CC BY
99
УДК 551.4(091)
А. И. Жиров, Н. И. Шавель
АЛГОРИТМ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ С ЦЕЛЬЮ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА НА СИСТЕМНО-МОРФОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНОВЕ (на примере хр. Аибга, Западный Кавказ)
В связи с проведением комплексных инженерных изысканий для обоснования строительства будущих олимпийских объектов 0лимпиады-2014 в г. Сочи сотрудниками кафедры геоморфологии СПбГУ в 2006 году проводились инженерно-геоморфологические изыскания в пределах северо-восточного склона хр. Аибга (Красная Поляна) и прилегающих территорий, где предполагалось создание горнолыжного курорта «Роза Хутор». В процессе изысканий, конечной целью которых являлось создание карты геоморфологического риска, были разработаны алгоритм и методика инженерно-геоморфологических исследований. Сразу оговоримся, что предлагаемая методика предназначена для использования в условиях: а) ограничения исследований во времени; б) недостатка инженерногеологической информации; в) изучения территорий со сложным геоморфологическим строением (например, для горных территорий).
При наличии достаточного времени для проведения полноценных полевых исследований, хорошей инженерно-геологической изученности территории, а также при изучении территорий (акваторий) с простым или однообразным геоморфологическим строением исследование протекает согласно алгоритму, предлагаемому СНиПом 11-02-96 «Инженерные изыскания для строительства. Основные положения», предполагающие предварительное выполнение в полном объеме инженерно-геодезических и инженерногеологических изысканий [1]. Так, например, авторам доводилось принимать участие в оценке и создании карт геоморфологического риска для территорий с однообразным и монотонным рельефом (прибрежные равнины Карского и Баренцева морей), когда количество выделяемых элементарных поверхностей не превышало двадцати, поэтому даже небольшого объема инженерно-геологических изысканий достаточно для достоверной оценки опасности активизации тех или иных опасных геологических процессов. Но в условиях хр. Аибга, когда количество элементарных поверхностей превышает четыреста, а детально в инженерно-геологическом отношении изучены лишь два склона в пределах площадки предполагаемого строительства горного приюта «Роза Хутор», фактически отсутствуют данные о мощности чехла рыхлых четвертичных отложений, альтернативы предлагаемому ниже алгоритму исследований практически нет.
1. Геоморфологический анализ
а) построение аналитической геоморфологической карты по системно-морфо-ло гическому принципу;
© А. И. Жиров, Н. И. Шавель, 2008
б) выявление господствующих рельефообразующих процессов на разных типах элементарных поверхностей (по результатам полевых исследований, анализа фондовых материалов и материалов дистанционных съемок);
в) построение геоморфологической карты по морфогенетическому принципу.
2. Геотопологический анализ
а) статистический анализ значений геотопологических (основных геоморфологических) параметров;
б) выявление корреляционных связей между процессами и отдельными геото-пологическими параметрами.
3. Геоморфологическое районирование
а) анализ распространения по площади основных геоморфологических параметров элементарных поверхностей и рельефообразующих (геоморф ологиче-ских) процессов с целью выявления и картирования геоморфосистем;
б) геоморфологическое районирование с выделением и картированием надгео-морфосистем (геоморфологических районов, поясов).
4. Морфодинамический анализ
а) динамическое доопределение геотопов с оценкой (в баллах) интенсивности геоморфологических процессов (создание бонитировочных таблиц);
б) построение карты интенсивности протекания геоморфологических процессов.
5. Определение геоморфологического риска
а) создание карты геоморфологического риска склоновых и флювиальных процессов;
б) анализ распространения по площади литотопов (и экотопов) и их влияния на интенсивность протекания геолого-геоморфологических процессов;
в) создание карт геолого-геоморфологического риска.
Геоморфологический анализ. Первый этап исследований является традиционным для последователей морфодинамического подхода (или направления) в геоморфологии. В его рамках сначала создается аналитическая геоморфологическая карта, несущая информацию о точечных, линейных и площадных элементах рельефа, систематика которых отражена во многих работах А. Н. Ласточкина [2, 3, 4]. На следующей стадии, благодаря анализу фондовых материалов, материалов дистанционных съемок (панхроматические и спектрозональные АФС с разрешением на местности до 5 м), а также проведенным полевым исследованиям, выявляются господствующие рельефообразующие процессы, их приуроченность как к разным частям склона хребта, так и к разным типам элементарных поверхностей. На основе двух первых операций создается морфогенетическая карта, на которой указан генезис всех выделенных элементарных поверхностей. К сожалению, ввиду большого количества выделов привести данные карты в полном объеме в данной публикации не представляется возможным.
