Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

СОВРЕМЕННЫЕ ЭКЗОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ТЕХНОГЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ БАССЕЙНА Р. БАСАНДАЙКИ

Евсеева Н.С. 1 Осинцева Н.В. 1 Омарова К.И. 2 Каширо М.А. 1 Бакулин А.А. 3 Малолетко А.А. 1
1 Национальный исследовательский Томский государственный университет
2 Костанайский государственный педагогический институт
3 Горно-Алтайский государственный университет
На примере городской и пригородной части г. Томска, занимающей бассейн р. Басандайки – правого притока р. Томи, выделены виды современных экзогенных процессов рельефообразования, протекающих в техногенных отложениях на урбанизированных территориях. Дана характеристика современных экзогенных процессов рельефообразования, развивающихся в агротехнических, насыпных и засыпных грунтах. Охарактеризованы природные и антропогенные факторы развития эрозии почв, суффозии, просадок, морозобойного растрескивания, оползания. На основе использования методов полевого геоморфологического картографирования, стационарных геоморфологических наблюдений, инструментальной геодезической съемки определены интенсивность развития плоскостной и овражной эрозии почв, суффозионно-просадочных процессов в техногенных отложениях. Установлено, что по интенсивности развития современные экзогенные процессы рельефообразования в техногенных отложениях бассейна р. Басандайки относятся к категории опасных.
экзогенные процессы рельефообразования
техногенные отложения
1. Евсеева Н. С. Современный морфолитогенез юго-востока Западно-Сибирской равнины. - Томск: Изд-во НТЛ, 2009. - 484 с.
2. Золотарев Г. С. Инженерная геодинамика. - М.: Изд-во МГУ, 1983. - 328 с.
3. Памятники Томского Приобъя и V-VIII вв. н.э. - Томск: Изд-во Том. гос. ун-та, 1983. - 135с.
4. Передельский Л. В. Инженерная геология / Л. В.Передельский, О. Е.Приходченко. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2009. - 456 с.
5. Сергеев Е. М. Инженерная геология. - М.: Изд-во Московского гос. ун-та, 1978. - 384 с.
6. СНиП 22-01-95 - Геофизика опасных природных воздействий. Министерство строительства Российской Федерации (Минстрой России). - М., 1996. - 7 с.
7. Сулакшина Г. А. Исследование пространственной изменчивости инженерно-геологических свойств пород и ее практическое использование: Автореф. дис... д-ра геол.-минерал. наук. - Томск, 1973. - 44 с.
8. Трофимов В. Т. Опорные инженерно-геологические разрезы лессовых пород Северной Евразии / В. Т.Трофимов, С. Д.Балыкова, Т. В.Андреева, А. В. Ершова, Я. Е. Шаевич; под ред. проф. В. Т.Трофимова. - М.: КДУ, 2008. - 608 с.
9. Чистяков А. А., Макарова Н. В., Макаров В. И. Четвертичная геология. - М.: ГЕОС, 2000. -303 с.
Введение

В настоящее время с целью рационального природопользования необходима оценка рисков и опасностей в результате действия природных и антропогенных процессов рельефообразования, а также прогноза их распространения. Особый интерес вызывает изучение развития экзогенных процессов в техногенных отложениях, поскольку их объем постоянно нарастает. Наибольшая мощность характерна для техногенных отложений в городах и на прилегающих к ним территориях, испытывающих высокую антропогенную нагрузку. Не является исключением территория г. Томска - крупного промышленного города, с численностью населения 512 тыс. человек, областного центра, расположенного в юго-восточной части Западно-Сибирской равнины в долине нижнего течения р. Томи.

Цель исследования

Целью настоящего исследования является изучение современных процессов рельефообразования (СЭПР), протекающих в техногенных отложениях на урбанизированных территориях, а также скоростей их развития. Территория исследования занимает городскую и пригородную часть г. Томска и представляет собой бассейн р. Басандайки - правого притока р. Томи у г. Томска.

Материал и методы исследования

Для изучения СЭПР, протекающих в техногенных грунтах на изучаемой территории, использованы методы: комплексного географического анализа, сравнительно-картографический, полевого геоморфологического картографирования, стационарных геоморфологических наблюдений, инструментальная геодезическая съемка, ГИС-технологии. Определение видов и интенсивности процессов рельефообразования проведено авторским коллективом на основе полевых наблюдений на Лучановском стационаре, расположенном в 20 км к юго-востоку от г. Томска в бассейне р. Басандайки. Исследования были начаты в 1985 г. сотрудниками Томского государственного университета под руководством Н. С. Евсеевой  и продолжаются непрерывно до настоящего времени.

