Общая характеристика работы

Актуальность темы:Изучение вопросов, связанных с устойчивостью речных систем и их картографированием, обусловлено необходимостью решения актуальных проблем взаимодействий общества и природы, проблем сохранения и улучшения качества жизненной среды, рационального использования природных ресурсов.

Фактически проблема устойчивого развития России и ее регионов стояла давно. В настоящее время ее особая актуальность определяется имевшим место в 1990-е годы длительным спадом экономики, тяжелой экологической ситуацией, ростом заболеваемости и необходимостью охраны окружающей среды. Все это означает, что стратегия устойчивого развития должна носить комплексный характер и включать в себя решение социальных, демографических и эколого-экономических проблем.

В соответствии с этим была принята "концепция перехода России на модель устойчивого развития"(1995).

Переход намечается осуществить в три этапа: первый (1996-2000 гг.), второй (2000-2015гг.) и третий ( до середины XX1 в.). На втором этапе должны быть решены наиболее острые экономические и экологические проблемы. Понятие «устойчивое развитие» более точно переводится как сбалансированное развитие, суть которого заключается в стремлении сохранить баланс. Иначе говоря, рассматривается равновесие, или устойчивость связи между экономической и экологической составляющей устойчивого развития. Удовлетворение человеческих потребностей немыслимо без эксплуатации природных ресурсов, которые являются частью общего природного потенциала ландшафта. При экологическом подходе природный потенциал ландшафта оценивается как совокупность условий, необходимых для жизни и воспроизводства. Для естественного ландшафта характерны процессы самоуправления, ведущие к устойчивости экосистемы, то есть сохранению внутренних и внешних связей, обеспечивающих их устойчивость. К оценке устойчивости природного ландшафта следует подходить как в целом к комплексу, так и к каждому компоненту комплекса в отдельности, учитывая его значимость и функцию. Одним из основных компонентов природного комплекса являются речные системы, проблема устойчивости которых в настоящее время особенно актуальна. Для решения этой проблемы необходимо картографическое отображение, являющееся неотъемлемой составляющей объективной оценки состояния территории.

Вопросам картографирования устойчивого развития уделяется большое внимание, в частности на крупнейшей в мире 23 Международной картографической конференции, проходившей в августе 2007 года в Москве, в докладах В. С. Тикунова, Т. С. Никелайнена, Джона С. Триндера( Австралия), И. Н. Рубанова, Т.

М. Красовской, О. И. Котовой, В.
Н. Москвина говорится о необходимости разработки научных подходов к решению вопросов картографирования устойчивого развития территорий.

Целью исследования является разработка методики картографирования устойчивости речных систем.

Для достижения этой цели поставлены и решены следующие задачи:

-проанализирован опыт изучения устойчивости природно-территориального комплекса и его элементов с применением картографических методов;

— сформулированы принципы создания карт устойчивости природно-территориального комплекса на примере речных систем;

-обоснован новый вид карт, ориентированный на специфику вопроса картографирования устойчивости речных систем;

-определено место карт устойчивого развития в системе классификации тематических карт (по содержанию);

— составлена классификация показателей речных систем, характеризующих

их устойчивость;

-разработана методика унификации показателей речных систем;

-разработан комбинированный способ картографического отображения устойчивости речных систем;

-разработана методика картографирования устойчивости речных систем.

Объект и предмет исследования Объектом исследования является устойчивость состояния речной системы, как одного из основных элементов природно-территориального комплекса, а предметом исследования – методика картографирования устойчивости речной системы по основным показателям.

Методы и средства исследования: методология исследований базируется на применении системного подхода, различных способов картографирования и моделирования, современного программного и компьютерного обеспечения.

Научная новизна:

-сформулированы принципы создания карт устойчивости природно-территориального комплекса на примере речных систем;

-разработана методика унификации показателей, характеризующих устойчивость объекта исследования;

-разработан комбинированный способ отображения устойчивости речных систем;

— разработана методика картографирования устойчивости речных систем ;

-предложен новый вид карт-карты устойчивости речных систем.

На защиту выносятся:

— принципы создания карт устойчивости природно-территориального комплекса на примере речных систем;

— методика унификации основных показателей, характеризующих устойчивость речных систем;

— комбинированный способ отображения устойчивости речных систем;

— методика картографирования устойчивости речных систем;

-новый вид карт – карты устойчивости речных систем;

Практическая ценность работы состоит в разработке принципов создания карт устойчивости речной системы, разработке методики картографирования устойчивости речной системы, разработке методики унификации показателей и способов отображения устойчивости речной системы.

Реализация результатов работы:

Результаты диссертационной работы используются в Новосибирском научно-исследовательском институте гигиены при составлении проекта зоны санитарной охраны р. Томи и при выполнении экспериментальных работ по проекту строительства Крапивинского гидроузла на р. Томи.

Разработанная методика картографирования устойчивости речных систем используется в учебном процессе в Сибирской государственной геодезической академии по курсу «География» и « Аэрокосмические методы в проектировании и составлении карт». Акты внедрения прилагаются

Апробация:

Основные положения диссертационной работы и результаты исследований представлены в докладах на различных научно-технических конференция:

— на научно-технических конференциях преподавателей СГГА «Современные проблемы геодезии и оптики»- 1996г., 1998г., 1999г., 2001г., 2003г.;

— на Междунар. конференции «Интеркарта-4»,Новосибирск-1998г;

— на 2-й региональной научно-практической конференции, Иркутск-2006г.

— на VIII научной конференции по тематическому картографированию, Иркутск-2006г.;

-на III Международном научном конгрессе « Гео-Сибирь-2007»;

-на IV Международном научном конгрессе « Гео-Сибирь-2008».

