Чрезвычайные ситуации, вызванные карстом на Южном Урале и в Предуралье

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ, ВЫЗВАННЫЕ КАРСТОМ НА ЮЖНОМ УРАЛЕ И В ПРЕДУРАЛЬЕ

карст урал ситуация чрезвычайный

А.И. Смирнов,

кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, Институт геологии,

Уфимский федеральный исследовательский центр РАН

Приведена современная карта типов карста Южного Урала и Предуралья. Дана оценка степени его воздействия на населенные пункты Республики Башкортостан, территория которой занимает основную часть региона. Выделены основные виды чрезвычайных ситуаций (ЧС), которые обусловлены развитием карста под административными и жилыми зданиями, а также вызваны карстовыми провалами на инженерных сооружениях. Отмечены другие виды ЧС, связанные с образованием карстовых провалов, а также их влияние на морально-психологическое состояние людей. Приведены примеры различных видов ЧС. Выявлены основные закономерности происхождения ЧС, связанные с развитием карста, и основные причины их возникновения. Установлено, что наиболее часто ЧС возникают в равнинных частях Южного Предуралья в районах развития сульфатного закрытого (русского) типа карста и нередко связаны с карстовыми провалами. Образование их в районах развития перекрытого (подаллювиального или камского) типа карста в Южном Предуралье не менее редко, но ЧС из-за малых размеров они, как правило, не вызывают. На территориях распространения карбонатного карста ЧС, обусловленные его развитием, как на Южном Урале, так и в Предуралье, в последние 50 лет не зафиксированы. Установлено также, что ЧС, вызванные развитием карста, наиболее часто возникают в городах, на территории которых к природным факторам его активизации добавляются техногенные. Приведены основные антропогенные факторы активизации развития карста, которые могут являться определяющими в образовании карстовых провалов и возникновении связанных с ними ЧС.

Ключевые слова: Южный Урал, Южное Предуралье, Республика Башкортостан, карст, современные провалы, чрезвычайные ситуации

A.I. Smirnov

KARST-INDUCED EMERGENCY SITUATIONS IN THE SOUTHERN URALS AND THE CIS-URALS

The paper presents a modern map of the karst types in the Southern Urals and the Cis-Urals. It also gives an assessment of the degree of its impact on the settlements of the Republic of Bashkortostan, the territory of which occupies the major part of the region, and highlights the main types of emergency situations (ES) caused by the development of karst under administrative and residential buildings, as well as those caused by karstholes in engineering structures. Consideration is given to other types of emergency situations associated with the formation of karstholes, as well as their impact on people's moral and psychological state. Different types of emergency situations are exemplified. Main regularities of the origin of emergency situations associated with the development of karst and the main reasons for their occurrence are revealed. It has been established that ES occur most frequently in the flat parts of the Southern Cis-Urals in the areas of the development of closed sulfate (Russian) karst type and are often associated with karstholes. Their formation in the areas of the development of the overlapped (suballuvial or Kama) karst type in the Cis-Urals is no less rare, but due to their small size they do not result in an emergency, as a rule. For the territories of distribution of carbonate karst, emergency situations caused by its development, both in the Southern Urals and in the Cis-Urals, have not been recorded over the past 50 years. It has also been established that emergencies caused by the development of karst occur most often in urban settlements, where natural factors of its activation are supplemented by technogenic ones. The main anthropogenic factors are given for the activation of karst development being decisive in the formation of karstholes and the occurrence of emergency situations associated with them.

Key words: Southern Ural, Cis-Urals, Republic of Bashkortostan, karst, modern karsthole, emergency situations

Введение

«Чрезвычайная ситуация это обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате аварии, опасного природного явления, катастрофы, распространения заболевания, представляющего опасность для окружающих, стихийного или иного бедствия, которые могут повлечь или повлекли за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или окружающей среде, значительные материальные потери и нарушение условий жизнедеятельности людей» [1, с. 1].

