Анализ развития экзогенных геологических процессов на территории Ростовской области

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 551.435.627:624.137

Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт

имени А.К. Кортунова

АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ ЭКЗОГЕННЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ТЕРРИТОРИИ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Н.В. Легкая

Территория области подвержена влиянию опасных природных явлений, которые являются источниками природных чрезвычайных ситуаций. По многолетним наблюдениям основными из них являются: весеннее половодье, снежно-дождевые паводки, нагонные явления, сильная жара, град, ливни, снежные метели и заносы, сильные морозы, гололед, заморозки, оползни.

Образование оползней - сложный процесс, связанный с деятельностью временных водных потоков на участках с неоднородным геолого-литологическим строением, особенностями физико-механических свойств почв и пород при нерациональной деятельности человека. Знание причин формирования и факторов развития оползней является определяющим моментом для назначения системы мероприятий по предупреждению их развития и снижению негативных последствий на урбанизированных территориях. Комплекс противооползневых мероприятий должен быть проведен в таком объеме, чтобы обеспечить устойчивость склона.

В Ростовской области оползневым процессам подвержено побережье Таганрогского залива - северное (пос. Мержаново) и южное (пос. Чумбур-Коса), Матвеево-Курганский муниципальный район (бассейн реки Миус, у с. Шапошниково), городской округ Ростов-на-Дону (пос. Александровка), городское поселение Аксай, населенные пункты в Азовском, Неклиновском и других районах области.

Причины и факторы развития оползней в различных районах Ростовской области одинаковы. Оползневые процессы возникают и развиваются на каком-либо участке склона или откоса вследствие нарушения равновесия пород, вызванного увеличением крутизны склона в результате подмыва водой, ослаблением прочности пород при выветривании или переувлажнении осадками и подземными водами, воздействием строительной и хозяйственной деятельности, проводимой без учета геологических условий местности (разрушение склонов дорожными выемками, чрезмерный полив садов и огородов, расположенных на склонах, и т. п.). Наиболее часто оползни возникают на склонах, сложенных чередующимися водоупорными (глинистыми) и водоносными породами (например песчано-гравийными, трещиноватыми известняковыми). В сильно увлажненных глинистых породах оползни приобретают форму потока. В плане оползни часто имеют форму полукольца, образуя понижение в склоне, называемое оползневым цирком. Оползни наносят большой ущерб сельскохозяйственным угодьям, промышленным предприятиям, населенным пунктам, элементам транспорта и связи и т. д. В зоны оползней также попадают жилые дома населенных пунктов Ростовской области (таблица 1).

Таблица 1 - Информация об участках местности на территории муниципальных образований области, подверженных оползневым процессам

На побережье Таганрогского залива в районе с. Мержаново-Приморка на сегодняшний день скорость горизонтальных смещений составляет 0,2-0,5 м/год. Оползневая активность находится на уровне среднемноголетних значений и в основном происходит в средней и верхней частях оползней.

На южном побережье Таганрогского залива оползневая активность немного ниже или близка к уровню среднемноголетних значений, что связано с некоторым запаздыванием процесса по времени. От пос. Стефанидинодар до пос. Семибалки горизонтальные смещения составляют от 0,2 до 0,7 мм/год, их наибольшая активность отмечается в верхних и нижних частях оползней (это обусловлено многочисленными трещинами отрыва на прибрежном плато и абразионной деятельностью вод залива). От пос. Семибалки до с. Маргаритово оползневые подвижки превышают на отдельных участках 2 м и более, причем наибольшая активность отмечается в районе с. Чумбур-Коса (южная окраина центральной части села).

На северном побережье Цимлянского водохранилища оползневые процессы развиты на территории г. Цимлянска. На протяжении последних лет активность оползней не превышает среднемноголетних значений (порядка 0,3-0,5 м/год). Отмеченная оползневая активность находится в пределах среднемноголетних значений (0,5-0,8 м/год). В случае крупномасштабных утечек из водопровода и поступления больших объемов ливневых стоков на оползневом участке турбазы «Чайка» возможны смещения более 1 м. В районе ст. Хорошевской активность сейчас ниже уровня среднемноголетних значений и составляет 0,3-0,5 м.

