CC BY
50
УДК 625.731.8(571.15)
ЕФИМЕНКО СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ, канд. техн. наук, доцент, [email protected]
БАДИНА МАРИЯ ВЛАДИМИРОВНА, канд. техн. наук, доцент, badina1201 @rambler.ru
КОЖУХАРЬ ТАТЬЯНА АНАТОЛЬЕВНА, доцент, [email protected]
ПУШКАРЕВА ГАЛИНА ВЕНИАМИНОВНА, канд. физ.-мат. наук, доцент,
Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2
ДОРОЖНО-КЛИМАТИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ РЕСПУБЛИКИ АЛТАЙ*
Приведены результаты уточнения дислокации границ дорожно-климатических зон и выделения дорожных районов на территории Республики Алтай. Рассмотрены особенности климатических и орографических условий территории. Отражены особенности климатических условий, рельефа, растительности и почв Республики Алтай. Полученные результаты дорожного районирования Республики Алтай будут способствовать обеспечению качества проектирования транспортных сооружений в этом районе.
Ключевые слова: автомобильная дорога; дорожно-климатическое районирование; зона; подзона; дорожный район; климат; рельеф.
SERGEI V. EFIMENKO, PhD, A/Professor,
MARIYa V. BADINA, PhD, A/Professor,
badina1201 @rambler.ru
TAT'YANA A. KOZHUHAR', A/Professor,
GALINA V. PUSHKAREVA, PhD, A/Professor, Tomsk State University of Architecture and Building, 2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk, Russia
CLIMATIC ZONING FOR ROAD BUILDING PURPOSES IN THE REPUBLIC OF ALTAI
The paper presents the amendment results of the boundary arrangement of climatic zones for road building in the Republic of Altai. Climatic and orographic conditions, relief, vegetation, and soils of this territory are considered in this paper. The results of this study will contribute to the quality improvement of transport facility design in this region.
Keywords: highway; climatic zones for road building; zone, subzone; road area; climate, relief.
* Работа поддержана грантом РФФИ (проект № 14-07-00673 А). © Ефименко С.В., Бадина М.В., Кожухарь Т.А., Пушкарева Г.В., 2014
Результатами многочисленных исследований доказано, что на изменение транспортно-эксплуатационных показателей, характеризующих состояние автомобильных дорог в течение жизненного цикла дорожных одежд и земляного полотна, в районах глубокого сезонного промерзания и избыточного увлажнения грунтов оказывают природно-климатические условия. Задачи учета географических комплексов при проектировании и строительстве дорог в настоящее время решаются, главным образом, на основе метода дорожно-климатического районирования территорий. За единицу дорожно-климатического районирования отечественные исследователи еще в середине прошлого столетия приняли «зону». Под зоной понимают широкую полосу на земной поверхности, характеризующуюся определенным сочетанием тепла и влаги, которое обусловливает в её пределах развитие определенных и взаимосвязанных типов почв и растительности [1].
Процесс районирования представляет собой сложную систему, состоящую из ряда взаимосвязанных элементов, таких как выбор модели представления, масштаба исследования, вида первичных объектов наблюдения, способов размещения и описания этих объектов, а также последующей обработки данных и интерпретации результатов. Разнородность этих элементов создает различные возможности для формализации. В то же время обращение к формализованным приемам даже на отдельных этапах районирования вследствие взаимосвязи элементов влечет за собой перестройку всей системы (процесса районирования) в целом. Поэтому в исследованиях, проводимых с помощью формализованных методов, важное место занимает увязка всех элементов районирования на каждом из этапов, переложение задач районирования на математический язык, выработка подходов к интерпретации результатов. Только при удовлетворительном решении названных методических задач применение математических приемов будет успешным [2].
Специалистами кафедры «Автомобильные дороги» Томского государственного архитектурно-строительного университета была проделана работа по уточнению границ дорожно-климатических зон и выделению дорожных районов применительно к территории Западной Сибири [3]. При этом дорожный район представляет собой генетически однородную территорию, характеризуемую типичными, свойственными только ей климатом, геологией, рельефом местности и другими условиями. Внутри территории дорожного района однотипные дорожные конструкции, прежде всего земляное полотно и дорожная одежда, должны характеризоваться примерно одинаковой прочностью и устойчивостью [4].
