Геологические процессы в Волгоградской области

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Геологические процессы в Волгоградской области

Среди экзогенных процессов на территории города можно выделить геологические и вызванные деятельностью человека инженерно-геологические, или антропогенные, процессы. Выделяется также категория природно-антропогенных процессов, обусловленных совместным действием природных и антропогенных причин.

Экзогенные геологические процессы природного характера представлены выветриванием, речной эрозией и аккумуляцией, овражной эрозией, плоскостным смывом, озерной аккумуляцией, засолением, заболачиванием, суффозионно-просадочными процессами, оползанием, набуханием и усадкой.

К природно-антропогенным процессам отнесены изменения под влиянием деятельности человека эоловых процессов, изменение гидрологического режима рек, речной эрозии и аккумуляции, овражной эрозии, выветривания, заболачивания, засоления и оползания.

Антропогенные процессы представлены 5 группами, 12 классами и 27 видами в соответствии с классификацией, с некоторыми дополнениями.

Экзогенные геологические процессы природного характера

Выветривание, преимущественно физическое, является весьма распространенным процессом в связи с резко континентальным климатом. Мощность элювия, образовавшегося в течение верхнехвалынского голоценового времени на нижнехвалынских отложениях, достигает 3 м. В местах отсутствия элювия хвалынские глины сильно выветрелые, с образованием мелкообломочной (до глубины 0,5... 1,5 м) и глыбовой зон выветривания, распространенной ниже кровли глин на глубину 2,5...3 м. Скорость выветривания глин составляет 10... 15 см в месяц. Выветриванию хвалынских глин способствует их сильная набухаемость.

Речная эрозия и аккумуляция. Суммарная длина участков берегов Волга, подверженных боковой эрозии на отрезке Волгоград -- Астрахань, составляет 35 % от общей длины берега при среднегодовой величине отступания от 0,5 до 1,5 м.

Речная эрозия по берегам рек Волга и Ахтуба техногенно активизирована режимного поверхностного стока, зарегулированного Волжской ГЭС. Ежегодное отступание бровки правого берега р. Волга в черте Волгограда составляет в среднем 0,3... 0,5 м, достигая в отдельные годы 2,5 м, при протяженности размываемого берега около 30 км. Отступание бровки левобережья, сложенного аллювием Волго-Ахтубинской поймы, до 5,5...8,5 м/год (участок острога Крит). По р. Ахтуба отступание береговой линии от 0,3 до 1,6 м/год.

Речная аккумуляция является наибольшей в Волго-Ахтубинской пойме, расчлененной бесчисленными рукавами, протоками и ериками на ряд островов по всей ее ширине, достигающей 30 км. Аккумуляция дифференцирова: русловой аллювий представлен песками, старинный и озерный -- иловатыми супесями, пойменный -- песками с прослоями супесей и суглинков.

Овражная эрозия. Оврагообразование преимущественно развито на Волжском склоне Приволжской возвышенности и выражено каньонообразными оврагами и балками. Балки простираются от основания склона к водораззделу на расстояние от 3 до 16 км, достигая ширины 200 м; глубина эрозионного вреза оврагов по склонам балок от 5 до 20...30 м. Интенсивность роста оврагов 7... 10 м/год, густота овражно-балочной сети по правобережью достигает 2,2 км/км

Территория Волгограда на 48 % поражена овражной эрозией, интенсивность роста составляет 8 м/год. Способствующими развитию этого процесса факторами являются большие уклоны местности, преобладание легкоразмываемых горных пород (лессовых, песчаных) и сильные ливни.

Необходимо указать, что Приволжская возвышенность является вторым по значению районом интенсивной эрозии на Русской равнине.

В Прикаспийской низменности оврагообразование практически отсутствует, за исключением участков, обращенных к Волге и Ахтубе.

Плоскостной смыв, также как и овражная эрозия, в силу указанных выше причин характерен для Приволжской возвышенности, кроме того, развитию этого процесса способствует легкая выветриваемость майкопских и хвалынских глин. Смыв почвы, вызываемый неурегулированным стоком талых вод, достигает 4,2...5,5 т/га.

Озерная аккумуляция наблюдается в многочисленных озерах Волго-Ахтубинской поймы.

Заболачивание распространено в Бекетовской низине в южной части города, являющейся крупным очагом разгрузки ергенинского водоносного горизонта. Здесь же наблюдается проявление такого процесса, как континентальное засоление с образованием солонцов и солончаков, обусловленное интенсивным испарением подземных вод в условиях аридного климата.

Суффозионно-просадочные процессы, средой для развития которых являются лессовые породы валдайского, ательского и верхнехвалынско-голоценового возраста, а также облессованные хвалынские суглинки, выражаются в выщелачивании хлоридных, сульфатных и карбонатных солей и вымывании в глубину с нисходящими токами воды тончайших частиц пород в сочетании с просадочными явлениями. Хотя формы их проявления на территории города неизвестны в связи с антропогенными преобразованиями рельефа, в литературе имеются указания о распространении западин, микрозападин или степных блюдец на Ергенях, Приволжской возвышенности и Прикаспийской низменности.

Набухание и усадка в связи с широким распространением набухающих глин хвалынского горизонта, майкопской серии и волгоградской свиты палеогена в условиях аридного климата являются достаточно распространенными процессами. В природных условиях они носят сезонный характер, вызывая усадку жарким летом, а набухание дождливыми осенью и весной.

Оползание. Наиболее известны и неоднократно описаны в литературе оползни в долине Волги, связанные с хвалынскими глинами. Следует отметить, что в основном образование оползней здесь связано с деятельностью человека: из 112 оползней, произошедших в 1935--1981 гг., 90 имеют антропогенное и природно-антропогенное происхождение, и лишь 22 -- природное.

По механизму образования природные оползни подразделяются на три типа: оползни-потоки, оползни сдвига и разжижения. Другие типы оползней, как, например, выплывания, имеют антропогенное происхождение и будут рассмотрены ниже.

