The article presents the results of engineering geological and hydrogeological surveys conducted by Ufa Project Company for the construction of a solar power plant with an area of 30 km² in the Khabarovsk Krai. The site is located between the Amur and Tunguska rivers, in a zone of moderate monsoon climate with pronounced seasonal water level fluctuations. The objective of the study is to assess the hydrogeological conditions of the site to justify design solutions for foundations and drainage systems. The work involved reconnaissance, borehole drilling, hydrogeological observations, laboratory studies of soils and waters, and geophysical profiling. A close connection between surface and groundwater was established, soil filtration coefficients were determined, and zones of potential flooding and seasonal groundwater level fluctuations were identified.

Keywords: solar power station, hydrogeology, groundwater, inundation, drainage, Khabarovsk Krai.

Введение

Развитие возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в России требует детальной оценки инженерно‑геологических и, в особенности, гидрогеологических условий площадок строительства. В условиях дефицита энергомощностей в Хабаровском крае строительство крупномасштабных солнечных электростанций (СЭС) приобретает особую значимость.

Уфимская проектная компания, имеющая опыт реализации энергетических объектов в различных климатических зонах, выполнила комплекс изысканий для строительства солнечной электростанции в Хабаровском крае. Ключевой особенностью проекта стала необходимость учёта гидрологических факторов: расположения между крупными реками (Амур и Тунгуска), сезонных паводков и высокого уровня грунтовых вод.

Актуальность исследования обусловлена высоким потенциалом солнечной энергетики в Хабаровском крае (инсоляция до 1300–1500 кВт⋅ч/м ² ) и необходимостью учёта сложных гидрогеологических условий при строительстве СЭС. Близкое залегание грунтовых вод и сезонные паводки на реках Амур и Тунгуска повышают риски подтопления площадок. Полученные данные позволят минимизировать эти риски на этапах проектирования и эксплуатации объектов ВИЭ.

Цель исследования — оценить гидрогеологические условия площадки строительства солнечной электростанции для обоснования проектных решений.

Задачи включают изучение гидрологического положения участка, оценку фильтрационных свойств грунтов и режима грунтовых вод, выявление зон потенциального подтопления и разработку рекомендаций по инженерной защите сооружений.

Объект исследования — площадка строительства солнечной электростанции (30 км ² ) в Хабаровском крае.

Предмет исследования — гидрогеологические и инженерно-геологические условия участка.

Методы изысканий охватывали:

— рекогносцировочное обследование (20 км маршрутов);

— буровые работы (колонковое бурение, 588 выработок);

— гидрогеологические наблюдения;

— лабораторные исследования (определение коэффициента фильтрации, гранулометрического состава);

— геофизическое профилирование (электротомография);

— ГИС‑анализ для картографирования опасных зон.

Научная новизна заключается в комплексной оценке гидрогеологических условий для СЭС такого масштаба в данном регионе, включая сезонную динамику подземных вод и их связь с речной сетью.

Практическая значимость результатов состоит в снижении рисков деформаций фундаментов из‑за подтопления и морозного пучения для аналогичных проектов на Дальнем Востоке.

Географическое и гидрологическое положение объекта

Участок строительства солнечной электростанции площадью 30 км ² расположен между реками Амур и Тунгуска в Хабаровском крае (рис. 1). Рельеф участка равнинный, с заболоченными западинами и кочковатым микрорельефом (абсолютные отметки 40–49 мБС). Климат — умеренный муссонный (I климатический район). Согласно СП 131.13330.2020 (табл. 5.1) [6], среднегодовая температура составляет +1,8 ∘C, годовое количество осадков — 686 мм, из которых 87 % выпадает в тёплый период; продолжительность безморозного периода — 159 дней. Гидрографическая сеть относится к бассейну реки Амур: река Тунгуска служит западной границей участка, а протока Нижнеспасская (р. Амур) — восточной [8]. Сезонные колебания уровня воды в реках достигают 10–15 м относительно межени, что оказывает прямое влияние на режим грунтовых вод. Динамика уровня воды представлена в табл. 1.

Рис. 1. Расположение объекта изысканий

Таблица 1

Сезонные колебания уровня воды в ближайших водотоках (реки Амур и Тунгуска, 2025 г.)

Примечание. Данные получены по результатам гидрологических наблюдений на гидропостах № 3 и № 7 Камышовского района в 2025 г.

