Экзогенные геологические процессы и их влияние на территориальное планирование городов (на примере о. сахалин )
На правах рукописи
ГЕНСИОРОВСКИЙ ЮРИЙ ВИТАЛЬЕВИЧ
экзогенные геологические процессы и их влияние на территориальное планирование городов (на примере о. Сахалин)
25.00.08. – инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата геолого-минералогических наук
Иркутск – 2011
Работа выполнена в лаборатории лавинных и селевых процессов Сахалинского филиала
ДВГИ ДВО РАН
Научный руководитель: кандидат геол.-мин. наук
Казаков Николай Александрович
Официальные оппоненты: доктор геол.-мин. наук
Лaпердин Валерий Кириллович
кандидат геол.-мин.наук
Федоренко Евгений Владимирович
Ведущая организация: Дальневосточный государственный университет путей сообщения (ДВГУПС)
Защита состоится 5 декабря 2011 г. в 14 часов
на заседании диссертационного совета Д 003.022.01 при Институте земной коры СО РАН по адресу: 664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского научного центра СО РАН
в здании Института земной коры СО РАН.
Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по указанному адресу ученому секретарю совета к.г.- м.н. Л.П. Алексеевой. Тел: (3952) 42-27-77, fax: (3952) 42-69-00, e-mail: [email protected]
Автореферат разослан 2011 г.
Ученый секретарь диссертационного совета,
кандидат геолого-минералогических наук Л. П. Алексеева
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. По степени угрозы для населения и хозяйства от проявления опасных экзогенных геологических процессов (ОЭГП) Сахалинскую область следует отнести к одному из наиболее проблемных регионов России. Территория более 60 населенных пунктов Сахалинской области подвержена воздействию ЭГП. В зонах интенсивного развития ОЭГП, в пределах городской застройки находится более 1000 зданий и сооружений, около 50 км городской уличной сети. Основными типами ЭГП, получившими наибольшее развитие на городских территориях о. Сахалин, являются: гравитационные (лавины, оползни, обвалы) и эрозионные (сели, речная глубинная и боковая эрозия) процессы.
В связи с начавшимся в последние годы активным и зачастую бесконтрольным строительством в черте населенных пунктов о. Сахалин все большую актуальность приобретает необходимость оценки проявления опасных ЭГП на территории городов и других населенных пунктов.
Поскольку воздействие ЭГП на объекты и сооружения носит ряд специфических особенностей, стоимость мероприятий по защите от них может быть снижена при учете всего спектра опасных геологических процессов на стадии разработки документов территориального планирования городов (генеральных планов развития городских округов, генеральных планов населенных пунктов и т.д.).
Объект исследования. Объектом исследования являются природные и природно-технические системы городов о. Сахалин, включающие геологическую среду в пределах городских поселений.
Цель работы. Разработка критериев оценки ЭГП (оползни, сели, снежные лавины, речная глубинная и боковая эрозия) на территории городов с выделением участков комплексного воздействия массового проявления опасных ЭГП на стадии подготовки градостроительной документации (генеральные планы поселений, генеральные планы городских округов) и разработка методологических принципов построения крупномасштабных карт опасности ЭГП на территории городов Сахалинской области.
Задачи исследований.
- Наблюдения на стационарных полигонах по наблюдению за динамикой развития ЭГП и выделение факторов их формирования.
- Обработка имеющегося массива информации по развитию ЭГП на территории населенных пунктов о. Сахалин.
- Изучение механизмов формирования процессов на территории с учетом влияния техногенных факторов.
- Выделение основных процессоформирующих условий активизации ЭГП.
- Разработка методики построения схем планировочных ограничений к генеральным планам городов о. Сахалин на основе карт развития опасных ЭГП, распространенных на территории города.
Фактический материал и методы исследований. В основу диссертации вошли материалы 20-летних полевых работ и стационарных наблюдений, проведенных автором на о. Сахалин. В работе использованы фондовые материалы КГГиИГ партии СГГЭ ПГО «Сахалингеология» и ГП «Востокгеология», материалы Сахалинского управления по гидрометеорологии и контролю окружающей среды (СахУГМС), архивные материалы АНО НИЦ «Геодинамика», архив семьи Генсиоровских.
При сборе фактического материала были использованы методики МГУ (С.М. Флейшмана, Г.К.Тушинского, В.Ф.Перова и др.), Росгидромета (Ю.Б.Виноградова и др.), ВСЕГИНГЕО (А.И. Шеко, А.М. Лехатинова и др.)
Научная новизна.
Установлена цикличность изменения увлажнения территории о. Сахалин в вековом разрезе, связанная с изменением количества выпадающих осадков.
Впервые выявлена закономерность массовой активизации ЭГП, связанная с предварительным избыточным накоплением влаги в грунтах потенциальных селевых и оползневых массивов в зависимости от цикла увлажнения территории.
Впервые для о. Сахалин выполнена группировка городов по степени подверженности территории массовой активизации ЭГП. Выделены города с максимальной степенью пораженности территории ЭГП. Установлена взаимосвязь влияния массового проявления ЭГП на территории городов с изменением границ городской застройки.
Обоснована необходимость построения крупномасштабных карт районирования территорий городов Сахалинской области по степени подверженности массовому (каскадному) воздействию ЭГП.
Защищаемые положения.
1. На острове Сахалин наибольшую опасность для городских территорий представляет комплексное воздействие опасных экзогенных геологических процессов, в формировании которых в различном сочетании принимают участие техногенный, геоморфологический, геологический и, особенно, климатический факторы. В годовом цикле выделено два периода массового формирования опасностей и рисков, связанных с выходами летних и зимних циклонов на территорию о. Сахалин, определяющих развитие различных типов процессов.
2. Периодичность активизации ОЭГП связана с внутривековыми циклами увлажнения, оказывающими воздействие на состояние грунтов в потенциальных селевых и оползневых массивах. В вековом цикле увлажнения территории о. Сахалин выделяются 5 больших циклов (17-21 год) и 14 малых циклов (6-7 лет).
3. Комплексные схемы планировочных ограничений (опасность массового воздействия ЭГП) к генеральным планам городов и зонирование городской территории по степени опасности проявления ОЭГП позволяют минимизировать экономические и социальные риски при долгосрочном планировании развития городских территорий.
Личный вклад автора. В основу диссертации вошли материалы 20-летних полевых работ, проведенных автором на территории Сахалинской области (о. Сахалин и Курильские о-ва). В работе использованы также материалы исследований, выполненных при непосредственном участии автора совместно с к.г-м.н. Н.А. Казаковым, к.г.н. М.С. Древило, С.П. Жируевым, В.И. Окопным.
Практическое значение работы. Изложенные в диссертации принципы были использованы при разработке карт природных лавинных комплексов о. Сахалин в масштабе 1:500 000; подготовке территориальных строительных норм «Строительство в лавино- и селеопасных районах Сахалинской области»; при районировании территории муниципальных образований Сахалинской области по интенсивности проявления лавинных процессов в масштабе 1:100 000; подготовке схем планировочных ограничений к генеральным планам городских и сельских поселений Сахалинской области в масштабе 1:25 000-1:5 000 (лавинная и селевая опасность); при оценке характеристик снежного покрова, снегозаносимости, лавинной и селевой опасности по трассе проектируемой железнодорожной линии Комсомольск–Селихино–Ноглики - по заказу РЖД; при оценке лавинной опасности, разработке рекомендаций по противолавинной защите и обеспечении противолавинной безопасности объектов Ирокиндинского рудного поля – по заказу ОАО «Бурятзолото»; при оценке лавинной и селевой опасности, трубопроводной системы проекта «Сахалин-2» - по заказу компании «Сахалин Энерджи»; при оценке лавинной и селевой опасности, трубопроводной системы проекта «Сахалин-1» - по заказу компании «Эксон нефтегаз Лтд»; при оценке лавинной и селевой опасности в районе строительства олимпийских объектов в п. Красная Поляна (Западный Кавказ); используются при проектно-изыскательских и научно-исследовательских работах – СахалинТИСИЗ; ОАО «Сахалинавтодорпроект»; СФ ДВГИ ДВО РАН; в учебном процессе – при подготовке студентов по специальностям «география», «природопользование» (Сахалинский государственный университет).