Основные положения диссертации внедрены в учебный процесс, дипломное проектирование и студенческую научную деятельность кафедры картографии и геоинформатики СГГА, что подтверждено соответствующими актами.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 13 научных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех разделов, заключения, списка использованных источников, включающего 129 наименований. Общий объем составляет 140 страниц, 18 рисунков, 10 таблиц, 3 приложения.

Основные положения диссертационной работы

Во введении обосновывается актуальность темы, определяются цели, задачи, методы и средства проводимых исследований. Раскрываются научная новизна работы и ее практическая значимость, выделяются основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе рассматривается современный подход к проблеме устойчивого развития и его картографирования. Для этого изучены результаты исследований по определению и раскрытию понятий «устойчивого развития» и «устойчивость природно-территориальных комплексов».

Понятие устойчивого развития включает в себя три составляющие: экономическую, экологическую и социальную. С экологической точки зрения устойчивое развитие характеризуется способностью сохранения целостности природных систем, то есть сохранение их внешних и внутренних связей, что связано с их устойчивостью. Поэтому возникает необходимость, прежде всего, рассматривать устойчивость природных систем и их компонентов как частный случай экологической составляющей устойчивого развития.

В общем виде термин «устойчивость» подразумевает свойство системы сохранять качественную определенность. Устойчивым принимается такое состояние системы, к которому она самопроизвольно возвращается, будучи выведена из него внешними силами. Определение качественных параметров устойчивости означает соотношение между мерой изменения требуемых свойств системы и мерой направленного воздействия.

Устойчивость природно-территориального комплекса (ПТК) и его компонентов – это способность сохранять свою структуру в пространстве и во времени при изменяющихся условиях среды или как свойство геосистемы активно поддерживать значения своих параметров в пределах, не превышающих неких критических величин, с сохранением определенного характера функционирования, проявляющегося при воздействии на нее возмущающих факторов. (Куликов,1976;Гришанков,1977).В современном представлении природно-территориальный комплекс является сложной динамической системой, характеризующейся разной степенью устойчивости. В зависимости от характера воздействия одна и та же система может быть более устойчивой, менее устойчивой и неустойчивой.

На природно-территориальный комплекс действуют возмущения как естественные, так и антропогенные. Именно картографирование устойчивости природно-территориального комплекса в целом или его компонентов отражает степень их воздействия.

При картографировании устойчивости природно-территориального комплекса необходим расчет временных интервалов устойчивого функционирования его компонентов и соотношения динамики процессов, ведущих к преобразованию общей и покомпонентной структуры комплекса. При этом должна учитываться релаксационная способность наиболее значимых компонентов системы в зависимости от пространственного распределения, временной изменчивости, типа и интенсивности природных процессов, определяющих условия функционирования комплекса. В зависимости от выбранного критерия, возможно построение прямых и обратных шкал оценки устойчивости одних и тех же природных комплексов или их компонентов.

Проблема устойчивости природно-территориальных комплексов ставит перед современной картографией новые задачи. Существуют определённые проблемы картографирования устойчивости, а именно:

-неопределённость самого понятия и концепции устойчивого развития;

-отсутствие чётких общепринятых критериев устойчивого развития и, тем более, их системы;

-недостаток пространственно локализованной информации, отсутствие соответствующих территориальных систем информации;

-практическая невозможность составления ретроспективных карт территорий и сложности составления прогнозных карт по тематике устойчивости;

-наличие разномасштабных процессов различной природы и многообразие границ интересующих объектов и явлений.

До сих пор на картах показывали фактическое состояние территории, теперь же для отображения устойчивости требуется как перспективное, так и ретроспективное картографирование. Необходимо учитывать природные условия и ресурсы, а также общие показатели устойчивого развития для каждого региона. Основой исследований по устойчивости является экологическое состояние территории, которое наряду с экономическим и социальным состоянием является индикатором устойчивости. Существуют регионы, в которых ведущая роль при решении вопросов устойчивости отведена экологическому фактору, следовательно, картографирование устойчивости природно-территориального комплекса и его компонентов способствует этим решениям.

Большой вклад в понятие устойчивости территории внесли А. Н.Антипов, А.Д. Арманд, М.А. Глазовская, Г.Е. Гришанков, М.Д. Гродзинский, К.Н. Дьяконов, А.П. Карпик, А.М. Короткий, А.А. Крауклис, В.В. Куликов, Т.П. Куприянова, А.П. Левич, В.С. Преображенский, Ю. Г.Пузаченко, С. А.Ракита, В. А. Светосланов, Н. А.Солнцев, Г. П.Скрыльник, В. С. Тикунов, Д. А. Цапук.

Во втором разделе рассматриваются речные системы как объект картографирования.

Речные системы чаще других компонентов природно-территориального комплекса рассматриваются как объект для выявления структурно-ландшафтных признаков территории, отвечающих понятиям системного анализа. Речные системы – это системообразующий элемент природно-территориального комплекса, одновременно, лимитирующий фактор развития, критерий его устойчивости.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Река Сырдарья в нижнем течении полностью протекает в пределах Республики Казахстан и характеризуется сложностью процессов естественного и антропогенного происхождения, регулирования водных ресурсов в зимний период.

Сложность режима реки Сырдарьи заключается, во-первых, – в ее топографическом расположении т. е река течет с юга на север, и во-вторых, достаточно суровым зимним климатическим условием и в связи с чем, устойчивый ледостав формируется с устья реки вверх по течению до створа Томенарык на длине 1400 км.

Сложность протекания зимнего режима реки обусловлено еще регулированием стока реки водохранилищами, хозяйственным освоением и использованием приречной территории и пойм реки, а также обмелением русла реки в связи с отбором воды на орошение и влиянием маловодья.