Принятые термины и понятия. Карст экзогенный геологический процесс, обусловленный растворяющей и эродирующей деятельностью природных и техногенных вод, циркулирующих в относительно легкорастворимых горных породах, врезультате которого образуются подземные и поверхностные карстовые формы (карстопроявления). То есть, в понимании автора, как и ряда других исследователей (Аникеева, Гвоздецкого, Максимовича, Соколова, Ступишина и др.), карст это совокупность процесса и вызванных им явлений.

Карстопроявления любые формы проявления карста, воспринимаемые визуально в виде общепринятых образов (провалы, воронки, просадки, каверны, полости, пещеры и др.), среди которых наибольшую опасность для жизнедеятельности человека представляют карстовые провалы, определяющие карстоопасность территории.

Карстовый провал (по [2]) замкнутая, ограниченная уступами, отрицательная форма рельефа, образованная в результате обрушения кровли подземной полости в карстующемся массиве.

Карстоопасность вероятность образования новых или активизации развития существующих карстопроявлений, вызывающих ЧС, а также другие неординарные ситуации, негативно сказывающиеся на жизнедеятельности человека [3].

Цель и исходные данные. Целью исследований является выявление основных закономерностей интенсивности распространения ЧС, вызванных карстом в границах Республики Башкортостан.

Исходными данными для исследования послужили сведения о типах карста Южного Урала и Предуралья, собранные автором данные о карстовых провалах с фиксированным временем образования и ЧС, вызванных развитием карста из литературных, фондовых и архивных источников, а также собственные многолетние наблюдения автора.

Общие сведения о регионе. Южный Урал и Предуралье охватывают территорию семи субъектов Российской Федерации. Основная часть рассматриваемого региона целиком занимает территорию Республики Башкортостан и лишь частично затрагивает площади сопредельных с ней субъектов РФ.

Площадь РБ составляет 143,6 тыс. км², где проживает чуть более 4 млн человек в 23 городских и ~ 4,5 тыс. сельских поселениях.

Типы карста. Согласно первой детальной карте карста РБ В.И. Мартина (1970 г.), уточненной автором, распространение его типов в рассматриваемом регионе отражено на рис. 1. Из него видно, что на Южном Урале и в Предуралье развиты как равнинный, так и горный типы карста, а по составу карстующихся пород развиты: сульфатный, карбонатный, сульфатно-карбонатный, кластокарст и локально-сульфидный карст. Характеристика выделенных типов карста достаточно подробно отражена в публикациях последних лет [4-7].

Рис. 1. Типы карста Южного Урала и Предуралья (А.И. Смирнов, 2020 г.

Условные обозначения: Карстовая страна Восточно-Европейской равнины (I): 1 (1-А) равнинный карст в горизонтально и пологозалегающих породах Предуралья, 2 (1-Б) равнинный и предгорный карст Предуралья в пологозалегающих и слабо дислоцированных породах. Уральская карстовая страна (II): 3 (11-А) горный карст в сильно дислоцированных образованиях Урала, 4 (11-Б) равнинный карст в складчато-глыбовых отложениях Зауралья. Типы карста по составу карстующихся пород: 5 сульфатный, 6 карбонатный, 7 сульфатно-карбонатный, 8 кластокарст, 9 площади с отсутствием карста. Локальные проявления карста: 10 сульфатного, 11 карбонатного, 12 кластокарста, 13 сульфидного, 14 карстовые провалы с фиксированным временем образования. Гоаницык 15 а) карстовых стран, б) типов карста по характеру рельефа и условиям залегания горных пород, 16 субъектов Российской Федерации

Чрезвычайные ситуации, вызванные карстом. На половине территории Башкортостана карстующиеся породы залегают на глубине менее 100 м, и карст проявляется на поверхности. Вследствие этого почти треть площади республики поражена карстопроявлениями, на ней проживает не менее 40% городского и около 20% сельского населения РБ. Из всех населенных пунктов РБ около 10% подвержены или могут быть подвержены воздействию карста [8]. Ежегодно в регионе образуются не менее двух новых карстовых провалов, а один раз в 3-5 лет аномально крупные провалы [9], которые возникают внезапно и нередко вызывают чрезвычайные ситуации.