Оползни-потоки являются наиболее распространенным типом оползней в хвалынских глинах (16 из 23). Это неглубокие (максимум до 7...8 м) оползни, часто называемые оплывинами, образование которых связано с переувлажнением выветрелых трещиноватых разностей верхней части разреза хвалынских глин. Поверхность скольжения обычно приурочена к подошве водоносного горизонта, развитого в трещинах толщи глин. Примерами таких оползней являются оползни в районе стадиона «Монолит», на 10--11 км железной дороги Волгоград -- Краснодар, у оврага Большой Купоросный и др.

Древние погребенные оползни -- потоки, связанные с майкопскими глинами, -- были обнаружены при изысканиях и строительстве Волго-Донского судоходного канала (шлюз 3, канал 103, 104), на восточной окраине пос. Разгуляевка в западной части города, на Мамаевом кургане.

Реже встречаются оползни сдвига (5 оползней), которые захватываю: почти всю толщу шоколадных глин и вышележащих пород. Их форма фронтальная, реже циркообразная. Размеры отдельных оползней вдоль Волги достигают 400...500 м, а глубина захвата пород не превышает 20 м. Примерами таких оползней являются оползни 1954 г. на 10--13 км железной дороги Волгоград -- Краснодар.

К этому же типу относятся старые (100--200 лет) оползни, связанные. глинами царицынской свиты палеогена в долине Волги в северной части города: Лоташинский длиной 1250 м, Винновский (500 м) и Акатовский (850 м). Амплитуда смещения всех этих оползней составляла 15...20 м, причиной появления была интенсивная речная эрозия и увлажнение глин, по которым и произошло оползание.

Кроме вышеописанных оползней в Волгограде зарегистрирован оползень разжижения,характеризуемый большой скоростью смещения. Он произошел на 10-м километре железной дороги Волгоград -- Краснодар 12 июля 1941 г., когда в течение 30...40 минут в Волгу вытекло более полумиллиона кубометров грунта и образовался цирк площадью 5,6 га (длиной 260 м, шириной 220 м). Горловина оползня почти в 2 раза уже его верхней части. Оползнем были захвачены только разжиженные хвалынские глины и вышележащие породы, а подстилающие их хазарские пески не были затронуты. Причиной оползня явилась мгновенная потеря прочности хвалынских шоколадных глин, имеющих на этом участке максимальную мощность, высокую влажность и низкую прочность.

Эоловые процессы. Комплекс процессов, включающий развевание (дефляцию), перенос и аккумуляцию частиц горных пород, распространен на песчаных островах и осередках Волго-Ахтубинской поймы, в местах выхода на дневную поверхность песков ергенинской свиты, а также на почвах ряда пахотных угодий.

Способствующими развитию вышеописанных процессов факторами являются следующие.

Аридность климата, что препятствует зарастанию песчаных массивов и, вследствие низкой влажности воздуха, способствует ускорению отрыва песчаных частиц от массива.

Специфический ветровой режим, при котором ветры со скоростью более 4 м/с являются среднегодовыми, в летний период часто возникают вихревые смерчи, а количество дней в году с сильными ветрами, пыльными бурями колеблется от 15 до 25, достигая в отдельные годы 50...60 дней.

Характерной особенностью эоловых процессов в Прикаспии являются дефляция, перенос и аккумуляция не только мелких фракций нерастворимых пород, но часто также солей, в изобилии представленных в многочисленных солончаках и сорах Прикаспийской впадины. Например, при пыльной солевой буре, возникшей 18--22 апреля в Западном Казахстане и достигшей Поволжья (от Нижнего до Верхнего), в Прикаспии осел слой соли толщиной от 1...2 до 3...4 мм, состоящий из глауберовой и поваренной соли, солей магния, частичек кремния и гипса. Одна из пыльно-солевых бурь, возникшая под влиянием мощного ветра юго-восточного направления восточнее Гурьева в марте 1978 г., достигла Волгограда в виде пыльно-солевой мглы.

По данным Л.Б. Аристарховой, ежегодное выпадение солей в регионе составляет в среднем 47 т/км.

Эндогенные процессы, геологические процессы, связанные с энергией, возникающей в недрах твердой Земли. К Эндогенные процессы относятся тектонические движения земной коры, магматизм, метаморфизм горных пород, сейсмическая активность. Главными источниками энергии Эндогенные процессы являются тепло и перераспределение материала в недрах Земли по плотности (гравитационная дифференциация). При преобладании эндогенных процессов возникают преимущественно крупные - структурные формы рельефа суши, дна морей и океанов. Образование крупнейших (планетарных) форм связано также с силами космического характера - вращением Земли, солнечно-лунным притяжением и др.

Эти процессы на равнинах проявляются в виде слабых вертикальных тектонических движений, общих для обширных площадей; многообразие их рельефа связано с поверхностными процессами. На них тоже влияют тектонические движения: на поднимающихся участках преобладает денудация, или процессы разрушения, а на понижающихся -- аккумуляция, или накопление.

Гравитационная дифференциация ведет к расслоению Земли на геосферы разной плотности. На поверхности Земли она проявляется также в форме тектонических движений, которые, в свою очередь, ведут к тектоническим деформациям пород земной коры и верхней мантии; накопление и последующая разрядка тектонических напряжений вдоль активных разломов приводят к землетрясениям.

Тектонические деформации, изменение формы залегания, объёма, внутренней структуры и взаимного расположения тел горных пород под действием глубинных сил Земли, порождающих в земной коре условия местного направленного или всестороннего растяжения, сжатия или сдвига. Наиболее четко Тектонические деформации проявляются в осадочных, вулканических и метаморфических горных породах в виде различных складчатых и разрывных нарушений их первично горизонтального залегания; в магматических породах и кристаллических сланцах Тектонические деформации приводят к переориентировке или перекристаллизации слагающих их минералов. Классификация тектонических деформаций построена главным образом на основе изучения слоистых толщ горных пород; выделяются складчатые и разрывные.

Складчатость -- результат остаточной (пластичной) деформации горных пород, когда тектонические напряжения превосходят их предел упругости; разрывы происходят вследствие разрушения горных пород, когда тектонические напряжения превосходят их предел прочности.

