CC BY
32
УДК 624.131.1
ЭКОЛОГО-ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕРРИТОРИИ ПРАВОГО БЕРЕГА НИЖНЕГО ДОНА В СВЯЗИ С РАЗВИТИЕМ ОПОЛЗНЕВЫХ ПРОЦЕССОВ
© 2009 г. Н.А. Скнарина
Южный федеральный университет, Southern Federal University,
344090, Ростов н/Д, ул. Зорге, 40, 344090, Rostov-on-Don, Zorge St., 40,
[email protected] [email protected]
Проведена эколого-геодинамическая оценка территории правого берега Нижнего Дона в связи с развитием оползневых процессов. Выделены территории по степени эколого-геодинамической нарушенности геосреды.
Ключевые слова: эколого-геодинамическая оценка, эколого-геологические условия, оползневые процессы, территория правого берега Нижнего Дона, нарушенность геосреды, техногенное воздействие.
Ecological and geodynamical estimation of the right bank of the Lower Don territory in relation with soil slips development was carried out. Territories according to the ecological and geodynamical designation of the environment are determined.
Keywords: ecological and geodynamical estimation, soil slips development, right bank of the Lower Don territory, designation of the environment, technogenic influence.
На современном этапе развития представления об эколого-геодинамической оценке территорий сформировались в 90-е гг. XX в. и являются одним из новых направлений геологического изучения недр в составе экологической геологии [1]. Эколого-геологические работы являются частью геоэкологических исследований, в рамках которой оцениваются вклад и влияние компонентов геологической среды на экологическое состояние, экологическую благоприятность для хозяйственного освоения тех или иных территорий.
Под эколого-геологическими условиями (обстановкой) следует понимать совокупность конкретных экологических свойств и функций литосферы, отражающих современное или палеосостояние условий жизнедеятельности живых организмов в данном объеме литосферы как среде их обитания [2].
Оценка изменений может проходить от места к месту или в пределах одного массива. Эколого-геологи-ческая обстановка может отслеживаться во времени и характеризовать ряд состояний объектов исследования.
Становление экологической геологии потребовало разработки оригинальной, новой понятийной базы. К числу новых принадлежат и понятия «эколого-геоди-намические условия», «состояние эколого-геодинами-ческих условий» [3], которые отражают свойство литосферы влиять на состояние биоты, безопасность и комфортность проживания человека через природные и антропогенные процессы и явления.
В условиях техногенеза и вследствие развития природных катастрофических процессов порой изменения происходят очень быстро, нередко практически мгновенно.
Наиболее часто изменение эколого-геодинамиче-ских условий связано с уничтожением растительного и почвенного покрова, изменениями рельефа и режима подземных вод, вибрационно-динамическими на-
грузками. Особенно ярко эти процессы развиты в населенных пунктах, расположенных на берегах р. Дон, а также по берегам Цимлянского и Пролетарского водохранилищ и Таганрогского залива, что приводит к техногенной активизации оползней в Ростове-на-Дону, Александровке, Аксае. Активизация старых и возникновение новых оползней и обвалов, процессов боковой эрозии происходит также в результате добычи стройматериалов на склонах долин, выемки песча-но-гравийных отложении из русел рек.
В настоящее время не имеется предпосылок к снижению уровня техногенного воздействия на эко-лого-геодинамическое состояние рассматриваемой части территории. Наметившееся в 90-е гг. XX в. снижение уровня техногенного влияния, связанное с экономическим спадом, ныне практически прекратилось. Развитые ранее участки загрязнения, находившиеся в течение десятилетия в условиях естественного восстановления природной, в том числе геологической, среды, вновь испытывают возрастающее антропогенное влияние. Создание на рассматриваемой части района новых крупных природно-технических систем, обусловленных расширением или сооружением крупных, в том числе протяженных, инженерно-технических объектов (трубопроводные системы, портовые терминалы, АЭС и др.), сопровождается формированием новых очагов загрязнения различного типа и зон нарушения гидродинамического и геодинамического состояния недр. Поэтому выявленные участки напряженного экологического состояния будут сохраняться и в дальнейшем.
Оценивая прогнозное изменение эколого-геоло-гических условий территорий распространения, следует указать, что существенное влияние на эколого-геологическую ситуацию в ближайшей перспективе будут оказывать два основных фактора:
- антропогенное влияние на геологическую среду, которое будет в дальнейшем вызывать загрязнение различного типа подземных вод и горных пород верхней части геологического разреза, оказывать негативное влияние на инженерно-геологическую устойчивость территорий вследствие изменения химизма грунтов, провоцировать активизацию, преимущественно локальную, различных типов ЭГП, что также является фактором ухудшения инженерно-геологических условий рассматриваемых территорий;
- изменение климатических условий, ответственных за гидродинамическое состояние недр, накладывающееся на антропогенное влияние.