Геотопологический анализ. Второй этап исследований уже несет в себе больший элемент новизны. Статистический анализ геотопологических параметров всех выделенных элементарных поверхностей проводится нечасто и выполняется лишь в случае необходимости для дальнейших специальных геоморфологических и геоэкологических исследований.
При проведении последних особенно важен анализ собственно геотопологических параметров (азимута падения и угла встречи с господствующими сублатеральными потоками). В нашем случае проводился геотопологический анализ таких основных геоморфологических параметров, как абсолютная высота, уклоны, вертикальная и горизонтальная кривизна. Анализ азимутов падения и угла встречи с господствующими ветрами, безусловно, имеет значение для целей инженерно-геоморфологических изысканий (что наглядно подтверждают морфологические и генетические различия северного и южного склонов хр. Аибга), но в пределах единого по гравитационной и циркуляционной экспозиции склона хребта гораздо большее значение для инженерно-геоморфологической оценки отдельных площадных элементов имеют их основные геоморфологические параметры.
Результаты статистического анализа значений геотопологических (основных геоморфологических) параметров играют определяющую роль при дальнейшем геоморфологическом районировании и морфодинамическом анализе. Уже на второй стадии гео-топологического анализа выявляются корреляционные связи между процессами и отдельными геотопологическими параметрами. В результате данной операции становится видно, что как определенные рельефообразующие процессы формируют специфический морфологический облик площадных элементов, так и их морфология обуславливает доминирование тех или иных процессов.
Геоморфологическое районирование. Выполненные ранее процедуры позволяют приступить к геоморфологическому районированию территории. Необходимой предварительной операцией геоморфологического районирования является анализ распространения по площади основных геоморфологических параметров элементарных поверхностей и рельефообразующих (геоморфологических) процессов с целью выявления и картирования геоморфосистем. Выявление закономерных сочетаний элементарных поверхностей (геотопологических рядов, или катен), создание карт распространения отдельных геотопологических параметров по площади (уклонов, вертикальной и горизонтальной кривизны) и рельефообразующих процессов — все это позволяет приступить сначала к процедуре выделения геоморфосистем, или форм рельефа, а затем и над-геоморфосистем, или геоморфологических районов (в нашем случае — геоморфологических поясов). Если выделяемые геоморфосистемы часто обладают некоторым подобием друг другу, то уже надгеоморфосистемы, или геоморфологические пояса, характеризуются ярко выраженным наличием индивидуальных черт. Все это четко подтверждает последующий статистический анализ геотопологических параметров и рельефообразующих процессов, характеризующих элементарные поверхности того или иного пояса (рис. 1).
I. Северный склон хребта Аибга — верхняя часть. В верхней части северного склона хребта Аибга (2300-1600 м) встречается определенный, свойственный только данному геоморфологическому поясу набор характерных элементарных поверхностей с определенными геотопологическими параметрами. В него входят: 1) плосковершинная субгоризон-тальная поверхность (1; здесь и далее по тексту в скобках указывается реальное количество встречающихся поверхностей) с крутизной не более 6°; 2) пригребневые слабо- и средненаклонные (6-30° и 30-45°) поверхности (9), ограниченные снизу линией выпуклого перегиба; 3) пригребневые средне- и крутонаклонные (30-45° и более 45°) поверхности (32), ограниченные снизу линией вогнутого перегиба; 4) средне- и крутонаклонные (30-45° и более 45°) поверхности уступов (41); 5) поверхности площадок разной крутизны (субгори-зонтальные — 3, слабонаклонные — 14, средненаклонные — 2 и крутонаклонные — 2; всего —21); 6) поверхность крутонаклонного фаса (1); 7) поверхности подножий слабо- (2) и средненаклонных (12); 8) прикилевые крутонаклонные поверхности (2) и 9) 1 сквозная поверхность, протягивающаяся от гребня отрога хребта до русла небольшого водотока.