Республика Алтай находится почти в середине азиатского материка, недалеко от Центральной Азии и удалена на большие расстояния от океанов. Поэтому климат имеет черты резкой континентальности. Однако климат отличается от климата Западно-Сибирской равнины: зима теплее, лето прохладнее, осадков больше.
Рассматриваемая территория удалена от Северного Ледовитого океана, но влияние его все же сказывается, т. к. рельеф Западно-Сибирской равнины не препятствует продвижению арктических воздушных масс. В сильно трансформируемом состоянии эти массы доходят до северных отрогов гор, проника-
ют по долинам во внутренние территории и оказывают влияние на типы погод. Республика Алтай находится под действием западной циркуляции. Основное количество влаги выпадает из воздушных масс, приходящих с Атлантического океана. Осадки распределяются неравномерно, в западной части количество осадков доходит до 1500 мм и более в год, а на юго-востоке до 123-200 мм. Наибольшее количество осадков выпадает в теплый период года [5].
Разнообразный рельеф имеет большое значение для климата, создавая вертикальную климатическую поясность, неравномерное распределение осадков, температур, застой холодного воздуха в межгорных котловинах зимой, сильное их нагревание летом и возникновение горно-долинных ветров - фё-нов. Зима холодная, малоснежная в предгорьях и многоснежная в горах, но менее суровая, чем на соседних равнинах. Зимой господствуют сухие, холодные юго-западные ветры. При антиклинальном типе погоды в межгорных котловинах застаивается холодный воздух и фиксируются наиболее низкие температуры. На западе и севере Алтая усилены циклонические черты погоды (повышенные облачность, температура и годовое количество осадков). Средняя температура января -12,6°, абсолютный минимум до -50°. На западных склонах хребтов и в долинах, открытых на запад, выпадает значительное количество снега - в среднем 30-40 мм в месяц.
В межгорных котловинах центральной части циклоническое влияние ослаблено и резко преобладает антициклональный тип погоды - безветренная, безоблачная, сильно морозная. Средняя температура января -22,6°. На юго-востоке в степи средняя температура января -31,7°, абсолютный минимум достигает -60,2°. Мощность снегового покрова всего 7 см, на глубине 1 м развита многолетняя мерзлота.
Лето на Алтае значительно прохладнее и короче, чем в соседних степях. Особенно прохладно в горах на высотах более 1000 м. Средняя температура июля в предгорьях поднимается до 19 °С, на высотах около 1000 м 14-16 °С, на высоте 2000 м температура наиболее теплого месяца - 8-10 °С. На некоторых хребтах уже на высоте 2300 м проходит снеговая линия.
В южной части под влиянием сухого тропического воздуха пустынь Средней Азии формируются полупустынные черты климата, что выражается в частой повторяемости засушливых погод, редко бывают дожди. Средняя температура июля 21,8 °С. С увеличением высоты засушливые погоды повторяются реже, и увеличивается количество дней с облачной и дождливой погодой.
В западной и северной частях преобладают пасмурные и дождливые погоды, т. к. процесс прогревания ослаблен под влиянием развития облачности и обильных осадков. Средняя температура июля 18,4 °С, максимальная температура достигает в Чемале 37,5 °С.
Современное оледенение Республики Алтай сосредоточено на наиболее высоких хребтах, также имеются небольшие ледники в отдельных окраинных и внутренних хребтах. Известно 827 ледников, общая их площадь составляет 629 км2. На развитие современного оледенения Алтая оказывают влияние климатические и орографические условия, взаимодействие которых определяет характер оледенения [5].
Почвы и растительность Республики Алтай разнообразны. Распространение почвенно-растительного покрова подчинено законам широтной зональности и высотной поясности. В северо-западных и западных предгорьях степи равнин переходят в горные степи и лесостепи. На склонах гор господствует лесной пояс, сменяющийся на наиболее высоких хребтах поясом субальпийских, альпийских лугов и горной тундрой, над которой на наиболее высоких вершинах возвышаются ледники.
