Инженерно-геологическая оценка линейной эрозии в лесостепном Приангарье

Актуальность проблемы Лесостепная зона Приангарья — район наиболее интенсивного проявления линейной эрозии и один из основных районов сельскохозяйственного землепользования в Иркутской области. Здесь в исторически обозримое время, на исследуемой территории наряду с естественными факторами, эрозионные процессы испытывали существенное антропогенное влияние. Расширение пахотных и пастбищных земель после создания Братского водохранилища усилило техногенную нагрузку на осваиваемые территории. По данным Ш. Д. Хисматуллина (1991) сельхозугодья занимают 1210,2 тыс. га или 21,4% от общей площади и подвержены водной и ветровой эрозии в средней, сильной и очень сильной степени. Степень их эродированности может достигать 40−50%. Все разновидности эрозии приносят большой ущерб сельскому хозяйству: истощают земельные ресурсы, приводят к деградации почв, разделению и сокращению угодий, ухудшению пастбищ, а также к деформациям транспортных и дренажных коммуникаций, инженерных сооружений и хозяйственных построек. Это существенно удорожает их эксплуатацию и снижает эффективность использования.

Вместе с тем изученность эрозии для разработки эффективных противоэрозионных мер и прогнозов развития различных ее видов недостаточна. Слабо освещены вопросы детального изучения среды развития линейной эрозии в лесостепном Приангарье. Кроме того, исследуемая территория характеризуется большим разнообразием форм и в этом аспекте представляет уникальный исследовательский геодинамический полигон, вызывает большой интерес для изучения взаимосвязей геолого геоморфологических условий и факторов развития эрозионной системы с механизмами и формами проявления процесса, закономерностями их распределения в пространстве. Актуальность изучения этих вопросов повышается в связи с рассмотрением экзогенных геологических процессов как факторов экологического риска.

Анализ современного состояния изученности линейной эрозии лесостепной зоны Приангарья позволил сформулировать цель и задачи исследования.

Целью работы является инженерно-геологическая оценка линейной эрозии в лесостепном Приангарье, под которой автором понимается оценка среды, условий и факторов развития процесса и их взаимодействий, определяющих тип, механизмы, локализацию и закономерности распространения эрозионных форм в пространстве.

Основные задачи исследования: 1. Анализ условий и основных факторов развития линейной эрозии в лесостепном Приангарье.

2. Изучение состава, структуры и свойств четвертичных отложенийсреды развития эрозии.

3. Характеристика типов и форм проявления процесса в лесостепном Приангарье.

4. Выявление механизмов формирования и развития эрозии, ее взаимодействие с другими экзогенными процессами.

5. Анализ закономерностей распространения эрозионных форм в пространстве, их взаимосвязь с геолого-геоморфологическими условиями.

6. Проведение специального районирования исследуемой территории по геолого-геоморфологическим условиям и типам эрозионных форм. Научная новизна 1. Впервые для эрозионных форм лесостепного Приангарья различных типов и механизмов развития выполнена детальная оценка среды их развития, включающая изучение состава, структуры, состояния и свойств грунтов.

2. На примере Закулейского эрозионного массива предложена типизация среды по размываемости, являющаяся первым опытом для исследуемой территории.

3. Расширены и дополнены представления о формах проявления линейной эрозии, механизмах взаимодействия с экзогенными геологическими процессами лесостепного Приангарья.

4. Выявлены закономерности распространения различных типов эрозионных форм в пространстве и их взаимосвязь с геолого-геоморфологическими условиями.

Защищаемые положения:

1. Механизмы развития эрозионных форм определяются особенностями состава, структуры и свойств грунтов.

2. Комплексная оценка грунтовых толщ, включающих сочетание геологических формаций и геолого-генетических комплексов различного литологического состава, и сложности разреза по размываемости, является основой типизации геологической среды.

Практическая значимость работы 1. Результаты детальной оценки среды развития различных по типу и механизмам эрозионных форм могут послужить основой для дальнейших исследований: изучения пространственного распределение состава, структуры и свойств грунтов, их связи с интенсивностью проявления процесса.