Апробация работы. Основные положения и выводы, содержащиеся в диссертации, докладывались автором на научных симпозиумах, конференциях, семинарах и совещаниях:
Общероссийской конференции «Оценка и управление природными рисками Риск – 2003» (Москва, 2003); Второй международной конференции "Фундаментальные проблемы изучения и использования воды и водных ресурсов" (Иркутск, 2005); Шестой всероссийской конференции «Оценка и управление природными рисками. Риск – 2006» (Москва, 2006); III международной конференции «Лавины и смежные вопросы» (Кировск, 2006); СЕРГЕЕВСКИХ ЧТЕНИЯХ "Инженерно-экологические изыскания в строительстве: теоретические основы, методика, методы и практика": Материалы годичной сессии научного совета ран по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии (Москва, 2006); XIII гляциологическом симпозиуме «Гляциология в канун Международного Полярного Года» (Пушкинские горы, 2006); VII научно-практической конференции «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций» (Сочи, 2007); Международном геотехническом симпозиуме «Geotechnical engineering for disaster prevention & reduction» 24-26 July, 2007 Yuzhno-Sakhalinsk; XIV гляциологическом симпозиуме «Гляциология от международного геофизического года до международного полярного года» (Иркутск, 2008); Международной конференции «Селевые потоки: катастрофы, риск, прогноз, защита» (Пятигорск, 2008); IV Международной научно-практической конференции «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации» (Москва, 2008); V Международной научно-практической конференции «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации» (Москва, 2009); VI Международной научно-практической конференции «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации» (Москва, 2010); IV международной конференции «Лавины и смежные вопросы» (Кировск, 2011).
Публикации. По результатам исследований автором лично и в соавторстве опубликована 51 работа, в том числе 14 статей в рецензируемых журналах из перечня ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация включает 164 страницы и состоит из введения, 5 глав и заключения, иллюстрирована 34 рисунками и 24 таблицами; список использованной литературы составляет 182 наименования.
Работа выполнена в лаборатории лавинных и селевых процессов Сахалинского филиала Дальневосточного геологического института ДВО РАН.
Автор благодарен и признателен научному руководителю к.г.-м. н., Н.А.Казакову за многолетнюю поддержку и советы при выполнении и обсуждении работы. Автор благодарит д.г.н. Гарцмана Б.И., своих коллег к.г.н. М.С. Древило, С.П. Жируева, Т.С. Казакову, В.И. Окопного за помощь, оказанную при сборе и обработке полевых материалов, ценные советы и поддержку на всех этапах написания работы.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ГЛАВА I. Современное состояние проблемы и изученность режима экзогенных геологических процессов на о. Сахалин
Особенности рельефа, климата и геологического строения о. Сахалин способствуют широкому развитию экзогенных геологических процессов на территории острова. Они представляют большую опасность для населенных пунктов, тран спортных магистралей, линий ЛЭП. В таблице 1 приведены данные о распространении ОЭГП в пределах территории населенных пунктов Сахалинской области.
Таблица 1
Подверженность ОЭГП населенных пунктов Сахалинской области
| № п/п | Экзогенный геологический процесс | Количество населенных пунктов, подверженных воздействию ЭГП (сведения о городах и сельских поселениях приведены по данным на 2007 г.) | ||
| Всего | Города | Сельские поселения | ||
| 1 | Сели | 32 | 8 | 24 |
| 2 | Оползни | 36 | 10 | 26 |
| 3 | Снежные лавины | 64 | 10 | 54 |
| 4 | Речная глубинная и боковая эрозия | 55 | 15 | 40 |
Наибольшее распространение на территории городов о. Сахалин получили следующие типы ЭГП: гравитационные (оползни, снежные лавины) и абразионно-эрозионные (речная глубинная и боковая эрозия, сели, абразия морских берегов). По степени воздействия, охвату территории для городской инфраструктуры и населения о. Сахалин к наиболее опасным ЭГП, зарегистрированным в населенных пунктах, относятся: оползни, сели, глубинная и боковая эрозия, а так же снежные лавины.
Исследованием экзогенных геологических процессов на о. Сахалин занимался ряд специалистов. Наибольший вклад в комплексное изучение ЭГП внес В.Г. Полунин. Работы, посвященные селям, опубликованы В.Ф. Перовым, и Н.А. Казаковым. Оползневые и абразионно-эрозионные процессы рассмотрены в трудах А.И. Шеко, И.В. Мальневой, П.Г. Бровко, В.В. Афанасьева. Лавинные процессы исследовали А.В. Иванов, Н.А. Казаков, М.С. Древило.
ГЛАВА II. Факторы, обусловливающие активизацию экзогенных геологических процессов на о. Сахалин
Во второй главе рассматриваются факторы, обусловливающие широкое развитие ЭГП на территории о. Сахалин. Отмечается, что территория имеет сложное геологическое строение. Это связано с наличием двух крупных антиклинориев (Восточно– и Западно-Сахалинского) и расположенного между ними Центрально-Сахалинского синклинория. На сложное геологическое строение накладываются климатические факторы. В пределах острова выделяются три крупных климатических зоны. Это обстоятельство обусловливает термический режим и количество осадков, выпадающих в пределах климатических районов о. Сахалин. В свою очередь, различия в температурах и увлажнении способствуют разнице в нагревании и охлаждении земной поверхности в пределах районов и, соответственно, в скорости дезинтеграции горных пород и развитии ЭГП. Геологический разрез о. Сахалин представлен осадочными, вулканогенными, метаморфическими и интрузивными породами палеозоя, мезозоя и кайнозоя. На о. Сахалин выделяется 9 формаций [Инженерная геология СССР, 1977; Полу
нин, 1989] пород коренной основы. Физико-механические свойствах пород приведены в таблице 2. По стратиграфическому положению в разрезе четвертичной системы выделены плиоцен-нижнечетветричные, нижнечетвертичные, среднечетвертичные, верхнечетвертичные, современные нерасчлененные отложения. Их физико-механические свойства представлены в таблице 3. Наименьшей мощностью обладают отложения на крутых склонах гор и морских террас. Такие участки склонов наиболее подвержены образованию маломощных оползней-сплывов (рис.1).
Геологические факторы селеобразования. Геологическое строение селевых бассейнов, в основном заложенных в породах неогена (от раннего миоцена N1 до плиоцена N2) в слабосцементированных легко размываемых и размокаемых алевролитах, аргиллитах и песчаниках (по данным ПГО «Сахалингеология» аргиллиты и алевролиты угленосной формации среднего миоцена (N1) полностью размокают за 4 часа), благоприятно для развития селей. Эти породы насыщают селевой поток глинистыми фракциями в сочетании с прочными интрузивными, вулканогенными и метаморфическими породами (диоритовые порфириты, андезиты, диориты, дациты, зеленокаменные сланцы, серпентиниты), обеспечивающими валунно-глыбовую составляющую селевых потоков [Полунин, 1983; Казаков, 2000в, Казаков, Генсиоровский 2007б, Казаков, Генсиоровский, 2008б].
На территории о. Сахалин выделяется 2 основных типа селеобразующих комплексов геологических пород, в которых частота формирования селей и их объёмы сильно различаются [Казаков, 2000в]:
1. Склоны морских террас, сложенные алевролитами, аргиллитами, песчаниками. Формируются грязекаменные и грязевые сели.
2. Интрузивные массивы, сложенные диоритовыми порфиритами, андезитами и диоритами, и горные массивы палеозойского возраста, сложенные зеленокаменными сланцами и серпентинитами. Формируются грязекаменные сели.
Геологические факторы оползнеобразования. Оползневые процессы на о. Сахалине развиваются преимущественно на породах верхнемелового, палеогенового и неогенового возраста. Площадная территории Среднего и Южного Сахалина оползневыми процессами достигает 70%. На о. Сахалин Г.В. Полунин [Полунин, 1989] по характеристикам пород, механизму образования оползней, размеру и мощности оползневых тел выделил 3 основных типа оползней:
1.Оползни на слабо выветрелых трещиноватых породах. Блоковые оползни и оползни-обвалы мощностью от 8-10 м до 30 м и более. Глубина захвата - не только элювиально-делювиальные отложения, но и породы коренной основы. Наиболее интенсивно развиваются на морских побережьях, в свитах с преобладанием глинистых пород. В скальных породах участки интенсивного проявления оползней приурочены к активным тектоническим нарушениям.