Оба вида глубинных процессов тесно связаны: радиоактивное тепло, понижая вязкость материала, способствует его дифференциации, а последняя ускоряет вынос тепла к поверхности. Предполагается, что сочетание этих процессов ведёт к неравномерности во времени выноса тепла и лёгкого вещества к поверхности, что, в свою очередь, может объяснить наличие в истории земной коры тектоно-магматических циклов (см. Тектонические циклы). Пространственные неравномерности тех же глубинных процессов привлекаются к объяснению разделения земной коры на более или менее геологически активные области, например на геосинклинали и платформы.

Платформа один из главных типов структурных элементов земной коры (литосферы); крупные (несколько тыс. км в поперечнике), относительно устойчивые глыбы коры выдержанной мощности, характеризующиеся очень низкой степенью сейсмичности, специфической вулканической деятельностью и слабо расчленённым рельефом земной поверхности. В общем развитии платформа продолжающиеся многие сотни млн. лет, различают крупные стадии: становления, или кратонизации, с общим поднятием; авлакогенную с образованием грабенообразных прогибов; плитную с опусканием, накоплением осадочного чехла и формированием синеклиз и плит; общего воздымания с частичным размывом чех

С эндогенными процессами связано формирование рельефа Земли и образование многих важнейших полезных ископаемых.

Природно-антропогенные процессы и явления

К этим процессам относятся геологические процессы, количественно и качественно измененные деятельностью человека.

Изменение речной эрозии и аккумуляции связано с изменением гидрологического режима Волги (амплитуда колебания уровня воды в паводок составляет 6,3...7,8 м, суточные колебания уровня воды в межень, связанные с работой ГЭС, составляют 1,5...2,0 м), сокращением живого сечения русла при строительстве берегоукрепительных, причальных, спортивных и других сооружений (например, в районе Волгограда бровка набережной выдвинута в русло на 50... 100 м), влиянием волн от речного флота (в том числе и маломерного) и другими факторами. В этих условиях происходит активизация эрозионных процессов, достигающая средней скорости отступания береговой линии 45...50 и даже 60 м/год. Размытый материал откладывается ниже по течению, образуя косы и острова, скорость роста которых достигает 50 м/год.

Овражная эрозия претерпевает под влиянием антропогенных факторов изменения различной направленности. При общей тенденции усиления эрозионных процессов под влиянием деятельности человека в отдельных городских районах отмечается обратный процесс, связанный с ликвидацией овражно-балочной сети.

На городских территориях рост оврагов обусловлен в основном неупорядоченным сбросом ливневых вод и различными утечками -- например, на Мамаевом кургане и ряде других мест. Вместе с тем на территории Волгограда овражная эрозия значительно уменьшилась в результате засыпки и замыва многих оврагов, вследствие чего общая протяженность овражно-балочной сети снизилась с 205 до 120 км, а коэффициент эрозионной расчлененности уменьшился с 1,44 до 0,813 км/км² [15]. Следует отметить, что этот положительный аспект снижения интенсивности овражной эрозии сопровождается уменьшением дренированности территории почти в два раза и, как следствие этого, подъемом уровня грунтовых вод.

Активизация выветривания антропогенного характера в подавляющем большинстве случаев связана с вскрытием горных пород при земляных работах, неизбежном при любом виде строительства. Особенно подвержены выветриванию хвалынские и майкопские глины, превращающиеся в стенках котлованов, траншей, откосов и т.д. в сравнительно короткий срок в мелкообломочную, осыпающуюся массу. Усиление выветривания взаимосвязано с такими антропогенными процессами, как набухание, а также овражной эрозией. Например, в двух антропогенных оврагах на Мамаевом кургане набухающие майкопские глины в результате выветривания превращены в мелкообломочную легкоразмываемую породу, активно подвергающуюся эрозии, а развитие эрозии влечет за собой обнажение и выветривание все новых массивов пород.

Активизация заболачивания отмечается в Бекетовской низине Волгограда, где этот природный процесс ускорен ликвидацией двух естественных дрен -- балки Отрада и Бекетовского оврага. По этой же причине здесь активизировано засоление пород в летнее время под влиянием интенсивного испарения влаги.

Активизация оползневых процессов связана с изменением физического состояния пород при их увлажнении в результате освоения территории распространения хвалынских шоколадных глин и одновременной подрезкой основания склона в период паводка на Волге и ее притоках (р. Мокрая Мечетка). Чем выше и продолжительнее паводок, тем значительнее активизация оползневых процессов.

Мелкие оползни-потоки (25 оползней) захватывают только верхнюю часть берегового откоса. Их длина изменяется от 10...30 до 80 м, а ширина -- от 80 до 180...200 м.

Наибольшее развитие эти оползни получили в крутой излучине Волги на 12--13 км железной дороги Волгоград -- Краснодар. Здесь к бровке откоса близко подходят дома частной застройки с поливными приусадебными участками, промышленные предприятия и полотно железной дороги. Как и на других участках, здесь в результате освоения формируется верховодка, вызывающая увеличение влажности пород, набухание и снижение прочностных характеристик глин. Размыв старых оползневых накоплений у подножья склона и подмыв коренного берега обуславливает образование новых и активизацию старых оползней. Примером этих оползней являются оползни 1955--1957 гг. с последующими периодически повторяющимися подвижками в последующие годы. В настоящее время многие из этих оползней ликвидированы.

Аналогичные оползни встречаются в Тракторозаводском, Красноармейском районах. Так, например, в Тракторозаводском районе в 1964 г. произошел оползень в районе яхтклуба, в результате чего было разрушено здание клуба и лестница к лодочной станции.



2. Геологическое строение

геологический антропогенный тектонический

В геологическом строении Мамаева кургана принимают участие палеогеновые, неогеновые и четвертичные отложения.

Палеогеновая система представлена царицынской, бучакской (мечеткинской), киевской и майкопской свитами.

ЦАРИЦЫНСКАЯ СВИТА (Pg2tz)

Царицынская свита располагается на большой глубине и выходит на поверхность лишь в нижней части береговых обрывов р. Волги.