Налицо явное преобладание при-гребневых поверхностей и уступов, составляющих более двух третей всех элементарных поверхностей — 70,09 % (82 из 117), а также крутонаклонных (29) и средненаклонных (67) поверхностей — 82,05 % (96 из 117). По форме в плане соотношение выпуклых, вогнутых и прямолинейных склоновых поверхностей приблизительно одинаковое (37, 35 и 37), а вот по форме в профиле явно доминируют прямые склоны — 73,51 % (86), хотя встречаются также вогнутые — 21,36 % (25) и реже выпуклые склоны — 5,13 % (6).
Наблюдается явная приуроченность определенных геоморфологических процессов как к верхнему геоморфологическому поясу в целом, так и к определенным категориям элементарных поверхностей. К редко встречающимся субгоризонтальным плосковершинным поверхностям и слабонаклонным площадкам приурочены нивально-денудационные, нивально-солифлюкционные и коллювиально-аккумулятивные процессы; к слабо- и средненаклонным поверхностям подножий — солифлюкционные и солифлю-кционно-оползневые процессы; пригреб-невые поверхности, уступы и фасы в зависимости от их крутизны характеризуются доминированием нивально-осыпных, ни-вально-обвальных и обвальных процессов.
II. Северный склон хребта Аибга — средняя часть. Для средней части северного склона хребта Аибга (16001000 м) характерен иной набор элемен-
1,5 км
Рис. 1. Карта геоморфологического районирования исследуемой территории. Штриховкой обозначены геоморфологические районы:
1 — верхний пояс северного склона хр. Аибга;
2 — средний пояс северного склона хр. Аибга;
3 — нижний пояс северного склона хр. Аибга;
4 — долинный пояс северного склона хр. Аибга;
5 — верхний пояс южного склона хр. Аибга.
тарных поверхностей, куда входят: 1) плосковершинная субгоризонтальная поверхность (1); 2) пригребневые поверхности, слабо- (11) и средненаклонные (20); 3) поверхности площадок субгоризонтальных (2), слабо-(37) и средненаклонных (4); 4) столь же большое количество уступов слабо- (6), средне- (38) и крутонаклонных (2); 5) значительное количество фасов слабо- (11) и средненаклонных (5); 6) слабонаклонные подножья (7);
7) прикилевые слабо- (6) и средненаклонные (3) поверхности; 8) 3 сквозные поверхности, протягивающиеся от гребня отрога хребта до русел небольших водотоков.
Наблюдается доминирование уступов и площадок — 57,05 % (89 из 156), значительно возросшее количество фасов — с 1 до 16 (10,12 %), уменьшившееся в два раза число подножий — с 14 до 7 (4,48 %), а также увеличившееся количество прикилевых и сквозных поверхностей, приуроченных к долинам малых водотоков, — с 3 до 12 (7,7 %). Резко уменьшилось число крутонаклонных поверхностей — их всего 2 в пределах пояса, а возросло количество слабонаклонных поверхностей (6-30°) — с 20 до 81 (51,92 %). Соотношение
0
склоновых поверхностей по форме в плане сдвинулось в сторону выпуклых склонов 64 — (41,3 %) за счет вогнутых и прямолинейных склонов — 33 (21,3 %), 43 (27,74 %). Появились и сложные по форме в плане поверхности, чья верхняя и нижняя границы имеют горизонтальную кривизну разной направленности — 13 (8,4 %). Этот морфологический признак характерен для склонов оползневого происхождения. Увеличилась доля выпуклых в профиле склонов, хоть и незначительно — до 12,25 % (19), осталась прежней доля вогнутых — 18,7 % (29), хотя все также доминируют прямые в профиле склоны — 67,74 % (105).
Произошла и резкая смена доминирующих геоморфологических процессов; в пределах подавляющего большинства поверхностей активно проявляются оползневые процессы: на пригребневых — элювиально-оползневые, на уступах и фасах — транзитнооползневые и оползневые, на площадках и подножьях — аккумулятивно-оползневые. Оползневыми являются также прикилевые и сквозные поверхности. Лишь очень редкие крутонаклонные уступы являются обвально-осыпными.
III. Северный склон хребта Аибга — нижняя часть. В набор элементарных поверхностей нижнего геоморфологического пояса северного склона хребта Аибга (1000— 500 м) входят: 1) некоторое количество средне- (9) и крутонаклонных (2) пригребневых поверхностей; 2) крайне небольшое число слабонаклонных фасов (2) и подножий (2); 3) малое количество прикилевых поверхностей разной крутизны (10); 4) очень небольшое количество слабо- (3) и средненаклонных (2) площадок; 5) большое число средне- (30) и круто наклонных (11) уступов.