2. Опыт типизации среды по размываемости и районирование территории по типам эрозионных форм может быть использован в практических целях при освоении новых сельскохозяйственных земель и размещении различных хозяйственных объектов.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Первом международном симпозиуме «Молодежь и проблемы геологии» (Томск, 1996), на XVII молодежной научной конференции «Строение литосферы и геодинамика» (Иркутск, 1997), на XVIII и XIX Всероссийских молодежных конференциях «Геология и геодинамика Евразии» (Иркутск, 1999, 2001), научных семинарах лаборатории инженерной геологии и геоэкологии Института земной коры СО РАН, на конференции молодых ученых Иркутского научного центра СО РАН и вузов г. Иркутска «Интеграция фундаментальной науки и высшей школы в устойчивом развитии Сибири» (Иркутск, 2001). Исходные материалы. В основу диссертации положены материалы полевых работ в период с 1997 по 2001 год на 12 ключевых участках, расположенных в пределах лесостепной зоны Братского водохранилища, в которых автор принимал непосредственное участие. Использованы материалы гидрогеологических и инженерно-геологических съемок на Бахтайском и Осинском мелиоративных массивах (м 1: 50 000), отчеты о работах Прибайкальской партии и лаборатории инженерной геологии по изучению экзогенных геологических процессов, аэрофотографический и картографический материал по региону исследования.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ. Из них 1 статья в отечественном журнале, 8 — в отечественных сборниках, 1 тезисы отечественных совещаний, 3 статьи в зарубежных сборниках. Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 195 страниц машинописного текста, сопровождается 34 рисунками, 3 таблицами, списком литературы из 103 наименований.

Заключение

.

Лесостепная зона Приангарья, расположенная на стыке Предсаянского прогиба и юго-западной части Лено-Ангарского моноклинального плато, сложенных сульфатно-карбонатными и терригенно-красноцветными породами кембрия, терригенно-угленосными породами юрской системы, характеризуется высокой интенсивностью водной эрозии, ее неравномерным распределением по площади и разнообразием форм.

Условием интенсивного развития форм линейной эрозии в лесостепном Приангарье является сочетание больших мощностей легкоразмываемых пылеватых супесей и суглинков, местами лессовидных, и благоприятной морфологии — достаточной глубины (100−200м) и густоты (0,8−1,2 км/км2) эрозионного расчленения, густой сети долинно-балочных систем и суходолов и преобладающее распространение выпуклых протяженных склонов. При других сочетаниях геолого-морфологических факторов эрозия развивается как вторичный процесс, взаимодействуя с другими экзогенными процессами: суффозией, карстом, оползнями, абразией.

При недостаточном увлажнении территории (350−400 мм в год) и небольшой высоте снежного покрова (10−25 см) быстрое снеготаяние весной, глубокое сезонное промерзание грунтов и режим их оттаивания, неравномерность выпадения осадков в течение года и их ливневый характер обеспечивают необходимую для развития эрозии концентрацию стока и создают внутригодовую цикличность активизации линейной эрозии.

На исследуемой территории наряду с естественными факторами эрозионные процессы на протяжении нескольких веков испытывали существенное антропогенное влияние. Определяющим фактором активизации эрозии после создания Братского водохранилища явились колебания уровня воды в нем, достигающие в отдельные годы 10 м.

Наибольшая интенсивность проявления эрозии характерна для эрозионных массивов правобережья залива Унга. Характер и длительность тектонических процессов изначально определили преобладание в рельефе выпуклых склонов различной крутизны — благоприятной среды для развития крупных долинно-балочных систем и заложение последних по системам тектонических нарушений.

В настоящее время долинно-балочные системы в силу контрастности рельефа и большой мощности легкоразмываемых делювиально-пролювиальных отложений — область активного развития вторичных донных оврагов и элементарных эрозионных форм.