Оползневая зона в Матвеево-Курганском районе расположена в пределах с. Александровка и пос. Красный Бумажник. Для оползней течения скорость вертикальных смещений предположительно составляет 0,5-0,7 м/год, в данном случае скорость зависит от количества осадков и геоморфологического строения склона, а также антропогенной нагрузки (орошение с.-х. угодий верхней части оползневого плато), наиболее сильные смещения будут отмечаться в нижней и средней частях склона.

Для городов Ростов и Аксай оползневая активность в пределах нормы (до 0,5 м/год), случаи выше нормы будут отмечаться при поступлении на оползневой склон больших объемов воды (утечки, осадки), также активность выше нормы возможна для оползней течения, расположенных в пределах первой надпойменной террасы на правобережье р. Дон. Активность этих оползней зависит от уровня подземных вод сарматского водоносного горизонта (в зоне разгрузки которого они находятся), уровень которого зависит от выпавших осадков. Скорость горизонтальных смещений может составить более 0,5 м.

Для оползневой зоны, расположенной между г. Новочеркасском и устьем Северского Донца, оползневая активность находится на уровне среднемноголетних значений. По верховьям овражно-балочной сети возможно возникновение небольших оползней-оплывин. Для оползней течения, расположенных в районе станиц Мелиховская, Раздорская, скорость смещений не превышает 0,5 м.

Небольшие, объемом до 100 м3, единичные проявления отмечаются на склонах ряда речных долин и балок. Это обычно оползни течения - сплывы, оплывины глубиной захвата до 2-5 м. Активизация их, как правило, одноразовая, происходит обычно в периоды максимального смачивания пород атмосферными осадками. Процесс протекает кратковременно и с большой скоростью.

По балкам северной части территории области единичные оползневые тела развиваются на склонах (25-30°) в четвертичных суглинках, в слоистых разрезах палеогена (эоценовых глин, песков, мергелей) и даже в сильновыветрелых мелах (в виде сплывин).

На южных равнинах оползания в балочных бортах встречаются крайне редко, развиваясь большей частью по увлажненным поверхностям майкопских и скифских глин. К таким относятся оползневые тела в балках северо-восточного борта Манычской впадины, в балке Белая Юла, на р. Сал.

Участки с наибольшей пораженностью оползневыми процессами отмечаются по берегам Таганрогского залива, Миусского лимана, Цимлянского водохранилища, правобережья рек Дон и Крынка.

Вдоль северного побережья Таганрогского залива от ст. Морской Чулек до ст. Морская тянется почти сплошная терраса, сложенная отложениями современных остановившихся оползней (рисунок 1).

Лишь на отдельных участках (с. Мержаново, рекреационная зона) оползневой процесс находится в активной фазе. Оползни здесь структурные, с блоковым смещением пород, глубокие (глубина захвата до 20 м), по объему оползшей горной массы относятся к средним (200-1000 м3) и большим (более 1000 м3). Аналогичные по масштабам и структуре оползни отмечены и по берегам Цимлянского водохранилища (рисунок 2).

Рисунок 1 - Современная оползневая терраса. Северный берег Таганрогского залива (http:yandex.ru/images/search)

Рисунок 2 - Оползни на берегу Цимлянского водохранилища (http:yandex.ru/images/search)

На Южном побережье Таганрогского залива, Цимлянского водохранилища, а также на Веселовском водохранилище получили развитие асеквентные оползни в суглинках. Масштабы развития оползневого процесса, размеры и форма оползневых тел различны.

Оползневая терраса северного берега Миусского лимана сложена отложениями древних оползней. Ширина террасы 50-70 м. Оползневые процессы развивались в толще суглинков мощностью около 5 м. Известняки неогена внизу разреза процессом не затронуты. Оползневые процессы закончились выполаживанием берега.

На южном берегу лимана отмечен ряд больших активных структурных оползней в четвертичных суглинках. Активизация оползневых процессов здесь связана с переувлажнением пород за счет атмосферных осадков и частично - абразионной подработкой.