Для современного режима реки характерны зимние наводнения и зажорно-заторные явления, усилившиеся после перехода Токтогульского гидроузла на энергетический режим эксплуатации с 1993 г., который приводит к следующим затруднениям:

1.Ледовые явления при повышенных расходах приводят к подъему уровня воды выше берегов, подпирают дамбы обвалования, в результате происходит их прорыв и затопление прилегающих к реке территорий.

2. Происходит обмеление русла реки в связи с полным отбором воды на орошение и отсутствием стока воды в устьях реки в летний период.

3. Ухудшается экологическое состояние низовья реки и Малого Арала из-за нерационального использования зимнего стока реки и сокращения летнего.

Отмеченные проблемы в современных условиях создают социально-экономическую напряженность в регионе, отвлекают значительные материальные и трудовые ресурсы.

Цель и задачи исследований. Цель диссертационной работы – изучение гидротехнических основ пропуска зимних расходов воды в нижнем течении Сырдарьи и разработка инженерных мероприятий по регулированию стока реки Сырдарьи в нижнем течении в условиях изменившегося гидрологического режима и усиления антропогенной нагрузки на речной бассейн. Эта цель предопределила решение следующих задач исследований:

— анализировать и обобщить гидрографические и гидрологические характеристики бассейна реки Сырдарья;

— изучить гидротехническую основу регулирования и распределения водных ресурсов в нижнем течении реки;

— анализировать и обобщить современную водохозяйственную и экологическую ситуацию в нижнем течении реки;

— установить причины и следствия наводнений;

-определить причины и факторы возникновения зимних ледовых затруднений и заторно-зажорных явлений в периоды ледостава и ледохода;

— установить причины потери пропускной способности русла реки ниже Кызылординского водохранилища;

— разработать рекомендации по безопасному пропуску зимних расходов воды и ледохода при исскуственном повышении попусков;

Объект исследований – водохозяйственные системы и русло реки Сырдарья от Кызылординского гидроузла до устья реки.

Предмет исследования – совершенствование теоретической и методической базы подсчета зимнего расхода воды и разработка гидротехнических мероприятий по увеличению пропускной способности русла.

Научная новизна. В диссертационной работе:

— обоснован режим работы гидроузлов в нижнем течении реки и степень их значимости в снижении негативов от зимних наводнений;

— совершенствована методика расчета зимнего режима реки;

— разработаны схемы проведения спрямляющих прокопов на изгибах русла;

— разработаны рекомендации по безопасному пропуску зимних расходов воды и ледохода при исскуственном повышении попусков.

Практическая значимость. Разработанная методика расчета зимнего режима реки, рекомендации по организации наблюдений за ледоставом, ледоходом и пропуску зимних расходов воды, мероприятия по пропуску воды при повышенных расходах, схема пропуска зимних расходов воды и ледохода при исскуственном повышении попусков позволяют снизить степень зимних затруднений при ледоставе и ледоходе.

Защищаемые положения:

— факторы возникновения зимних ледовых затруднений и заторно-зажорных явлений в периоды ледостава и ледохода;

— факторы потери пропускной способности русла реки ниже Кызылординского гидроузла;

— рекомендации по безопасному пропуску зимних расходов воды и ледохода при исскуственном повышении попусков.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях ученого совета Кызылординского государственного университета имени Коркыт ата (Кызылорда, 2004-2009 гг.), техническом совете ОГКП «Кызылордаводхоз», VII республиканской научной конференции «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан» (Институт экологии природных систем АН РТ, Казань, 2007г.), международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии» (30 ноября-1 декабря 2007 г., г. Тараз), международной научно-практической конференции «Научно-образовательный потенциал нации и конкурентоспособность страны» (Тараз, 2008г.), V-той Международной конференции «Проблемы экологии АПК и охраны окружающей среды» (Кызылорда, 2008г.)

Реализация результатов работы. Результаты исследований по диссертационной работе использованы Комитетом по водным ресурсам МСХ РК (Акт внедрения от 20.11.2008 г.).

Публикации. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 13 работах, в том числе 3 – лично автором в изданиях, утвержденных Комитетом по контролю в сфере образования и науки МОН РК, 6 – в трудах международных научно-технических конференций.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников, включающих наименования. Общий объем работы – 146 страниц компьютерного текста, включая 12 таблиц, 45 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, приведены цель и задачи исследований, показаны научная новизна и практическая значимость результатов исследований.

На первой главе «Климатические условия нижнего течения реки Сырдарьи и особенности прохождения стока в зимний период» приведены общие климатические условия района исследований и особенности их для зимнего режима реки

Для низовьев реки Сырдарьи характерно однообразие климатических условий: резко выраженная континентальность со значительными колебаниями температуры, жаркое лето с суховеем, холодная зима с пронизывающим ветром, сухость воздуха в летнее время, малое количество атмосферных осадков в течение всего года. Зимний климатический режим в низовьях реки, которые существенно влияют на режим реки в период ледостава и на ее ледовые характеристики, отличаются резкими колебаниями основных метеорологических характеристик на участке реки от Шардаринского водохранилища до устья реки на длине 1600 км.

Среднемесячная температура самого жаркого месяца +26…28°С, которая наблюдается в июле месяце. В наиболее жаркие дни она поднимается до +44.6°С.

Самый холодный месяц – январь, со средней температурой в пределах 7…11°С и абсолютным минимумом температуры – 33.4°С.

Среднемесячная температура ниже нуля наблюдается три месяца в году – в декабре, январе, феврале, хотя по длине реки от Шардаринского водохранилища до Аральского моря она может наступить гораздо раньше и держаться долго ближе к дельте реки.