Явно преобладают уступы — 57,74 % (41 из 71). А если учесть еще значительную долю пригребневых и прикилевых средне- и крутонаклонных поверхностей — 21,12 % (15), то данный пояс можно смело назвать поясом уступов, особенно учитывая крайне небольшое количество площадок и подножий — 12,67 % (9). Все это обуславливает господство круто 21,12 % (15) и средненаклонных — 64,78 %; (46) поверхностей и полное отсутствие субгоризонтальных. Почти половину склоновых поверхностей составляют выпуклые в плане — 42,25 % (30), а остальные — это вогнутые (25,35 %) и прямолинейные поверхности (29,57 %). Почти исчезают (1) сложные в плане поверхности. По форме в профиле явно доминируют прямые склоны — 70,42 % (50), хотя есть и выпуклые, доля которых достигла максимальных значений (16,9 %), и вогнутые, чья доля уменьшилась (12,67 %).
Подавляющее большинство уступов характеризуются развитием обвально-осыпных процессов, а редкие площадки являются структурно-денудационными. Прикилевые поверхности и подножья, приуроченные к небольшим долинам притоков р. Мзымта, характеризуются развитием пролювиально-аллювиальных аккумулятивных и эрозионных процессов.
IV. Днище р. Мзымта и долины ее крупных притоков. Отдельно в пределах северного склона хр. Аибга выделяется геоморфологический район, включающий в себя днище р. Мзымта и низовья ее достаточно крупных притоков. Об его индивидуальных чертах легко можно судить по совершенно особому набору морфологических элементов и рельефообразующих процессов, куда входят плоское субгоризонтальное днище долины р. Мзымты (1); плоское слабонаклонное днище притоков р. Мзымта (3); средне- (4) и крутонаклонные (4) борта узких долин притоков р. Мзымта.
Все элементарные поверхности непосредственно приурочены к килевым линиям — руслам рек и водотоков. Они представляют собою днища и невысокие борта небольших рек, поэтому велик и разрыв по крутизне — днища субгоризонтальные и слабонаклонные (33,33 %), а борта средне- и крутонаклонные (66,66 %). По форме в профиле поверхности в подавляющем числе — прямые (90,9 %) и лишь одна — вогнутая; по форме в плане также преобладают прямолинейные — 63,63 %, но встречаются и вогнутые (27,27 %), и сложные поверхности (9,1 %).
Если для днища долины р. Мзымты характерны аллювиально-аккумулятивные процессы, то для долин низовьев ее притоков присущи пролювиально-аллювиальные аккумулятивные и эрозионные процессы, а один склон осложнен оползневыми процессами.
На основании геотопологического и геоморфологического анализа можно говорить о реальном существовании морфологически выраженных четырех геоморфологических поясов (районов) в пределах северного склона хр. Аибга, отличающихся не только морфологически, т. е. по характерному набору площадных элементов рельефа, но и по доминирующим геоморфологическим (рельефообразующим) процессам, которые обусловили существование вышеупомянутых морфологических различий. Вывод об объективности существования данных поясов и их индивидуальности подтверждается исследованиями южного склона хр. Аибга, который имеет совершенно иной облик уже в своей верхней части.
V. Южный склон хребта Аибга — верхняя часть. Для верхней части южного склона хребта Аибга характерны следующие особенности: большая выположенность, выраженная в почти полном отсутствии крутонаклонных поверхностей (2,13 %; 1 из 47) и преобладании средне- (48,93 %) и слабонаклонных (48,93 %); большая расчлененность долинами небольших водотоков по сравнению с северным склоном; слабое развитие ни-вальных процессов и активное проявление солифлюкционных процессов, формирующих нивально-солифлюкционные площадки и эрозионно-солифлюкционные склоны.
На этом собственно заканчиваются общие геоморфологические исследования, первые два этапа которых представляют собой аналитические геоморфологические исследования, а третий — уже синтетические исследования. Последующие за ними два этапа представляют собой уже специальные геоморфологические исследования (в нашем случае — инженерно-геоморфологические), целью которых является оценка геоморфологического риска и создание одноименной карты.