Конечно, формирование оползневых процессов определяется многими факторами - как главными (литологическое строение, крутизна склона и т.п.), так и второстепенными (техногенное обводнение) [4].
Рассмотрим эколого-геологические условия области наиболее интенсивного развития оползней -правобережья р. Дон.
На территории Нижнего Дона оползнеобразование в лессовых грунтах описано в работах В.П. Ананьева, А.Е. Кубарева, Н.В. Воляника и В.И. Рево, К.А. Меркуловой, Н.М. Хансиваровой, Г.В. Войткевича, В.И. Коробкина, М.И. Черкасова, С.А. Пахомова и др. [5], а также в отчетах различных изыскательских организаций. В целом широкомасштабных исследований в этом направлении проводилось много, так как ущерб от оползней был значительный.
На оползневые процессы правобережья Нижнего Дона влияют следующие условия и факторы:
- рельеф и геоморфологическое строение территории;
- геологическое строение и инженерно-геологические свойства грунтов;
- гидрогеологические условия;
- климатические условия;
- техногенное воздействие на геологическую среду.
Черты рельефа и геоморфологического строения
территории определяют пространственную приуроченность оползней и масштабы оползневой поражен-ности территории. Оползнеопасными считаются склоны и откосы крутизной более 15° [4]. Это совместно с другими причинами обусловливает более широкие масштабы оползневой пораженности территории Нижнего Дона.
Инженерно-геологические характеристики лессовых грунтов оказывают определяющее влияние как на предрасположенность таких грунтов к оползнеобра-зованию, так и на механизм оползневого смещения.
Климатические и гидрогеологические условия территории определяют режим влажности массивов лессовых пород, что оказывает значительное влияние на прочностные характеристики последних. В сухом состоянии лессовые грунты способны образовывать даже устойчивые вертикальные откосы высотой до десятков метров, тогда как повышение влажности резко снижает их прочностные показатели. Угол внутреннего трения уменьшается в 1,5-2 раза, а сцепление - в 2-10 раз. Увлажнение подошвы лессовой толщи вызывает зарождение зон пластического течения, накопление напряжений и последующее смещение блоков грунта по увлажненному слою.
Участки с наибольшей пораженностью оползневыми процессами приурочены к населенным пунктам.
Широкое распространение оползни получили на правобережье р. Дон, от ст. Пухляковской до ст. Оль-ховки, где терраса шириной до 600-700 м сложена отложениями современных остановившихся оползней с отдельными участками активизаций. У ст. Раздор-ской причиной активизации оползневого процесса явился подмыв берега на излучине Дона у х. Виноградный. Вторичная генерация оползневого процесса произошла вследствие избыточного водонасыщения пород в результате полива садов, расположенных на старой оползневой террасе, и многочисленных утечек из водовода, расположенного на оползневом склоне.
Ряд оползней в г. Ростове и г. Аксае обязаны своим происхождением и активизацией инженерной и хозяйственной деятельности человека. Подрезка склонов при расширении железнодорожного полотна привела к образованию оползневых смещений в районе ст. Кизитеринка; работы по реконструкции Ростовского и Аксайского стекольных заводов (строительство, подрезка склонов, вибрация от большегрузных железнодорожных составов) также привели к активизации оползневых процессов. Нарушение гидрогеологического режима в результате утечек из несущих коммуникаций и подъема уровня грунтовых вод - причина образования оползня на плиоценовой террасе Дона в Кировском районе г. Ростова-на-Дону.
То есть формирование оползневых террас связано с особенностями геоморфологических условий в северной части долины Нижнего Дона - наличием регионального геоморфологического уступа правого берега долины р. Дон, к которому приурочена основная часть склоновых деформаций. На правобережье р. Дон оползневым процессам подвержен высокий (до 90-100 м) борт долины реки, где развиваются оползни скольжения, течения (пластические (консистентные), по И.А. Клевцову) и выдавливания (структурно-пластические, по И.А. Клев-цову) [6]. В смещения вовлекаются делювиальные и покровные суглинки, скифские и сарматские глины. Наиболее крупные оползневые массивы относятся к оползням блокового скольжения, морфометрические поверхности которых имеют «ярусный» вид, образующийся в результате последовательного вовлечения в смещение крупных блоков, поверхность которых вследствие неравномерности деформаций располагается на различных относительных отметках.
Таким образом, оползневыми районами, где в настоящее время активно происходят деформации, является Александровский (в пределах г. Ростова-на-Дону), Мелиховский и Пухляковский, Усть-Донецкий районы Ростовской области.