Средняя температура самого холодного месяца – 6°С (январь) морозы могут достигать предельных величин от 28°С до 38°С (ноябрь – март месяцы).

Средние даты первых заморозков 7 октября и последних заморозков 12 апреля.

Первый снег выпадает в начале декабря, последний – в начале марта. Устойчивый снежный покров держится от 25 до 79 суток, высота его 10…15см.

Годовая сумма осадков незначительна – 150…200 мм, максимальное количество осадков, выпадающих за 1 сутки – от 14 до 37 мм. Большая часть из них выпадает в зимне-весенний период, наибольшее количество осадков выпадает в марте.

В зоне формирования стока и нижнем течении река замерзает ежегодно, а в середине не замерзает. Граница между двумя фазами ледообразования перемещается по реке: при похолоданиях – вверх по течению, а при потеплениях – вниз. Динамика ледовой обстановки с указанием фактических сроков ледостава и ледохода на реке Сырдарья за последние 20 лет приведена на табл. 2.

С наступлением отрицательных температур на Сырдарье появляются ледовые образования: вначале появляется шуга и забереги, затем устанавливается ледостав. Ледоставу обычно предшествует шугоход, в отдельные годы в течение зимы шуго – и ледоходы могут повторяться, когда температура переходит через «ноль».

По характеру замерзания участок реки Сырдарья ниже Кызылординского гидроузла неоднороден.

В нем выделяются следующие подучастки:

Подучасток от Кызылординского гидроузла до Айтека (901-949 км от Шардаринского водохранилища) является сложным, так как здесь пойма реки хозяйственно освоена, нет условия для разлива потока при паводках и руслового регулирования и, поэтому, пропускная способность низкая. Русло реки зажато противопаводковыми дамбами, в периоды ледостава и ледохода происходит резкое повышение уровня воды и возникает угроза прорыва дамб.

Подучасток от Айтека до пос. Жосалы (949-1186 км). Здесь река разделяется на два рукава. Левая основная часть реки характеризуется обилием излучин, большим числом естественных преград в виде переката и поэтому часто разливается. Правая часть реки более устойчиво выдерживает воздействие зимнего стока.

Подучасток от пос. Жосалы до Казалинского гидроузла (1186-1459 км) представлен небольшими изгибами и большим уклоном, водный режим благоприятен для транзита шуги, замерзает позже предыдущего участка, поэтому при зимнем режиме наименее опасен.

Подучасток от Казалинского гидроузла до гидроузла Аклак (1459-1591 км) считается началом дельты реки, участок извилист, является очагом частых зажоров и заторов, ледовые пробки чреваты прорывом дамб и наводнением прилегающих территорий.

Изучение зимнего режима реки ниже Кызылординского гидроузла до устья реки показало однозначно сложность протекания ледовых явлений и трудность их натурного изучения. Нам удалось изучить характер прохождения ледохода, параметры потока и русла на характерных местах этого участка и установить следующее:

— начиная с 1993 г. для этого участка реки характерен повышенный расход в течение всего зимнего периода, при котором образуется ледостав в более высоком уровне воды, чреватом последствиями.

— в большинстве случаев зимние расходы в подледном режиме проходят без особого затруднения, основная трудность в управлении зимним расходом приходится в период весеннего ледохода.

— морозная зима и повышенный зимний расход в пределах 1000- 900 м3/с ниже Кызылординского гидроузла создают сложности в период образования ледостава и вскрытия реки; следует ожидать заторно-зажорные явления не только в периоды прохождения ледохода, но и в середине зимы.

— в отдельные годы толщина льда на участке Кызылорда-Жосалы достигает 50-70 см, а в Казалинске – 90-110 см, что вызывает заторы и резкие подъемы уровней по мере продвижения ледохода вниз по течению.

Во второй главе «Условия формирования и использования стока в нижнем течении реки» изучены гидрологические условия использования стока в нижнем течении реки.

В бассейне реки Сырдарья в настоящее время построено более 15 энергетических гидроузлов с водохранилищами с общей емкостью более 35 км3.

Самыми крупными водохранилищами являются Токтогульское (объем 19,5 км3) и Шардаринское (объем 5,7 км3), которые являются комплексными и служат, кроме целей ирригации, для энергетики.

В последние годы в низовьях реки проведен ряд мероприятий по реконструкции существующих и строительству новых гидротехнических сооружений в рамках проектов РРССАМ 1 (Регулирование русла реки Сырдарьи и Северного Аральского моря, Фаза 1).

Сток реки используется в ирригации и энергетике, в ее бассейне развита гидротехническая инфраструктура, которая служит в основном для этих отраслей.

Многие естественные природные процессы в низовьях реки Сырдарья получили дополнительное ускорение в результате антропогенного воздействия человека на водные объекты (создание ГЭС, плотин, водохранилищ и т. д.).

Проблемой водного режима реки Сырдарья во все времена являлись дефицит воды в летний период для хозяйственных нужд и наводнения в период весеннего половодья, сопровождаемые огромным материальным ущербом, которая резко снизилась после строительства ряда водохранилищ в бассейне реки, и в особенности двух стратегически важных – Шардаринского (1965 г.) и Токтогульского (1973 г.).

Зимние наводнения в низовье реки наблюдаются при сбросе из Шардары более 700 м3/с воды, а опасность наводнения в створе Кызылорды, как правило, резко снижается при расходе воды менее 475 м3/с.

Причиной наводнений современного периода является уменьшение живого сечения и снижение пропускной способности русла на многих участках реки в результате заиления его в периоды, когда сток был минимальным.

