Влияние природных и техногенных факторов на образование оползневых процессов (на примере береговых склонов левобережной части города Тутаева)

V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Влияние природных и техногенных факторов на образование оползневых процессов (на примере береговых склонов левобережной части города Тутаева)

Куликова  П.А. 1Жохов В.Е. 1Комаров  К.А. 1
1Муниципальное учреждение дополнительного образования Центр дополнительного образования «Созвездие»
Трындина  Т.С. 1Власов  А.А. 1
1Муниципальное учреждение дополнительного образования Центр дополнительного образования «Созвездие»
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Город Тутаев (Романов-Борисоглебск) расположен на красивых высоких берегах реки Волги, которая разделяет его на две части. Береговые склоны левобережной части более крутые и находятся на высоте 50 - 65 метров от уреза, в правобережной части берега пологие. В последние годы прослеживается активное обрушение береговых склонов левобережной части города. Проблема сохранения береговых склонов левобережной части города является своевременной. Актуальность темы исследования обусловлена катастрофическими последствиями оползневых процессов, их потенциальной угрозой для городской территории. Левобережная часть города богата памятниками истории и культуры, по всему берегу расположены старинные церкви, которые являются шедеврами, гордостью национального зодчества и фресковой живописи. Поэтому важно сохранить исторический облик левобережной части города[1].

В работе рассмотрены основные причины, влияющие на возникновение и развитие оползней как естественных природных, так и техногенных факторов с учетом геолого-структурных и гидрогеологических условий.

Данное исследование является продолжением работ обучающихся нашего объединения «Исследователь», Злобина Ильи и Зеленковой Вероники и предусматривают проведение мониторинговых наблюдений за оползневыми процессами, изучение состава слагающих пород и применения приема задернения.

Цель: определить влияние природных и техногенных факторов на развитие оползневых процессов в левобережной части города

Задачи:

провести мониторинговые исследования береговых склонов;

оценить динамику оползневых процессов береговых склонов;

изучить состав слагающих пород оползневых береговых склонов;

выяснить эффективность способов задернения береговых склонов злаковыми травами.

Основная часть

Данная работа является исследовательской и включает в себя теоретическую и практическую части. Практическая значимость работы заключается в следующем: выполнено детальное описание береговых склонов, имеющих признаки оползневых процессов, проводятся наблюдения за динамикой процессов обрушения. В процессе исследования определен морфологический состав грунта, подверженный процессам оползания. Все полученные в ходе исследования материалы представлены для решения данной проблемы на повестку круглого стола с Администрацией городского поселения.

Администрация городского поселения Тутаева, изучив материалы исследований отметила, что проблема сохранения береговых склонов левобережной части города является современной и актуальной и отмечает, что представленные результаты исследования будут учтены при проектировании работ по берегоукреплению склонов.

Председатель краеведческого общества «Возрождение», Надежда Анатольевна Манерова обратилась к нам с письмом, где просит выяснить причины обрушения береговых склонов Кустодиевского бульвара и содействовать сохранению исторического облика города.

Начальным этапом работы по теме явился анализ научной литературы по оползневым процессам для того, чтобы определить причины нарушения береговых склонов в левобережной части города. Были изучены материалы академика Квидо Зарубы, который совместно с профессором Менцелем написал книгу «Оползни и борьба с ними», которая и в настоящее время является одним из лучших в мире пособий по оползням. Автор книги «Катастрофы: неистовая земля» Энтони Клайв (Тони) Уолтхем в очень доступной форме описывает причины оползневых процессов, как геологические, так и обусловленные деятельностью человека; описывает способы прогнозирования этих явлений; показывает, что можно предпринять для защиты от оползней или для уменьшения причиняемых ими разрушений. Так же были изучены материалы Емельяновой Е.П. «Основные закономерности оползневых процессов», где автором дана новая классификация оползней (по признаку геологических условий их образования), рассмотрены типы и виды оползней:1.количественные характеристики условий их образования; 2. влияние на их возникновение гидрогеологических условий, изменений прочности пород, климата, растительности; 3. механизм, амплитуда и скорость смещения, стадии и фазы развития, а также дается принципиальная схема прогнозирования оползней и рекомендации по выбору противооползневых мероприятий.

