Основные термины и понятия

При составлении инженерно-геоморфологических карт необходимо знать основные термины. В данном разделе мы рассмотрим лишь те понятия, которые необходимы в практической работе. Более детально это изучается в специальных дисциплинах на старших курсах.

Инженерная геоморфология — направление прикладной геоморфологии, изучающее рельеф, его морфологические и морфометрические особенности, процессы, условия и факторы рельефообразования и преобразования форм земной поверхности (естественного и искусственного) для их оценки при строительстве и эксплуатации инженерных сооружений.

Инженерная геоморфология включает в свой арсенал сведения и методы из геологии, физической географии, гидрологии, климатологии, топографии и подчиняет их единой цели — анализу рельефа с точки зрения условий его использования, устойчивости, динамичности и прогноза эксплуатации. Инженерная геоморфология — это дисциплина, изучающая возможности использования теоретических основ и методов геоморфологии в инженерных целях.

Инженерная геоморфология, используя теоретические основы общей и региональной геоморфологии, тесно взаимодействует с антропогенной и экологической геоморфологией.

Геоморфологические знания служат для обоснования прогнозных оценок при планировании, строительстве и эксплуатации различных инженерных сооружений, а также помогают выяснить характер воздействия сооружений на окружающую природу и функционирование соседствующих сооружений.

Инженерная геоморфология как прикладная область знаний занимает пограничное положение между инженерной географией и инженерной геологией.

Инженерная геология изучает земную кору как возможную среду инженерной деятельности человека, и, прежде всего, горные породы, слагающие земную кору и их свойства. Инженеры-геологи собирают информацию о том, как антропогенные процессы влияют на свойства пород, определяющих устойчивость оснований инженерных сооружений. Геоморфология анализирует те же явления, но под другим углом зрения — как эти процессы влияют на рельеф земной поверхности и его устойчивость.

Инженерная география — это еще не вполне сформировавшаяся научная дисциплина, являющаяся прикладным направлением. Она изучает взаимодействие инженерно-хозяйственной деятельности человека и природной среды с целью обоснования рекомендаций по оптимальному размещению природно-технических систем и повышению эффективности природопользования.

Инженерные сооружения чаще всего возводятся в производственных или транспортных целях, а также в целях жилищного, социального и культурного строительства. Возникает необходимость в средствах инженерной защиты окружающей человека среды. Таким образом, все вопросы размещения объектов инженерной деятельности связаны с развитием территориально-производственных комплексов. Обоснование размещения и прогноз их развития осуществляются экономической географией. Поэтому при разработке рекомендаций по строительству специалисты по инженерной географии должны опираться на результаты экономико-географических исследований. Физико-географические условия накладывают отпечаток не только на условия строительства и эксплуатации инженерных сооружений, но и влияют на выбор технологий тех или иных видов производства.

Инженерная геоморфология по целевому назначению подразделяется на следующие направления:

Общая инженерная геоморфология, изучающая теоретические вопросы, обобщая методику исследований применительно к различным сферам практического изучения рельефа.

Инженерная геоморфодинамика (процессоведение), включающая:

• 1) общую геоморфодинамику, которая занимается изучением закономерностей проявления и сочетания современных геоморфологических процессов и их влияние на хозяйственную деятельность человека;
• 2) частную геоморфодинамику, состоящую из отдельных методов изучения флювиальных процессов, лавин, оползней, карста, селей, защиты берегов, современных тектонических движений земной коры и т. д. и выработки мер по борьбе с этими процессами.

Отраслевая инженерная геоморфология изучает рельеф для нужд различных отраслей народного хозяйства.

Определение динамической геоморфологии было дано Д. Г. Пановым, который считал, что это «часть общей геоморфологии, изучающая развитие и изменение рельефа, его динамику под преобладающим воздействием экзогенных процессов». Сами процессы динамики рельефа он предлагал называть морфодинамическими, подчеркивая, что практическое значение их очень велико, так как они нередко носят катастрофический характер, разрушают сооружения или создают большие трудности в их использовании, требуют защитных мер.

Цель инженерной геоморфодинамики (или процессоведения) состоит в познании на основе изучения форм и элементов рельефа сущность процессов, их генетическую предопределенность и в комплексе с изучением других данных дать прогноз влияния процессов на строительство и прогноз влияния хозяйственной деятельности на процессы.