Чрезвычайные ситуации, обусловленные карстом под административными и жилыми зданиями. Ярким и хорошо известным примером воздействия карста на административные здания является деформация здания Центра социальной защиты населения («Дом пенсий»), возведенного в 1977 году в г. Уфе.

Здание Центра было построено без достаточных мер противокарстовой защиты на древней карстовой воронке, не учтенной при инженерно-геологических изысканиях. Через два года после ввода в эксплуатацию Центра начались деформации фундамента и самого здания из-за оседания грунтов в центре воронки. Принятые меры по укреплению здания не дали положительного эффекта и к 1982 году оно было признано аварийным, а позже снесено [10]. Характерно, что на месте снесенного здания «Дома пенсий» в конце 1990-х годов нами фиксировались новые мелкие карстовые провалы поперечником до 2-3 м.

Снесенное здание Центра социальной защиты населения не единственный пример воздействия карста на здания и сооружения в г. Уфе. Так, в 2004 году жилой пятиэтажный дом № 4 по ул. Антонова треснул пополам вследствие развития карстово-суффозионного процесса, спровоцированного уходом воды из Солдатского озера в парке им. И. Якутова. Предпринятые меры противокарстовой защиты позволили продолжить безопасную эксплуатацию дома (рис. 2).

В целом, с 1963 по 2018 годы в г. Уфе зафиксировано не менее 40 случаев деформаций зданий (в том числе многоэтажных) и вынужденного закрепления их оснований и фундаментов из-за активизации развития карста [11].

ЧС, связанные с карстом, возникали и в других населенных пунктах Башкортостана. Так, в с. Япрыково Туймазинского района 20 марта 1971 года непосредственно под жилым одноэтажным домом образовался провал поперечником 8 м и глубиной 7 м, в результате чего он был перенесен на новое место. В 1976 году в с. Михайловка Уфимского района в результате возникновения провала была разрушена половина 16-квартирного двухэтажного дома [8]. Кроме того, за последние 5 лет наиболее значительные карстовые провалы, вызвавшие деформации и частичное разрушение зданий и сооружений, зафиксированы в следующих населенных пунктах РБ: дд. Зинино (28.04.2014), Вавилово (26.04.2016); сс. Мишкино (23.06.2015),

Рис. 2. Вертикальная сквозная трещина в жилом доме в г. Уфе (ул. Антонова, 4). Фото А.И. Смирнова

Сахаево (апрель 2015 г.), Старобурново (август 2016 г.), Миловка (02.05.2016 и 30.06.2016), Новокулево (12.03.2017); г. Благовещенск, ул. Седова, д. 62 (31.05.2018) [12].

Кроме того, в последние годы зафиксированы ЧС, обусловленные образованием карстовых провалов в садовых товариществах (СТ) “Энергетик”, Благовещенский район (ноябрь, 2016 г.), “Акманай-5”, Чишминский район (02.04.2019) и др. (рис. 3).

Рис. 3. Провал в СТ “Акманай-5” (02.04.2019).

Фото О. Садыковой

Чрезвычайные ситуации, вызванные карстом на инженерных сооружениях. Воздействие карста на инженерные сооружения в рассматриваемом регионе можно проиллюстрировать на примере Куйбышевской железной дороги на Уфимском косогоре, который представляет собой правый склон долины р. Белой на ее отрезке от ж/д вокзала до широты створа ул. Чудинова в г. Уфе (1622-1629 км). По данным Г.Г. Скворцова, здесь с 1926 по 1945 год возникло 25 провалов. В 11 случаях они вызвали перерыв движения поездов продолжительностью от 20-30 минут до двух суток. Возникновение провалов непосредственно под линией железной дороги наблюдается и в настоящее время. Два наиболее значительных из них образовались летом 1991 г. под шпалами четного пути (1623 км ПК 5) в 10 м друг от друга. Только своевременные действия работников Уфимской дистанции пути позволили избежать аварии. Провалы были оперативно ликвидированы, а скорость движения поездов по косогору была снижена до 15 км в час [12].