Морфодинамический анализ Специальные геоморфологические исследования начинаются с морфодинамического анализа, а еще точнее — с динамического доопределения геотопов с оценкой (в баллах) интенсивности протекания геоморфологических процессов. Данный этап заканчивается созданием бонитировочных таблиц интенсивности протекания геоморфологических процессов. Основанием для создания подобных бонитировочных таблиц послужили разработанные А. Н. Ласточкиным [4] бонитиро-вочные таблицы, отражающие перемещение и аккумуляцию вещества в пределах различных геотопов (элементарных поверхностей).
Решение конкретной практической задачи — оценка геоморфологического риска — потребовало коренной перестройки данных таблиц и создания новой, учитывающей геоморфологические реалии района исследований. Подавляющая часть площадных элементов представляет собой склоны различной крутизны. Интенсивность протекания всех склоновых процессов в их пределах непосредственно зависит от таких геотополо-гических параметров, как крутизна (уклон), вертикальная и горизонтальная кривизна. Все эти параметры нашли свое отражение в бонитировочной таблице (табл. 1). При этом нарастание интенсивности протекания склоновых процессов происходит согласно следующим геотопологическим рядам:
• склоны крутизной 0-6° — склоны крутизной 6-30° — склоны крутизной 30-45° — склоны крутизной более 45°;
• вогнутые в профиле склоны — прямолинейные в профиле склоны — выпуклые в профиле склоны;
• выпуклые в плане склоны — прямолинейные в профиле склоны — вогнутые в профиле склоны.
Таблица 1
Бонитировочные ряды местоположений по интенсивности склоновых геоморфологических процессов, выполненные на основании перераспределения вещества нисходящими потоками (в скобках указано общее количество элементарных поверхностей соответствующей категории)
Геотопологические параметры
Н (х, у) Н"(х, у) /Н (х, у)/
рс-а РЬ-Ь Ра-с
13 (0) 14 (0) 15 (0) 14 (0) 15 (0) 16 (0) 15 (0) 16 (0) 17 (0) 0-6°
14 (1) 15 (3) 16 (0) 15 (0) 16 (3) 17 (0) 16 (0) 17 (2) 18 (0) 6-30°
5-6 15 (4) 16 (22) 17 (1) 16 (1) 17 (24) 18 (5) 17 (7) 18 (42) 19 (3) 30-45°
16 (1) 17 (5) 18 (0) 17 (0) 18 (2) 19 (1) 18 (1) 19 (14) 20 (0) >45°
14 (0) 15 (0) 16 (0) 15 (0) 16 (0) 17 (0) 16 (0) 17 (0) 18 (0) 0-6°
15 (0) 16 (0) 17 (0) 16 (0) 17 (2) 18 (0) 17 (0) 18 (1) 19 (0) 6-30°
1-2 16 (0) 17 (0) 18 (0) 17 (0) 18 (0) 19 (0) 18 (0) 19 (0) 20 (0) 30-45°
17 (0) 18 (0) 19 (0) 18 (0) 19 (1) 20 (0) 19 (0) 20 (0) 21 (0) >45°
10 (0) 11 (0) 12 (0) 11 (0) 12 (0) 13 (0) 12 (0) 13 (0) 14 (0) 0-6°
11 (0) 12 (1) 13 (0) 12 (0) 13 (4) 14 (0) 13 (0) 14 (5) 15 (1) 6-30°
6-6 12 (0) 13 (2) 14 (1) 13 (1) 14 (6) 15 (0) 14 (0) 15 (2) 16 (0) 30-45°
13 (0) 14 (0) 15 (0) 14 (0) 15 (0) 16 (0) 15 (0) 16 (0) 17 (0) >45°
10 (0) 11 (0) 12 (0) 11 (0) 12 (0) 13 (0) 12 (0) 13 (0) 14 (0) 0-6°
11 (0) 12 (2) 13 (1) 12 (0) 13 (2) 14 (1) 13 (3) 14 (4) 15 (1) 6-30°