Динамика, интенсивность, отражение современных геоморфологических процессов в природных условиях любой территории закономерно связаны с геологическим строением, современными движениями земной коры, физико-географическими условиями и инженерно-хозяйственной деятельностью человека. Под влиянием различного сочетания этих факторов выделяются участки территорий с неодинаковыми инженерно-геоморфологическими условиями. Эти участки могут быть основой для специального картирования рельефа в инженерных целях.

Оценки условий строительства и эксплуатации инженерных сооружений складываются из определения происхождения и возраста рельефа, которые анализируются с точки зрения устойчивости территории, а также влияния тех современных рельефообразующих процессов, которые особенно быстро изменяют морфологический облик территории. Рельеф считается достаточно устойчивым элементом географической среды. Многие его черты практически не изменяются в течение тысячелетий, но некоторые рельефообразующие процессы протекают быстро и за весьма короткий промежуток времени происходят существенные изменения рельефа. Таковы обвалы, осыпи, провалы, сели и все то, что называется катастрофическими явлениями. Оценка устойчивости рельефа — это одно из условий определения целесообразности размещения и эксплуатации инженерного сооружения.

Информация о происхождении и возрасте рельефа помогает определить изменчивость процессов рельефообразования. B рельефе хорошо различаются обвальные, осыпные, оползневые, делювиальные, солифлюкционные и другие склоны. Их устойчивость различна. В ходе геоморфологического анализа нетрудно разделить курумовые и осыпные склоны и тем самым выявить относительно спокойные и опасные места возможного строительства сооружений. Если наряду с происхождением установлен и возраст рельефа, то это может уточнить представления об устойчивости территории и сделать их более достоверными, так как древние формы рельефа по сравнению с молодыми оказываются и более устойчивыми.

Определение устойчивости рельефа. Под устойчивостью рельефа понимается способность его сохранять свои профили в течение длительного времени. Нарушение устойчивости может происходить естественным путем и за счет деятельности человека. Определить возможные причины нарушения устойчивости рельефа, дать прогноз его развития — одна из задач инженерной геоморфодинамики.

Устойчивость рельефа зависит от современных тектонических движений, состава и свойств горных пород, действующих на них современных экзогенных процессов, морфологии поверхности, расположения в той или иной природной зоне. Нарушение устойчивости рельефа ведет к перемещению горных пород, которое осуществляется двумя способами: 1) по поверхности денудационным путем, в основном под действием силы тяжести, плоскостного смыва, криолитогенеза и 2) по линейному направлению, выраженному перемещением под действием воды, ветра, льда. Первое происходит медленно, второе — сравнительно быстро.

Силы, мешающие перемещению масс под действием рельефообразующих факторов, зависят от сцепления и трения, состава пород, их увлажненности, выветрелости и других инженерно-геологических свойств. Чем больше коллоидных частиц и выше их насыщенность водой, тем больше подвижность горных пород. Зависимость между массой, углом наклона и трением выражается соотношением.

Mg sin б? Mt mg cos б,

где М — масса; g sin б — слагающая силы тяжести; t — коэффициент трения; mg cos б — давление масс на основание.

Методы исследований. Для характеристики геоморфологических условий при инженерной оценке местности требуются специальные геоморфологические исследования, включая стационарные наблюдения. При этом следует помнить, что в рельефе земной поверхности выделяются три области, оценка которых должна проводиться с учетом их особенностей. Это области сноса (области денудационного рельефа), области транзита (переноса вещества рельефообразующими процессами) и области аккумуляции (области формирования аккумулятивного рельефа). В областях сноса изменение рельефа ставит под угрозу существование фундаментов сооружений, так как разрушает их в первую очередь. В области транзита рельеф, как правило, не изменяется и при непрофессиональном анализе может казаться достаточно устойчивым и надежным. Связанные с экзогенным рельефообразованием литопотоки могут воздействовать не только на инженерные объекты, но и на технологию производства, если они окажутся на пути схода лавин, переноса песка ветром и др. А области аккумуляции могут стать причиной погребения тех или иных частей сооружений.

Геоморфологическая оценка местности — это своеобразное разрешение, выданное геоморфологами строителям на возведение сооружения. В ней должны быть даны рекомендации и для создания средств защиты проектируемых объектов от нежелательных воздействий рельефообразующих процессов.

Для инженерной оценки рельефа чаще всего пользуются морфометрическими и кинематическими (динамическими) методами.

Морфометрические методы в инженерно-геоморфологических исследованиях основаны на изучении размерностей рельефа, т. е. определении линейных размеров: длин склонов, длин и ширины долин, периметров бассейнов. Эти данные необходимы для вычисления размеров различных сооружений, например длины плотин, мостовых переходов и т. п. Линейные измерения позволяют получить другие морфометрические характеристики рельефа — площади, уклоны, густоту и глубину расчленения рельефа.