Царицынская свита, сложена морскими осадками, представленными в основном песчано-алевритовыми породами, т.е. породами промежуточными между песками и песчаниками, а так же песками, песчаниками, алевритами и аргиллитами. Общая мощность ее несколько десятков метров, кровля этой свиты находится на Мамаевом кургане на глубине порядка 95 м, считая от наиболее возвышенной его части.

БУЧАКСКАЯ СВИТА (Pg₂^bch)

Бучакская свита развита повсюду, начиная от берега р. Волги и слагает нижнюю половину склонов Мамаева кургана. С вышележащей киевской свитой она связана постепенным переходом, поэтому граница между этими двумя свитами проводится условно по литологическим признакам: при смене песчано-алевритовых бучакских пород киевскими глинами. Морские отложения бучакской свиты представлены преимущественно песчано-алевритовыми породами с подчиненными прослоями песчаника и глин; мощность последних обычно измеряется несколькими дециметрами и редко достигает до 1-2 м, мощность же песчаников в большинстве случаев около 0,5м. Песчано-алевритовые породы представляют собой породы промежуточные между песками и песчаниками. Они сложены в основном зернами кварца и глауконита и имеют слабые жесткие связи, обусловленные опалом, цеолитами, глинистым веществом и т.п. Цементация пород слабая и неоднородная. Местами они переходят в уплотненные пески.

Там, где бучакские отложения залегают вблизи от поверхности, в них появляются трещины выветривания, но на больших глубинах под вершиной Мамаева кургана породы достаточно монолитны и трещиноватость в них выражена слабо.

Общая мощность бучакской свиты порядка 60 м. Залегает бучакская свита спокойно, горизонтально со слабым уклоном в сторону Волги.

КИЕВСКАЯ СВИТА (Pg₂^KV)

Киевская свита развита в пределах Мамаева кургана западнее, выходя на дневную поверхность в средней части его склонов и в пониженных местах седловины. Верхняя граница ее, являющаяся границей размыва, хорошо маркируется включениями мелких черных фосфоритов в подошве вышележащей майкопской серии. Имеет такой же слабый уклон в сторону Волги.

Киевская свита сложена зеленовато-серыми песчанистыми твердыми глинами, содержащими линзочки песка. Мощность киевской свиты 8-9 м; отметки ее кровли в пределах Мамаева кургана от 94 м до 88 м.

МАЙКОПСКАЯ СЕРИЯ (Pg₃^mkp)

Вышележащая майкопская серия, осложнена характерными зеленовато-темносерыми глинами, в наибольшей степени развита на вершине Мамаева кургана, выклинивается в наиболее пониженных местах седловины и в виде маломощного слоя сохранилась под четвертичными отложениями на склоне западнее седловины. Майкопские отложения представлены зеленовато-темносерой плотной твердой или полутвердой слоистой глиной.

Толща майкопских глин по степени их выветривания, нарушенности и т.д. разделена на несколько слоев. Границы их приблизительны и условны.

Мощность майкопских глин на Мамаевом кургане достигает максимум 27м. В районе Веселой балки мощность майкопских глин достигает там 90м.

НЕОГЕНОВЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ(N₂)

Представлены неогеново-четвертичными песками различной крупности. Преобладают мелкие, сменяющиеся пылеватыми. Встречаются прослои песков средней крупности, а также крупных. В песках наблюдаются включения гравия, гальки, кусков песчаника и глиняных катунов.

Неогеново-четвертичные глины имеют зеленовато-серую, серую и темно-серую окраску и характеризуются тонкой слоистостью, проявляющейся по тонким прослоечкам светлого, мучнистого песка.

Неогеново-четвертичные отложения представляют собою континентальные осадки древней гидрографической сети, отложения древних балок, оврагов и т.п. Мощность описанных отложений колеблется в очень широких проделах и измеряется несколькими десятков метров. В вертикальных сечениях пески прослеживаются на глубину до 20 м.

ЧЕТВЕРТИЧНАЯ СИСТЕМА (Q)

На территории Волгограда отложения четвертичной системы почти сплошным чехлом покрывают породы неогена. Ими сложены пойменная и надпойменная террасы. По условиям отложения они делятся на морские континентальные, а по возрасту на нижнечетвертичные, среднечетвертичные, верхнечетвертичные и современные. Этим отделам соответствуют стратиграфические единицы: бакинская свита /Q_Ib/, хазарская свита /Q_IIhz/, хвалынская свита /Q_IIIhv/ и современные образования /Q_IV/.

БАКИНСКАЯ СВИТА представлена светло-коричневыми и красно-бурыми, реже серыми песчаными глинами и суглинками со значительным содержанием рассеянных по породе сульфатов и карбонатов. Породы бакинской свиты встречаются в основании второй надпойменной аккумулятивной террасы на Мокрой Мечетке и вскрыты скважинами на склоне Ергеней юго-восточнее балки Отрадной. Мощность их обычно небольшая, но в депрессиях южной части города достигает 20 м.

ХАЗАРСКАЯ СВИТА представлена разнообразными породами. Среди них глины аллювиального происхождения, песчаные глины, суглинки и супеси. Отложения хазарской свиты распространены по берегу Волги и в устьях древних долин и балок. Ими сложена нижняя половина второй надпойменной террасы, заполнены древние овраги в палеогеновых отложениях эрозионно-абразионной террасы. Отложения хазарской свиты имеют невыдержанную мощность от 0 до 25 м.

ХВАЛЫНСКАЯ СВИТА сложена толщей песчано-глинистых осадков морского происхождения. Наибольшее развитие имеют глины жирные тонкослоистые шоколадного и местами зеленовато-серого оттенков. В верхней части толщи и при удалении от берега Волги глины замещаются песками с прослойкой глин и чистыми мелкозернистыми песками темно-желтого и зеленовато-серого цветов. Глины сильно засорены хлористым натрием и калием, гипса и гидрокарбонатами. Отложения хвалынской свиты в северной половине района распространены на берегу Волги в виде бухточек и в устьях долин и балок, образуя вторую надпойменную, аккумулятивную часть террасы. Мощность хвалынских отложений колеблется от 0 до 23 м, из них глины в береговом обрыве занимают 13-18 м.

СОВРЕМЕННЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ представлены аллюво-делювиальными и озерно-болотными образованиями. Аллювий состоит преимущественно из песков мелкозернистых, местами иловатых и глинистых, с прослойками и линзами супесей, суглинка и песчаной глины. Песчаным аллювием сложена пойменная терраса Волги, а песчано-глинистым - пойменные террасы долин и балок. Мощность от 0 до 20 м. Делювиальные отложения представлены преимущественно суглинками, реже супесями и пылеватыми песками. Мощность делювия 2-6 м. Озерно-болотные и пролювиальные отложения распространены в низине второй надпойменной террасы и в выносах оврагов и балок южной части района /пос. Бекетовка/. Представлены они преимущественно глинами песчано-иловатыми и суглинками коричневато-бурыми с включением органических остатков и большим содержанием солей. Мощность озерно-болотных отложений не превышает 5-6 м.



3. Геологические процессы

Оврагообразование

Оврагообразование как геологический процесс. Главную роль в их возникновении играют поверхностные потоки, выполняющие 3 основных функции:

1. Размыв горных пород в русле, углубление оврага и расширение его днища.

2. Стимулирование гравитационных процессов на склонах и в вершине оврага под влиянием глубинной и боковой эрозии.

3. Вынос из оврага продуктов разрушения эрозионными и склоновыми процессами.

Большую роль играют и другие процессы - гравитационные, солифлюкция, суффозия.

Динамика роста длины и объема, формирование продольного профиля зависит от: глубины базиса эрозии, длины, крутизны и формы склона, площади водосбора

Овраг растет в длину и достигает максимум ее зачастую при меньшем базисе эрозии. Скорость роста объема оврага при большом базисе эрозии больше, чем при малом. Но это не характерно в начале процесса оврагообразования.

Влияние длины склона: средние скорости линейного роста на длинных склонах больше, чем на коротких. Но так же - чем дольше процесс - тем больше зависимость. Объем оврага на первом этапе на коротком склоне растет быстрей. На втором этапе меняется и объем растет быстрей на коротком склоне.

Скорость роста объема на всех этапах выше при более крутых склонах. На начальном этапе превышение 2 - 3-х кратное. В среднем 10 - 15-кратное. Средние скорости линейного роста оврагов за весь период не зависят от формы склона и уменьшаются с уменьшением среднего уклона. Но в ходе развития оврага наблюдается следующая закономерность: при одинаковой средней крутизне скорость роста на выпуклом склоне на коротком первом этапе в 2 - 3 раза выше, а в течение всего последующего времени вдвое ниже, чем на прямом склоне. При этом продолжительность первого этапа растет с уменьшением уклона. Средние скорости роста объема оврага на выпуклом склоне значительно выше, чем на прямом, и тем больше, чем меньше средняя крутизна склона, на всех этапах.

Влияние площади водосбора на скорость роста длины и объема оврага изучалась на модели. В течение первых 10 % общего времени опыта скорости на больших водосборах примерно вдвое выше скоростей на малых водосборах, затем они выравниваются. В дальнейшем от 30 до 50 % времени с начала оврагообразования соотношение меняется на обратное. Во второй половине жизни оврага скорости линейного роста на водосборах разной площади выравниваются. На всех этапах объем оврага при больших площадях водосборов растет быстрей, чем при малых. При этом рассматриваемое двукратное увеличение площади лишь в начале оврагообразования дает 10-кратное превышение скорости. В дальнейшем на всех этапах жизни оврага и в среднем за весь период оврагообразования скорость роста объема на большом водосборе в 3 - 4 раза выше, чем на малом. Наиболее характерны в развитии оврага по всем параметрам 4 этапа:

Этапы оврагообразования

1. Имеет продолжительность до 2 % времени выработки продольного профиля оврага (предельного возраста оврага). Скорости роста длины и объема оврага достигают максимальных, превышая средние за время опыта значения длины в 20 - 30 раз, объема - в 2 - 3 раза. Длина оврага при самом неблагоприятном сочетании морфологических условий (при максимальной крутизне склоне) достигает 15 %, а при благоприятных (при большей длине склона) - 70 % своей предельной длины. Объем же соответственно только 0,5 и 15 %.

2. До 10 - 20 % времени от начала. Скорость линейного роста оврага приближается к средней, но длина оврага уже достигает 95 % предельной, в то время, как объем оврага составляет только 15 - 50 % своего предельного значения.

3. До 50 % от предельного возраста. Скорость линейного роста оврага становится ниже средней (при минимальной крутизне склона в 10 раз). Скорость роста объема оврага при минимуме площадей водосборов и крутизны склона близка к средней, в большинстве же других условий водосбора в десятки раз превышают среднюю. Длина оврага к этому времени только на пологом прямом склоне достигает 85 % предела, во всех же остальных случаях приближается к пределу. Объем оврага достигает 50 - 75 % предельного.

4. Самый продолжительный, до предельного возраста оврага. Линейный рост оврага почти полностью прекращается. Объем же еще долго и достаточно интенсивно растет, увеличиваясь к концу периода по сравнению с концом третьего периода на пологих склонах почти вдвое, а при других морфологических условиях водосбора - на 25 - 30 %.

Антропогенные и естественные овраги

Наиболее заовраженные зоны - в пределах степной и лесостепной зоны. Это характерная особенность этих зон, связанная со специфичными природными условиями, прежде всего широким распространением легкоразмываемых покровных отложений, интенсивными ливнями и снеготаянием. Но эти факторы местами блокируются в естественных условиях растительностью и почвенно-дерновым покровом, и разрушение этого при освоении приводит к поражению эрозией.

Причинами оврагообразования без участия человека могут служить глубокие изменения природных комплексов на отдельных участках и обширных пространствах, вызываемые естественными изменениями метеорологии и рельефа. Основные факторы в современных условиях, способствующие естественному оврагообразованию - 1. отсутствие или слабое развитие растительности, характерное для арктической и зоны пустынь и полупустынь, 2. периодические и случайные экстремальные изменения метеорологических условий, сопровождающиеся резким усилением стока, 3. образование на земной поверх-ности трещин различного генезиса, разрывающих дерновый покров с обнажением грунтов и способствующих концентрации стока и линейной эрозии, что характерно для пустынь и арктической зоны, для гор и локально - для других природных зон на участках интенсивного развития гравитационных и некоторых других экзогенных процессов, 4. Размыв задернованных склонов речных долин, а также берегов морей, ведущий к увеличению крутизны и дренированию обширных замкнутых западин на водоразделах, 5. Развитие суффозии и термокарста соответственно в южных и северных районах.