5-5 12 (0) 13 (0) 14 (0) 13 (1) 14 (1) 15 (1) 14 (0) 15 (2) 16 (0) 30-45°
13 (0) 14 (1) 15 (0) 14 (0) 15 (0) 16 (1) 15 (0) 16 (0) 17 (0) >45°
7 (0) 8 (0) 9 (0) 8 (0) 9 (0) 10 (0) 9 (0) 10 (0) 11 (0) 0-6°
8 (1) 9 (1) 10 (0) 10 (1) 11 (0) 12 (0) 11 (0) 12 (0) 13 (0) 6-30°
Р1-6 9 (0) 10 (10) 11 (5) 10 (2) 11 (12) 12 (7) 11 (1) 12 (8) 13 (3) 30-45°
10 (0) 11 (6) 12 (2) 11 (1) 12 (3) 13 (0) 12 (2) 13 (1) 14 (0) >45°
7 (0) 8 (0) 9 (0) 8 (0) 9 (0) 10 (0) 9 (0) 10 (0) 11 (0) 0-6°
8 (1) 9 (1) 10 (1) 10 (0) 11 (5) 12 (1) 11 (1) 12 (0) 13 (0) 6-30°
Р5-2 9 (2) 10 (2) 11 (2) 10 (2) 11 (7) 12 (0) 11 (2) 12 (3) 13 (2) 30-45°
10 (0) 11 (2) 12 (0) 11 (1) 12 (4) 13 (0) 12 (0) 13 (0) 14 (0) >45°
4 (0) 5 (0) 6 (0) 5 (0) 6 (0) 7 (0) 6 (0) 7 (0) 8 (0) 0-6°
5 (0) 6 (1) 7 (0) 6 (1) 7 (6) 8 (0) 7 (3) 8 (6) 9 (1) 6-30°
Р1-5 6 (0) 7 (0) 8 (2) 7 (0) 8 (1) 9 (0) 8 (0) 9 (2) 10 (0) 30-45°
7 (0) 8 (0) 9 (0) 8 (0) 9 (0) 10 (0) 9 (0) 10 (0) 11 (0) >45°
4 (0) 5 (0) 6 (0) 5 (0) 6 (0) 7 (0) 6 (0) 7 (0) 8 (0) 0-6°
5 (0) 6 (1) 7 (1) 6 (0) 7 (3) 8 (1) 7 (1) 8 (3) 9 (0) 6-30°
Р6-2 6 (0) 7 (0) 8 (0) 7 (0) 8 (1) 9 (0) 8 (0) 9 (0) 10 (0) 30-45°
7 (0) 8 (0) 9 (0) 8 (0) 9 (0) 10 (0) 9 (0) 10 (0) 11 (0) >45°
1 (0) 2 (0) 3 (0) 2 (0) 3 (5) 4 (0) 3 (0) 4 (0) 5 (0) 0-6°
2 (0) 3 (6) 4 (3) 3 (1) 4 (17) 5 (12) 4 (1) 5 (15) 6 (6) 6-30°
Р6-5 3 (0) 4 (1) 5 (2) 4 (0) 5 (1) 6 (1) 5 (1) 6 (2) 7 (0) 30-45°
4 (0) 5 (0) 6 (0) 5 (1) 6 (0) 7 (0) 6 (0) 7 (1) 8 (0) >45°
- - - - 1 (2) - - - - 0-6°
_ - - - - - - - 6-30°
Р+5 - - - - - - - - - 30-45°
_ - - - - - - - - >45°
_ - - - 1 (1) - - - - 0-6°
- - - - - - - - 6-30°
Р6- - - - - - - - - - 30-45°
- - - - - - - - - >45°
Р Р Р Р Р Р Р Р Р
Кг
Таким образом, в результате все площадные элементы (геотопы) оказываются разделенными на 21 бонитировочную группу (от 1-й до 21-й) в соответствии с интенсивностью протекания склоновых процессов. Наименьшая интенсивность склоновых процессов характерна для плосковершинных субгоризонтальных поверхностей; наибольшая — для крутонаклонных уступов выпуклых в профиле и вогнутых в плане.
Но оценка геоморфологического риска не ограничивается только учетом склоновых процессов. Не меньшую опасность для геотопов, располагающихся в долинном геоморфологическом районе, представляют флювиальные (аллювиальные и пролюви-альные — паводковые, селевые) потоки, перемещающиеся не поперек прикилевых склонов, а вдоль них. Опасность данных процессов учтена и отражена в таблице (табл. 2). В данном случае нарастание интенсивности протекания флювиальных процессов происходит согласно следующим геотопологическим рядам:
• прикилевые склоны с продольной крутизной (падением русла водотока) 0-6° — при-килевые склоны с продольной крутизной (падением русла водотока) 6-30°;
• вогнутые в плане склоны — прямолинейные в профиле склоны — выпуклые в профиле склоны.