Данные о густоте и глубине расчленения рельефа, его уклонах необходимы для определения общего плана размещения сооружений, проектирования профиля и плана укладки трубопроводов, трасс дорог и других объектов.

Существует много приемов численного анализа рельефа. Это методы «кривой пересеченности рельефа» и «начального уклона местности» М. М. Протодьяконова, использовавшиеся при проектировании железных дорог. Методика «ритмов рельефа» А. А. Борзова применялась в работах по размещению постоянной и временной оросительной сети. Прием «насыщенности рельефа горизонталями» П. М. Орлова использовался при оценке проходимости местности.

Кинематическими, или динамическими, методами определяют изменения пространственных соотношений рельефа во времени. Основные величины, с которыми оперируют кинематические методы, — время и масса. Основными методами измерения современных изменений рельефа являются геодезические, фотограмметрические, гидрометрические, сейсмометрические, астрономические измерения.

Выделяются следующие кинематические методы:

• 1. Методы, основанные на наблюдениях за движением частиц земной коры, или субстанциальные: наблюдения за изменением положения маркированной линии поверхности при движении ледников и осыпей, за наклоном древесных стволов при движении оползней; анализ речных террас, глубин эрозионных врезов, деформаций поверхностей выравнивания, высот снеговой границы и ландшафтных поясов, этажей карстовых галерей.
• 2. Методы, основанные на наблюдениях за изменением положения поверхности, или локальные. Эти методы состоят в повторных топографических и батиметрических съемках. При этом можно использовать и палеогеоморфологические наблюдения за миграцией дельт, урезов рек, береговых линий.
• 3. Методы, основанные на наблюдениях за движением потоков частиц, или балансовые. Этими методами замеряют приход и расход твердого стока реки, денудационный вынос в бассейн, снос рыхлого материала по склону, сток и приток растворенных веществ с участка развития карстовых форм; производят анализ отложений, коррелятных процессам денудации, оврагообразованию.

Все измерения рельефа и перемещений поверхности сопровождаются статистической обработкой материалов, постановкой стационарных наблюдений, лабораторных исследований и работ по моделированию процессов, типов и форм рельефа.

Современной инженерной геоморфологией накоплен определенный опыт специальных инженерно-геоморфологических исследований. Интерес к этим работам со стороны практики особенно заметно возрос в связи с внедрением в изыскательские работы дистанционных материалов: разновысотных черно-белых аэрофотоснимков, цветных и спектрозональных фотоизображений, космических снимков и спектрометрических материалов.

Геоморфологические данные используются для районирования территорий по степени устойчивости рельефа. Например, Г. А. Максимович для оценки площадок под промышленное и гражданское строительство классифицирует устойчивость закарстованных территорий по динамичности годового прироста и плотности провальных карстовых воронок.

Существует классификация оползневых районов по степени проявления процесса и локализации оползней на площади (районы единичных оползней, линейного распространения, площадного развития оползней).

Картирование форм и элементов рельефа дает возможность для районирования территории по инженерно-геологическим свойствам грунтов для районов развития эоловых песков, задернованных в разной степени, форм рельефа материкового оледенения, аллювиальных террас разного генезиса и возраста, криогенной морфоскульптуры, суффозионных форм рельефа. В каждом из этих случаев формы рельефа, их морфология, генезис, плотность па единицу площади служат показателями для определения инженерных свойств рыхлых пород, обладающих определенной устойчивостью.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

• 1. Что является предметом изучения инженерной геоморфологии?
• 2. Назовите науки естественно-научного цикла, с которыми тесным образом взаимодействует инженерная геоморфология?
• 3. Что изучает инженерная геоморфодинамика?
• 4. Под влиянием различного сочетания природных и антропогенных факторов выделяются участки территорий с неодинаковыми инженерно-геоморфологическими условиями. Могут ли они быть основой для специального картирования рельефа в инженерных целях ?
• 5. Что называют «устойчивостью рельефа»? Назовите признаки устойчивости рельефа.
• 6. Назовите основные методы, применяемые в инженерной геоморфологии.
• 7. Какие морфометрические методы нашли широкое применение для инженерно-геоморфологических целей?
• 8. В чем состоит суть динамических методов наблюдений?
• 9. Основными методами измерения современных преобразований рельефа являются ???
• 10. Назовите основные признаки рельефа, по которым можно районировать территории.