2.Оползни-потоки в сильно выветрелых глинизированных породах. Оползни течения, развивающиеся в покровных отложениях (протяженность от десятков до первых сотен метров). Оползни-потоки (глетчерообразные оползни) имеют широкое распространение на о. Сахалин. Наиболее интенсивно они развиты в слаболитифицированных песчано-глинистых породах.
3.Оползни-сплывы в делювиальных образованиях. Небольшие маломощные современные оползни, развивающиеся в водонасыщенных склоновых отложениях или на телах древних оползней.
Таблица 2
Физико-механические свойства пород о. Сахалин (фрагмент; по данным Сахалинского филиала ДВГИ ДВО РАН,
ПГО «Сахалингеология», Инженерная геология СССР, 1977)
| Формации пород коренной основы | Геологический индекс | Литологический состав пород | Характерные литологические разности пород | Обобщенные показатели физико-механических свойств пород | ||||
| Объемный вес, г/см3 | Пористость, %. | Водопоглощение, % | Временное сопротивление сжатию, 105Па | |||||
| В сухом состоянии | В водонасыщенном состоянии | |||||||
| Породы базальтовой формации плиоцена | N2 | Базальты, андезиты, андезито-базальты, туфопесчаники | Базальты, андезито-базальты | 2,42 | 10,3 | 19 | 400-2665 | 316-2360 |
| Песчаники (туфопесчаники) | 0,21 | |||||||
Таблица 3
Физико-механические свойства рыхлых отложений о. Сахалин (фрагмент; по данным Сахалинского филиала ДВГИ ДВО РАН,
ПГО «Сахалингеология», Инженерная геология СССР, 1977)
| Стратиграфо-генетический комплекс рыхлых грунтов | Геологический индекс | Литологический состав грунтов | Характерные литологические разности грунтов | Обобщенные показатели физико-механических свойств рыхлых отложений | ||||||
| Объемный вес, г/см3 | Пористость, доли ед. | Естественная влажность, доли ед. | Сцепление, 105Па | Угол внутреннего трения, градус | Сжимаемость, 105Па | Модуль деформации, 105Па | ||||
| Элювиальные, элювиально-делювиальные нерасчлененные четвертичные отложения | eQ | Суглинки, глины, пески, супеси, дресва, щебень | Суглинки | 1,75 | 0,47 | 0,27 | 0,3 | 27 | 0,023 | 54 |
| Глины | 1,67 | 0,48 | 0,26 | 0,22 | 25,7 | 0,016 | 35 | |||
| Супеси | 1,72 | 0,46 | 0,24 | 0,13 | 34,5 | 0,013 | 105,3 | |||
| Пески | 1,60 | 0,46 | 0,16 | 0,13 | 40 | 0,006 | 178,7 | |||
| Дресвяно-щебенистые грунты | 1,61 | 0,60 | 0,23 | 0,04 | 37 | - | 38,7 | |||
Данный тип оползней развит на склонах долин рек и склонах морских террас с крутизной 25-450 в рыхлообломочных породах делювия. Глубина захвата сплывов составляет 1-3 м, площадь захвата обычно первые сотни м2.
Геологические факторы речной глубинной и боковой эрозии. На территории о. Сахалин насчитывается свыше 60 тысяч рек и ручьев. Большая часть рек о. Сахалин относится к категории горных. Реки имеют небольшие площади водосборов, от единиц км2 до первых сотен км2, значительные уклоны русел и еще более значительные уклоны склонов водосборных бассейнов. Большие участки водосборов обезлесены в результате лесных пожаров и интенсивной рубки. Все это обусловливает развитие процессов боковой и глубинной эрозии на реках о. Сахалин. Основная часть водосборов бассейнов рек Сахалина лежит в интервале абсолютных высот 350–1200 м при глубине расчленения рельефа 250–1000 м. Площади речных бассейнов в большинстве составляют 1–15 км2, длина водотоков – 3–10 км; средневзвешенный уклон русла – 40–60‰; максимальный уклон – более 100‰, уклоны водосборов малых рек могут достигать 500‰. Следствием этих особенностей водосборных бассейнов является интенсивный сток выпавшей на водосбор влаги и быстрое добегание паводочной волны до устьевого створа. В таблице 4 представлены гидрологические особенности рек о. Сахалин.
Таблица 4
Сравнительные характеристики гидрологических особенностей рек о. Сахалин
во время межени и паводков
| № п/п | Название реки | Ширина русла, м | Уровень, м | Расход воды, м3/с | |||
| межень | паводок | межень | паводок | межень | паводок | ||
| 1 | Буюклинка | 10-15 | 200 | 0,5 | 7,0 | 1,5 | >700,0 |
| 2 | Матросовка Нижняя | 10-15 | 250 | 0,3 | 7,0 | 1,2 | >700,0 |
| 3 | Леонидовка | 15-20 | 300 | 0,5 | 10,0 | 3,5 | >1000,0 |
| 4 | Макарова | 15-20 | 300 | 0,5 | 8,0 | 6,5 | 1720,0 |
| 5 | Рогатка | 1-3 | 40 | 0,2 | 3,0 | 0,1 | 69,3 |
Во время прохождения паводков расходы воды, площади водной поверхности, уровни воды рек о. Сахалин (особенно в центральной и южной его части) резко увеличиваются. Подъем уровня воды достигает 3-х – 8-ми метров, а расход увеличиваются до нескольких тысяч м3 в секунду. Все это приводит к увеличению скоростей течения, насыщению водного потока стволами деревьев (карчами) и увеличению эродирующей способности потока в десятки раз, что способствует процессам глубинной и боковой эрозии.
Геологические факторы лавинообразования. К геологическим факторам лавинообразования следует отнести устойчивость горных пород к агентам выветривания в сочетании с характеристикой генезиса и возраста пород. Это позволяет оценить степень расчлененности склонов и рассчитать такие характеристики лавиносборов, как преобладающий морфологический тип, средняя площадь лавиносбора и густота сети лавиносборов. Такие характеристики горных пород, как балл устойчивости, коэффициент крепости пород [Справочник по инженерной геологии, 1981, Трескин, 1984] и сопротивление раздавливаемости, позволяют оценить скорость их выветривания, что, в свою очередь, помогает оценить скорость и характер процессов эрозии и денудации.
Климат. Климатические условия территории оказывают большое влияние на физико-химическое преобразование горных пород и обеспечивают широкое развитие ЭГП на территории о. Сахалин.
По мнению ряда исследователей [Сергеев, 1978, Полунин, 1989, Казаков, 2001, Лапердин, Качура, 2010], основными климатическими факторами, оказывающими влияние на преобразование горных пород и развитие экзогенных процессов, являются тепловой и водный баланс территории. Годовые значения суммарной радиации на севере острова составляют около 100 ккал/ см. кв, на юге острова чуть больше 100 ккал/см. кв. Максимальных месячных значений (14-15 ккал/ см. кв) суммарная радиация достигает в мае. Колебания температуры воздуха и подстилающей поверхности, как в годовом, так и суточном разрезе, определяют скорость разрушения горных пород. Годовые суммы осадков в днищах долин и на морском побережье изменяются от 400-500 мм на севере до 800-1200 мм на юге (в горах средние значения выпавших осадков в зависимости от высотной зоны колеблются в пределах 1500-2000 мм и в отдельные годы могут превышать 3000 мм) [Казаков, Генсиоровский, 2009].
Наиболее важными среди гидрометеорологических факторов активизации ЭГП являются режим осадков и температур, определяющие как условия вовлечения горных пород, так и скорость выветривания последних, чем определяется скорость формирования потенциальных селевых и оползневых массивов. За сутки возможно выпадение 1-2 месячных норм осадков. Так, в г. Долинск (сентябрь 1947 г.) за сутки выпало 222 мм осадков при месячной норме 120 мм, а в г. Южно-Сахалинск за те же сутки выпало 108 мм осадков [Научно-прикладной справочник по климату, 1990].