При проведении практической работы были использованы материалы изложенные в учебном пособии Леонтьева О.К., Рычагова Г.И. «Общая геоморфология», по материалам учебника Василия Марковича Безрук «Геология и грунтоведение» изучены полевые методы определения гранулометрического состава грунтов. При проведении лабораторной работы руководствовались пособиями: Муравьева А.Г., Каррыева Б.Б., Ляндзберга А.Р. «Оценка экологического состояния почвы».

Полевые работы осуществлялись под руководством местного краеведа и геолога Власова Александра Анатольевича. В качестве консультантов привлекали преподавателей кафедры физической географии ЯГПУ им. Ушинского, специалистов Научно-производственного центра «Недра», главного научного сотрудника, доктора географических наук, Института биологии внутренних вод имени И.Д Папанина, Законнова В. В. и кандидата сельскохозяйственных наук Резникова Д.С.

По мнению местного геолога-краеведа А.А. Власова причин обрушения береговых склонов много, но главными являются три: особая геологическая структура грунтового комплекса, Волга как основной водоток и антропогенный фактор.

Геологическая структура грунтов береговых склонов многослойна. Она представлена тремя горизонтами: почвенно-растительным, покровным суглинком и ниже залегает московская морена.

По морфологическим показателям береговые склоны юго-западной экспозиции, форма склонов выпуклая, крутизна от 50 до 70 градусов и относятся к категории крутых(по классификации Н.И.Николаева).

Исследуемые склоны подвержены подмыву в подошвенной части течением реки. Во время подъема уровня воды в Волге урез приходится на подошвенную часть береговых склонов. Береговые склоны подвержены оползневым процессам и выветриванию, а также плоскостному смыву в период обильных дождей.

Морфологический состав почвенных горизонтов склонов.

Высота почвенно-растительного горизонта составляет от 0.3 до 0, 45 метра. В его состав входят: органические остатки, небольшое количество перегноя, строительный мусор. Затем идет покровный суглинок глубина залегания составляет от 5 до 15 метров. Суглинок светло-коричневый, лёгкий, пылеватый с содержанием глинистых песков, имеет тонкие прослойки супеси, тугопластичен. Ниже залегает морена московская, на глубину от 20 до 30 метров. Состав морены представляет собой прослойку суглинков с включением валунов, гравия, гальки, до 20%, которые переслаиваются ленточными плотными глинами.

Далее идут тяжёлые, красновато-коричневые, жирные, тугопластичные подморенные глины, которые располагаются на уровне реки.

Исследованы пять береговых склонов левобережной части города: склон № 1 улица Волжская Набережная, склон № 2 Кустодиевский бульвар, склон № 3, район городской переправы, склон № 4 Романовские земляные валы, склон № 5 жилой массив окраины города.

Высота склона №1 составила 54 метра, протяжённость 180 метров;

Высота склона №2 составила 60 метров, протяжённость 225 метров;

Высота склона №3 составила 46 метров, протяжённость 313 метров;

Высота склона №4 обрушение которого более активно, имеет высоту склона 65 метров, протяжённость 170 метров;

Высота склона №5 составила 59 метров, протяжённость 195 метров. На береговых склонах в период исследования, 2010 – 2018 годы наблюдаются оползневые процессы.

Вид оползней на склонах № 1, 3, 4 и 4а можно характеризовать как оползневый цирк - полукольцевую выемку, образовавшуюся на склоне в результате отрыва части пород, слагающих склон; склоны № 1а, 2, 2а как оползни-оплывины, представляющие собой мелкие блоковые оползни, захватывающие толщи пород от 0,3 до 1,5 метров.

На основе ранее полученных результатов исследования оползневых процессов береговых склонов проводится мониторинг опасных экзогенных геологических процессов основой которого явилось: получение, обработка и анализ данных об активности опасных геологических процессов; своевременное выявление и прогнозирование развития природных и техногенных процессов[Приложение 1].

Для закрепления оползневых склонов и защиты их от эрозии можно использовать дернообразующие однолетние и многолетние травы, корневая система которых хорошо защищает почву от размыва.