В г. Ростове-на-Дону крупные оползни начали появляться во второй половине XX в. Так, в восточной части города на территории нового жилого массива начал развиваться оползень в толщи лессовидных суглинков (плиоценовая терраса р. Дон). Толща имеет следующий геологический разрез: ярус верхнечетвертичных желто-бурых лессовидных суглинков, мощностью от 17 до 45 м; ярус среднечетвертичных бурых лессовидных суглинков, мощностью до 14 м; ярус нижнечетвертичных коричневато-бурых тяжелых лессовидных суглинков, мощностью 15 м. Лессовая толща залегает на скифских
глинах и содержит горизонт грунтовых вод. Из-за подтопления жилого массива в верхнечетвертичных лессовидных суглинках начал формироваться оползень с плоскостью скольжения на кровле яруса тяжелых суглинков. В суглинках верхней части склона возникли опасные для домов подвижки. Среднегодовые величины горизонтального смещения на Александровском оползневом участке изменяются от 0,18 до 0,51 м/г. при максимальных смещениях до 1,56 м/г. (1995).
Пухляковские оползневые склоны - ст. Пухляков-ская, ст. Мелиховская Ростовской области. Абсолютные отметки поверхности земли изменяются от 3 до 126 м. Наибольшие уклоны характерны для коренного склона долины к северу от х. Пухляковский. Коренной склон сложен делювиальными четвертичными суглинками, которые подстилаются плиоценовыми глинами и известняками-ракушечниками, залегающими на песках и глинах миоцена. Аккумулятивная терраса сложена пес-чанно-глинистыми отложениями. Склоны долины и балок поражены оползневыми процессами. Оползни структурно-пластические, многоярусные, детрузивные, консистентные, прогрессирующие с бугристой поверхностью. По форме - фронтальные, на склонах и вершинах балок - циркообразные. У активных оползневых тел до 5-6 оползневых террас с продольными и поперечными трешинами длиной до 3 м, а также трещины отрыва шириной 20-40 см и глубиной до 1 м. Наиболее активный оползень на Пухляковском оползневом склоне за 1998 г. сместился на 6 м в горизонтальном направлении. Оползневые массы надвинулись на здания, сооружения и инженерные коммуникации, часть которых деформирована и выведена из строя. Образовавшийся вал выпирания имеет высоту 2 м.
Существенный вклад в активизацию оползней Донской оползневой области вносит техногенное воздействие, ведущим фактором которого является техногенное обводнение склонов в результате как неконтролируемых утечек из водонесущих коммуникаций, так и избыточного полива частных сельскохозяйственных угодий.
Оценка изменений эколого-геологических условий оползневых склонов р. Дон проводится на основе данных предшествующих изысканий и наблюдений, проводимых сегодня. Нарушение равновесия оползневых склонов имеет как природные предпосылки, так и техногенное воздействие на геосреду. Одним из определяющих факторов оползнеобразования является обводнение делювиальных лессовых суглинков склонов (плиоценовая терраса Дона) и потеря ими прочностных свойств. Эти процессы давно служат объектом исследования, так как ущерб от оползней может быть значительным.
Для оценки влияния оползневых процессов на состояние эколого-геодинамических условий правобережья Нижнего Дона используются критерии, характеризующие изменения рельефа массива и качества геологического пространства. Они подразделяются на площадные (отношение нарушенной площади к ненарушенной или общей площади в %), энергетические (скорость, глубина и объемы вовлеченных в смещение пород) и динамические (темпы нарастания негативных нарушений). Оползни правобережья Нижнего Дона делятся на стабилизировавшиеся, временно стабилизировавшиеся и действующие. Они связаны или
с погребением под грунтовой массой людей, животных, растительности, инженерных сооружений, или со смещением, которое сопровождается нарушением ландшафта и деформацией сооружений, ведущей часто к их разрушению и жертвам. Поэтому в качестве критериев определения класса состояния эколого-геологических условий правобережья Нижнего Дона используют объем, глубину и скорость смещения оползневых тел. Так как на карте в качестве самостоятельного массива пород выделены определенные объемы оползневых тел, существенное значение с точки зрения экологических последствий может иметь степень их активности (доля площади с признаками оползневых подвижек, %).
На основе этих критериев проведена эколого-геодинамическая оценка территории правого берега Нижнего Дона в связи с развитием оползневых процессов на карте масштаба 1:200000. С учётом анализа и обобщения информации на исследованной территории выделены четыре территории.