2
Бонитировочные ряды нижних местоположений по интенсивности опасных геоморфологических процессов, выполненные на основании перераспределения и аккумуляции вещества нисходящими флювиальными потоками (в том числе и пролювиальными)
Геотопологические параметры
Н (х, у)
Кг
Р
Р
Р
/Н (х, у)/
Р.
Рс-а
РЬ-Ь
Ра-с
Рс-а
РЬ-Ь
Ра-с
Рс-а
РЬ-Ь
Ра-с
Н"(х, у)
Условные обозначения к табл. 1 и 2: Н (х, у) — относительное положение по вертикали: Р$6 — уступы, Р- 2 — сквозные склоны, Р6 6—подножия, Р- 5 — фасы, Рі 6—пригребневые поверхности, ограниченные снизу тыловыми швами, Р-2 — прикилевые поверхности, ограниченные сверху бровками, Р-- — пригребневые поверхности, ограниченные снизу бровками, Р62 — прикилевые поверхности, ограниченные сверху тыловыми швами, Рб5 — площадки, Р+5 — плоские вершины, Р6 — плоские днища. И"(х, у) — вертикальная кривизна поверхности: Рса — поверхности, вогнутые в профиле, — поверхности, прямолинейные в профиле, Р - — поверхности, выпуклые в профиле. /И’ (х, у)/—уклоны поверхности. Кг—горизонтальная кривизна поверхности (в плане): Р—по-верхности, выпуклые в плане, Р — поверхности, прямолинейные в плане, Р — поверхности, вогнутые в плане.
Наибольшую опасность представляет сужение сечения русла и долины водотока, при котором возрастает его скорость и возможный ущерб. Скорость потока также нарастает при увеличении продольного уклона русла водотока. Данный этап заканчивается созданием карты интенсивности протекания склоновых и флювиальных процессов (раздельно).
На завершающем этапе производится непосредственная оценка геоморфологического риска склоновых и флювиальных процессов. Данная карта создается путем непосредственного наложения карт интенсивности протекания склоновых и флювиальных процессов и суммирования бонитировочных оценок. Бонитировочный класс в данном случае непосредственно отражает вероятность активизации как склоновых, так и флювиальных процессов, то есть для склонов придолинного района (прикилевых поверхностей) геоморфологическая опасность суммируется из опасности как склоновых, так и флювиальных процессов.
Максимально большая бонитировочная оценка отражает максимально большую вероятность активизации процессов, хотя и без четкого указания временного интервала начала данной активизации, что есть хроно-хорологический прогноз без указания четких временных параметров.
На данном этапе целесообразно, по мнению некоторых авторов, проводить ранжирование рельефообразующих процессов по степени их вероятной опасности или вероятного ущерба. При проведении подобного ранжирования неизбежно возрастает субъективизм оценки риска, так как без четкого определения наносимого ущерба от тех или иных процессов за определенных период времени, да еще и с учетом местных условий, весьма сложно установить, какой из процессов — обвалы, оползни, сели и т. д.— наносит больший ущерб как строящимся, так и уже построенным хозяйственным объектам.
Жесткая привязка балльной оценки к данному ранжированному ряду приводит к тому, что данная весьма субъективная оценка опасности процессов становится доминирующей, а оценка интенсивности протекания процессов носит лишь дополняющий «косметический» характер. Однако, возрастание интенсивности процессов, определяемой морфологией склона, приводит к смене процесса с менее опасного на более потенциально опасный. Например, бонитировочному классу 1 с наименьшей опасностью соответствуют нивально-денудационные, элювиальные и аллювиально-аккумулятивные процессы, протекающие в пределах субгоризонтальных плосковершинных и плоскодонных поверхностей, а классам 18-21 с наибольшей опасностью соответствуют обвальные и обвально-осыпные процессы в пределах крутонаклонных уступов, или данные процессы в сочетании с аллювиально-пролювиальными эрозионными процессами в пределах крутонаклонных прикилевых поверхностей (бортов селеопасных долин). По мере снижения бонитировочного балла обвальные процессы сменяются осыпными, далее — оползневыми, солифлюкционными и так далее.