В последние годы в г. Уфе фиксировались также ЧС, когда в новые карстовые провалы падали припаркованные автомобили (рис. 4, 5).

Примером ЧС, вызванной карстовым провалом, может служить также провал 1988 года образования в с. Талалаевка Стерлитамакского района. Колодцеобразный карстовый провал, возникший в 6 м от жилого дома 22 октября 1988 года, наполовину увлек за собой железобетонную опору линии электропередач, что прервало электроснабжение села и ближайших к нему населенных пунктов на несколько суток.

12 мая 2020 года в Башкортостане зафиксирована ЧС, которая была связана с карстовой просадкой проезжей части автодороги в г. Уфе по ул. Запотоцкого напротив домов 49, 51 и 64. Она вызвала перерыв движения транспорта по улице и деформацию фундаментов одноэтажных жилых домов и дворовых строений.Другие чрезвычайные ситуации, вызванные карстом. В Кармаскалинском районе в 1997 г. в свежий провал упал комбайн. В районе с. Кизганбашево (Балтачевский район) на проселочной дороге в свежий провал грушевидной формы глубиной 5,7 м и диаметром 1,5 м летом 1978 года упал мотоцикл. Лишь по счастливой случайности его удалось найти и спасти после двухдневного поиска всем селом [8]. Кроме того, в республике неоднократно фиксировались случаи падения в свежие провалы домашних животных.

Рис. 4. Провал в г. Уфе по ул. Интернациональной, 193/2 (25.11.2016). СМИ

Влияние карстовых провалов на морально-психологическое состояние людей. Вполне естественно, что внезапные возникновения карстовых провалов рядом с жилыми домами и на приусадебных участках вызывает у населения вполне обоснованное беспокойство. Так, осенью 1991 года в с. Сахаево (Кармаскалинский район) всего за двое суток карстовый провал поглотил озеро объемом 200 тыс. м³(!) [9]. Весной 2000 года провал, образовавшийся на проезжей части дороги в Демском районе г. Уфы (Чебоксарский переулок, 15), вынудил жителей ближайших домов покинуть их более чем на сутки, что было обусловлено активным увеличением его размеров, которое сопровождалось к тому же излиянием из провала подземных вод [10]. Провал, образовавшийся в 1952 году в с. Чертан (Дуванский район), вызвал даже панику у местных жителей [9], поскольку сопровождался весьма ощутимым содроганием грунта, дребезжанием оконных стекол и посуды в жилых домах.

Карстовые землетрясения магнитудой до 3 баллов при образовании крупных карстовых провалов явление нередкое, они фиксировались нами в Аскинском, Аургазинском, Кармаскалинском, Уфимском и других районах Башкортостана.

Рис. 5. Провал в г. Уфе по ул. Болотной, 7 (19.11.2018). СМИ

Закономерности возникновения чрезвычайных ситуаций, вызванных карстом. Анализ ЧС, обусловленных образованием карстовых провалов, свидетельствует, что наиболее часто они возникают в равнинных районах Южного Предуралья и связаны с развитием сульфатного (Аургазинский, Кармаскалинский, Уфимский, Иглинский, Бирский, Благовещенский, Туймазинский, Чишминский, Караидельский районы) и сульфатно-карбонатного (Аскинский, Благовещенский, Мишкинский районы) карста. Значительно в меньшей степени они обусловлены проявлениями на поверхности кластокарста (Дуванский район) и не зафиксированы в районах развития карбонатного карста, как на Южном Урале, так и в Предуралье. За последние 50 лет образование провалов в районах развития карбонатного карста зафиксировано на Уфимском плато в дд. Октябрьский и Каирово (нежилые, Караидельский район) и на Южном Урале в с. Ломовка (Белорецкий район).

Разрушений и деформаций зданий и сооружений они не вызвали.