Инженерно‑геологические и гидрогеологические условия

Литологический состав грунтов (сверху вниз) определён по ГОСТ 25100–2020 (п. 3.2) [2]: почвенно‑растительный слой мощностью (0,1–0,4 м); суглинки и супеси (5–10 м); пески пылеватые, мелкие и средней крупности (10–21,9 м). Уровень грунтовых вод характеризуется наличием верховодки на глубине 0,5–2,0 м (переменный режим) и первого горизонта на глубине 7,8–9,8 м. Максимально прогнозируемый уровень (МПУ) в паводки достигает 6,3–8,3 м. Подземные воды четвертичных отложений имеют постоянную гидравлическую связь с реками Амур и Тунгуска, что подтверждается конфигурацией пьезогидроизогипс, повторяющей рельеф местности [8].

Таблица 2

Гидрологические параметры площадки строительства СЭС (по результатам бурения 588 скважин, 2025 г.)

Примечание. Коэффициент фильтрации определён методом откачки (ГОСТ 23278–2014) [1], минерализация и pH — лабораторным анализом проб воды.

Рис. 2. Сезонное колебание уровня грунтовых вод на участке строительства СЭС [4]

Опасные процессы включают: сезонное подтопление (район I А, участок I A 2) согласно СП 11–105–97 (ч. I, разд. 5) [4]; морозное пучение грунтов в верхней части разреза (ГОСТ 25100–2020, п. 3.34) [2]; сейсмичность 6 баллов (MSK 64) по СП 14.133330.2018 (табл. 1) [5]. Прогноз изменения гидрогеологического режима при строительстве предполагает локальное повышение уровня грунтовых вод из‑за нарушения естественного стока, риск заболачивания на участках с низким коэффициентом фильтрации (< 1,0 м/сут) и усиление морозного пучения при промерзании водонасыщенных грунтов [7].

Методика и результаты изысканий

Работы выполнены в июне–августе 2025 г. и включали следующие этапы:

— рекогносцировку с фиксацией опасных процессов и оценкой транспортной доступности (СП 11–105–97, ч. I, п. 5.4) [4];

 бурение 588 выработок колонковым способом (глубина 10,0–22,0 м) по ГОСТ 12071–2014 (п. 4.2) [1];

 опробование грунтов и вод по ГОСТ 12071–2014 [1];

 гидрогеологические наблюдения с периодичностью 1 раз в 10 дней (СП 11–105–97, п. 6.3.5) [4];

 лабораторные исследования фильтрационных и физико‑механических свойств грунтов (ГОСТ 25100–2020, разд. 4) [2];

 геофизическое профилирование методом электротомографии (ГОСТ Р 58325–2018, п. 7.2) [3];

 ГИС‑анализ данных (СП 131.13330.2020, прил. Г) [6].

Результаты изысканий:

1. Составлены карты гидроизогипс масштаба 1:10000 [8].
2. Определены коэффициенты фильтрации для разных типов грунтов:

— суглинки: 0,5–1,0 м/сут;

— супеси: 1,0–2,5 м/сут;

— пески: 2,5–5,0 м/сут [2].

3. Выявлены участки с высоким риском заболачивания (коэффициент фильтрации < 1,0 м/сут) и зоны потенциального подтопления площадью до 5 км ² в период паводков [4].

По результатам лабораторных исследований (ГОСТ 25100–2020, табл. Б.1) [2] установлено, что грунты участка относятся к категории среднепучинистых при промерзании, что требует специальных конструктивных решений при устройстве фундаментов (СП 22.13330.2016, п. 6.8.11) [7].

Анализ влияния гидрологических условий на проектирование

Гидрологические факторы играют определяющую роль при выборе площадок для размещения солнечных панелей и разработке конструктивных решений [7]. Приоритет отдаётся участкам с глубоким залеганием грунтовых вод (> 10 м) и высоким коэффициентом фильтрации (> 2,0 м/сут). Исключаются зоны с коэффициентом фильтрации < 1,0 м/сут из‑за риска заболачивания, а также понижения и западины рельефа, где возможно скопление поверхностных вод [4] [7].

Для обеспечения устойчивости сооружений рекомендованы свайные фундаменты с заглублением > 2,5 м — ниже глубины промерзания грунтов. Это позволяет избежать деформаций, вызванных морозным пучением водонасыщенных суглинков и супесей [5] [7]. Дополнительно предусматривается гидроизоляция опор битумными мастиками (ГОСТ 30693–2000, п. 4.2) [10], устройство песчано‑гравийной подушки толщиной 0,3 м под основаниями опор для равномерного распределения нагрузки [7] и применение свай с антикоррозионным покрытием (СП 28.13330.2017, табл. В.1) [11].