Полевая геоморфологическая съемка включала маршрутные наблюдения с построением геолого-геоморфологических профилей, закладкой горных выработок, описанием геологических обнажений.

Теоретической базой исследования послужили работы по вопросам геологического строения, рельефа, экзогенных процессов рельефообразования, инженерно-геологических свойств отложений Западно-Сибирской равнины, освещенные в работах Л. В. Передельского, Г. С. Золотарева, А. А. Чистякова, Е. М. Сергеева, В. Т. Трофимова,  Г. А. Сулакшиной, Н. С. Евсеевой и др.

Результаты исследования и их обсуждение

Бассейн р. Басандайки занимает площадь около 402 км2 и расположен в переходной зоне (периорогене) между Кузнецко-Салаирской горной областью и Западно-Сибирской равниной, в пределах Томь-Яйского междуречья. Это наиболее возвышенный участок рельефа на территории Томской области: абсолютные высоты здесь достигают 200-250 м, но преобладают высоты в интервале 90-190 м. Относительные высоты изменяются от первых метров до 100 м, но доминируют высоты 20-40 м. Горизонтальное расчленение территории бассейна реками, балками и оврагами достигает 1,5-2,1 км/км2. Преобладает балочное расчленение рельефа: на одном квадратном километре встречается от 1 до 4 балок, реже более. Помимо горизонтального и вертикального расчленения, большое значение в развитии многих геоморфологических процессов имеет крутизна склонов, их длина, форма, экспозиция, литология пород и др. В бассейне р. Басандайка, согласно карте крутизны склонов масштаба 1:50 000, построенной на основе цифровой модели рельефа, доминируют склоны от 1 до 7º, занимающие более 64 % площади бассейна. Многие участки таких склонов распаханы.

Почвообразующими породами в пределах водосбора Басандайки в основном являются лёссовые отложения - песчано-глинисто-пылеватые системы разного генезиса с преобладанием в их составе пылеватых частиц, имеющих высокую пористость и, как правило, низкую естественную влажность [8]. Мощность лессовых пород составляет 5-15 м, реже до 30 м [2,8].

Малый водосборный бассейн р. Басандайки издавна осваивается человеком: раскопки курганов в устье этой реки показали, что примерно 3 тыс. лет назад люди занимались здесь скотоводством, земледелием, охотой, рыболовством [3]. Наиболее интенсивно этот малый водосбор стал осваиваться в XVII в., когда русские поселенцы стали использовать территорию бассейна Басандайки, Киргизки, Ушайки и др. для земледелия. Во второй половине XVII в. появились первые деревни - Лучанова, Аксенова, Ипатова, Магадава и др.

Продолжается освоение названной территории и в настоящее время. В бассейне р. Басандайки расположены крупные населенные пункты - часть г. Томска, села Богашево, Лоскутово, Лучаново, Петухово, Некрасово, Предтеченск и др.; имеются большие массивы пахотных угодий и садоводческих товариществ; проложены шоссейные и грунтовые дороги; строятся коттеджные поселки (Апрель, Просторный), линии ЛЭП. Строительство тех или иных сооружений сопровождается вырубкой леса, планировкой поверхности и т.д.

В результате хозяйственной деятельности человека на изучаемой территории создаются техногенные грунты - новый генетический тип техногенно обусловленных и техногенно измененных природных осадков [9]. Эти отложения, в отличие от природных, образуются независимо от рельефа и климата, в результате накопления или транспортировки рыхлого материала. Как правило, техногенные отложения имеют точечную, линейную или площадную локализацию. Они весьма разнообразны по составу и представлены терригенными, хемогенными и другими отложениями. Мощность их изменяется от нескольких метров до первых десятков метров. Техногенный генетический тип отложений подразделяется на ряд подтипов: насыпные, засыпные, намывные, перемывные, агротехнические. В бассейне р. Басандайки наиболее распространены агротехнические, насыпные и засыпные подтипы техногенных отложений. Наблюдения за современными экзогенными процессами рельефообразования (СЭПР) в техногенных отложениях бассейна р. Басандайки показали, что в вышеназванных подтипах этих осадков с разной степенью интенсивности развиваются: плоскостная и овражная эрозия, суффозия, просадки, морозобойное растрескивание. Для засыпных и насыпных грунтов характерно также оползание.