Везде распространены современные естественные овраги на подмываемых склонах долин (речных). Так в долинах Оби, Енисея есть короткие крутостенные V-образные с по-рожистым руслом размывы глубиной 10 и более метров, длиной в несколько десятков метров. В вершинах их нет признаков роста, но на склонах при подрезке устьевых частей речными потоками происходит оползание дернины вместе с лесом. В результате склоны обнажаются и овраги приобретают вид постоянно растущих эрозионных форм.

Имеется карта плотности оврагов на европейской части СССР (равнинная территория). Выделены безовражная, с редким островным распространением оврагов и с широким распространением оврагов зоны. В последней выделены районы с очень низкой, низкой, средней, высокой и очень высокой плотностью оврагов. Самарская обл. находится в зоне широкого распространения оврагов. На западе - высокая плотность, на севере - низкая плотность, на юге, востоке - средняя плотность. Наибольшая густота оврагов - в междуречье Дона и Волги.

Главную роль в большом количестве оврагов авторы отводят земледельческому освоению территорий в прошлом, сопровождавшемуся разрушением природного противо-эрозионного комплекса, прежде всего естественной растительности. Благоприятные геоморфологические, климатические и гидрометеорологические условия степной и лесостепной зон способствовали эрозии.

Оценка факторов овражной эрозии

Для оценки подверженности территории эрозии надо учитывать гидрологические, геоморфологические и гидрометеорологические факторы оврагообразования. Основными морфометрическими факторами оврагообразования являются длина, уклоны и форма склонов, а также величины местных базисов эрозии. Существуют карты этих величин. В северной части СССР склоны более короткие (наиболее распространены средней длины 200 - 400 м, также много склонов менее 200 м). В южной части самые длинные склоны (более 2 км) расположены на плоских низменных равнинах - Прикаспийской, Причерноморской и др.; длинные склоны (800 - 2000 м) приурочены к волнистым равнинам, сыртам; склоны длиной 600 - 800 м характерны для возвышенностей (Среднерусской, Приволжской и др. Склоны длиной 200 - 400 м встречаются на юге очень редко.

Карта углов наклона равнинных территорий европейской части СССР позволяет выяснить региональные закономерности: 1. возвышенности имеют преимущественно углы наклона в диапазонах 3 - 6 и 6 - 12 0; 2. наиболее глубокие врезы наблюдаются по долинам рек; 3. минимальные уклоны ниже 1 приурочены к низменностям: Полесской, Окско-Донской, Прикаспийской.

На схеме районирования равнинной территории европейской части СССР по глубине эрозионного расчленения выделенные районы характеризуются двумя цифрами: среднеминимальной, соответствующей глубине вреза небольших речек, и максимальной глубине вреза крупных рек. Районы с различной глубиной эрозионного расчленения выделялись по преобладанию в них площадей определенной глубины расчленения. Малые глубины расчленения (до 25 м) приурочены к обширным низменностям и низинам: Прикаспийской, Приднепровской, Причерноморской, низменностям Северо-Запада и занимают около 25 % площади равнинной территории европейской части СССР. Около 60 % равнинной территории занимают поверхности среднего расчленения (50 - 75 м), приуроченные к возвышенностям, грядам, увалам, плато, реже - к расчлененным частям волнистым равнин и низменностей. Районы глубокого эрозионного расчленения занимают около 15 % территорий. Это районы наиболее значительных возвышенностей: Волыно-Подольской, Приволжской, Донецкого кряжа.

Литологический фактор оврагообразования оценивается средними допускаемыми неразмывающими скоростями. Имеется карта, где выделено 10 категорий пород, различающихся величиной размывающей скорости. В Самарской области это известняки и песчаники, неразмывающая скорость (донная, в пределах овражных врезов) - 3 - 7 м/сек. Пески, слитые суглинки имеют скорость 0,3 - 1 м/сек, скальные породы - 16 - 25.

Среди гидрологических показателей важное значение имеют расходы дождевого и талого стока в створах малых водосборов одинакового процента обеспеченности. Расход дождевой воды увеличивается с севера на юг (1 - 12 м3/с, в среднем около 4), зависит от рельефа, климата, почв, растительности. Расход талой воды также растет, максимум - в степных районах в связи с высокой интенсивностью снеготаяния (0,5 м3/с - 2,5 м3/с).

Меры по защите

Борьба с оврагообразованием является более трудной задачей. В начальной стадии развитие оврага может быть приостановлено выравниванием промоин и рытвин, восстановлением растительного покрова и организацией ливпестоков. На следующей стадии, когда овраг растет путем вреза в массив склона, а разрушение территории усиливается обвалами и осыпями его бортов, прибегаю к устройству укрепленных запруд -- перепадов с целью приостановления донного размыва. В третьей стадии продольный профиль дна оврага выравнивается и поэтому донный размыв прекращается. Вместе с тем усиливается боковой размыв бортов. Интенсивное разрушение последних происходит путем образования осыпей, обвалов, а в некоторых случаях и оползней. Защиту склонов от разрушения осуществляют путем устройства пле ней с земляной забивкой и древесным насаждением. Борьба оползнями возможна с помощь более сложного комплекса мероприятий, включающего защиту бортов оврага от разрушающих сил подземных вод.

ОПОЛЗНИ

ОПОЛЗНИ, скользящее смещение масс горных пород вниз по склону под влиянием силы тяжести. Возникают вследствие подмыва склона, переувлажнения (особенно при наличии чередования водоупорных и водоносных пород), сейсмических толчков и др.

ОмПОЛЗНИ, скользящее смещение масс горных пород по склону под влиянием силы тяжести; наносят большой ущерб сельскохозяйственным угодьям, промышленным предприятиям, населенным пунктам. Иногда оползни сопровождаются гибелью людей и животных.