Дренажная система проектируется как комплекс инженерных решений [7], включающий линейный дренаж вдоль рядов фотоэлектрических модулей с шагом между дренами 20 м, уклоном 0,005 и глубиной заложения 1,2–1,5 м. По периметру площадок предусматриваются водосборные канавы шириной по дну 0,5 м и глубиной 0,8 м с щебёночной обсыпкой фракцией 20–40 мм. Для предотвращения заиливания дренажа применяется геотекстиль плотностью 200 г/м2 (ГОСТ Р 56419–2015, п. 5.3) [12]. Контроль работы системы обеспечивается установкой смотровых колодцев через каждые 50 м (СП 32.13330.2018, п. 6.2.15) [13].

Мониторинг гидрогеологического режима в период эксплуатации предусматривает установку пьезометров в контрольных скважинах (СП 11–105–97, п. 6.3.8) [4], регулярные замеры уровня грунтовых вод (1 раз в месяц в тёплый период и 1 раз в квартал в холодный период), контроль минерализации и химического состава вод — 2 раза в год (ГОСТ 31861–2012, разд. 4) [14] — и автоматизированный сбор данных с передачей в единую систему мониторинга (ГОСТ Р ИСО 18385–2021, п. 7.2) [15].

Обоснование проектных решений по результатам изысканий следующее. Выбор свайных фундаментов обусловлен сейсмичностью района (6 баллов по MSK 64) [5], среднепучинистыми свойствами грунтов при промерзании (ГОСТ 25100–2020, п. 3.34) [2] и глубиной промерзания 2,2–2,4 м на участке [6]. Необходимость дренажной системы определяется высоким риском подтопления в паводковый период (зона I А, участок I A 2) [4], низкой водопроницаемостью суглинков (0,5–1,0 м/сут) [2] и близким залеганием грунтовых вод (7,8–9,8 м) [8]. Антикоррозионная защита требуется из‑за минерализации подземных вод 0,8–1,2 г/л [14] и сезонных колебаний уровня воды (1,5–2,0 м) [2], вызывающих попеременное увлажнение и высыхание конструкций [11].

Все предложенные решения соответствуют требованиям действующих нормативных документов и учитывают специфические инженерно‑геологические и гидрогеологические условия площадки строительства.

Заключение

В ходе инженерно‑геологических и гидрогеологических изысканий, комплексно оценены условия площадки строительства СЭС [1] [4]. Установлено, что участок площадью 32 км ² расположен между реками Амур и Тунгуска в зоне умеренного муссонного климата с выраженными сезонными колебаниями уровня воды [6].

Сформулированы следующие выводы:

1. Гидрогеологические условия участка характеризуются:

— постоянной гидравлической связью поверхностных и подземных вод;

— глубиной залегания грунтовых вод в диапазоне 7,8–9,8 м;

— амплитудой сезонных колебаний уровня грунтовых вод 1,5–2,0 м;

— коэффициентом фильтрации грунтов от 0,5 до 5,0 м/сут (варьируется в зависимости от типа грунта — суглинки, супеси, пески);

— наличием зон потенциального подтопления площадью до 5 км2 в период паводков [2] [4].

2. К основным опасным процессам, требующим обязательного учёта при проектировании, относятся:

— сезонное подтопление (район I А, участок I A 2) [4];

— морозное пучение грунтов в верхней части разреза из‑за их среднепучинистых свойств при промерзании (ГОСТ 25100–2020, п. 3.34) [2];

— сейсмичность территории 6 баллов по шкале MSK 64 (СП 14.133330.2018, табл. 1) [5].

3. Литологический состав грунтов (почвенно‑растительный слой, суглинки и супеси, пески пылеватые, мелкие и средней крупности) [2] в сочетании с климатическими условиями региона (умеренный муссонный климат, продолжительность безморозного периода 159 дней) [6] диктует необходимость применения специальных конструктивных решений при строительстве.

Рекомендации для проектировщиков, основанные на результатах изысканий:

1. При выборе площадок для размещения солнечных панелей отдавать приоритет участкам с:

— глубиной залегания грунтовых вод более 10 м;

— коэффициентом фильтрации более 2,0 м/сут;

— отсутствием понижений и западин рельефа, где возможно скопление поверхностных вод [4] [7].