Агротехнические отложения, или отложения перемешивания - это почвенный слой с регулярно добавляемыми органическими и химическими удобрениями и обработкой сельскохозяйственными механизмами. Их мощность не превышает двух-трех метров. Площадь этих отложений в бассейне р. Басандайки составляет около 20 %. В этих отложениях наиболее развиты: эрозия почв, вызываемая талыми и дождевыми водами, а также просадки и суффозия. Местами развиваются овраги. Интенсивность эрозии почв, вызываемой талыми снеговыми водами, за период наблюдений 1985-2012 гг. изменялась от 0-3 м3/га до 50-80 м3/га, составляя в среднем 5-15 м3/га [1]. Измеренная интенсивность развития эрозии свидетельствует о высокой опасности развития этого процесса в техногенных отложениях. Согласно СНИП 22.01.95 [6], плоскостная эрозия в бассейне р. Басандайки относится к категории опасных и весьма опасных процессов.

Необходимо отметить пространственно-временную неравномерность этого вида эрозии, что связано со многими факторами - погодными условиями снеготаяния, крутизной, формой, длиной, экспозицией склона, литологией, состоянием агрофона, наличием лесополос, массивов леса и др. Наши исследования показывают, что скорости денудации поверхности пашни талыми снеговыми водами изменяются от 0 до 81 мм/сезон, но чаще в пределах 0-3,0 мм/сезон. Ливни (≥ 10 мм/сутки) на незадернованной поверхности пашни и на пропашных культурах местами также вызывают сильный смыв и размыв почв: он варьирует от 1-3 м3/га до 100 м3/га (1987 г., район с. Лучаново).

На хорошо дренированных участках пашни развиваются процессы суффозии и просадки. К сожалению, скорости суффозии измерить не представляется возможным, но условия для её развития благоприятны [7,1]. Развитие же просадок на пашне, имеющих сложный механизм образования, хорошо прослеживается на ключевых участках и определяется визуально. Так, за период с 1989 по 2012 г. на пашне ключевого участка в районе с. Лучаново образовалось не менее 5 микропонижений - западин малых размеров, их диаметр изменяется в пределах 3-30 м, а глубина - от 0,3 до 0,7 м (рис. 1). Наши наблюдения подтверждаются исследованиями В. Т. Трофимова и др. [8]: на юге Томской области встречаются просадочные разности лессовых пород даже при природных нагрузках. Мощность просадочной толщи не превышает здесь 6 м. Скорости просадок достигают до 1,3 см/год. Более точно определить скорости не представляется возможным, так как депрессии ежегодно распахиваются, боронуются и т.д.

Рис.1. Суффозионно-просадочные западины в агротехнических техногенных отложениях бассейна р. Басандайки (фото Н. В. Осинцевой)

В результате 25-летних наблюдений установлено, что микрорельеф пашни ключевого участка изменился: на её склонах формируются микробассейны, в которых происходит сток талых и дождевых вод. Положение микробассейнов из года в год достаточно стабильно, а площади их изменяются от 1-2 до 5-7 га.

Насыпные отложения на исследуемой территории - это в основном насыпи транспортных трасс - шоссейных и железнодорожных, а также свалки и отвалы карьеров. Как отмечает Е. М. Сергеев [5], структура насыпных грунтов, их водный и воздушный режим отличаются от таковых в природном залегании.

В насыпных грунтах - на откосах шоссейных и грунтовых дорог после снеготаяния и сильных ливней образуются короткие промоины глубиной до 1 м. Местами формируются микрооползни, происходит уплотнение грунтов и их осадка.

Засыпные грунты образуются в результате заполнения природных и антропогенных отрицательных форм рельефа техногенным грунтом. Чаще всего засыпают верховья балок и оврагов. Наблюдения за СЭПР в засыпных грунтах проводилось на двух участках: 1) засыпанный овраг на южном склоне пашни у с. Лучаново; 2) на участке между селами Богашево и Лоскутово.

1. Овраг на южном склоне пашни образовался вдоль полевой дороги. В 1990 г. его длина составила 150 м, максимальная глубина - 1,62 м, ширина - 2,52 м. Осенью 1990 г. овраг в верховьях был засыпан гравийно-галечниковой смесью, а на остальной части - лессовидными почвогрунтами с прилегающей территории. Интенсивное таяние сугробов с 16 по 23 апреля 1991 г. привело к «возрождению» оврага по старому следу. Гравий, галька прослеживались по всему тальвегу и в конусе выноса. Длина оврага после обследования его 28 апреля 1991 г. была равна 129 м, максимальная глубина - 1,9 м. Осенью 1991 г. овраг был засыпан грунтом и сверху обложен дерном. Весной 1992 г. после снеготаяния на месте бывшего оврага образовалась серия промоин. Самая крупная из них освоила «старый след»: её длина была 45 м, максимальная глубина - 0,9 м. Посадка сосен, ив, трав способствовала практически полному прекращению развития оврага.