Причины возникновения оползней

Оползни -- обычное явление в тех местностях, где активно проявляются процессы эрозии склонов. Они происходят в том случае, когда массы породы, слагающие склоны гор, теряют опору в результате нарушения равновесия пород, вызванного подмывом водой, ослабления прочности пород при выветривании и переувлажнении осадками и подземными водами, вследствие сейсмических воздействий, а также строительной и хозяйственной деятельности, проводимой без учета геологических условий. Крупные оползни возникают чаще всего в результате сочетания нескольких таких факторов: например, на склонах гор, сложенных чередующимися водоупорными (глинистыми) и водоносными породами (песчано-гравийными или трещиноватыми известняками), особенно если эти пласты наклонены в одну сторону или пересечены трещинами, направленными по склону. Почти такую же опасность возникновения оползней таят в себе создаваемые человеком отвалы пород вблизи шахт и карьеров. Разрушительные оползни, движущиеся в виде беспорядочной груды обломков, называют камнепадами; если блок перемещается по некоторой ранее существовавшей поверхности как единое целое, то оползень считается обвалом; оползень в лессовых породах, поры которых заполнены воздухом, приобретает форму потока (оползень течения).

Прогноз и контроль развития оползней

Для прогноза и контроля развития оползней проводят детальные геологические исследования и составляют карты, на которых указаны опасные места. Первоначально при картировании методами аэрофотосъемки выявляют участки скопления обломочного оползневого материала, которые на аэрофотоснимках проявляются характерным и очень четким рисунком. Определяются литологические особенности породы, углы склона, характер течения подземных и поверхностных вод. Ведется регистрация движения на склонах между опорными реперами, вибраций любой природы (сейсмических, техногенных и т. п.).

Меры по защите

Если вероятность возникновения оползней велика, то осуществляются специальные мероприятия по защите от оползней. Они включают укрепление оползневых склонов берегов морей, рек и озер подпорными и волноотбойными стенками, набережными. Сползающие грунты укрепляют сваями, расположенными в шахматном порядке, проводят искусственное замораживание грунтов, высаживают растительность на склонах. Для стабилизации оползней в мокрых глинах проводят их предварительное осушение методами электроосмоса либо нагнетанием горячего воздуха в скважины. Крупные оползни можно предотвратить дренажными сооружениями, перекрывающими путь поверхностным и подземным водам к оползневому материалу. Поверхностные воды отводятся канавами, подземные -- штольнями или горизонтальными скважинами. Несмотря на дороговизну этих мероприятий, их осуществление дешевле, чем ликвидация последствий произошедшей катастрофы.

Заболачивание

Существует определенное зональное распределение этих гидрологических факторов. Так, в тундре и лесотундре З.п. происходит, главным образом, под влиянием поверхностных вод -- атмосферных, наливных, склоновых и русловых вод. В средней и южной тайге в заболачивании почв активное участие принимают как поверхностные, так и грунтовые воды.

В лесостепной и степной зонах абсолютно преобладает заболачивание грунтовыми водами. Влияние антропогенного заболачивания может рассматриваться как действие одного из этих пяти гидрологических факторов.. Кроме перечисленных гидрологических причин З.п. это явление может возникать в результате действия биогенного фактора, связанного, главным образом, с рубками леса и резким сокращением расхода воды на десукцию. Биогенное заболачивание почв широко распространено севернее южной границы среднетаежной подзоны. Оно характеризуется определенной (80--100 летней) цикличностью, обусловленной естественной сменой растительных ценозов. Постепенно происходит восстановление лесных сообществ, повышение расхода воды на десукцию и, как следствие, "разболачивание" почв. Последующая рубка леса (или его уничтожение при пожарах) вновь сопровождается повторным З.п.

Меры по защите

При заболачивании почв грунтовыми водами основным методом осушения является понижение уровня грунтовых вод, намывными склоновыми водами -- перехват и сброс этих вод, намывными русловыми водами -- защита от затопления.Понижения уровня грунтовых вод достигают с помощью закрытого дренажа или открытых каналов. Предотвращение затопления осуществляют в результате строительства дамб, спрямления русла реки. Решение способа осушения определяется результатами почвенно-мелиоративных изысканий.При разработке водорегулирующих и противоэрозионных мероприятий следует учесть возможность переувлажнения почв при их внедрении. Так, применение контурной обработки, контурных лесных насаждений, гидротехнических сооружений на почвах слабодренируемых, при близком залегании водонепроницаемых пород, неглубоком уровне грунтовых вод, а также при возможном проявлении "верховодки" задержание стока осадков может привести к избытку воды. Продолжительное применение прямого посева в стерню, оставление большого количества послеуборочных остатков на землях, склонных к переувлажнению, может привести и к заболачиванию, и к вторичному засолению. При выпадении повышенного количества осадков на переувлажненных землях затрудняется или исключается работа сельскохозяйственных машин.

Выветривание

Выветривание, процесс разрушения и изменения горных пород в условиях земной поверхности под влиянием механического и химического воздействия атмосферы, грунтовых и поверхностных вод и организмов. По характеру среды, в которой происходит В., различают атмосферное и подводное. По роду воздействия В. на горные породы различают: физическое В., ведущее только к механическому распаду породы на обломки; химическое В., при котором изменяется химический состав горной породы с образованием минералов, более стойких в условиях земной поверхности; органическое (биологическое) В., сводящееся к механическому раздроблению или химическому изменению породы в результате жизнедеятельности организмов. Своеобразным типом В. является почвообразование, при котором особенно активную роль играют биологические факторы. В. горных пород совершается под влиянием воды (атмосферные осадки и грунтовые воды), углекислоты и кислорода, водяных паров, атмосферного и грунтового воздуха, сезонных и суточных колебаний температуры, жизнедеятельности макро- и микроорганизмов и продуктов их разложения.