2. Применять свайные фундаменты с заглублением ниже глубины промерзания (> 2,5 м) для предотвращения деформаций, вызванных морозным пучением [5] [7].
3. Предусматривать комплексную дренажную систему на участках с коэффициентом фильтрации менее 2,0 м/сут, включающую:

— линейный дренаж вдоль рядов фотоэлектрических модулей;

— водосборные канавы по периметру площадок;

— геотекстиль для предотвращения заиливания [12] [13].

4. Организовать мониторинг гидрогеологического режима в период строительства и эксплуатации, который должен предусматривать:

— установку пьезометров в контрольных скважинах [4];

— регулярные замеры уровня грунтовых вод (1 раз в месяц в тёплый период, 1 раз в квартал в холодный период);

— контроль минерализации и химического состава вод 2 раза в год [14];

— автоматизированный сбор данных с передачей в единую систему мониторинга [15].

5. Обеспечивать антикоррозионную защиту металлических элементов конструкций (свай, опор) в соответствии с требованиями СП 28.13330.2017 [11], с учётом минерализации подземных вод (0,8–1,2 г/л) [14].
6. Учитывать сейсмические воздействия при расчёте фундаментов и конструкций (СП 14.133330.2018) [5] и предусматривать дополнительные меры по обеспечению сейсмостойкости сооружений.
7. Использовать гидроизоляцию опор битумными мастиками (ГОСТ 30693–2000) [10] и устраивать песчано‑гравийную подушку толщиной 0,3 м под основаниями опор для равномерного распределения нагрузки [7].

Результаты проведённых изысканий имеют высокую практическую значимость для развития возобновляемых источников энергии на Дальнем Востоке [9]. Предложенные решения позволяют минимизировать гидрогеологические и сейсмические риски при строительстве крупномасштабных солнечных электростанций в аналогичных климатических и геологических условиях.

Перспективным направлением дальнейших исследований является долгосрочный мониторинг гидрогеологического режима и сейсмической активности на площадке после ввода объекта в эксплуатацию [5] [8]. Это позволит уточнить параметры работы дренажной системы, оценить эффективность антикоррозионной защиты и скорректировать режимы мониторинга в зависимости от реальных условий эксплуатации.

Литература:

1. ГОСТ 12071–2014. Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов. — М.: Стандартинформ, 2015. — IV, 28 с.
2. ГОСТ 25100–2020. Грунты. Классификация. — М.: Стандартинформ, 2020. — IV, 32 с.
3. ГОСТ Р 58325–2018. Грунты. Полевое описание. — М.: Стандартинформ, 2018. — IV, 16 с.
4. СП 11–105–97. Инженерно‑геологические изыскания для строительства. Часть I. Общие правила производства работ. — М.: Госстрой России, 1997. — 48 с.
5. СП 14.133330.2018. Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП II‑7–81*. — М.: Минстрой России, 2018. — 112 с.
6. СП 131.13330.2020. Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23–01–99. — М.: Минстрой России, 2020. — 124 с.
7. СП 22.13330.2016. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01–83. — М.: Минстрой России, 2016. — 220 с.
8. Госгеологическая карта масштаба 1:1 000 000 (новая серия). Лист М‑53 (Хабаровск). Объяснительная записка. — СПб.: ВСЕГЕИ, 2010. — 187 с.
9. Инженерная геология СССР. Том 8. Дальний Восток / Под ред. Е. М. Сергеева. — М.: Недра, 1991. — 378 с.
10. ГОСТ 30693–2000. Мастики кровельные и гидроизоляционные. Общие технические условия. — М.: Стандартинформ, 2001. — III, 12 с.
11. СП 28.13330.2017. Защита строительных конструкций от коррозии. Актуализированная редакция СНиП 2.03.11–85. — М.: Минстрой России, 2017. — 88 с.
12. ГОСТ Р 56419–2015. Материалы геосинтетические бентонитовые водонепроницаемые. Технические требования и методы испытаний. — М.: Стандартинформ, 2015. — V, 16 с.
13. СП 32.13330.2018. Канализация. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03–85. — М.: Минстрой России, 2018. — 142 с.
14. ГОСТ 31861–2012. Вода. Общие требования к отбору проб. — М.: Стандартинформ, 2013. — IV, 24 с.
15. ГОСТ Р ИСО 18385–2021. Требования к организациям, осуществляющим отбор, хранение и анализ проб воды. — М.: Стандартинформ, 2021. — VI, 18 с.