Оползневые процессы на склонах речных долин характеризуются преимущественно значительными протяженностями вдоль берега и большими мощностями захвата. Оползни циркообразные и фронтальные часто составляют единые террасы. Встречающиеся одиночные тела, как правило, крупные, структурные (в балке Сухая Крынка, на р. Сал у х. Шаминка). оползневый порода выветривание переувлажнение

Оползневые террасы на правобережье р. Крынка шириной около 200 м сложены неогеновыми известняками, песками и глинами. Активизация здесь связана с нарушением режима разгрузки грунтовых вод из-за микроподвижек на склоне. Она носит характер вторичных генераций, формируя локальные тела уже на самой террасе, поверхность которой ступенчата (с общим уклоном до 25°).

Основная масса активных оползней располагается в северном крыле рассматриваемой локальной территории. А единичные формы вниз по долине - в виде мелких тел асеквентных оползней, развивающихся в суглинках и глинах нижней части склона. Оползневая терраса отмечается участками и по западному борту долины р. Миус.

Крупные оползневые тела отмечены в этом же районе по правому борту б. Сухая Крынка. Оползни структурные, консеквентные, захватывающие отложения четвертичных суглинков и известняки, пески, глины неогена на глубину более 10 м. Формы оползней циркообразные, фронтальные.

Широко распространены оползни на правобережье р. Дон. От ст. Пухляковская до ст. Ольховка терраса шириной до 600-700 м сложена отложениями современных оползней.

Оползни в городах Ростов-на-Дону и Аксай обязаны своим происхождением и активизацией антропогенному влиянию (подрезка склонов при расширении дорожного полотна, строительстве зданий, вибрация от большегрузных железнодорожных составов, нарушение гидрогеологического режима в результате утечек из водонесущих коммуникаций).

В качестве одной из основных мер противооползневой защиты автором были предложены железобетонные контрфорсы, которые осуществляют механическое сопротивление движению оползня [1, 2]. Железобетонные контрфорсы укреплялись в виде ряда протяженностью 56 м на расстоянии 10 м (на 2002 г.) от нижней кромки. Эффективность данного сооружения определялась по нагрузке на сдвиг.

В основу расчета была положена теория Кулона, основанная на рассмотрении предельного равновесия призмы грунта, ограниченной прямолинейными плоскостями обрушения, при этом были приняты следующие допущения:

- для расчетов принята наиболее слабая по физико-механическим свойствам почвообразующая порода, представленная красно-бурым суглинком;

- пассивным давлением грунта пренебрегаем;

- плоскость сдвига принята на глубине 2 м в подстилающем слое.

Расчет произвели, опираясь на расчетную схему (рисунок 3).

Рисунок 3 - Схема к расчету нагрузки на сдвиг

С помощью схемы определены: горизонтальная составляющая интенсивности активного давления кПа/пог. м; вертикальная составляющая интенсивности активного давления кПа/пог. м; горизонтальное () и вертикальное () давления: 2,127 кН/пог. м, 0,816 кН/пог. м; расчетное значение силы предельного сопротивления сдвигу 11,434 кН/пог. м; расчетное сдвигающее усилие кН/пог. м.

Как показали расчеты, значение силы предельного сопротивления сдвигу почти в четыре раза превышает расчетное сдвигающее усилие, тем самым доказывая, что принятая удерживающая система контрфорсов устойчива при плоском сдвиге.

Для того чтобы исключить попадание поверхностного стока талых и дождевых вод в зону проявления оползня, т. е. дополнительного количества влаги, и избежать повышенной гидрофильности грунта, было осуществлено создание водоотводящей ложбины в обход тела оползня с дальнейшим ее задернением путем коренного залужения. С этой целью весной 2002 г. от уже существующей ложбины, входящей в тело оползня, в обход его была проложена водоотводящая борозда КЗУ-0,5 и проведено ее залужение злако-бобовой смесью из люцерны синегибридной, эспарцета, костра безостого и пырея сизого. Весна и лето данного года выдались благоприятными по климатическим условиям, травы хорошо прижились и уже на следующий год образовали мощный травяной покров, надежно скрепивший корневыми системами верхний слой почвы. Высокая степень задернованности способствовала предотвращению размыва почвы по самой водоотводящей ложбине, а также осуществлению отвода паводковых вод от оползня.