Для оценки возможной заиленности или размыва реки осуществлено сравнение уровней воды в реке на гидропосту Томенарык при различных наполнениях воды. На рисунке 1 показано изменение отметок водной поверхности в районе г/п Томенарык при расходах 300, 500 700 м3/с.

Гидрогеология. Влияние подземных вод на оползневые процессы велико в том случае, если зона оползневых деформаций проходит в водоносных горизонтах грунтовых вод, и менее значительно, если они содержатся в вышележащих породах, пассивно вовлеченных в оползневой процесс. Главное и наиболее существенное воздействие подземных вод заключается в снижении прочности массивов горных пород по зонам контактов – в трещинах и слоистости, особенно там, где есть скопления глинистых материалов.

Рельеф является важнейшим фактором, определяющим интенсивность проявления и влияющим на генетические особенности оползней. Он отражает геологическое строение территории, изменяется под воздействием современных геологических процессов и сам в значительной степени обуславливает их характер. Влияние рельефа на интенсивность и характер оползней может быть как прямым, так и косвенным, прямое влияние оказывает крутизна склонов, морфология речных долин, уклоны тальвегов. Косвенное влияние в развитии процессов проявляется в виде воздействия его как одного из компонентов географической среды, определяющего пространственное распределение циркуляции воздушных масс, атмосферных осадков, температур, поверхностных и подземных вод и растительного покрова. Северо-Западный и Западный Кавказ в пределах исследуемой территории характеризуется сложной орографи­ей, в которой можно проследить черты тектонического строения региона. Исходя из вышеперечисленного ясно, что наиболее активные оползневые проявления будут наблюдаться в горной и предгорной частях – Западный Кавказ. Наименее активные – на равнинной части Западно-Кубанской равнины, за исключением тех случаев, когда рельеф не является основным фактором оползнеобразования (оползни правобережья р. Кубань).

Климатические факторы возникновения оползней – это режим тепла и влаги при котором происходит возникновение и активизация оползневых процессов. Они реализуются через определенный тип погоды. В частности на всей площади Апшеронского района с увеличением среднегодовых сумм осадков на протяжении десятилетия, с 1990 по 2000 годы наблюдалось увеличение площади активизации оползней (таблица 1).

Таблица 1 – Изменение интенсивности оползневых проявлений в зависимости от увеличения среднегодовых сумм атмосферных осадков в Апшеронском районе (по данным «Кубаньгеология»)

Повышенное количество осадков и определенный режим их выпадения способствуют нарушению устойчивости склонов и как следствие – сходу оползней, наглядным примером может служить сход оползня в с. Пшада.

Антропогенные факторы. При антропогенном освоении территории очень важно оценить, насколь­ко устойчивым окажется в этих условиях рельеф, отдельные его формы, насколько реальным будет возникновение экзогенных процессов, в том числе оползней представляющих угрозу для жизнедеятельности человека. Основные виды антропогенных воздействий – подрезка основания склонов, перегрузка склонов и их рыхление, искусственное обводнение и переувлажнение пород при утечках из водоводов и черезмерном поливе обрабатываемых земель, взрывные и вибрационно-динамические нагрузки, добыча полезных ископаемых. Они приурочены к наиболее урбанизированным территориям и объектам линейной инфраструктуры.

3. Особенности пространственного распространения оползневых процессов

Распространение оползней. Для оценки распространения оползней автором помимо собственных наблюдений анализировались периодические издания и фондовые материалы. Установлено, что оползневые процессы на рассматриваемой территории проявляются неравномерно. Наибольшее количество населенных пунктов подверженных оползневой опасности отмечается в юго-восточной предгорной части края и на Черноморском побережье Кавказа, а наибольшая современная активность проявляется в долинах рек Кубань, Лаба, Белая, Уруп и их притоков, на побережье Азовского моря и на Таманском полуострове (таблица 2). На отдельных участках пораженность (отношение участков, затронутых оползнями к общей площади территории) оползневыми процессами составляет 10–20%.

Таблица 2 – Области распространения оползней на исследуемой территории

Под воздействием хозяйственной и рекреационной деятельности, этот показатель возрастает до 50%, Примером могут служить обвально-оползневые и осыпные процессы на откосах дорожных врезок. Развитие мелких форм молодых оползней наблюдается вдоль авто и железных дорог, трасс трубопроводов «Голубой поток» и КТК. На равнинной территории участки, пораженные оползневыми процессами более чем на 50% площади, протягиваются вдоль русел рек Кубань, Лаба, Белая, Уруп и их притоков, охватывая поймы и, иногда, первые надпойменные террасы. Эти участки подвержены подтоплению, заболачиванию, затоплению, что и провоцирует оползневые процессы.

В полосе предгорий и в низкогорье Северо-Западного Кавказа оползни, занимающие большие площади, развиты на уступах высоких террас рек Кубани, Лабы, Урупа, Белой, Пшехи (с. Успенское, ст. Кавказская, г. Усть-Лабинск, ст. Абадзехская, аул Урупский, г. Апшеронск, ст. Воздвиженская). По современным данным, общая площадь всех (активных и стабилизированных) оползней Северо-Западного и Западного Кавказа (в пределах Краснодарского края) равна 1194,6 км2, что составляет 1,43% его территории. Активные оползни развиты на площади 317,5 км2 (0,4% территории края). Активность оползневого процесса оценивается в 28%, т. е. почти третья часть выявленных оползневых тел находится в активном динамическом состоянии.

Классификация оползней. При написании работы автором были рассмотрены и проанализированы известные универсальные классификации оползней отечественных и зарубежных авторов: Ф. П. Сваренского, Д. Варнеса, М. К.Разаевой, Г. С. Золотарева, К. А. Гулакяна, В. В. Кюнтцеля и для исследуемой территории предложена следующая классификация оползней по признакам (таблица 3).