Эрозионные массивы южной части исследуемой территории характеризуются меньшей интенсивностью проявления процесса. Этому способствовало преобладание в рельефе склонов, близких к профилю равновесия, или вогнутых склонов аккумулятивного типа развития, небольшие мощности рыхлых отложений и наличие среди литологических разностей тяжелых суглинков с дресвой и щебнем — продуктов выветривания кембрийских отложений, другой план тектонической трещиноватости, интенсивное развитие карста.

В районах пологоволнистых неглубоко расчлененных обширных междуречий, сложенных юрскими отложениями, интенсивность проявления эрозии низкая, здесь преобладают одиночные формы. Развитию эрозии также не способствует заболоченность территории.

Преимущественно эрозионные формы развиваются на незалесенных пространствах береговых склонов и прибрежных массивов, имеющих многовековую историю освоения и сельскохозяйственного использования.

По размываемости на типизируемой территории выделены пять типов разрезов грунтовых толщ. Подверженными эрозии являются районы среднеразмываемых и легкоразмываемых лессовидных однослойных и двухслойных разрезов (типы A3, Б1л, БЗ), представленных делювиальными, пролювиально-делювиальными и элювиально-делювиальными суглинками тяжелого и среднего состава, лессовидными супесями и суглинками, делювиальными суглинками со щебнем, мощностью 5−10 и более м. Необходимым условием при этом является их сочетание с благоприятной для развития эрозионного процесса морфологией склонов.

В соответствии с типизацией в двухслойных разрезах наблюдается чередование слоев различной размываемости. Комбинации подобной «слоистости» создают различные для взаимодействия процессов обстановки, и, следовательно, механизмы развития эрозионных форм.

По результатам лабораторных анализов грунтов установлено, что средой развития эрозионных форм являются супеси и суглинки различной степени агрегированности с агрегированно-скелетной и скелетно-агрегированной микроструктурами. Для них характерны высокая пылеватость (более 50%), небольшое содержание глинистой фракции с различным коэффициентом свободы активной тонкоглинистой фазы, недоуплотненность, средняя степень водонасыщения (Sr 0,4−0,6). Грунты отличаются незасоленностью (SBp 0,1−0,3%) или слабым и средним засолением (Sbp 0,3−0,79%) с увеличением до сильного (Sep 1,21−3%) на участках структурно-денудационного рельефаразличным содержанием карбонатов с максимальным количеством в районах развития отложений ангарской свиты нижнего кембрия. Супеси и суглинки обладают низким сцеплением, проявляют объемную усадку, в редких случаях набухание, различную степень просадочности при природном давлении.

Применение кластер — анализа позволило разделить долинно-балочные системы на две группы. Первая группа объединяет овражно-балочные системы одноцикличного развития. В плане они имеют линейную форму с малоразвитой сетью боковых отвершков (овраги участков Талькино и Муруй), в накоплении отложений отмечается один цикл. Ко второй отнесены более древние долинно-балочные системы, многоэтапного развития, имеющие в плане квадратно-сетчатую древовидную структуру, образованную хорошо развитой сетью боковых отвершков (овраги на участках Мамонтов и Казачий).

Для лесостепного Приангарья выделены следующие механизмы формирования эрозионных форм: эрозионный, карстово-эрозионный, суффозионно-эрозионный, оползневоэрозионный, абразионно-эрозионный, эолово-эрозионный.

Для механизмов взаимодействия эрозии с другими процессами необходимым условием является наличие среды, благоприятной для развития нескольких процессов. В результате детальной оценки среды развития эрозионных форм на ключевых участках было установлено, что механизмы их формирования и развития, режимы функционирования эрозионной системы определяются составом, структурой, состоянием и свойствами грунтов, ее составляющих.

На основе анализа истории геологического развития территории, геолого-морфологических, климатических и техногенных факторов выполнено инженерно-геологическое районирование и выделены 8 типов эрозионных массивов — территорий с сочетанием мезоформ рельефа и определенного комплекса рыхлых отложений, определяющих тип эрозионных форм, механизм их развития и взаимодействия с другими ЭГП, обладающих определенным уровнем эрозионной пораженности.