Развитие опасных экзогенных процессов на территории Республики Мордовия

Большинство природных явлений связано с процессами, протекающими в недрах на различной глубине, а также на земной поверхности. К ним относятся различного рода обвалы, оползни, разливы рек, подтопление территорий и другие процессы. Некоторые из них происходят медленно, другие – катастрофически быстро.

Общие черты рельефа изменяются, как правило, медленно. Быстро протекающие рельефообразующие процессы часто являются катастрофическими и приводят к существенным изменениям подземной гидросферы. Катастрофическим природным явлениям свойственна внезапность. Они трудно предсказуемы и поэтому опасны. В связи с этим необходимо определять возможность проявления тех или иных грозных природных явлений, устанавливать пространственные границы опасных зон во избежание создания там крупных инженерных объектов [1].

Изучая рельеф территории в целях прогноза развития опасных природных процессов, следует определять его ге-одинамическую устойчивость. Характеристика рельефа должна включать в себя количественную оценку как эндогенных, так и экзогенных процессов, которые изменяют положение дневной поверхности или нарушают структуру пород подземной гидросферы, что, в свою очередь, может стать причиной катастрофических изменений рельефа Земли [9].

Территория Республики Мордовия подвержена негативному воздействию природных и техногенных процессов, интенсивность которых возрастает с каждым годом. Наиболее опасными, приносящими значительный материальный ущерб республике, являются оползневые процессы и подтопление территорий поверхностными и грунтовыми водами.

Оползни и обвалы возникают тогда, когда природными процессами или людьми нарушается устойчивость склона. Сила связности грунтов или горных пород оказывается в какой-то момент меньше, чем сила тяжести, и вся земляная масса приходит в движение. Оползни могут разрушать отдельные инженерные сооружения и подвергать опасности населенные пункты. Они угрожают сельскохозяйственным угодьям, губят их и затрудняют обработку; создают опасность при эксплуатации карьеров и добыче полезных ископаемых. Оползни повреждают коммуникации, туннели, трубопроводы, телефонные и электрические сети; угрожают водохозяйственным сооружениям, главным образом плотинам [4]. Кроме того, они могут перегородить долину, образовывать временные озера и способствовать наводнениям.

Оползание происходит в рыхлых слабосцементированных породах вследствие того, что крутой и высокий склон по мере подрезания его рекой, водохранилищем теряет свою устойчивость, и значительные земляные массы крупными блоками начинают смещаться вниз по склону. Оползневое движение всегда связано с наличием грунтовых вод, а их обилие – необходимое условие оползания.

Для возникновения оползней наиболее благоприятны геологические условия, когда в основании оползневого склона залегают водоупорные пласты, а выше лежат водоносные породы [3].

Оползни могут быть вызваны действием разных факторов. Земная поверхность состоит, главным образом, из склонов. Некоторые из них устойчивы, другие в силу различных условий становятся неустойчивыми. Это происходит тогда, когда изменяется угол наклона откоса склона или если склон отягощен рыхлым материалом. Неустойчивости склона способствует и повышение обводненности грунтов, рыхлых отложений или горных пород. Вода заполняет поры и нарушает сцепление между частицами грунта. Межпластовые воды могут действовать подобно смазке и облегчать скольжение. Связность горных пород нарушается при замерзании и в процессе выветривания. Неустойчивость склонов обусловливается также изменением вида насаждений либо уничтожением растительного покрова [6].

На территории Республики Мордовия оползни приурочены к крутым склонам оврагов, балок и речных долин. Оползни широко распространены на платформенных равнинах, где они приурочены к берегам рек. Согласно фондовым материалам Управления природных ресурсов Республики Мордовия, всего было выявлено 1 377 проявлений оползневых процессов.

Другим опасным природным процессом является подтопление территорий подземными водами, формируемое первым от поверхности горизонтом грунтовых вод [2].

Мощность зоны аэрации в пределах существующих ландшафтов Мордовии изменяется от 0,1 до 43,8 м, уменьшение происходит от водоразделов к долинам рек и ручьев, распространено заболачивание. Наибольшее развитие процессов подтопления на территории республики приурочено к участкам высокого стояния уровня грунтовых вод (далее УГВ) – 2,0–2,5 м от земной поверхности, наиболее ярко представлены в пределах днищ долин, тем не менее распространены и в прирусловых частях [5].

В результате обобщения имеющихся материалов гидрогеологических съемок было установлено 4 вида водного режима: приречный, террасовый, склоновый и междуречный. На основе анализа карты глубины залегания УГВ, карты ландшафтов Республики Мордовия, а также фондовых материалов была составлена карта территорий вероятного подтопления. Недостаточность фактического материала, а именно: отсутствие режимных наблюдений за УГВ на территории Мордовии, отсутствие данных об использовании и хозяйственном освоении территории позволило лишь схематически оценить развитие процесса подтопления территории на общем региональном уровне.