Умеренно-опасные территории. Класс состояния эколого-геологичеких условий удовлетворительный [6]. Поражённость территории - менее 5 %; действующие оползни объемом не более нескольких десятков кубических метров, глубина смещения - до 5 м, среднегодовые величины горизонтального смещения -менее 0,5 м/г. Природные качества литосферы в благоприятном состоянии практически не изменены антропогенной деятельностью. Изменения возможны менее чем на 5 % площади территории, локальная деформация на глубину до 5 м. Повышение уровня грунтовых вод не выше критического значения. Слабый плоскостной смыв, реализованная суммарная просадка лессовых пород - менее 5 см. Склон представляет собой выположенную поверхность. Граница проведена по верхней бровке склона с учётом данных расчёта устойчивости склона и результатов геодезических наблюдений за деформационными знаками, по которым практически отсутствует вертикальное смещение. Его устойчивость может быть гарантирована при условии низкого уровня техногенного воздействия. Зона экологического состояния в норме, техногенная нарушенность практически отсутствует. Такие террасы распространенны практически на всем протяжении Нижнего Дона.
Опасные территории. Состояние эколого-гео-логичеких условий условно удовлетворительное. По-раженность территории - 5-25 %, действующие оползни объемом 102-103 м3, глубина смещения - до 20 м, скорость горизонтальных смещений - 0,5-1 м/г. Природные качества литосферы в относительно неблагоприятном состоянии или заметно ухудшены хозяйственной деятельностью человека. Повышение уровня грунтовых вод до 5-25 % от критического значения. В пределах склона наблюдаются протекающие эрозионные процессы, формирующие локальные базисы сползания, создающие неблагоприятную оползневую обстановку. Такими склонами являются правый и левый склоны р. Темерник г. Ростова-на-Дону, Донской склон в центральной части города, верховье балки Климова, мемориал «Змиевская балка», Константиновские и Николаевский склоны Ростовской области и друге склоны, имеющие локальные
очаги подвижек. Зона экологического состояния био-ты - риск, техногенная нарушенность ограничена. Относительно неблагоприятное состояние. Любое техногенное воздействие может привести к нарушению равновесия и переходу к весьма неблагоприятному состоянию. Устойчивость склона может быть обеспечена снижением уровня грунтовых вод, недопущением дальнейшей овражной эрозии, подрезок и пригрузок склона.
Весьма опасные территории (зона активных оползневых процессов). Класс состояния эколого-геологичеких условий неудовлетворительный. Пора-женность территории - 25-50 %, действующие оползни объемом 104-105 м3, глубина смещения - 50 м. Скорость горизонтального смещения - 1-3 м/г. Повышение уровня грунтовых вод до 25-50 % от критического значения. Природное качество литосферы находится в весьма неблагоприятном состоянии или существенно ухудшено антропогенной деятельностью человека на значительной площади. Возможны смещения, сопровождаемые нарушением ландшафта и деформацией сооружений, часто ведущей к их разрушению и жертвам. Сюда вошли территории: Пухля-ковские склоны (ст. Мелиховская, ст. Пухляковская, ст. Раздорская), оползневой участок района Александ-ровка, балки Кизитеринка г. Ростова-на-Дону, оползневой склон в г. Аксае.
Чрезвычайно опасные территории (зона действующих оползней). Состояние эколого-геологичеких условий катастрофическое. Пораженность - более 50 %, действующие оползни - объемом 106-107 м3, глубина смещения - более 50 м, среднегодовые величины горизонтального смещения - более 3 м/г. Геодинамические воздействия превышают пороговые значе-
ния и приводят к глубоким и необратимым последствиям. Катастрофическое оползание склона может произойти в любой момент. Отдельные участки на оползневых склонах от ст. Пухляковской до ст. Ольховской, в г. Ростове-на-Дону и г. Аксае. Зона экологического состояния - бедствие, техногенная нарушенность сильная.
Таким образом, проведенная оценка территории правого берега Нижнего Дона в связи с развитием оползневых процессов позволила выделить территории по степени эколого-геодинамической нарушенно-сти геосреды. Построена эколого-геодинамическая карта - принципиально новый тип экологических карт, характеризующих эколого-геологическую обстановку дающих обобщенное изображение состояния компонентов литосферы, отражающих ее экологические функции и свойства [7].
Литература
1. Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Экологическая геология. М., 2002. 415 с.
2. Трофимова В.Т. Теория и методология экологической геологии. М., 1997. 368 с.
3. Трофимова В.Т. Экологические функции литосферы. М., 2000. 432 с.
4. Попов И.В. Инженерная геология. М., 1959. 505 с.
5. Ананьев В.П. Оползни в г. Ростове-на-Дону // Материалы совещаний по вопросам изучения оползней и мер борьбы с ними. Киев, 1964.
6. Клевцов И.А. Оползни Северного Кавказа, их типы, условия образования и меры борьбы с ними // Оползни и борьба с ними : тр. Сев.-Кавк. науч.-практ. семинара по изучению оползней и опыта борьбы с ними. Ставрополь, 1964. С. 85 - 132.
7. Эколого-геологические карты / В.Т. Трофимов [и др.]. СПб., 2002. С. 132.
Поступила в редакцию_7 июня 2008 г.