Распределение количества выпадающих осадков по территории очень разнообразно и увеличивается от морских побережий к горам. На графике многолетнего хода осадков в горной и равнинной части о. Сахалин (рис.2) среднегодовое количество осадков по данным наблюдений в два раза превышает количество осадков, выпавших на ГМС Южно-Сахалинск (822 мм -1650 мм). Особенно резкая разница в количестве выпадающих осадков заметна при прохождении тайфунов. Сумма осадков за период с 1 по 7 августа 1981 г. (тайфуны «Оджин» и «Филлис») в г. Южно-Сахалинск составила 220 мм. За этот же период в Сусунайском хребте на абсолютных отметках 400–500 м выпало 800 – 1200 мм осадков [Казаков, Генсиоровский, 2007в]. Для массовой активизации ЭГП теплого периода сумма осадков на о. Сахалин должна превышать 50 мм при интенсивности 30-50 мм/сут. Однако в случае предшествующего увлажнения грунтов массовая активизация ЭГП может начаться при выпадении 10-20 мм осадков в течение суток [Казаков, 2000в, Генсиоровский, и др., 2008]. Для массовой активизации ЭГП холодного периода (снежные лавины), так же как и для ЭГП теплого периода, необходимо выпадение осадков и подготовка снежного покрова (образование в снегу лавиноопасных слоев, сложенных кристаллами вторично-идиоморфного снега). Суммы осадков, выпадающих в горах во время прохождения циклонов в зимний период, так же как и летом, значительно превышают суммы осадков за этот же период в долинах рек и на морских побережьях. В табл.5 приведены данные о распределении твердых осадков, выпадающих в горах и долинах о. Сахалин (Средний Сахалин, расстояние между станциями 80 км).
Таблица 5
Количество выпадающих твердых осадков за сезон и снегопад в
Восточно-Сахалинских горах и долине р. Тымь
| Станция | Абсолютная высота, м | Среднемноголетняя сумма твёрдых осадков за зимний сезон, мм | Сумма осадков, выпавших во время снегопада (2-10.01.1991), мм | Суточный максимум осадков(2.01.91), мм | Часовая интенсивность, мм |
| Тымовское | 94 | 172 | 73,4 | 23,0 | - |
| Чамгинский перевал | 800 | 777 | 329,0 | 127,0 | 43,0 |
Среднее значение вертикального градиента прироста высоты снежного покрова за явление составляет на о. Сахалин 35 см/100м. Среднее значение вертикального градиента годовой суммы твердых осадков составляет 70 мм/100м [Монастырский, 1970, Генсиоровский, 2007].
ГЛАВА III. Закономерности развития экзогенных геологических процессов в пределах городских территорий о. Сахалин
Распространение и развитие ЭГП на территории населенных пунктов о. Сахалин связано, в первую очередь, с расположением городов и поселков, обусловленным рельефом, геологическим строением территории, гидрографией, а так же с историей хозяйственного освоения территории о. Сахалин человеком. Это привело к тому, что в настоящее время на территории большинства населенных пунктов создалась сложная инженерно-геологическая обстановка, в которой характер развития и распространения ЭГП определяется природными факторами, проявляющимися во взаимодействии геолого-геоморфологического строения, режима увлажнения, гидрологического, гидрогеологического и сейсмотектонического режима, климатических условий территории расположения городов о. Сахалин. При этом в городах, где идет интенсивное освоение территории, закономерность формирования процессов находится в зависимости не только от природных факторов, но и от техногенных, которые ускоряют, видоизменяют, а в некоторых случаях провоцируют развитие ЭГП. Как известно, при достижении критического состояния одного или нескольких быстроизменяющихся факторов на фоне постоянно действующих условий, происходит формирование различных генетических типов процессов [Лапердин, 2003]. Величина критического состояния ведущего фактора (или группы факторов) определяет интенсивность развития процесса. Для определения доминирующих типов ЭГП на территории городов о. Сахалин была выполнена типизация с учетом влияния на городскую инфраструктуру. В основу типизации ЭГП положены определяющие природные факторы (Сергеев, 1978; Шеко, Лехатинов, 1988; Лапердин, 2003), по которым были выделены типы ЭГП и их влияние на территорию городов о. Сахалин (табл.6).
Таблица 6
Типизация ЭГП по ведущему процессу и их влияние на территорию городов о.Сахалин
| № п/п | Тип ЭГП | Класс ЭГП | Группа ЭГП | Влияние на городскую территорию и инфраструктуру |
| 1 | Процессы физико-химического выветривания | Физическое разрушение (нагревание, охлаждение породы, воздуха, сжатие и растяжение агрегатов и минеральных зерен пород. Расклинивание трещин) | Дезинтеграция | Заваливание территории города конусами обвалов, осыпей. |
| Химическое разрушение минералов, их изменение и замещение, образование новых минералов (растворение, окисление) | ||||
| 2 | Гравитационные | Движение материала с потерей контакта | Обвалы, осыпи, снежные лавины | Обрушение и заваливание участков городской территории с повреждением объектов инфраструктуры |
| Движение материала без потери контакта | Оползни, снежные лавины | Разрушение и повреждение зданий и сооружений, завалы городской территории конусами выноса, повреждение и разрушение линий электропередач, связи | ||
| 3 | Абразионно- эрозионные | Работа временных водотоков | Линейная эрозия, затопление, сели, оползни | Подмыв и разрушение фундаментов зданий и сооружений, размыв водопропускных сооружений, мостов, затопление небольших участков городской территории |
| Работа постоянных водотоков | Затопление, глубинная и боковая эрозия, перенос материала | Подмыв и разрушение фундаментов зданий и сооружений, размыв водопропускных сооружений, мостов, затопление значительной площади городской территории, уничтожение площади городской застройки | ||
| Работа подземных вод | Подтопление, заболачивание, суффозия | Подтопление подвалов зданий и сооружений, изменение состояния грунтов основания, просадки зданий и сооружений, образование провалов, активизация оползней | ||
| Работа моря | Абразия, вдоль береговое движение продуктов выноса рек | Подмыв и обрушение вдольбереговых сооружений, замыв устьев рек продуктами переноса, подъем уровня воды в приустьевых участках рек, затопление городских территорий, уничтожение площади городской застройки | ||
| 4 | Криогенные | Промерзание грунтов | Пучение | Поднятие уличного полотна, разрывы кабелей подземной прокладки. |
По степени воздействия на городское хозяйство и инфраструктуру, нанесения наибольшего ущерба при активизации, наиболее опасным проявлением ЭГП в теплый период является массовая одновременная активизация ЭГП гравитационных и эрозионных типов (оползни, сели, речная глубинная и боковая эрозия) при выходе глубоких циклонов и тайфунов, в холодный период - активизация ЭГП гравитационного типа (снежные лавины) при интенсивных снегопадах и метелях.
Характеристики селевых потоков в городах и их влияние на городскую инфраструктуру
Несмотря на то, что территория большинства городов о. Сахалин находится на абсолютных отметках 0-200 м, геоморфологическое строение территорий городов, инженерно-геологические свойства пород коренной основы и рыхлых отложений, наложение метеорологических факторов таковы, что селевые потоки могут формироваться как на городской территории (обычно это склоновые грязевые и грязекаменные сели небольших объемов), так и за пределами населенных пунктов в долинах селеносных водотоков, и заваливать территорию городов селевыми отложениями мощностью до 3 м (объемы грязекаменных селей могут достигать десятков тысяч кубических метров).
Селевые потоки зарегистрированы на территории семи городов о. Сахалин. В пределах городских территорий возможно формирование как связных (грязевых и грязекаменных), так и несвязных (наносоводных) селевых потоков.
Города, подверженные воздействию селей, и площадная поражённость их территории селевыми процессами приведены в таблице 7.