Основу проведенных исследований составила информация о характере залегания УГВ в различных ландшафтных зонах рассматриваемой территории [8]. Здесь следует особо подчеркнуть наличие естественного подтопления, т. е. в природных условиях, когда УГВ находится на глубине до 2,5 м от земной поверхности и не связан с воздействием техногенного фактора, а также естественное природное заболачивание территории.

Совокупность действий естественных факторов подтопления предопределяет естественный водный режим территории и формирование искусственного водного режима в условиях инженерного освоения, приводящего к накоплению грунтовых вод и влаги в зоне аэрации, являясь причиной подтопления территорий. Согласно составленной карте, выявляются следующие территории вероятного подтопления:

– естественно подтопленные с глубиной залегания УГВ в пределах 0,0– 2,5 м;

– потенциально подтопляемые с глубиной залегания УГВ в пределах 2,5– 5,0 м;

– потенциально неподтопляемые с глубиной залегания УГВ в пределах 5,0–10,0 м;

– локально подтопляемые участки на неподтопляемых территориях с глу- биной залегания УГВ 10,0 м; здесь на естественные условия накладываются техногенные факторы.

Таким образом, все населенные пункты Республики Мордовия, попадающие в области с глубиной залегания УГВ 0,0–2,5 м, считаются подтопленными и требуют проведения защитных мероприятий. Населенные пункты, попадающие в области с глубиной залегания УГВ 2,5–5,0м, могут быть также частично подтопленными, но их следует отнести к потенциально подтопленным. Здесь целесообразны предупредительные мероприятия. Населенные пункты, попадающие в области с глубиной залегания УГВ более 5,0 м, для оценки потенциальной подтопляемости требуют специальных прогнозных расчетов [2].

В обосновании мероприятий по борьбе с подтоплением населенных пунктов большое значение имеет учет антропогенных воздействий на подземную гидросферу. Подтопление препятствует нормальной эксплуатации зданий и сооружений.

Способы борьбы с подтоплением застроенных территорий являются новым, специфическим направлением исследовательских работ. Они не унифицированы, не стандартизированы, не освещены в инструкциях, рекомендациях и руководствах. Отсутствие указанных документов приводит к субъективизму при проведении изысканий и к снижению качества работ [11].

Негативные последствия подтопления городов и промышленных предприятий вызваны рядом причин: недостаточностью и недоброкачественностью изысканий, обусловленными отсутствием соответствующих нормативных документов; отсутствием в отчетах рекомендаций по прогнозу УГВ и изменению физико-механических свойств грунтов, по защитным мероприятиям и др.; ошибками в проектировании, вызванными недоучетом природно-водохозяйственных условий; недоучетом природно-водохозяйственных условий при производстве строительных работ;

неправильной эксплуатацией застроенных территорий, приводящей к изменению гидрогеологических и инженерногеологических условий [14].

В результате интенсивной хозяйственной деятельности человека в городах под влиянием планировочных работ резко изменяется естественный рельеф, перемещается огромное количество грунтовых масс, засыпаются овраги и балки, что обусловливает формирование так называемого культурного слоя. Нередко перестраивается гидрографическая сеть. Перечисленные обстоятельства вынуждают закладывать для разведочных целей значительно большее число искусственных выработок, чем на объектах, на которых антропогенные явления отсутствуют. Однако на тех территориях, где ведется интенсивное строительство, при оптимизации объемов работ надо принимать во внимание возможность использования фактического материала по ранее пройденным выработкам, если его содержание и качество будут соответствовать задачам намечаемых исследований [10].

Для успешного выбора мероприятий, обеспечивающих целесообразную степень водопонижения, определяющую роль играют сведения о геологическом строении, гидрогеологических условиях и водно-физических свойствах грунтов объекта исследований. Детальные гидрогеологические исследования предусматривают также организацию наблюдений за режимом подземных вод. Наблюдения необходимо планировать на достаточно длительный период, чтобы по фактическим данным можно было проверить результаты расчетов прогноза подъема уровня антропогенных вод и эффективность построенного дренажа [13].

Наряду с повышением влажности грунтов за счет градиента температуры в процессе эксплуатации строений их влажность часто увеличивается в результате воздействия ряда других факторов: атмосферных осадков, утечек из канализаций, водопровода, сетей отопления и горячего водоснабжения, а также поливов растений, посаженных вблизи зданий, замачивания лессовых грунтов оснований через полосы зеленых насаждений и примыкающие к зданиям неисправные отмостки. В связи с этим ожидаемое воздействие указанных факторов должно учитываться в отчетах по изысканиям. В случае обводнения просадочных лессовых грунтов оснований в пределах активной зоны, формирующейся под влиянием веса строений, возникают осадки фундаментов [9]. Неравномерность замачивания и несущих свойств грунтов оснований, а также разные нагрузки, передаваемые отдельными конструктивными элементами строений, обусловливают неравномерность перемещения последних и как следствие – их деформации. Разработка рекомендаций по обеспечению устойчивости строений и сооружений – одна из задач изысканий [7].