Переход одного пояса в другой происходит по-разному, в зависимости от рельефа. На крутых скалистых обнажениях границы между поясами четкие, а при пологом рельефе один пояс в другой переходит постепенно. В северных и западных частях границы поясов ниже, чем на южных и восточных. На крайнем северо-востоке лесной пояс сливается с тайгой Горной Шории, Кузнецкого Алатау и далее с Западной и Средней Сибирью.
Республика Алтай находится между 48 и 52° с. ш. На Русской и Западно-Сибирской равнинах между этими широтами большая часть территории занята степной зоной, а на территории Республики Алтай господствуют горная тайга и горная тундра [6].
Границы горных сооружений хорошо очерчены: на севере и северо-западе Республика Алтай граничит с Кузнецким Алатау, Салаирским кряжем и Западно-Сибирской равниной, от которой отделена прямолинейным сбросовым уступом высотой 300-5000 м. На северо-востоке соединяется с Западным Саяном. На западе отроги Алтая спускаются к Прииртышской депрессии. Южная граница Алтая фиксируется тектоническим разрывом между Южным Алтаем и Зайсанской депрессией. На юго-востоке, у горного узла Табын-Богдо-Ола (Табын-Богдо), Алтай граничит с Монгольским Алтаем.
В орографическом отношении Республику Алтай обычно делят на пять частей: южную, восточную, центральную, северо-западную и северовосточную [6].
В южную часть входят крупные хребты с высотой от 1200 до 4300 м. Южный Алтай характеризуется малой расчлененностью, высокими, труднопроходимыми перевалами, крутыми северными и относительно пологими южными склонами.
Восточная часть образована высокими хребтами (3000-4356 м), расположенными к северу от Табын-Богдо и имеющими преимущественно северное и северно-западное простирание.
В центральную часть входят две горные цепи. Южная состоит из высоких хребтов - Южно-Чуйского и Катунского и более низкого хребта -Листвяга. Северная часть начинается Северо-Чуйским, переходящим западнее долины р. Катунь в Теректинский хребет. Высота хребтов от 2600 до 4500 м. Многие хребты поднимаются выше снеговой линии и имеют современное оледенение. Между хребтами располагаются межгорные впадины, которые прорезаны речными долинами.
Северо-западная часть состоит из средневысотных хребтов, веерообразно отходящих от хребтов центральной части. Многие хребты имеют высоты ниже верхней границы леса, поэтому их вершины покрыты сибирской тайгой.
На запад и северо-запад они постепенно снижаются и переходят в соседние равнины Западной Сибири.
Северо-восточная часть расположена между Северо-Чуйским и Терек-тинским хребтами на юге, Шапшальским на востоке, Салаирским кряжем и Кузнецким Алатау на севере. К востоку от Телецкого озера почти по меридиану простирается хребет Корбу, а за ним Абаканский. Хребты разделены глубокими долинами, а на востоке Чулышманским плоскогорьем, по которому протекает р. Чулышман, впадающая в Телецкое озеро.
На территории Республики Алтай выделяется три основных типа рельефа: поверхность остаточного древнего пенеплена, высокогорья с ледниковой и нивальной обработкой (альпийско-ледниковый рельеф) и эрозионно-денуда-ционные среднегорья и низкогорья.
Древний пенеплен представляет собой высокие горные массивы с выровненными поверхностями и крутыми, часто ступенчатыми склонами. Над поверхностью пенеплена поднимаются отдельные возвышенности в виде плоских куполов или узких гребней, сложенные наиболее твердыми породами. Платообразные поверхности пенеплена занимают примерно :/3 всей поверхности территории, на них имеются следы четвертичного оледенения: моренные гряды, холмы, ледниковые озера, валуны [7].