На скорость и степень В., мощность продуктов В. и на их состав, кроме перечисленных агентов, влияют также рельеф и геологическое строение местности, состав и структура материнских пород. Подавляющая масса физических и химических процессов В. (окисление, сорбция, гидратация, коагуляция) происходит с выделением энергии. Обычно виды В. действуют одновременно, но в зависимости от климата тот или иной из них преобладает. Физическое В. происходит главным образом в условиях сухого и жаркого климата и связано с резкими колебаниями температуры горных пород при нагревании солнечными лучами (инсоляция) и последующем ночном охлаждении; быстрое изменение объёма поверхностных частей пород ведёт при этом к их растрескиванию. В областях с частыми колебаниями температуры около 0°С механическое разрушение пород происходит под влиянием морозного В.; при замерзании воды, проникшей в трещины, объём ее увеличивается и порода разрывается. Химические и органические В. свойственны главным образом пластам с влажным климатом. Основные факторы химического В. -- воздух и особенно вода, содержащая соли, кислоты и щелочи. Водные растворы, циркулирующие в толще пород, помимо простого растворения, способны производить.

Меры по защите

При выборе основания для зданий и сооружений кору выветривания прорезают фундаментом до невыветрелой породы Процесс выветриваниия необходимо учитывать на период эксплуалации зданий. Покрытие пород непронинцаемыми для агентов выветривания материалами Пропитывание горн пород различн вещвами Нейтрализация агентов выветривания Планировка и отвод вод.

Увеличение объёма твёрдого тела вследствие поглощения им из окружающей среды жидкости или пара.Глинистые грунты,характеризующиеся высоким содержанием дисперсных частиц, могут при замачивании увеличиваться в объеме-набухать. Давление набухания изменяеться от небольшого, 0.05-0.1 Мпа до очень большого, 0.3-0.5 Мпа. Деформация набухания, если они происходят на склонах, носят периодический характер(весной и осенью- набухание, зимой и летом - усадка). Это способствует дезинтеграции структуры грунтов и уменьшает их прочность, что может привести к потере устойчивости склона и образованию оползней. Особенно неблагоприятными для освоения являються территории, сложенные сильно набухающими хвалынскими глинами. Эти грунты обладают значительной мощностью и большим давлением набухания. При их замачивании могут возникнуть усили, способные приподнять и деформировать даже самое тяжелое сооружение. Легкие сооружния при этом могут претерпеть значительные вертикальные поднятия.

Меры по защите

Снижения интенсивности набухания удается добиться за счет максимального сокращения сроков работ по возведению фундаментов, используя при этом водонепроницаемые материалы и слабо фильтрующие обратные засыпки.

Иногда применяют компенсирующие песчаные подушки, позволяющие частично сглаживать неравномерное набухание грунта вследствие более равномерного распределения давления на большую площадь. Одновременно песчаные подушки способствуют сравнительно равномерному развитию набухания, обеспечивая стекание влаги с мест большего подъема набухшего грунта в пониженные зоны, где набухание замедлилось, тем самым автоматически регулируя развитие процесса набухания.

Исключить влияние неблагоприятных воздействий от набухания или усадки удается с помощью полной или частичной замены слоя набухающего грунта не набухающим.

Осыпь

Каменные осыпи и обвалы образуются в горах в результате разрушения скальных массивов и чаще всего в условиях сурового климата. Каменные осыпи (курумы, каменные потоки, каменные реки) - скопления камней на склонах, занимающие площадь нередко в несколько квадратных километров и гектаров. Они медленно спускаются вниз, осложняя строительство как на склонах, так и подножья. Каменные обвалы представляют собой обрушение со склонов каменных масс. Они разнообразны по размерам, составу, частоте, повторяемости. Обвалы возникают как на естественных, так и на искусственных склонах (в выемках).

На участке расположения каждой осыпи выделяются следующие характерные элементы: области питания, транспортировки и отложения осыпи.

В области питания обычно находятся разрушающиеся трещиноватые утесы, от которых время от времени отделяются обломки различных размеров. Чем круче склон и менее трещиноват массив, тем крупнее обломки. От петрографического состава породы, пространственного соотношения систем трещин и плоскостей напластования зависит форма обломков. Граниты и другие массивные породы дают кубовидные, матрацевидные глыбы с размерами от нескольких метров до десятков сантиметров. Эффузивы, сланцы, мелкослоистые породы дают плитчатую осыпь с размерами обломков в десятки сантиметров. Разрушающиеся утесы располагаются чаще всего в вершине склона, но нередко и по всему склону. Часты случаи, когда в области питания разрушаются не отдельные утесы, а весь склон в целом.

Наблюдаются следующие формы движения осыпи:

перекатывание отдельных обломков совершается на сравнительно небольшие расстояния - не более нескольких метров, так как даже движение обломков, скатывающихся из области питания, быстро замедляется при достижении ими поверхности осыпи;

соскальзывание группы обломков на площади в несколько квадратных метров с быстрым продвижением их вниз по склону на несколько метров;

постепенное скольжение вниз по склону всей массы осыпи;

смешанное (комбинированное), послойное движение;

быстрое соскальзывание массива осыпи (осов, иногда обвал).

Мощность осыпей разнообразна. Она зависит от их положения в рельефе, от крутизны склона и других причин. Обычно на склонах она составляет несколько метров и увеличивается к подножью. Осыпи, накопившиеся у подножий в виде крупных конусов, имеют мощности до десятков метров.

Меры по защите

Меры борьбы с осыпями в каждом отдельном случае должны быть намечены таким образом, чтобы каждой действующей причине, поводу подвижек было противопоставлено определенное защитное мероприятие. Поэтому классификацию осыпей для какого-либо района следует строить по тем признакам, которые являются ведущими при выборе защитных мероприятий. Также следует выбирать градации всех изучаемых показателей, относящихся к осыпям.

В современной строительной практике против осыпей применяют следующие защитные меры:

Уборка части осыпи, располагающейся выше сооружения по склону; применяется при большой подвижности осыпи, при особой значимости сооружения с учетом технической возможности.

Создание в нижней части осыпи контрфорса путем искусственного перемещения туда части материала осыпи, если осыпь подрезана внизу склона.

Упорядочение поверхности осыпи, уборка наиболее неустойчивых глыб, регулярная повторная уборка тогда, когда общий массив осыпи малоподвижен.