В некоторых городах наблюдается спад уровня грунтовых вод. Несмотря на наличие большой инфильтрации, влияние откачки воды из нижележащих водоносных горизонтов в этом случае получается настолько большим, что равнодействующая обоих процессов оказывается направленной вниз. Снижение уровня первого от поверхности горизонта совместно с другими факторами (статическими и динамическими нагрузками, подземными подработками и др.) обусловливает оседание поверхности земли. Причина оседания заключается в возникновении дополнительного давления при снижении напоров подземных вод, равного весу столба воды, на который был уменьшен пьезометрический уровень.

Таким образом, отрицательные последствия нарушения водного баланса застроенных территорий, которые нужно учитывать в отчетах по изысканиям, составляют 3 основные группы: обусловливающие деформацию строений вследствие ухудшения несущих свойств грунта оснований фундамента; вызывающие затопление грунтовыми водами объектов различного назначения; способствующие активизации оползневых процессов. Способы борьбы с гидрогеологическими отрицательными последствиями строительства устанавливаются в зависимости от принадлежности последних к той или иной группе [12].

Для проектирования инженерной защиты конкретных населенных пунктов требуется проведение специальных изысканий, так как данный прогноз носит общий региональный характер.

СПÈСÎÊ ÈСПÎËЬЗÎВÀÍÍЫХ ÈСТÎЧÍÈÊÎВ

• 1.    Ананьев, В. П. Инженерная геология / В. П. Ананьев, А. Д. Потапов. – Москва, 2007. – 387 с.

• 2.    Белов, А. А. Геоэкологические аспекты взаимосвязи рельефа и подземных вод : (На примере Республики Мордовия) : дис. на соиск. учен. степ. канд. геогр. наук / А. А. Белов. – Смоленск, 2003.

• 3.    Белов, А. А. Антропогенное изменение рельефа на территории Мордовии / А. А. Белов // Актуальные вопросы архитектуры и строительства : материалы 12-й Междунар. науч.- техн. конф. – Саранск, 2013. – С. 473–478.

• 4.    Заварзин, Л. Г. О зависимости гидродинамической зональности подземных вод от механических напряжений / Л. Г. Заварзин // Давления и механические напряжения в развитии состава, структуры и рельефа литосферы. – Москва, 2007. – С. 47–52.

• 5.    Исаченко, А. Г. Ландшафтоведение и физико-географическое районирование / А. Г. Исаченко. – Москва : Высш. шк., 2001. – 366 с.

• 6.    Королев, В. А. Геоэкологическая оценка зон влияния инженерных сооружений на геологическую среду / В. А. Королев, С. К. Николаева // Геоэкология. – 2004. – № 5. – С. 25–37.

• 7.    Лукин, А. А. Опыт разработки методики морфоструктурногидрогеологического анализа / А. А. Лукин. – Новосибирск : Наука, 2003. – 112 с.

• 8.    Маккавеев, Н. И. Некоторые особенности эрозионно-аккумулятивного процесса / Н. И. Маккавеев // Эрозия почв и русловые процессы. – Москва, 1997. – Вып. 8. – С. 8–16.

• 9 .    Мещеряков, Ю. А. Рельеф и современная геодинамика / Ю. А. Мещеряков. – Москва : Наука, 2001. – 280 с.

• 10.    Полунин, Г. В. Экзогенные геодинамические процессы в гумидной зоне умеренного климата (физические аспекты экзогенных процессов) / Г. В. Полунин. – Москва : Наука, 2008. – 249 с.

• 11.    Поздняков, А. В. Развитие склонов и некоторые закономерности формирования рельефа / А. В. Поздняков. – Москва : Наука, 2006. – 112 с.

• 12.    Хортон, Р. Е. Эрозионное развитие рек и водосборных бассейнов / Р. Е. Хортон. – Москва : Изд-во иностр. лит-ры, 1998. – 158 с.

• 13.    Parker, F. Z. Thermal pollution consequences of the implementation of the presidents energy message on increased coal utilization / Parker F. Z. – Envison. Health. Perspect, 1979. – No. 33. – P. 303–314.

• 14.    Pelikan, V. Ochrana pogzemnich vod / V. Pelikan. – Praha : SNTL, Naklatelstvi technicke literatury, 1983. – 324 p.

Поступила 18.09.2014 г.

Об авторе :