Общая вариативность суммы баллов геоморфологического риска всех элементарных поверхностей района исследования колеблется в пределах от 1 до 21 балла. Созданная карта геоморфологического риска является итоговым результатом инженерногеоморфологических изысканий (рис. 2). На ней представлены контуры элементарных поверхностей с итоговой оценкой геоморфологического риска, который складывается из суммирования оценок интенсивности протекания как склоновых, так и флювиальных процессов. К сожалению, в рамках публикации невозможно привести карту с оценкой риска с точностью до 1 балла; на карте поверхности объединены в группы: а) 1-3 балла, б) 4-6 баллов, в) 7-9 баллов; г) 9-12 баллов, г) 13-15 баллов, д) 16-18 баллов; е) 19-21 балл.
Предлагаемая методика не лишена определенных недостатков, главным из которых является отсутствие и учет данных о литологии и мощности рыхлых четвертичных
отложений. Но этот недостаток устраним в процессе дальнейших исследований, по мере накопления данных об инженерногеологическом строении территории, возможно уточнение данных карт с созданием комплексной карты оценки геолого-геомор-фологического риска.
Проведенное исследование позволяет сделать ряд выводов:
1. Предложенный алгоритм инженерно-геоморфологических исследований на системно-морфологической основе позволяет даже при недостатке инженерно-геологической информации, используя геоморфологические методы, строить карты геоморфологического риска.
2. В условиях сложного рельефа с большим количеством оцениваемых контуров даже при наличии инженерно-геологических данных следует рекомендовать использование данного алгоритма для создания детальных оценочных инженерно-геоморфологических и инженерно-геологических карт.
3. Создание системно-морфологической основы, геоморфологический и геотопологический анализ территории должны предшествовать непосредственно инженерно-геологическим изысканиям.
4. Применение системно-морфологической основы значительно упрощает и делает более объективной процедуру геоморфологического районирования территории.
5. Климатические особенности обуславливают различия геоморфологических поясов (районов) и предопределяют господствующие рельефообразующие процессы. Морфология рельефа наряду с инженерно-геологическими особенностями чехла рыхлых четвертичных отложений обуславливают интенсивность протекания данных процессов.
6. Геотопологический и геоморфологический анализ позволяет утверждать, что реально существуют морфологически выраженные четыре геоморфологических пояса (района) в пределах северного склона хр. Аибга, которые отличаются не только морфологически, т. е. по характерному набору площадных элементов рельефа, но и по доминирующим геоморфологическим (рельефообразующим) процессам, которые обусловили существование вышеупомянутых морфологических различий.
7. Морфология склонов со значительной степенью достоверности (80 %) позволяет оценить риск активизации и развития опасных геологических процессов. Учет геологических условий позволяет повысить достоверность оценки риска до 90 %.
Рис. 2. Карта геоморфологического риска исследуемого района
8. Оценочная шкала опасности различных процессов является индивидуальной для каждого региона и даже района. Даже в условиях одного хребта на наветренных и подветренных склонах могут развиваться различные по степени опасности процессы.
9. Наибольшую опасность в условиях хр. Аибга представляют различные постоянно протекающие склоновые процессы и в первую очередь — обвалы, осыпи и оползни, а также спорадически активизирующиеся флювиальные процессы — селевые и паводковые.
Summary
Zhirov A. I., Shavel N.I. Algorithm of engineering-geomorphological investigation with the purpose of geomorphological risk definition on the system-morphological basis (ridge Aibga, West Caucasus).
During engineering-geomorphological investigation in Aibga ridge region the presence of precisely expressed relief steps was revealed. The algorithm of engineering-geomorphological investigation with the purpose of geomorphological risk definition on the system-morphological basis is suggested.
Литература
1. СНиП 11-02-96 «Инженерные изыскания для строительства. Основные положения». М., 1996. 2. Ласточкин А. Н. Рельеф земной поверхности (принципы и методы статической геоморфологии). Л., 1991. 3. Ласточкин А. Н. Ландшафтно-экологические исследования на геотопологиче-ской основе. I. Теоретическое обоснование // Вестник С.-Петерб. ун-та. Сер. 7. 1992. Вып. 3. 4. Ласточкин А. Н. Системно-морфологическое основание наук о Земле (геотопология, структурная география и общая теория геосистем). СПб., 2002.