Для проведения практической работы выбраны следующие виды злаковых трав: мятлик луговой (Poa praténsis), полевица побегоносная (Agrostis stolonifera), овсяница красная (Festuca rubra rubra),кострец безостый(Bromopsis inermis). Выбор данных трав обусловлен их особенностями роста и развития, дернообразованию, отношению к почвам, зимостойкости и декоративным качествам. В качестве пробных площадок для исследования определили склоны, где вид оползней характеризуется как оползни-оплывины, представляющие собой мелкие блоковые оползни, захватывающие толщи пород от 0,3 до 0,45 метров. Ведущее значение в их образовании имеет увлажнение верхнего горизонта рыхлых осадков, слагающих склоны, иногда только почвенного слоя. Пробная площадка разбивается на пять секторов размером один квадратный метр каждый и снабжается этикетками с названием культуры. Посев злаковых трав производился в июне на склоне №1а, так как в ноябре предыдущего года произошло оползание грунта на высоту 54 метра при ширине 10,5 м. Наблюдения проводились один раз в две недели. В результате на опытных участках в год посева сформировались хорошо развитые посевы. Для определения всхожести использовали рамку размером 10х10 сантиметров по показателям которой получили следующие результаты: кострец безостый – 48 экземпляров, мятлик луговой – 58, полевица побегоносная – 73, кострец безостый – 39, смесь трав – 67 экземпляров. Полученные данные свидетельствуют о хорошей приживаемости злаковых культур на оползневом склоне. Данные злаковые травы не требовательны к почвам, засухоустойчивы, предпочитают открытые участки. На момент окончания вегетационного периода высота сеянцев составляла - кострец безостый (Bromopsis inermis) – 4,5см, мятлик луговой (Poa praténsis) – 2см, полевица побегоносная (Agrostis stolonifera) –1,5 см, овсяница красная (Festuca rubra rubra) - 4,5 см. В конце вегетационного периода (сентябрь) на пробных площадках определили процент проективного покрытия для каждого варианта: №1 кострец безостый (Bromopsis inermis) – 85%, №2 мятлик луговой (Poa praténsis) – 70%, №3 полевица побегоносная (Agrostis stolonifera) – 90%, №4 овсяница красная (Festuca rubra rubra)- 95%, №5 смесь всех трав – 95%.

В последующие годы в процессе наблюдения выяснили, что луговые культуры на пробных площадках не показали эффективности данного метода, поэтому планируется задернение склонов провести с покровной культурой-райграс однолетний, многолетние культуры оставить те же. Он может произрастать на различных почвах (глинистые, суглинистые, супесчаные, подзолистые, осушенные торфяники).Корневая система мочковатая, хорошо разветвленная, отдельные корни проникают на глубину 95 см. Основная же масса корней (87%) располагается в пахотном горизонте, причем 69% приходится на поверхностный (0—10 см) слой почвы[7,8]. По биологическим особенностям развития корневой системы райграс можно отнести к растениям луговой формации. После каждого укоса надземной массы корневая система остается живой, образуя новые надземные побеги, которые, в свою очередь, формируют корневую систему. К концу вегетационного периода корневая масса растения значительно увеличивается. Мониторинг экзогенных геологических процессов, к которым относятся и оползневые процессы, является составной частью Государственного мониторинга состояния недр. Целью мониторинга являются: наблюдение за экзогенными геологическими процессами, выявление их территориального распространения с учетом природных и техногенных факторов для прогнозирования развития опасных экзогенных геологических процессов и разработки предложений по снижению ущерба от возможной активизации, сбор информации о развитии оползней[2,3]. Исследования и работа в процессе мониторинга оползневых процессов осуществлялась традиционными (полевыми) методами на оползневых участках. По результатам мониторинга оползневых процессов на береговых склонах, в нашем случае, полевой метод, получили следующие данные. Из таблицы видно, что процесс развития оползней продолжается на склонах №1, 2, 4, а на склоне №3(район городской переправы) и №5 изменений не произошло. Наиболее активно оползни увеличиваются в основном в ширину, от1, до 2 метров. За весь период наблюдений существенные изменения произошли на трех склонах: образовались новые оползни в виде оплывин(склон №1, 2) и оползневого цирка (склон №4).