Такое размещение связанных с карстом ЧС по территории региона, несомненно, обусловлено физико-механическими свойствами карстующихся пород и скоростью развития карста в них. Кроме того, нами установлено, что наиболее крупные провалы возникают в районах развития сульфатного закрытого (русского) карста, где карстующиеся гипсы кунгурского яруса нижней перми ^^) залегают под уфимскими терригенно-карбонатными породами. Значительно реже они образуются в районах развития покрытого карста, а в условиях развития перекрытого (подаллювиального или камского) типа карста карстовые провалы образуются хотя и более часто, но размеры их невелики, и серьезных ЧС они, как правило, не вызывают.

Другой особенностью возникновения ЧС, вызванных карстом, является их более частое возникновение в пределах городских агломераций. Не требует особых обоснований, что связано это, во-первых, с большим информационным обеспечением по ним и, вовторых, тем, что в пределах городов к природным факторам активизации карста добавляются техногенные. Так, В.И. Мартин указывает [10], что к основным антропогенным факторам активизации карста относятся: нарушение водоупорных свойств покровных отложений; возникновение техногенных источников формирования подземных вод (различного рода утечки из водонесущих коммуникаций); механическое воздействие производственно-технологических процессов (забивка свай, вибрационные нагрузки от механизмов и др.); загрязнение атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод агрессивными выбросами промышленных предприятий.

К перечисленному перечню факторов, ускоряющих проявление карста на поверхности в виде провалов, можно также добавить и особо выделить горнопроходческие виды хозяйственной деятельности (взрывные и вскрышные работы, проходка горных выработок и бурение скважин), режим добычи подземных вод (резкое увеличение их водоотбора). Так, в середине 80-х годов прошлого столетия при взрывных работах на Максютовском гипсовом карьере (Туймазинский район) нами неоднократно фиксировалось образование новых провалов различной морфологии и размеров. При блочной выемке мраморизованных известняков на дне Амангильдинского карьера (Абзелиловский район) в 2000 году образовался провал, который вскрыл карстовую полость объемом 103 м³ (Смирнов, Соколов, 2002 г.), в результате чего разработка месторождения была приостановлена на несколько месяцев.

Причины возникновения чрезвычайных ситуаций, вызванных карстом.

Главной причиной возникновения ЧС, связанных с карстом, является недостаточная инженерно-геологическая изученность площадок строительства зданий и сооружений [10] и их окрестностей или даже полное отсутствие инженерно-геологических изысканий при возведении, например, садовых построек и частных жилых домов.

Другой причиной возникновения ЧС, обусловленных карстом, является отсутствие прогноза активности его развития как под влиянием естественных, так и техногенных факторов, который может быть сделан только на основе данных карстологического мониторинга. К сожалению, в настоящее время на территории Южного Урала и Предуралья он должным образом не организован и не ведется [13]. Между тем результаты ведения карстологического мониторинга дают возможность объективной оценки устойчивости закарстованных территорий, обоснованного прогноза местоположения, частоты и размеров возникновения карстовых провалов, что позволит уже на стадии инженерно-геологических изысканий под здания и сооружения определить наиболее эффективные и рациональные меры противокарстовой защиты и снизить вероятность возникновения ЧС.

Еще одной причиной возникновения ЧС на закарстованных территориях является недоучет обстоятельств, влияющих на активизацию развития карста на соседних с возводимыми зданиями и сооружениями участках, например, утечек из водонесущих коммуникаций.

Заключение

Из краткой характеристики ЧС, связанных с карстовыми провалами, возникающими внезапно, следует, что фиксируются они в рассматриваемом регионе почти ежегодно, нередко сопровождаются прямым материальным ущербом и сказываются на психологическом состоянии населения.

Наиболее часто ЧС, обусловленные карстом, наблюдаются в Южном Предуралье в равнинных, наиболее освоенных в хозяйственном отношении районах Башкортостана и связаны с сульфатным карстом. При этом наивысшая частота их возникновения характерна для городских территорий, где к природным факторам активизации развития карста добавляются антропогенные.

Если относительно достоверный прогноз провалообразования в пространстве может быть сделан на основе изученности закарстованной территории и инженерно-геологических изысканий, то прогноз образования карстовых провалов во времени может быть получен только на основе ведения карстологического мониторинга, который в настоящее время в регионе должным образом не организован и не осуществляется.

Литература