Высокогорья с ледниковой и нивальной обработкой поднимаются над поверхностью пенеплена и занимают наиболее высокие участки хребтов: Ка-тунского, Чуйских, Курайского, Сайлюгема, Чихачева, Южного Алтая и Шапшальского. Общая площадь альпийского рельефа составляет примерно 1/10 всей поверхности. Хребты с альпийскими формами рельефа - это участки, наиболее приподнятые и сильно расчлененные древней и современной ледниковой эрозией, а также древними и современными процессами морозного выветривания.
Эрозионно-денудационные низкогорья и среднегорья имеют высоты от 500 до 1800-2000 м. Такой рельеф характеризуется сглаженными, округлыми формами невысоких хребтов и их небольших отрогов, разделенных речными долинами. Он образовался на месте наклоненной поверхности древнего пенеплена, сильно расчлененного эрозией благодаря густой гидрографической сети, которая достигла наибольшего развития по периферии.
В западной и северной частях Алтая среднегорный рельеф занимает обширные пространства, в центральном и юго-восточном Алтае он распространен только в виде узких полос вдоль долин рек.
В морфологическом облике Алтая большое значение имеют широкие межгорные впадины, которые простираются в основном в широтном направлении между хребтами. Превышение хребтов над впадинами достигает 2000-3500 м. Впадины имеют тектоническое происхождение, но после своего возникновения они изменялись в результате деятельности рек, ледников и озер. Поэтому их днища заполнены моренами, флювиогляциальными, аллювиальными и озерными отложениями. Современные реки «пропилили» эти отложения, образовав серии террас. На террасах сформировались степи: Чуй-ская, Курайская (на р. Чуе), Уймонская (на р. Катуни), которые расположены на различных высотах [6].
Для территории Республики Алтай рекомендованы две дорожно-клима-тические зоны (I, II), две подзоны (холмистая и гористая) и 5 дорожных районов (от 1 до 3 в зависимости от зоны и подзоны) (рисунок) [8, 9].
Карта дорожно-климатического районирования территории Республики Алтай:
I, II - дорожно-климатические зоны; Х, Г - подзона по типу рельефа (холмистый, горный); 1-3 - номера дорожных районов
В заключение отметим, СНиП 2.05.02-85* и его актуализированная редакция СП 34.1330.2012 относят территорию Республики Алтай к III дорожно-климатической зоне. Однако анализ географических комплексов показал [3], что фактически на территории республики присутствует 2 зоны - I и II.
В I дорожно-климатическую зону входит географическая зона тундры, лесотундры и северо-восточная часть лесной зоны с распространением вечно-мерзлых грунтов. Эта зона охватывает южную и восточную части Горного Алтая. По типу рельефа зона подразделяется на две подзоны: холмистую и гористую, для которых характерно в основном сплошное распространение многолетнемерзлых грунтов мощностью от 50 до 400 м. Среднегодовая температура грунтов колеблется от -1 до -5 °С, глубина сезонного оттаивания находится в пределах от 0,8 до 3,0 м. Территория характеризуется интенсивным развитием криогенных процессов.
II дорожно-климатическая зона лесов с избыточным увлажнением грунтов охватывает юго-западную, западную, северо-западную и северную части Горного Алтая. Подразделяется по типу рельефа на две подзоны (гористую и холмистую) и три дорожных района.
Полученные результаты дорожного районирования Республики Алтай будут способствовать обеспечению качества проектирования транспортных сооружений в этом районе.
Библиографический список
1. Водно-тепловой режим земляного полотна и дорожных одежд / под. ред. И.А. Золотаря, Н.А. Пузакова, В.М. Сиденко. - М. : Транспорт, 1971. - 416 с.
2. Куприянова, Т.П. Принципы и методы физико-географического районирования с применением ЭВМ / Т.П. Куприянова. - М. : Наука, 1977. - 126 с.
3. Обоснование распространения границ дорожно-климатических зон на территории Западной Сибири на основе исследования изменчивости геокомплексов : отчет о НИР (промежуточ.) / Томский государственный архитектурно-строительный университет ; рук. В.Н. Ефименко. - Томск, 2013. - 386 с. ГР 01201274694, инв. № 02201358129. -Деп. в ВНТИЦ.