Таблица 7
Площадная поражённость городских территорий о. Сахалин селевыми потоками
| № п/п | Населенный пункт | Численность населения, чел. | Общее кол-во селевых бассейнов | Площадь застройки в селеопасной зоне, км2 | Максимальная толщина селевых отложений, м | Ширина селеопасной зоны, средняя, м. | Площадная поражённость территории, % |
| 1 | г. Углегорск | 12334 | 1 | 0,001 | 1,5 | 35 | 0,013 |
| 2 | г. Макаров | 6758 | 32 | 0,54 | 3,5 | 161 | 32,6 |
| 3 | г. Томари | 4843 | 1 | 0,003 | 1,5 | 20 | 0,21 |
| 4 | г. Холмск | 32277 | 67 | 1,5 | 1,2 | 68 | 18,3 |
| 5 | г. Южно-Сахалинск | 174723 | 5 | 15,7 | 4,0 | 1498 | 9,8 |
| 6 | г. Невельск | 17094 | 48 | 0,47 | 3,0 | 48 | 11,8 |
| 7 | г. Корсаков | 35134 | 2 | 0,006 | 1,0 | 45 | 1,0 |
Прим.: площадь городской застройки приводится по данным Министерства строительства Сахалинской области на 2007 г.
Из семи городов, территория которых подвержена воздействию селей, в 4-х населенных пунктах количество селевых бассейнов колеблется от 1 до 5. Площадь застройки в селеопасной зоне тоже не велика, за исключением г. Южно-Сахалинска, который по площади селеопасной зоны и численности проживающего в этой зоне населения является самым селеопасным городом на о. Сахалин - несмотря на то, что на его территорию воздействуют сели всего из 5 селевых бассейнов. Сели, формирующиеся в Сусунайском хребте, в предгорьях которого расположен город, достигают объемов 100 тыс.м3 и более [Казаков, Генсиоровский 2007б]. Селевые бассейны расположены за пределами городской черты. По площади городской территории, подверженной воздействию селей, на первом месте стоит г. Макаров - почти 33% его территории селеопасно. На его территории формируются грязевые и грязекаменные сели, объемы их, как правило, невелики. В большом количестве фиксируются склоновые сели. Далее по степени подверженности территории селевым процессам идут города Невельск и Холмск, расположенные на юго-западном побережье острова. Их территория также в значительной степени подвержена воздействию селей. Здесь развиты как склоновые сели и сложная форма оползней-потоков, переходящих в селевые потоки, так и сели, сходящие по руслам постоянных и временных водотоков. И в данном случае большинство селевых бассейнов расположено за пределами городской территории. На территории городов о. Сахалин селевыми потоками разрушаются и повреждаются здания и сооружения, водопропускные устройства, городские коммуникации. Имеются случаи гибели людей.
Характеристики оползней на городских территориях и их влияние на городскую инфраструктуру. На территории городов о. Сахалин в зависимости от геологического и геоморфологического строения, месторасположения населенного пункта, режима увлажнения развиты блоковые оползни мощностью до 10 м, оползни-потоки и оползни-сплывы с глубиной захвата 0,5-3,0 м. Наибольшее распространение получили небольшие оползни-сплывы и оползни-потоки. В меньшей степени развиты блоковые оползни.
На большей части территории городов о. Сахалин оползни находятся в активной стадии развития и способны активизироваться при антропогенном воздействии и при землетрясениях.
На основании имеющихся инженерно-геологических карт, разработанных Полуниным [Полунин,1983, Полунин, Бузлаев,1989], Шеко [Шеко и др., 1996], был выполнен анализ имеющихся материалов и определена площадная поражённость территории городов о. Сахалин оползневыми процессами (табл. 8).
Средние объемы оползней на территории всех населенных пунктов невелики - от 50 до 500 м3. Максимальные объемы могут достигать десятков тысяч м3. Наибольшее распространение оползневые процессы получили на территории городов юго-западного побережья о. Сахалин (Невельск, Холмск) и на восточном побережье в г. Макаров.
Таблица 8
Поражённость территории городов о. Сахалин оползневыми процессами
| № п/п | Населенный пункт | Площадь территории города пораженная оползневыми процессами, км2 | Площадная поражённость территории, % | Средний объем оползней формирующийся на территории населенного пункта, тыс.м3 | Максимальный объем оползней формирующийся территории населенного пункта, тыс.м3 |
| 1 | г. Александровск-Сахалинский | 0,2 | 4,2 | 0,2 | 5,0 |
| 2 | г. Углегорск | 0,2 | 2,6 | 0,2 | 3,0 |
| 3 | г. Шахтерск | 0,2 | 3,7 | 0,2 | 5,0 |
| 4 | г. Макаров | 0,7 | 41,0 | 0,5 | 10,0 |
| 5 | г.Томари | 0,02 | 1,4 | 0,2 | 2,0 |
| 6 | г. Холмск | 1,1 | 13 | 0,05 | 10,0 |
| 7 | г. Невельск | 1,3 | 32,5 | 0,1 | 50,0 |
| 8 | г. Корсаков | 0,1 | 1,7 | 0,05 | 10,0 |
В городах о. Сахалин оползни разрушают жилые и производственные здания, заваливают и разрушают улицы, приводят к человеческим жертвам.
Развитие процессов речной глубинной и боковой эрозии на территории городов и их влияние на городскую инфраструктуру. Несмотря на небольшие площади, занятые городскими территориями на о. Сахалин, количество рек и ручьёв, протекающих в их границах, колеблется от 2 до 14.
В основном это малые водотоки, притоки реки более крупного порядка, в пределах бассейна которой расположен населенный пункт. В таблице 9 приводятся данные о реках бассейна р. Сусуя, в долине которой расположен самый крупный город о. Сахалин – Южно-Сахалинск.
Таблица 9
Водотоки, протекающие по территории городской застройки г. Южно-Сахалинск.
| № п/п | Наименование водотока | Куда впадает и с какого берега | Расстояние от устья, км | Длина водотока, км | Площадь водосбора, км2 |
| 1 | Сусуя | залив Анива | - | 115 | 824,0 |
| 2 | Красносельская | Сусуя (лв) | 36 | 25 | 144,0 |
| 3 | Бурея | Красносельская (лв) | 4,9 | 10 | 26,3 |
| 4 | Рогатка | Красносельская (лв) | 0,3 | 10 | 43,0 |
| 5 | Уюновка | Рогатка (пр) | 0,6 | 9,5 | 17,4 |
| 6 | Еланька | Сусуя (лв) | 24 | 11 | 24,9 |
| 7 | Хомутовка | Сусуя (лв) | 15 | 19 | 55,5 |
| 8 | Владимировка | Сусуя (пр) | 33 | 24 | 52,7 |
| 9 | Маяковского | Сусуя (пр) | 32 | 17 | 54,6 |
Реки - малые, в межень ширина русел не превышает 3-10 м, скорости течения на перекатах составляют 0,3-0,5 м/с, глубины колеблются от 0,1 до 0,7 м.
Зачастую в пределах городской черты сток прекращается. Во время прохождения дождевых паводков ширина русел увеличивается до 50-100 м, скорость течения возрастает до 3 -4 м/с, уровень высоких вод может подниматься над меженным на 4-6 м. Как следствие, резко увеличивается эродирующая способность водного потока.
Ширина захвата боковой эрозии может составлять 2-5 м, величина глубинной эрозии достигать 1,5 м за явление. Наиболее распространены процессы речной эрозии на территории городов, которые расположены в среднем течении крупных рек о. Сахалин в широких долинах, либо города, расположенные в приустьевой части крупных рек о. Сахалин (г.г. Анива, Поронайск, Александровск-Сахалинский).
В пределах территорий городов о. Сахалин речные эрозионные процессы приводят к подмыву и разрушению зданий, водозаборных сооружений, обрушению устоев мостов. В таблице 10 представлены данные о пораженности территорий городов речными эрозионными процессами.
