2 м³/ч.

Рис.5 Исследованный участок №3.

Рис.6 Геомеханический разрез по профилю РАП №5.

Пересечение магистральным водоводом широкой низины на участке №4 в районе хлебозавода (рис.7) несёт косвенные следы утечек в виде многочисленных луж и ручейков. БГФ методом на этом его отрезке была обнаружена целая серия разнонаправленных небольших тектонических нарушений, общая структура которых не устанавливалась. При этом все четыре обнаруженные здесь методом биолокации утечки также совпали с пересечениями разломов.

а.

б.

Рис.7 Исследованный участок №4 в районе хлебозавода: а - южный интервал; б – северный интервал.

Измерения РАП были выполнены вдоль водовода на 2-х интервалах (рис.7): Пр.8 (15 м) и Пр.9 (111 м). Коротким профилем 8 в южной части было пересечено место очевидной утечки, где было заметно, как вода сочиться из-под земли. Разлом, ставший причиной её формирования, чётко проявлен в разрезе по 8-му профилю ослабленной зоной с глубины свыше 45 м, а также «карманом выветривания» в интервале глубин 5÷15 м. Два разлома, вызвавшие утечки из водовода на 9-м и 90-м метрах длинного профиля 9, очень чётко отразились в разрезе ослабленными зонами в интервалах глубин 50÷65 м и свыше 50 м, соответственно. Разлом же на 39-м метре этого профиля, вызвавший здесь предполагаемую утечку, выражен в разрезе менее чётко. Очевидная утечка на 90-м метре проявляется на поверхности просачиванием воды с пузырями в образовавшейся луже. Оценка расхода воды через эти утечки составила: 1) 3,1 м3/ч; 2) 3,8 м3/ч; 3) 4,3 м3/ч; 4) 4,6 м3/ч.

Рис.8 Геомеханические разрезы по профилям РАП №8 и №9.

На участке №5 в районе молочной кухни (рис.9) трасса водовода также пересечена несколькими тектоническими нарушениями. В западной части участка, обнаруженная на одном из таких пересечений утечка проявлялась на поверхности просачиванием воды из-под земли. Два предполагаемых места с утечками, обнаруженных биолокацией в восточной части участка, не имеют видимых проявлений на поверхности, но вокруг там всё заболочено. И они оба также связаны с разломами. Оценка расхода воды через эти утечки составила: 1) 3,3 м3/ч; 2) 3,4 м3/ч; 3) 3,7 м3/ч.

а.

б.

 Рис.9 Исследованный участок №5 в районе молочной кухни: а –западная часть; б – восточная часть.

В каждой части участка было выполнено по профилю РАП: Пр.6 (18 м) и Пр.7 (21 м). В геомеханических разрезах но ним (рис.10) разломы, ставшие причиной утечек, также чётко выражены ослабленными зонами на глубинах свыше 30 м и «карманами выветривания» на интервалах глубин 5÷15 м.

Рис.10 Геомеханические разрезы по профилям РАП №6 и №7.

Список и координаты обнаруженных мест утечек воды из подземных городских магистральных водоводов.

Таблица 2

№ п.п.	№ участка и район исследований. № места утечки.	Координаты		Оценка расхода воды, м3/ч
		Широта	Долгота
1	Уч.1 в районе ПАТО.			3,3
2	Уч.2 в районе пекарни. № 1 (с В на З).			6,3
3	Уч.2 в районе пекарни. № 2 (с В на З).			1,5
4	Уч.3 у ж/д в районе …завода.			6,2
5	Уч.4 в районе хлебозавода. № 1 (с Ю на С).			3,1
6	Уч.4 в районе хлебозавода. № 2 (с Ю на С).			3,8
7	Уч.4 в районе хлебозавода. № 3 (с Ю на С).			4,3
8	Уч.4 в районе хлебозавода. № 4 (с Ю на С).			4,6
9	Уч.5 в районе молочной кухни. № 1 (с В на З).			3,3
10	Уч.5 в районе молочной кухни. № 2 (с В на З).			3,4
11	Уч.5 в районе молочной кухни. № 3 (с В на З).			3,7
			ИТОГО:	43,5

ВЫВОДЫ

В ходе исследования одной из трасс подземных магистральных водоводов в г.Кыштым БГФ методом было выявлено и выделено для более детального изучения 5 тектонически активных зон, в каждой из которых отмечен ряд пересекающих водовод тектонических нарушений. В основном все эти разломы достаточно чётко отразились и в геомеханических разрезах, построенных по профилям измерений методом РАП.