Противоэрозионная стойкость водоотводящей ложбины рассчитывалась по формуле М. С. Кузнецова [3] и соотносилась с реальной скоростью водных потоков при пиковых расходах стока талых вод. Как показали расчеты, размывающая скорость потока в водоотводящей ложбине должна превышать 1,31 м/с.

Согласно натурным исследованиям, максимальная скорость потока в 2003 г. составила 1,26 м/с, т. е. залуженная ложбина имела еще запас прочности по отношению к критическим величинам и соответствовала принимаемым значениям.

Эффективность работы системы противооползневых мероприятий даст максимальную отдачу после ликвидации карьера. Его засыпка позволит решить задачу по предотвращению внутрипочвенного стока, осушит тем самым плоскость скольжения оползня и увеличит значение коэффициента устойчивости склона.

Система противооползневых мероприятий будет неполной и не будет работать эффективно, если на водосборе не осуществлять задержание и регулирование поверхностного стока. Наиболее эффективными элементами системы почвозащитного комплекса являются стокорегулирующие лесные полосы, усиленные валом-канавой [4, 5]. Объем стока талых вод, задержанный данным биоинженерным сооружением, рассчитан по формуле В. В. Демидова:

где - ширина канавы по верху, м;

- ширина канавы по дну, м;

- глубина канавы, м;

- максимальное значение глубины наполнения (суммарное значение глубины канавы и рабочей высоты вала), м;

- рабочая высота вала, м;

- пористость засыпки наполнителя, дол. ед.;

- коэффициент фильтрации почвы в лесной полосе зоны прудка, м/мин;

- поправочный коэффициент на капиллярное боковое поглощение воды стенками канавы, м/мин;

- крутизна склона, град.

Подставляя исходные данные (таблица 2) в формулу (1), получаем, что водопоглотительная способность лесной полосы, усиленной валом и канавой, на 1 пог. м составляет для зоны Северного Приазовья - 1,09 м3/га. Учитывая, что максимальная величина стока составила 74,8 мм (2003 г.), можно сделать вывод, что такой объем может поглотить система, состоящая из биоинженерного сооружения при обязательном проведении на межполосном пространстве специальных агротехнических приемов (щелевание, кротование, почвоуглубление и др.).

Система противооползневых мер должна дополняться комплексом почвозащитных приемов и мероприятий на водосборе с целью максимального сокращения стока талых вод. Согласно проведенным расчетам, слой стока с 5 %-ной обеспеченностью может быть задержан системой стокорегулирующих лесных полос, совмещенных с простейшими гидротехническими сооружениями в виде валов-канав, при обязательном применении на межполосном пространстве специальных агротехнических приемов (щелевание, чизелевание, поделка нанорельефа и др.).

Таблица 2 - Исходные данные к расчету объема стока талых вод, задержанного биоинженерным сооружением

В результате исследований произведена инвентаризация оползневых процессов на территории Ростовской области. Общая площадь земель, подверженных оползневым процессам, составляет 2,5 % от общей площади региона. Оползневая активность на большей части территории исследований находится на уровне среднемноголетних значений (0,5-0,7 м/год), но есть участки, где горизонтальная скорость смещения составляет
2,0-2,2 м/год. На таких оползнеопасных участках в качестве одной из основных мер противооползневой защиты было предложено создание контрфорсов, а также искусственной залуженной ложбины, способной противостоять размыву при скорости водных потоков порядка 1,1-1,3 м/с. Обоснованный комплекс мероприятий позволил стабилизировать оползневой склон.

Список использованных источников

1 Легкая, Н. В. Противооползневые методы защиты территории / Н. В. Легкая // Проблемы водного хозяйства и мелиорации: материалы науч.-практ. конф. студентов и молодых ученых / ФГОУ ВПО «НГМА». - Новочеркасск, 2003. - Вып. 1. - С. 70-72.

2 Легкая, Н. В. Оползневые процессы и обоснование комплекса природоохранных мероприятий на территории северного Приазовья в пределах Ростовской области / Н. В. Легкая // Вавиловские чтения-2008: материалы междунар. науч.-практ. конф. / ФГОУ ВПО СГАУ им. Н. И. Вавилова. - Саратов: Изд-во «Научная книга», 2008. - С. 236-238.