Таблица 10
Поражённость территории городов о. Сахалин речной глубинной и боковой эрозией
| №т п/п | Населенный пункт | Бассейн реки | Количество водотоков протекающих по территории города | Площадь территории города пораженная речной глубинной и боковой эрозией, км2 | Площадная поражённость территории, % |
| 1 | г.Оха | Охинка | 5 | 0,005 | 0,2 |
| 2 | г. Александровск-Сахалинский | Большая Александровка | 10 | 0,04 | 0,2 |
| 3 | г. Углегорск | Углегорка | 5 | 0,02 | 0,3 |
| 4 | Поронайск | Поронай | 3 | 0,07 | 3,3 |
| 5 | г. Шахтерск | Токариной | 4 | 0,02 | 0,4 |
| 6 | г. Макаров | Макарова | 9 | 0,05 | 2,9 |
| 7 | г.Томари | Томаринка | 7 | 0,02 | 1,4 |
| 8 | г.Долинск | Найба | 4 | 0,05 | 2,5 |
| 9 | г. Холмск | Малка, Тый, Маока | 10 | 0,02 | 0,2 |
| 10 | г.Южно-Сахалинск | Сусуя | 14 | 0,3 | 0,2 |
| 11 | г. Невельск | Ловецкая, Казачка | 14 | 0,05 | 1,3 |
| 12 | г. Анива | Лютога | 2 | 0,1 | 9,0 |
| 13 | г. Корсаков | Корсаковка | 4 | 0,02 | 0,3 |
Характеристики лавинных процессов на городских территориях и их влияние на городскую инфраструктуру. Сахалинская область – наиболее опасная в России с точки зрения лавинной угрозы для населения и хозяйства. В течение лавиноопасного сезона на территории населенных пунктов регистрируется до нескольких тысяч лавин. Высокая степень лавинной опасности населенных пунктов Сахалинской области является следствием сочетания тех же условий, что и для развития ЭГП теплого периода: характер размещения городов и других населенных пунктов, большое количество осадков выпадающих в зимнем сезоне, интенсивные процессы перекристаллизации снежного покрова, приводящие к образованию в снегу лавиноопасных слоев. Особенностью лавинного режима является то, что за один зимний сезон возможно от 3 до 6 случаев массового лавинообразования на территории городов. В таблице 11 приведены данные о пораженности территории городов лавинными процессами, средние и максимальные объемы лавин.
Таблица 11
Поражённость территории городов о. Сахалин лавинными процессами
| № п/п | Населенный пункт | Площадная поражённость территории, % | Средний объем лавин сходящих на территории населенного пункта, тыс.м3 | Максимальный объем лавин сходящих на территории населенного пункта, тыс.м3 |
| 1 | г. Александровск-Сахалинский | 1,1 | 0,01 | 5,0 |
| 2 | г. Углегорск | 13,0 | 0,1 | 10,0 |
| 3 | г. Шахтерск | 13,0 | 0,1 | 15,0 |
| 4 | г. Макаров | 12,0 | 0,05 | 5,0 |
| 5 | г. Томари | 7,0 | 0,1 | 30,0 |
| 6 | г. Холмск | 29,0 | 0,05 | 15,0 |
| 7 | г. Невельск | 45,0 | 0,1 | 30,0 |
| 8 | г. Корсаков | 4,0 | 0,01 | 10,0 |
По степени пораженности территории населенного пункта лавинными процессами по отношению к общей площади городской территории ведущее положение занимают города Невельск и Холмск. Сходящие в пределах городских территории лавины нарушают нормальное функционирование городского транспорта, разрушают и повреждают здания и сооружения, приводят к гибели людей.
Из выше сказанного подчеркнем, что на острове Сахалин наибольшую опасность для городских территорий представляет комплексное воздействие экзогенных геологических процессов, в формировании которых в различном сочетании принимают участие техногенный, геоморфологический, геологический факторы. При этом климатический фактор предопределяет выделение в годовом цикле двух периодов массового формирования опасностей и рисков, связанных с выходами летних и зимних циклонов на территорию о. Сахалин, определяющих развитие различных типов процессов.
ГЛАВА IV. Зависимость активизации экзогенных геологических процессов от условий увлажнения территории о. Сахалин
Для эффективного прогнозирования развития опасных ЭГП на территории городов о. Сахалин необходимо иметь представление не только о геологическом строении, физико-механических свойствах горных пород территории, но и знать цикличность периодов увлажнения, то есть уменьшения или увеличения количества выпадающих осадков. Увлажнение территории не только создает условия для физико-химического выветривания, но и является одним из ведущих факторов, определяющих характер и динамику процессов в течение годового цикла увлажнения.
Вопросы периодичности условий увлажнения и связанного этим увеличения проявлений ЭГП на о. Сахалин, рассматриваются в нескольких публикациях [Колодеев, Жукова, 1976; Kononova, Malneva, 2007]. Данных, представленных в этих работах, недостаточно для определения периодичности возникновения условий, вызывающих массовую активизацию ЭГП. Для устранения недостатка исходной информации о периодах выпадения осадков нами проведен анализ данных ГМС о количестве выпадающих осадков на территории о. Сахалин за период с 1907 по 2010 гг.
Выбранные гидрометеорологические станции расположены в районах, наиболее подверженных проявлению ЭГП (ГМС Поронайск, ГМС Макаров, ГМС Холмск). Длительные ряды наблюдений за осадками имеют две ГМС: Поронайск и Холмск (103 года наблюдений). Гидрометеорологическая станция Макаров (ряд наблюдений 80 лет) расположена в районе частой активизации ЭГП. На данной ГМС был зафиксирован наибольший суточный максимум осадков из всех наблюденных максимумов на территории о. Сахалин – 230 мм (1930 г.) за весь период наблюдений за осадками [Ресурсы поверхностных вод, 1973].
В вековом цикле увлажнения территории о. Сахалин выделено 5 больших циклов с временным интервалом 17-21 год (рис.3), которые в свою очередь подразделяются на 14 малых циклов с временными интервалами 6-7 лет. Причем чередуются два цикла малого увлажнения с циклом большого увлажнения [Генсиоровский, Казаков, 2009б]. В работе приведены только достоверно зарегистрированные случаи проявления ЭГП, относящиеся к периоду 1945-2010 г.г.
Анализ и сопоставление данных об изменении увлажнения территории о. Сахалин с данными о массовом проявлении ЭГП позволяет выделить циклы с наибольшим количеством случаев активизации ОЭГП на территории острова. Самое большое количество фактов проявления ЭГП приходится на цикл наибольшего увлажнения 1954-1972 гг. В этот временной период было зафиксировано 9 событий массового проявления ОЭГП теплого периода и 8 - массового лавинообразования в зимний период. В последовавшем цикле малого увлажнения (1973-1992 гг.) таких ситуаций в теплый период зарегистрировано всего 3. Массовое лавинообразование отмечено 5 раз. Однако именно в этом цикле был зафиксирован случай наибольшего охвата территории о. Сахалин ОЭГП за период наблюдений, произошедший в августе 1981 г., когда над территорией о. Сахалин 2-7 августа сместилось два тайфуна: «Оджин» и «Филисс». Предшествовало этому событию значительное предварительное увлажнение территории, вызванное большим количеством осадков, выпавшим в зимнем сезоне 1980-1981 г.г. На территории о. Сахалин нами было установлено более 48 фактов интенсивного образования ОЭГП теплого периода, начиная с 1875 года [Казаков, Генсиоровский, 2007, Генсиоровский, Казаков, 2009б]. В холодный период с 1947 года было отмечено 22 случая массового лавинообразования.
Таким образом, можно увидеть достаточно четкую зависимость в периодичности массового проявления ЭГП с цикличностью увлажнения территории. Чем больше выпадает осадков в течение года, и их количество растет в цикле увлажнения, увеличивая тем самым количество избыточной влаги в грунтах потенциальных селевых и оползневых массивов, тем выше вероятность активизации ЭГП теплого периода. Для возникновения ОЭГП холодного периода (снежные лавины) определяющим фактором (наряду с выпадающими осадками) является состояние снежного покрова и количество слоев в нем, выполненных вторично-идиоморфным снегом.
ГЛАВА V. Схемы планировочных ограничений к генеральным планам городов о. Сахалин как превентивные мероприятия по защите от воздействия опасных ЭГП на их территории
В пятой главе определена степень поражённости городов о. Сахалин экзогенными геологическими процессами (табл.12).