2. Интересным примером развития экзогенных процессов в засыпных и частично насыпных грунтах является участок автотрассы Томск - Аэропорт между селами Лоскутово и Богашево. Здесь осенью 2009 и зимой 2010 г. после вырубки леса и кустарников были засыпаны вершины двух балок, была создана строительная площадка. Мощность засыпных и отчасти насыпных отложений по данным полевых обследований достигала 10-16 м. Для засыпки использовались лессовидные суглинки, пески разного состава, а сверху - гравий и галька. Поверхность площадки не была ровной, отмечался её наклон к центральной части, где была балка.

Во время снеготаяния весной 2010, 2011 и 2012 гг., а также летних ливней в пределах незадернованной и слабозадернованной поверхности площадки интенсивно развивались следующие процессы: плоскостная и овражная эрозия, просадки, суффозия, оползни. В результате полевых обследований площадки в мае 2012 г. выявлено следующее:

- В центральной части площадки - в районе днища бывшей балки образовался провал глубиной 10-14 м и шириной 113 м (рис. 2). На днище провала обнажилась водоотводная труба диаметром 1,8 м, через которую талые, дождевые и грунтовые воды вынесли и продолжают выносить засыпной грунт. Образование провала связано, на наш взгляд, с совместным проявлением процессов суффозии, просадок и самоуплотнения в засыпных грунтах. Л. В. Передельский [4] отмечает, что неоднородность техногенных отложений по составу вызывает их неравномерную сжимаемость, самоуплотнение и др. Скорости суффозионно-просадочных процессов за весенне-летние сезоны 2010-2012 гг. в среднем составляли 3,3-4,7 м/сезон. Борта провала испещрены струйчатыми размывами, осложнены мелкими оползнями. Грунтовые воды продолжают выносить частицы отложений по трубе.

Рис.2. Общий вид и поперечный профиль провала, образовавшегося в засыпных техногенных отложениях в бассейне р. Басандайки (фото К. И. Омаровой)

На правобережье балки в 2-3 м от шоссе образовался еще один провал, глубина его 2,45 м, диаметр днища около 6 м, в его бортах обнажаются лессовидные суглинки.

Уклоны поверхности площадки от периферии к центру привели к развитию плоскостной и овражной эрозии: на её поверхности и откосах площадки зафиксировано большое количество струйчатых размывов, есть молодые овраги.

Наиболее крупным является овраг, разгружающийся в провал с правобережья балки. Длина его составляет 108 м, максимальная ширина 5 м, а глубина - до 2,1 м. У оврага имеются боковые отвершки, а борта осложнены небольшими оползнями. Овраг обрывается в провал в виде отвесного уступа высотой до 157 см. Верховья оврага зарастают травой, куртинами ив. Средняя скорость роста оврага за 2010-2012 гг. составила 36 м/год, что, согласно СНИП 22-01-95 [6], относится к категории весьма опасного развития этого процесса. Овраги I стадии развития (по С. С. Соболеву) развиты также в краевой правобережной части площадки, обращенной к лесу. Глубина их достигает 1,05 м, а длина - первые десятки метров. В этой части площадки наблюдаются многочисленные трещины, а также поноры - результат действия процессов суффозии. Диаметр поноров достигает 35 см, а измеренная глубина - более 2 м.

Выводы

Техногенные отложения - это весьма сложные системы, благоприятные для развития негативных современных процессов рельефообразования.

Скорости развития опасных процессов в техногенных отложениях возрастают, увеличивается и число потенциально опасных процессов в этих отложениях, не характерных для естественных грунтов. Для предотвращения развития опасных и неконтролируемых процессов в техногенных отложениях необходимо тщательное изучение их состава и свойств, а также организация мониторинга опасных экзогенных процессов рельефообразования.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта «Оценка экологических рисков при освоении инвестиционно-привлекательных территорий» в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. Мероприятие № 1.2.1 «Проведение научных исследований научными группами под руководством докторов наук» по направлению «География и гидрология суши».

Рецензенты:

  • Парначёв Валерий Петрович, доктор геолого-минералогических наук, профессор, заведующий кафедрой динамической геологии Томского государственного университета, г. Томск.
  • Сухова Мария Геннадьевна, доктор географических наук, профессор, профессор кафедры геоэкологии и природопользования Горно-Алтайского государственного университета, г. Горно-Алтайск.

Библиографическая ссылка

Евсеева Н.С., Осинцева Н.В., Омарова К.И., Каширо М.А., Бакулин А.А., Малолетко А.А. СОВРЕМЕННЫЕ ЭКЗОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ТЕХНОГЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ БАССЕЙНА Р. БАСАНДАЙКИ // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 4. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=6802 (дата обращения: 27.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074