По механизму смещения выделяются оползни скольжения, выдавливания, выплывания, проседания-течения, оползни в скальных породах и при комбинации нескольких факторов – сложные оползни. По размерам оползни подразделяются на мелкие (мощ­ность сместившихся масс не более 5м, небольшие размеры в плане – несколь­ко метров), средние (длина и ширина в пределах десятков метров, мощность до 20–30 м), крупные (длина и ширина в пределах от сотни до нескольких сотен метров, мощность до 50–70 м), гигантские (длина и ширина в пределах от нескольких сотен метров до нескольких километров, мощность до 100–110м и более). По геологическим условиям развития на исследуемой территории выделяются оползни коренных пород и оползни поверхностных отложений. По форме в плане встречаются циркообразные, фронтальные, глетчерообразные или оползни-потоки, блоковые оползни.

Таблица 3 – Классификация оползней по признакам

По возрасту или времени формирования на исследуемой территории можно выделить молодые оползни, относящиеся к голоцену, и современные оползни. Древние оползни представлены крупными оползнями-блоками, это тектонико-сейсмогравитационные сместившиеся тела.

Районирование. Комплексный анализ факторов формирования оползневых процессов позволяет предложить для исследуемой территории следующую схему районирования оползневых процессов: в пределах существующих таксономических единиц выделены 6 оползневых областей и 13 подобластей (рисунок 2). В основе районирования оползней лежит выделение территориально целостных природных единиц, в пределах которых все оползневые процессы и явления, а также условия и факторы их формирования рассматриваются в связи с их индивидуальными особенностями, ограниченными рамками выделяемой территории того или иного таксономического ранга.

4. Управление оползневым риском

Основные принципы управления оползневыми рисками. Под риском понимается возможность нежелательных последст­вий какого-либо действия или течения событий. Измеряется риск веро­ятностью таких последствий или вероятной величиной потерь. Основными видами риска являются природный, техногенный и социальный.

Управление риском – это забла­говременное предвидение риска и принятие мер по его снижению. Управление ведется на основе оценки риска, то есть определения величины согласно зависимости: риск есть функция от: подверженности рассматриваемого объекта опасным воздействиям; чувствительности, или уязвимости объекта к этим воздей­ствиям; защищенности объекта от них.

Условные обозначения: 1 ­– границы областей, 2-границы подобластей 3 – номер области, 4 – номер подобласти. I – Область восточного побережья Азовского и Черного морей. Подобласти:1. Таманский полуостров; 2. Ейский полуостров; 3. Дельта р. Кубань. II – Область Азово-Кубанской равнины. III– Область предгорья Большого Кавказа. IV – Область Северо-Западный Кавказ. Подобласти: 1. Варениковско-Нефтегорская; 2. Хребтовая. V – Область Черноморское побережье Кавказа. Подобласти: 1. Полуостров Абрау; 2.«Туапсинская» распространения меловых пород между г. Туапсе – река Шахе (р-н п. Лазаревское); 3. «Джанхотская» распространения оползневых процессов в прибрежной зоне от Новороссийска до Туапсе; 4. «Сочинская» подобласть между реками Шахе и Псоу. VI – Область Западного Кавказа. Подобласти: 1. Отрадненская; 2. Оползневые склоны Ставропольской возвышенности; 3. Краснополянская; 4. Адлерская.

Рисунок 2 – Схема районирования оползневых процессов

Целью управления риском являет­ся достижение безопасности. Безопасность — это такое со­стояние рассматриваемого объекта, при котором риск для него или от него не превышает некоторого приемлемого уров­ня, а возможно и вовсе отсутствует. Важное место в задачах оценки риска принадлежит выявлению хода развития процессов, времени наступ­ления критических состояний, вызывающих неблагопри­ятные изменения территории или разрушение инженерных соору­жений. Для этого необходимо прогнозировать возможность возникновения и ход самого процесса. Но до настоящего времени не существует методик, позволяющих точно прогнозировать на долгий срок факторы, обусловливающие развитие оползней – это изменения метеорологических условий, режим подземных вод, время и силу землетрясений и прочее, следовательно, прогноз и оценка риска оползневых процессов может быть только вероятностным.

Рассматриваемый регион состоит из определенного числа территорий, которые различаются по степени интенсивности проявления оползней. В качестве количественного показателя оценки риска принят коэффициент пораженности территории оползнями, который выражается отношением суммарной площади всех форм активного проявления оползней к общей площади рассматриваемого участка. Риск возникновения оползней будет выше там, где больше коэффициент пораженности. На основе анализа распространения оползней выделены участки, которые различаются степенью пораженности оползневыми процессами. Риск возникновения оползневых процессов для исследуемой территории приведен в таблице 4, на основе которой составлена схема оценки риска (рисунок 3). К районам с высоким и средним риском отнесены Черноморское побережье Кавказа и предгорьях Большого Кавказа, в которых оползневая деятельность развита в различной степени, чему способствуют неотектоника, повышенная трещиноватость, эрозионная деятельность, сейсмичность и антропогенное вмешательство. В других районах пораженность оползневыми процессами незначительная, но на отдельных участках оползни развиты интенсивно.

Основными видами ущерба от неблагоприятных природных процессов и явлений (НОППиЯ) (С. М. Мягков, 1995г.) считаются: жертвы крупных стихийных бедствий; жертвы и инвалиды от прямых и косвенных воздействий НОППиЯ; экономические потери от прямых и рассеянных воздействий от НОППиЯ; расходы на защиту от НОППиЯ.