Таблица 12
Степень поражённости городских территорий о. Сахалин экзогенными геологическими процессами
| № п/п | Населенный пункт | Проявления ЭГП на территории города (морская абразия, подтопление, затопление не включены), км2 | Суммарная степень пораженности ЭГП, км2 | Суммарная степень пораженности территории ЭГП, % | |||
| Сели | Оползни | Речная эрозия | Снежные лавины | ||||
| 1 | Оха | - | - | 0,005 | - | 0,005 | 0,1 |
| 2 | Александровск-Сахалинский | - | 0,20 | 0,04 | 0,08 | 0,32 | 6,7 |
| 3 | Поронайск | - | - | 0,07 | - | 0,07 | 0,8 |
| 4 | Шахтерск | - | 0,20 | 0,02 | 0,7 | 0,9 | 17,0 |
| 5 | Углегорск | 0,001 | 0,20 | 0,02 | 1,0 | 1,23 | 16,0 |
| 6 | Макаров | 0,54 | 0,70 | 0,05 | 0,2 | 1,5 | 88,0 |
| 7 | Томари | 0,003 | 0,02 | 0,02 | 0,1 | 0,14 | 10,0 |
| 8 | Долинск | - | - | 0,05 | - | 0,05 | 1,0 |
| 9 | Холмск | 1,5 | 1,1 | 0,02 | 2,4 | 5,0 | 61,0 |
| 10 | Южно -Сахалинск | 15,7 | - | 0,30 | - | 16,0 | 10,0 |
| 11 | Анива | - | - | 0,10 | - | 0,10 | 9,0 |
| 12 | Корсаков | 0,06 | 0,1 | 0,02 | 0,2 | 0,38 | 6,3 |
| 13 | Невельск | 0,47 | 1,3 | 0,05 | 1,8 | 3,6 | 90,0 |
На территории городов о. Сахалин развитие получили четыре типа ЭГП. По охвату территории самые распространенные из них - гравитационные и эрозионные. Выполнена группировка территорий городов по суммарной степени опасности проявления ЭГП. Определение степени опасности территории произведено по следующим данным: количество ЭГП, зафиксированных на территории города (один процесс – один балл, индекс - а); возможность массовой активизации нескольких ЭГП (один процесс – 0, два процесса – 0,5 балла, три процесса – 1 балл, индекс - а1); повторяемость периодов массовой активизации (раз/год в долях ед.). Степень опасности проявления ОЭГП на территории города определялась как произведение суммы баллов на повторяемость массовой активизации ЭГП К= A*I; где К – степень опасности в долях ед.; A – суммарный балл пораженности территории (а+а1); I – повторяемость массовой активизации ЭГП раз/год в долях ед. Шкала опасности проявления ОЭГП на городской территории выглядит следующим образом: 0,1 – 0,5 – умеренно опасная; 0,5 – 1,0 – опасная; 1,0 – 1,5 – весьма опасная. По степени опасности города разбиты на три группы.
Группа Г1, балл опасности 1,0- 1,5, территория весьма опасная: расположение основной городской застройки – у подножья высокой морской террасы (абс. высота <200 м), в узкой полосе вдоль побережья с уходом застройки на террасу и в трапецеидальные и V-образные долины рек, впадающих в море в пределах городской черты. Преобладающие комплексы рыхлых грунтов в пределах застройки: коллювиальные, коллювиально-делювиальные, делювиально-пролювиальные и аллювиально-пролювиальные нерасчлененные четвертичные отложения. Морские и аллювиально-морские отложения занимают менее 40% от всей площади городской застройки. Города данной группы имеют наибольшую площадь территории, подверженной проявлению опасных ЭГП, - от 61 до 90%. В группу входят города: Невельск, Холмск, Макаров. Изменение площади городской застройки, проектирование и строительство зданий и сооружений допустимо только после предварительной оценки территории планируемой застройки по степени поражённости ЭГП. Строительство на участках с сильной степенью опасности должно быть запрещено.
Группа Г2 балл опасности 0,5 – 1,0, территория опасная: расположение основной городской застройки – речная долина в ее устьевой части и частично вдоль берега моря у подножья морской террасы (абс. высота 100 м.). Преобладающие комплексы рыхлых грунтов в пределах застройки: аллювиальные, морские и аллювиально-морские отложения. Коллювиально-делювиальные, делювиально-пролювиальные и аллювиально-пролювиальные нерасчлененные четвертичные отложения занимают менее 30% от всей площади городской застройки. Площадь территории городов данной группы, подверженная проявлению опасных ЭГП, колеблется от 6,8 до 17,0 %. В группу входят города: Углегорск, Шахтерск, Томари, Корсаков. При выборе площадок под строительство новых объектов обязательна оценка степени опасности территории.
Группа Г3 балл опасности 0,1 – 0,5, территория умеренно опасная: расположение города – речная долина крупной реки, её средняя или приустьевая часть. Высотные отметки расположения города колеблются в пределах 5-50 м абс. Преобладающие комплексы рыхлых грунтов в пределах застройки: аллювиальные, аллювиально-морские отложения, биогенные отложения. Коллювиально-делювиальные, делювиально-пролювиальные и аллювиально-пролювиальные нерасчлененные четвертичные отложения занимают менее 20% от всей площади городской застройки. Данные города имеют наименьшую площадь, подверженную проявлению опасных ЭГП 0,1, - 10%. В группу входят города: Оха, Александровск – Сахалинский, Поронайск, Долинск, Южно-Сахалинск, Анива. При выборе площадок под строительство новых объектов обязательна оценка степени опасности территории
Ранжирование городов по степени опасности проявления ЭГП позволяет перейти к определению опасных территорий внутри городов. Несомненно, что разные типы процессов имеют разную категорию опасности. Однако, если перечень процессов, развивающихся на территории, достаточно большой, то и количество данных, необходимых для определения степени опасности того или иного процесса, будет велико. Для территории городов, где возможно одновременное проявление нескольких процессов, нужна суммарная оценка опасности проявления ОЭГП по совокупности всех процессов. Определение опасности участков внутри городской территории выполняется по следующему набору признаков: количество проявлений ЭГП, отмеченных на рассматриваемом участке городской территории (один процесс – один балл опасности); активизация на данном участке одновременно нескольких процессов (два процесса – 0,5 балла, три процесса – 1 балл); суммарное воздействие на участок нескольких процессов (два процесса – 0,5 балла, три процесса – 1 балл). Шкала опасности участков в пределах городской застройки выглядит следующим образом: 0 баллов – территория не опасна; 1-2 балла – территория слабо опасна; 3 – 4 балла – территория опасна; >4 баллов – территория подвержена сильной опасности (рис. 5). Группировка городов по степени опасности комплексного воздействия ОЭГП помогает выделить города, наиболее подверженные комплексу опасных ЭГП. Зонирование городской территории по степени опасности с выделением участков, наиболее подверженных массовому воздействию ОЭГП, позволяет создать схемы планировочных ограничений к генеральным планам городов с развернутыми характеристиками опасных ЭГП, дать прогноз развития экзогенных процессов и выработать рекомендации по инженерной защите территории.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основные результаты исследований по теме диссертационной работы сводятся к следующему.
На территории городов о. Сахалин развитие получили четыре основных типа ОЭГП. По охвату площади застройки, степени опасности для населения, зданий и инфраструктуры ведущими процессами являются эрозионные процессы, представленные плоскостной, боковой и глубинной эрозией, селями.
Самые распространенные гравитационные процессы - снежные лавины и оползни-сплывы, а в местах развития осадочных отложений – оползни-блоки, они зафиксированы в 8-ми городах острова. Процессы боковой и глубинной эрозии отмечены в пределах городской застройки всех 13-ти городов о. Сахалин. Селевые потоки отмечены в 7-ми городах. Развитию этих процессов способствует геологическое строение острова (в основном породы неогенового возраста), которые нестойки к агентам выветривания и интенсивно разрушаются под их воздействием, особенности гидрографической сети и климатических условий, режима и характера выпадения осадков.
По степени поражения опасными ЭГП и возможности массовой активизации процессов выделены три города – Невельск, 90% площади городской застройки подвержены проявлениям селевых, лавинных, оползневых, речных эрозионных процессов, Макаров, 88% площади застройки, и Холмск, 61% от площади городской застройки.
Обусловлено широкое развитие опасных ЭГП на городской территории местом расположения вышеназванных городов - в узкой береговой полосе, на низкой морской террасе, прорезанной многочисленными реками и ручьями. Геологическое строение районов застройки и инженерно-геологические свойства пород способствуют развитию ЭГП.