Очень убедительными оказались и результаты биолокации. На каждом выделенном участке этот метод показал от одного до четырёх мест утечек воды из трубопровода (всего 11), как проявленных на поверхности, так и скрытых. И все они, как и предполагалось, расположены в местах пересечения водовода с активными тектоническими нарушениями. Интервалы глубин с повышенным обводнением грунта вокруг каждого выявленного места утечки воды получались достаточно правдоподобными. Убедительными получались и оценки расхода воды через эти утечки. К сожалению, проверить все эти данные в ходе вскрытия мест утечек и их ликвидации не было возможности, поэтому относиться к ним будем пока очень осторожно.

По всей видимости, такие утечки из водоводов возникают в результате деформаций уложенной в грунт трубы, как следствие постоянных небольших тектонических микроподвижек друг относительно друга разбитых тектоническими нарушениями смежных блоков скального основания любой территории. Усугубляет такое негативное влияние разломов на подземные водоводы повышенная коррозия труб, вызванная «блуждающими» токами, возникающими в таких местах вследствие отрицательного потенциала в грунте над разломами, формируемого под воздействием их некоего излучения. Непосредственно само это излучение способен фиксировать лишь такой уникальный датчик, как мозг оператора биолокации, что позволяет ему чётко выделять любые скрытые под толщей грунта разломы.

Полученные результаты свидетельствуют, что предложенная технология поисков мест утечек воды из подземных водоводов работает вполне успешно. А опробованные методы исследований позволяют очень эффективно и экономично решать подобные задачи.

Как всё происходило.

До подписания договора, свозили меня в одно место, где топило подвал пятиэтажки. Определил там положение проходящего рядом водовода, пересечения его разломами и место утечки из него воды. На следующий день это место копнули экскаватором и сообщают мне, что труба в этом месте цела. Хотя потом поправились, сообщив, что в этом месте новая труба была вставлена в старую. Оказалось, что утечка была где-то выше по склону и вода стекала по старой трубе, разгружаясь из неё в грунт как раз в этом месте, подтапливая подвал.

Ещё они провезли меня на автомобиле по улицам города вдоль водовода. И в тех местах, где я прямо на ходу фиксировал какие-то крупные разломы, их специалист почти везде с удивлением сообщал, что и здесь они уже ликвидировали ранее утечки. При этом такие места попадались далеко не на каждом километре. Всё это и убедило их подписать договор на проведение данных работ.

Данная технология позволила мне её выполнить практически за пару дней. Сначала проехали вдоль одной ветки водовода на автомобиле, а где такой возможности не было — прошли пешком. Всего было обследовано не менее 10 км трассы. Как только попадался какой-то разлом, выходили из автомобиля, пешком отслеживал простирание разломов, либо устанавливал структуру их узлов. Точки пересечения разломов с водоводом фиксировал с помощью GPS. Методом биолокационных запросов устанавливал, есть ли в этом месте утечка или её нет.

Потом уже один снова проехал по всем местам с обнаруженными утечками и по ряду профилей методом РАП выполнил возле них измерения. Смысл этой части работы был только в визуализации обнаруженных разломов в геомеханических разрезах для тех, кто не доверяет результатам биолокации. Впрочем, «поиграв» с режимами измерений, наверное, можно было бы визуализировать в толще грунта переувлажнённые зоны на глубинах порядка 2-х метров возле мест утечек из водовода. В приведённых разрезах из отчёта эти зоны скрыты за более интенсивными аномалиями от водоносной зоны по коре выветривания скального основания на глубинах около 5-20 м. В целом же можно констатировать, что при поисках мест утечек из подземных водоводов традиционные методы геофизики выглядят весьма слабыми и беспомощными, по сравнению с возможностями биолокации.