Природно-территориальный комплекс – это структурно-динамическая система, в которой в результате динамики происходит переход количественных изменений в качественные, то есть происходит смена состояний комплекса. Все компоненты природно-территориального комплекса находятся во взаимосвязи и взаимообусловленности, имеют индивидуальные показатели и не могут существовать отдельно друг от друга. Наименее устойчивы к воздействиям подвижные компоненты природно-территориального комплекса, такие как, вода и воздух. Наиболее устойчива к воздействиям литогенная основа, а промежуточное положение занимают почвы и растительность. При картографировании необходимо учитывать закономерности в изменении показателей компонентов комплекса в связи с их динамикой.

Покомпонентный подход к определению устойчивости природно-территориального комплекса позволяет анализировать изменения физических и химических свойств отдельных компонентов под воздействием того или иного внешнего фактора. Наиболее характерным фактором воздействия на природно-территориальный комплекс и его компоненты является антропотехногенный фактор. Это подтверждается проводившимися в СГГА исследованиями, тематикой которых являлось изучение и картографирование нарушенности рельефа в результате горных разработок с использованием аэрокосмической информации.

При выделении природно-территориальных комплексов на основе бассейнового принципа организации территории, территория расчленяется на водосборы различных порядков. Каждый из таких выделов рассматривается как самостоятельная природная система, в пределах которой выделяются ее составляющие элементы – водосборы более низкого порядка. Теоретическая и практическая значимость выделяемых подобным образом природных систем заключается в том, что при определении устойчивости природно-территориального комплекса для решения конкретных хозяйственных задач учитывается существование в его пределах баланса вещественных и энергетических потоков. Тенденции в изменении гидрологических процессов приводят к структурной перестройке природно-территориального комплекса. При картографировании устойчивости речных систем, в первую очередь оценивается состояние главной реки и рек первого порядка речного бассейна.

В результате проведенных исследований сделан вывод, что при оценке состояния природно-территориального комплекса среди ведущих компонентов, первостепенную роль играют речные системы, в то же время речные системы для целей картографирования устойчивости до последнего времени в системном плане не рассматривалась. Такая ситуация совершенно неприемлема в современных условиях, когда развитие народного хозяйства непрерывно повышает требования к качеству воды, используемой для различных целей. Качество воды обуславливается, в первую очередь, родом и концентрацией содержащихся в ней примесей и является неотъемлемой частью гидрологического процесса, формирующегося в тесной взаимосвязи с физико-географическими особенностями территории речного бассейна. Состояние речных систем и величины показателей, их характеризующих, отражают уровни природной и антропотехногенной нагрузки на объект. Изучив гидрологические характеристики речных систем можно сделать вывод, что наиболее характерными показателями, дающими оценку устойчивости речной системы будут санитарно-гигиенические, хозяйственно-экономические и гидрогеологические, которые в свою очередь подразделяются на ряд элементов (Рисунок 1).

Рисунок 1- Классификация показателей речной системы

Нами поставлена задача исследовать особенности и разработать методику картографического отображения устойчивости речной системы по основным показателям. Предлагаемый порядок картографирования устойчивости природно-территориального комплекса можно представить в следующем виде: речные системы, рельеф, почвы, растительность и т. д. Такой порядок соответствует последовательности составления карт, где речные системы являются основой.

В третьем разделеизложены методические вопросы картографирования устойчивости речных систем.

В современных условиях перехода к устойчивому развитию большое внимание уделяется не только сохранению природных систем в некотором статичном состоянии, но их способности к самовосстановлению и динамической адаптации к изменениям.

В связи с активным воздействием человека на окружающую среду появилось множество тематических карт, отражающих и природные, и социально-экономические явления. Их трудно отнести к какому-либо одному классу. До настоящего времени динамику процессов, происходящих в геосистемах передавали сериями разновременных карт, теперь же предлагается новый вид карт – карты устойчивости ПТК или одного из его компонентов.

В известных системах классификации тематических карт, карты устойчивости отсутствуют. Однако по нашему мнению это неправильно, так как они необходимы для оценки состояния территории и динамики ее развития. Следовательно, для создания таких карт требуются новые подходы к отображению явлений и новые принципы, основанные на изучении динамики состояния явлений в пространстве и во времени. Карты устойчивости могут быть аналитическими, то есть отображать устойчивость лишь одного из компонентов природно-территориального комплекса или комплексными, если речь идет об устойчивости всего комплекса. На картах устойчивости должно отображаться комплексное состояние объекта картографирования, динамика его состояния и интенсивность изменений. Это выражается средним значением, рассчитанным на достаточно долгий период или на несколько промежутков времени. Это значение можно выразить в процентном, индексном или балльном отношении. Особенность таких карт заключается в том, что на них отображается динамика явлений, скорость изменения явлений, рассчитанных по разным показателям.

Исходя из содержания карт устойчивости их следует отнести к классу тематических карт, основными разделами которого являются (по А. М.Берлянту):

-карты геологические;

-карты геофизические;

—карты рельефа земной поверхности и дна океанов;

-карты метеорологические и климатические;

-карты гидрологические (вод суши);

-карты океанологические (вод морей и океанов);

-карты почвенные;

-карты ботанические;

-карты зоогеографические;

-карты медико-географические;

-карты общие физико-географические.

Каждые из таких карт могут отображать как состояние, так и развитие того или иного картографируемого явления. А так как объектом исследования данной диссертационной работы является устойчивость состояния речных систем, то такие карты можно определить в группу карт гидрологических (вод суши).