Существенным фактором активизации ЭГП в пределах городов о. Сахалин является периодичность массовой активизации ЭГП, связанная с цикличностью увлажнения территории. В вековом цикле увлажнения о. Сахалин выделено 5 больших циклов с временным интервалом 17-21 год, которые в свою очередь подразделяются на 14 малых циклов с временными интервалами 6-7 лет. Для массовой активизации ЭГП холодного периода (снежные лавины) определяющим фактором (наряду с выпадающими осадками) является состояние снежного покрова и количество слоев в нем, выполненных вторично-идиоморфным снегом.
По степени опасности территории города о. Сахалин разделены на три группы. Группа Г1 - - весьма опасная, площадь городской застройки, подверженная воздействию ОЭГП, при массовой активизации превышает 50%. Группа Г2 – опасная, площадь городской застройки, подверженная воздействию ОЭГП, составляет до 20%. Группа Г3 - умеренно опасная, площадь городской застройки, подверженная воздействию ОЭГП, не превышает 10%. Наиболее опасны процессы плоскостной, боковой и глубинной эрозии.
Для разработки мероприятий по снижению негативного воздействия массового проявления ОЭГП внутри городских территорий необходимо выделять участки с разной степенью опасности. На территории городов о. Сахалин выполнено выделение таких участков. Выделены следующие участки: а – неопасные участки – 0 баллов, территория подвержена ОЭГП в наименьшей степени; б- 1 - 2 балла - опасная; в - 3 – 4 балла – территория опасна; г - >4 баллов – территория подвержена сильной опасности.
В городах группы Г1, где преобладают участки со степенью опасности в, г (с опасной и сильно опасной) территорией проектирование и строительство объектов жилой застройки, производственных зданий и сооружений должно вестись только после опережающего строительства сооружений инженерной защиты, а в случае невозможности защиты проектируемых и строящихся объектов строительство должно быть запрещено. Схемы планировочных ограничений к генеральным планам городов показывают степень опасности территории при выборе участка строительства нового объекта и реконструкции существующего.
Таким образом, экзогенные геологические процессы оказывают негативное влияние на развитие городских территорий о. Сахалин, принося значительный экономический ущерб, увеличивая стоимость работ по освоению новых территорий и содержанию застроенных. Зачастую затраты на сооружение инженерной защиты и ее содержание превышают стоимость проектируемых и строящихся объектов, делая нецелесообразным использование значительных городских площадей. Комплексные схемы планировочных ограничений помогают избежать излишних затрат на стадии выбора участка под застройку, тем самым позволяя выполнять планировку городской территории с учетом проявления ОЭГП и минимизировать последствия их активизации.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
- Генсиоровский Ю.В. Расчет максимальных снегозапасов на основе ландшафтно-индикационных свойств снежного покрова //Материалы гляциологических исследований, вып. 102.–М.: ИГ РАН, c 76-79, 2007.
- Генсиоровский Ю.В. Генезис лавин весеннего снеготаяния (на примере Восточно-Сахалинских гор) //Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. № 1 – М.: «Наука», 2008. С. 67-71
- Генсиоровский Ю.В., Иванова О. В., Кононова Д.а.Влияние снежных лавин на формирование стока рек Центрального Сахалина. //Материалы гляциологических исследований, вып. 103.–М.: ИГ РАН, c. 177-179, 2007.
- Генсиоровский Ю.В., Казаков Н.А. Активизация экзогенных геологических процессов на Южном Сахалине 22-24 июня 2009 года //Геориск, № 2 – М.: ПНИИИС, 2009 – с. 56-60.
- Генсиоровский Ю.В., Казаков Н.А. Воздействие экзогенных геодинамических и русловых процессов на сооружения инженерной защиты нефтегазопроводов проекта «Сахалин-2» летом 2009 года // Геориск, № 4– М.: ПНИИИС, 2009 – с. 38-45
- Генсиоровский Ю.В., Казаков Н.А., Рыбальченко С.В. Гидрометеорологические условия периодов массового селеобразования на о. Сахалин //Труды международной конференции «Селевые потоки: Катастрофы, Риск, Прогноз, Защита». Пятигорск 2008 с. 95-98.
- Древило М.С., Окопный В.И., Жируев С.П., Генсиоровский Ю.В., Казаков Н.А. Мониторинг снежного покрова о. Сахалин. //Материалы гляциологических исследований. Вып.89. - М.: ИГ РАН, 2000. – С. 211-215.
- Жируев С.П., Окопный В.И., Генсиоровский Ю.В., Казаков Н.А. Лавинная опасность на автомобильных и железных дорогах Сахалина и Курил // Геориск, № 4– М.: ПНИИИС, 2010 – с.50-57
- Казаков Н.А., Окопный В.И., Жируев С.П., Генсиоровский Ю.В., Аникин В.А. Лавинный режим Восточно-Сахалинских гор. //Материалы гляциологических исследований. Вып.87. - М.: ИГ РАН, 1999. – С. 211-215.
- Казаков Н.А., Генсиоровский Ю.В. Влияние вертикального градиента осадков на характеристики гидрологических, лавинных и селевых процессов в низкогорье //Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. № 4 – М.: «Наука», 2007. С. 342 – 347.
- Казаков Н.А., Генсиоровский Ю.В Экзогенные геодинамические и русловые процессы в низкогорье о. Сахалина как факторы риска для нефтегазопроводов «Сахалин-2» // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. № 6 – М.: «Наука», 2008. С. 483 – 496.
- Казаков Н.А., Генсиоровский Ю.В. Вертикальный градиент осадков и расчёт характеристик гидрологических, лавинных и селевых процессов в низкогорье. //Материалы второй международной конференции "Фундаментальные проблемы изучения и использования воды и водных ресурсов". Иркутск: Изд. ИГ СО РАН, 2005. – С. 233 -235.
- Казаков Н.А., Древило М.С., Генсиоровский Ю.В., Жируев С.П., Окопный В.И. Природные лавинные комплексы Сахалинской области. //Тезисы докладов III Международной конференции «Лавины и смежные вопросы», Кировск, 2006. – С. 72 – 74.
- Казаков Н.А., Генсиоровский Ю.В. Формирование лавин эстремальных объёмов в низкогорье о. Сахалина. //Материалы Симпозиума «Гляциология в канун Международного Полярного Года». М., ИГ РАН, 2006. – С. 46.
- Казаков Н.А., Генсиоровский Ю.В. Перекристаллизация снежной толщи как основной фактор формирования катастрофических лавин в Красной поляне и обеспечение противолавинной защиты олимпийских объектов. //Инженерные изыскания, № 1 – М.: ПНИИИС, 2007 – с. 51-58.
- Казаков Н.А., Генсиоровский Ю.В. Недоучет осадков в низкогорье о. Сахалина как причина занижения расчетных параметров сооружений при проектировании и строительстве. //Геориск, № 1 – М.: ПНИИИС, 2007 – с. 58-60.
- Казаков Н.А., Генсиоровский Ю.В. Грязекаменные сели катастрофических объемов в низкогорье острова Сахалин //Труды международной конференции «Селевые потоки: Катастрофы, Риск, Прогноз, Защита». Пятигорск 2008 с. 45-48.
- Казаков Н.А., Генсиоровский Ю.В., Окопный В.И., Казакова Е.Н., Рыбальченко С.В., Боброва Д.А., Лобкина В.А. Схемы планировочных ограничений к генеральным планам городов Сахалинской области «Лавинная и селевая опасность»// Министерство строительства Сахалинской области. Южно-Сахалинск. Препринт. 2009.
- Казаков Н.А., Генсиоровский Ю.В., Казакова Е.Н. Большие лавины с небольших склонов // Геориск, № 2 – М.: ПНИИИС, 2008 – с. 56-60.
- Мусохранова Л.А., Генсиоровский Ю.В., Казаков Н.А. Уязвимость территории населенных пунктов Сахалинской области к воздействию опасных природных процессов и меры, принимаемые для ее защиты// Градостроительство, №6, М.: ОАО ВНИИНТПИ, 2010 – c. 33-39.
Подписано к печати.
Формат 60х84/16. Бумага офсетная №1. Гарнитура Таймс.
Печать Riso.
Усл. печ. л. 1.0. Тираж 100 экз. Заказ 535.
Отпечатано в типографии Института земной коры СО РАН.
664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128.