4. Ефименко, С.В. Совершенствование норм проектирования дорожных одежд в части уточнения дислокации дорожно-климатических зон для субъектов Российской Федерации / С.В. Ефименко, В.Н. Ефименко, М.В. Бадина // Мир дорог. - СПб., 2014. - № 74. -С. 21-23.
5. Трофимов, В.Т. Инженерно-геологические структуры Земли / В.Т. Трофимов, Т.И. Аверкина, Д.А. Спиридонов. - М. : Изд-во МГУ, 2001. - 176 с.
6. Метелкин, Д.В. Региональная геология России / Д.В. Метелкин, В.А. Верниковский. -Новосибирск : Изд-во НГУ, 2005. - 96 с.
7. Zapata, C.T. Calibration and validation of the enhanced integrated climatic model for pavement design" / C.T. Zapata and W.N. Houston. - Washington, D.C. : Transportation Research Board, 2008. - 62 р.
8. Ефименко, С.В. Особенности генезиса, состава и свойств глинистых грунтов Западной Сибири / С.В. Ефименко, А.А. Краевский, В.С. Чурилин // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. - 2014. - № 2. - С. 178-183.
9. К обоснованию территориального распространения границы II—III дорожно-климатичес-ких зон в Западно-Сибирском регионе / В.Н. Ефименко, С.В. Ефименко, А.В. Сухору-ков, Т.А. Кожухарь // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. - 2014. - № 5. - С. 133-143.
References
1. Zolotar' I.A., Puzakov N.A., Sidenko V.M. Vodno-teplovoi rezhim zemlyanogo polotna i dorozhnykh odezhd. [Water and thermal balance of road subgrades and pavements]. Moscow : Transport Publ., 1971. 416 p. (rus)
2. Kupriyanova T.P. Printsipy i metody fiziko-geograficheskogo raionirovaniya s primeneniem EVM [Principles and methods of physical and geographical zoning using ECM]. Moscow : Transport Publ., 1977. 126 p. (rus)
3. Efimenko V.N. Obosnovanie rasprostraneniya granits dorozhno-klimaticheskikh zon na territo-rii Zapadnoi Sibiri na osnove issledovaniya izmenchivosti geokompleksov: otchet NIR [Rationale for boundaries of road building climatic zones in West Siberia based on geocomplex changes. Research report]. GR 01201274694, inv. 02201358129. Tomsk, TSUAB Publ., 2013. 386 p. (rus)
4. Efimenko S.V., Efimenko V.N., Badina M.V. Sovershenstvovanie norm proektirovaniya dorozhnykh odezhd v chasti utochneniya dislokatsii dorozhno-klimaticheskikh zon dlya sub"ektov Rossiiskoi Federatsii [Improvement of pavement design standards in terms of of road building climatic zone arrangement for subjects of the Russian Federation]. Mir dorog. 2014. No. 74. Pp. 21-23. (rus)
5. V.T. Trofimov, Averkina T.I., SpiridonovD.A. Inzhenerno-geologicheskie struktury Zemli [Engineering-geological structure of the Earth]. Moscow : Moscow University Press, 2001. 176 p. (rus)
6. Metelkin D.V., Vernikovskii V.A. Regional'naya geologiya Rossii [Regional geology of Russia]. Novosibirsk: NSU Publ., 2005. 96 p. (rus)
7. Zapata C.T., Houston W.N. Calibration and validation of the enhanced integrated climatic model for pavement design. Washington, D.C.: Transportation Research Board, 2008, 62 p.
8. Efmenko S.V., Kraevskii A.A., Churilin V.S. Osobennosti genezisa, sostava i svoistv glinistykh gruntov Zapadnoi Sibiri [Genesis, structure and properties of clay soils in Western Siberia]. Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. 2014. No. 2. Pp. 178-183. (rus)
9. Efmenko S.V., Badina M.V, Efmenko V.N. K obosnovaniyu territorial'nogo rasprostraneniya granitsy II-III dorozhno-klimaticheskikh zon v Zapadno-Sibirskom regione [Rationale for boundaries of climatic zones II—III in West Siberia]. Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. 2014. No. 5. Pp. 133—143. (rus)