Методологической основой создания карт устойчивости речных систем является системный подход. На его основе разработана система принципов, включающая как известные базовые принципы картографирования, так и вновь сформулированные принципы, отражающих специфику создаваемых карт устойчивости:

— принцип динамичности – отображение динамики состояния явлений в пространственном и временном аспекте. Данный принцип необходим при создании карт устойчивости природно-территориального комплекса или его составляющих компонентов, так как они подвержены постоянным изменениям во времени и пространстве. Соответственно и на картах устойчивости отображаются динамичные явления. Именно принцип динамичности позволяет дать объективную картину по ситуации устойчивости объекта исследования;

-принцип дифференциации природно-территориального комплекса по элементам для целей картографирования устойчивости — устойчивость всех элементов природно-территориального комплекса в совокупности, на одной карте отобразить невозможно, так как каждый элемент комплекса имеет свой набор показателей, соответственно индивидуальный подход выбора способов картографирования;

—принцип унификации показателей – это приведение разнополярных показателей характеристик для картографирования речных систем к единообразной системе (шкале оценки). Этот принципов позволяет рассматривать следующий методический аспект картографирования устойчивости речных систем.

Выполнен анализ характеристик речных систем по всем элементам на предмет соотношения содержания в воде веществ санитарно-гигиенических показателей и их ПДК, а также фактических хозяйственно-экономических и гидрогеологических показателей с их нормативами (Таблица 1).

Таблица1 Показатели состояния речной системы

Высокую картографическую информативность имеют нормативные количественные показатели относительно ПДК (санитарно-гигиенические) и хозяйственно – экономических и гидрогеологических нормативов.

Процент означает отклонение показателей от ПДК и нормативов.

Проанализировав все имеющиеся показатели и их отклонения, можно составить градацию оценки состояния объекта исследования.

Для санитарно-гигиенических показателей:

0-30%-устойчивое;

30-70%-среднеустойчивое;

70-100%-неустойчивое.

Для хозяйственно-экономических и гидрогеологических показателей:

0-30%-неустойчивое;

30-70%-среднеустойчивое;

70-100%-устойчивое.

Для получения общей оценки устойчивости речной системы рассчитывается средний показатель. Но так как процентная характеристика устойчивости в различных показателях разнополярна (например: для санитарно-гигеничеких показателей 70-100% означает неустойчивое состояние объекта, в то время как для хозяственно-экономических и гидрогеологических 70-100%-устойчивое), необходимо привести все полученные процентные соотношения к единой шкале. Для этих целей применен метод квалиметрии, суть которого заключается в оценке качества посредством баллов.

Исходя из этого различные градации оценивались в условных баллах:

0 баллов – неустойчивое состояние объекта исследования,

1 балл – среднеустойчивое,

2 балла – устойчивое.

Одним из важных методических вопросов создания любой карты является обоснование масштаба. Выбор масштаба карты определяется содержанием, тематикой и особенностями картографируемой территории. В работе предлагается принять масштаб карты 1: 2500000, который позволяет дать необходимую полноту и объективную картину устойчивости речной системы, а также проследить динамику процесса.

Следующим компонентом предлагаемой методики является разработка условного знака, отражающего оценку устойчивости речной системы по всем показателям, суммарный показатель устойчивости и скорость изменения устойчивости за определенный период времени. Знак должен быть информативным, читаемым, наглядным и резервным. То есть предполагается возможным внесение дополнительной информации, например: отображать устойчивость объекта не на один промежуток времени, а на несколько, а также возможность включения количественных характеристик других показателей. Если объект имеет большую протяженность или разный характер нагрузки, то предлагается рассчитывать устойчивость на определенных отдельных участках, например между крупными населенными пунктами.

Для отображения устойчивости речной системы по основным показателям предлагается использовать структурный знак, в основе которого заложены: способ локализованной диаграммы, способ картограммы и способ знаков движения (рисунок 3)

Рисунок 3- Показатели устойчивости речной системы

Понятие устойчивости включает в себя динамическую составляющую, отражающую интенсивность изменения процессов. Условный знак для отображения интенсивности изменения устойчивости объекта предлагается показать в виде стрелок (Рисунок 4).

Рисунок 4- Интенсивность изменения устойчивости

Суммарный показатель устойчивости речной системы показывается линейным знаком вдоль основной реки, толщина линии знака зависит от состояния устойчивости объекта исследования (Рисунок 5).

устойчивое состояние речной системы

среднеустойчивое состояние речной системы

неустойчивое состояние речной системы

Рисунок 5 Суммарный показатель устойчивости речной системы

Для отображения динамики устойчивости компонента ПТК предлагается более сложный структурный знак, в котором отображается изменение показателей компонента ПТК по годам (Рисунок 6)

Исследования моря неотделимы от наблюдения атмосферы. Ветер приводит в движение огромные массы воды океана, создает течения.

Поэтому метеорологи постоянно следят за погодой.
Кроме наблюдений на самом корабле, они пускают в стратосферу радиозонды.
Достигнув 10—15, а то и более километров высоты, радиозонд автоматически по радио передает на борт корабля температуру и другие особенности воздуха над данным районом моря.

На много километров вниз до дна моря и вверх в стратосферу идет исследовательская работа на экспедиционном судне.

 Но вот станция закончена. На корабле развешивают для просушки сети, вытирают батометры и готовят чистые баночки и бутылки для сбора проб на новой станции.

Тяжело ступая намокшими сапогами, ученые идут в машинное отделение или в специальную сушилку, чтобы просушить брезентовые плащи, полушубки и сапоги. Приятно постоять на верхней решетке над машинами: снизу идет теплый воздух с запахом машинного масла.

Бортовая качка стоящего на месте корабля сменяется килевой качкой движущегося судна.

Все торопятся в лаборатории, чтобы исследовать полученные материалы.

Наконец и эта работа закончена. Теперь можно отдохнуть, а затем обсудить научные результаты станции.

А корабль идет вперед, к новой станции.