Заключение

Мониторинговые исследования оползневых процессов на береговых склонах проводятся ежегодно в весенне-летний период и осенью. Практическая часть заключается в измерении параметров оползней (высота, ширина).

Оползневые процессы характеризуются как медленные, но в тоже время происходит образование новых. При этом учитываются климатические условия, которые способствуют динамике оползневых процессов береговых склонов: количество осадков, высота снежного покрова.

Были выполнены исследования структуры почвенных горизонтов, согласно классификации, грунты, слагающие склоны относятся к глинистым, основу составляют суглинки, которые относятся к рыхлым (мягким) породам.

в процессе наблюдения за задернением склонов выяснили, что луговые культуры на пробных площадках не показали эффективности данного метода, поэтому планируется задернение склонов провести с покровной культурой-райграс однолетний, многолетние культуры оставить те же.

Работа по данному направлению будет продолжена. Планируется составить прогноз устойчивости склонов, на основе сравнительно-геологических методах исследования, а также выяснить зависимость сопротивления грунтов от нормальной нагрузки, выполнить моделирование предельного напряженного состояния пород.

Список информационных источников

1. Беляков А.Л., Плотников А.Ю. Старина и святыни города Романова. Ярославль: Верхне – Волжское издательство, 1991. – 96 с.

2. Воскресенский С.С. Динамическая геоморфология формирования склонов. М.: МГУ, 1991. – 253 с.

3.Емельянова Е.П. Основные закономерности оползневых процессов. М.: Недра, 1972. – 142 с.

4. Зденек Кукал. Природные катастрофы. – М.: Знание, 1985. – 240 с.

5.Леонтьев О.К., Рычагов Г.И. Общая геоморфология. – М.: Высшая школа, 1979. – 287 с.

6.Муравьев А.Г., Каррыев Б.Б., Ляндзберг А.Р. Оценка экологического состояния почвы. – СПб.: « Крисмас+», 2000. – 164 с.

7.Неронов В.В. Полевая практика по геоботанике в средней полосе Европейской России: Методическое пособие. - Изд-во Центра охраны дикой природы Москва,2002.-139с.

8.Посыпанов Г. С. Растениеводство / Г. С. Посыпанов, В. Е. Долгодворов, Б. Х. Жеруков и др.; Под ред. Г. С. Посыпанова. – М.: КолосС, 2006. – 612 с.

Приложение 1

Таблица 1.

Дата

Тип оползня

Параметры оползня

Крутизна в градусах

Примечания

2010 год

№1

 

h 3, ширина – 12м

55

 

№1а

оплывина

h 27, ширина -10,5м

55

ноябрь 2012г.

№2

оплывина

h 60, ширина – 25 м

65

 

№2а

 

h 47, ширина – 8 м

65

март 2015г.

№3

 

h 20, ширина – 7 м

50

 

№4

 

h 11, ширина – 17 м

65

 

№4а

 

h 23, ширина – 26 м

65

апрель 2015

№5

 

h 7, ширина – 8 м

50

 

2014 год

№1

 

h 3, ширина – 13,5м

   

№1а

 

h 27, ширина -12,5м

   

№2

 

h 60, ширина – 33 м

   

№2а

 

h 47, ширина – 10 м

   

№3

 

h 20, ширина – 7 м

50

приостановился

№4

 

h 11,5 ширина – 18 м

   

№4а

 

h 24, ширина – 27,5 м

   

№5

 

h 7, ширина – 8 м

50

приостановился

2018 год

№1

 

h 3, ширина – 14,5м

   

№1а

 

h 27, ширина -14,5м

   

№2

 

h 60, ширина– 35,5 м

   

№2а

 

h 47, ширина – 12 м

   

№3

 

h 20, ширина – 7 м

50

приостановился

№4

 

h 11,5 ширина–18,5 м

   

№4а

 

h 25, ширина – 28,5 м

   

№5

 

h 7, ширина – 8 м

50

приостановился

Просмотров работы: 64