3 Кузнецов, М. С. Эрозия и охрана почв / М. С. Кузнецов, Г. П. Глазунов. - М.: Изд-во МГУ, Изд-во «Колосс», 2004. - 352 c.

4 Зыков, И. Г Эрозионно-аккумулятивные процессы на водосборах малых рек Среднего Дона / И. Г. Зыков, С. П. Помещиков // Лесомелиорация при контурном земледелии: сб. науч. тр. / Всесоюзный науч.-исслед. ин-т агролесомелиорации. - Волгоград: Изд-во «Волгоградская правда», 1988. - Вып. 1(93). - С. 148-159.

5 Сурмач, Г. П. Водная эрозия и борьба с ней / Г. П. Сурмач. - Л.: Гидрометеоиздат, 1976. - 253 с.

Аннотация

Целью исследований являлось изучение оползневых процессов, оценка их развития и обоснование комплекса мероприятий по снижению негативных последствий на территории Ростовской области. Оползневые процессы возникают и развиваются на каком-либо участке склона или откоса вследствие нарушения равновесия пород, вызванного увеличением крутизны склона в результате подмыва водой, ослаблением прочности пород при выветривании или переувлажнении осадками и подземными водами, воздействием строительной и хозяйственной деятельности, проводимой без учета геологических условий местности (разрушение склонов дорожными выемками, чрезмерный полив садов и огородов, расположенных на склонах, и т. п.). Ведущая роль в регионе принадлежит эрозионным процессам, которые являются основным фактором формирования оползней на территории Ростовской области. Участки распространения линейной эрозии составляют более 20000 кмІ (15-20 % площади региона) с преобладанием средней (1,0-1,5 км/кмІ) и сильной (4-5 км/кмІ) интенсивности развития процесса. Оползневая активность на большей части территории исследований находится на уровне среднемноголетних значений (0,5-0,7 м/год) и в основном происходит в средней и верхней частях оползней, но есть участки, где горизонтальная скорость смещения составляет 2,0-2,2 м/год (с. пос. Шапошниково, х. Пухляковский, пос. Чумбур-Коса и др.). В качестве одной из основных мер противооползневой защиты на участке около с. пос. Шапошниково было предложено создание контрфорсов, а также искусственной и залуженной ложбины, способной противостоять размыву при скорости водных потоков порядка 1,1-1,3 м/с. Система противооползневых мер должна дополняться комплексом почвозащитных приемов и мероприятий на водосборе. Обоснованный комплекс мероприятий позволит стабилизировать оползневой склон.

Ключевые слова: экзогенные геологические процессы, оползни, оползневая активность, оползневой склон, противооползневая защита.

The objective of the research was to study the processes of landslide, evaluate their development, and justify a set of measures for reducing the negative effects at the territory of the Rostov region. Landslide processes arise and develop at such parts of the slope where the disequilibrium of rocks exists. The disequilibrium can be caused by increased steepness of the slope as a result of washout by water, weakening of rocks under weathering or waterlogging precipitation and groundwater, influence of building and economic activity, conducted without taking into account geological conditions of the locality (destruction of slopes by road excavation, excessive irrigation of gardens, situated on the slopes and so forth). Leading role in the region belongs to erosion processes, which are a major factor in forming the landslides in the Rostov region. Sites with linear erosion occupy more than 20000 kmІ (15-20 % of the region area) with a predominance of medium (1-1.5 km/kmІ) and high (4-5 km/kmІ) intensity development of the process. In the study area landslide activity is at the level of long-term average values (0.5-0.7 m/year) and occurs mainly in the middle and upper parts of a landslide, but there are areas where the horizontal displacement speed is 2.0-2.2 m/year (r.s. Shaposhnikovo, f. Pukhlyakovsky, v. Chumbur-Kosa, and other). As one of the main measures for landslide protection near Shaposhnikovo the creation of counterfort was proposed, as well as the creation of an artificial sown hollow which can withstand washout at a rate of water flow 1.1-1.3 m/sec. The system of measures against landslides should be supplemented by the complex of soil protection techniques and activities at the watershed. Reasonable set of measures enables to stabilize the landslide slope.

Keywords: exogenous geological processes, landslide, landslide activity, landslide slope, landslide protection.

Размещено на Allbest.ru