В настоящее время в развитии урбанизированной системы Саратова наблюдаются определенные закономерности и процессы, которые существенно влияют на всю работу, выполняемую естественной и искусственной дренажными сетями. По мере развития городской территории нагрузка на общую систему дренажных сетей постоянно растет. За последние два-три десятилетия в динамике развития дренажной сети происходят негативные процессы, связанные с естественным и антропогенным нивелированием городского рельефа, уничтожением эрозионной сети в результате застройки, засыпки техногенным материалом и замусоривания долин рек, оврагов и недостаточным строительством новых линий ливневых коллекторов и дренажей.
Предпосылкой выработки стратегии оптимизации функционирования естественной и искусственной дренажных сетей городских территорий являются следующие комплексные поэтапные геоэкологические исследования изучаемых объектов.
1. Изучение геолого-геоморфологических закономерностей развития городской естественной дренажной сети.
2. Изучение физико-географических и геоэкологических особенностей развития городской естественной дренажной сети.
3. Изучение влияния особенностей развития городских территорий на эволюцию искусственной дренажной сети.
4. Предпосылки взаимодействия и коэволюции естественной и искусственной дренажных сетей урбанизированных территорий.
Коэволюционный анализ совместного развития естественной и искусственной дренажных сетей был применен автором для урбанизированной территории Саратова. Особое внимание было уделено таким эволюционным аспектам, как этапность, периодичность, направленность, событийность, обратимость и тенденциозность. Анализ серии карт (1810, 1870, 1951, 2008 годов издания) позволил установить некоторые закономерности в развитии и функционировании естественной и искусственной дренажных сетей территории Саратова на разных стадиях урбогенеза.
1. При изучении картографических и архивных материалов на территорию оврагов в пределах урбосистемы Саратова устанавливается этапность пространственно-временных изменений основных морфологических и морфометрических параметров оврагов. В развитии городской искусственной дренажной сети в пределах изучаемых долинных комплексов выделяются этапы, сопряженные с этапами развития городской естественной дренажной сети, что позволяет говорить о их взаимодействии и вероятной коэволюции.
2. Периодические изменения основных морфологических и морфометрических параметров элементов естественной и искусственной дренажных сетей определяются особенностями развития градопланировочной структуры. Периодичность как одна из закономерностей эволюции городской дренажной системы связана с масштабными преобразованиями в структуре дренажных систем города.
3. Анализ событийности позволил определить ключевые исторические события, в основе которых решительные административные и инженерно-технические меры по переустройству стока поверхностных вод, которые разграничивают этапы в развитии естественной и искусственной дренажных сетей.
4. В развитии изучаемой территории прослеживается общая направленность, обусловленная взаимодействием трех составляющих: геолого-геоморфологического субстрата (естественная дренажная сеть), городской системы (искусственная дренажная сеть) и человека (Яшков, Иванов, 2008).
6. Взаимосвязь эрозионной опасности с иными геоэкологическими опасностями
Отражает основные особенности взаимосвязи эрозионной опасности с иными геоэкологическими опасностями геодинамической природы - системой трещиноватости, оползневой опасностью, опасностью подтопления и проседания. В качестве полигонов исследований рассмотрены территория Саратова и модельных участков в районе сел Багаевка, Докторовка, Дубки, Поливановка, оврага Караульный.
1. Главным фактором, обусловливающим развитие геоэкологических опасностей городских территорий, в том числе и эрозионной опасности, является разломно-трещинная сеть геологического субстрата. Сегодня для территорий городов Среднего и Нижнего Поволжья полной картины, отвечающей уровню развития и сложности урбосистемы даже по этому важнейшему, определяющему общий потенциал геоэкологических опасностей, фактору, не составлено. Например, для территории Саратовской природно-техногенной системы предыдущими исследователями: а) фиксировались разными методами отдельные элементы разломно-трещинной сети; б) предпринимались попытки составления общих схем, в том числе в связи с изучением геоморфоблокового строения (Худяков, Никифоров, 2001; Токарский, Токарский, Ваньшин, 2007). Однако создание синтетической схемы разломно-трещинной сети (рис. 1) как основы развития овражно-балочной сети предпринимается лишь сейчас в рамках наших исследований.
геоэкологический городской дренажный сейсмический
Рис. 1. Соотношение зон потенциальной оползневой опасности, элементов трещиноватости и основных геоморфоблоков территории г. Саратова (по: Шешнев, Яшков, Иванов, 2007)
2. В течение последних лет на предмет связи оползневой опасности и элементов естественной дренажной и разломно-трещинной сетей исследуется ряд модельных участков в пределах Саратовского научно-образовательного геоэкологического полигона:
а) от устья Алексеевского оврага до устья Масленникова оврага на северо-востоке территории г. Саратова;
б) устьевая часть р. Гуселки в районе нового Гусельского моста на северо-востоке территории г. Саратова;
в) поселки Нефтяной, Увек, Князевка на юге и поселок Поливановка на западе территории г. Саратова;
г) бассейн оврага Караульный в двух километрах северо-западней территории г. Саратова;
Результаты исследований позволили обобщить данные по эволюции и динамике развития оползневых процессов и их связи с элементами естественной дренажной и разломно-трещинной сетей. Некоторые результаты можно сформулировать в виде следующих выводов.
· Разнообразие и взаимодействие оползневых, эрозионных и трещиноватых процессов и объектов в пределах урбанизированной территории Саратова и его окрестностей представляется более сложным, чем это описывалось раньше.
· Для детального изучения коэволюции оползневых, эрозионных процессов и сети трещиноватости необходимо привлечение данных расширенного мониторинга на участках потенциальной оползневой опасности, а также развитие базы данных по эколого-геологическим опасностям городской территории.
3. Взаимодействие эрозионной опасности и опасности подтопления во многом имеет сегодня катастрофический характер, что определяется целым комплексом причин, связанных с деятельностью человека. Антропогенный фактор в основном усилил и без того сложную экологическую ситуацию с подтоплением. Наиболее актуальными причинами подтопления городской территории можно назвать следующие: 1) засыпку овражно-балочной и речной сети города техногенными отходами (бытовым и строительным мусором) и 2) нерациональное строительство многоэтажных жилых домов.
4. Характер взаимодействия эрозионной опасности и опасности проседания определяется во многом условиями геолого-геоморфологического строения. На территории Саратовского Поволжья, Саратова и его окрестностей карстово-суффозионные процессы образуют бессточные западины разного размера. Сходство в морфологическом выражении карстовых и суффозионных форм связано с тем, что на данной территории проявляется лишь закрытый карст. Карстуются известняки карбона и мел-мергельные породы верхнего мела, перекрытые породами палеогена.
В результате исследований, проводимых на модельных полигонах в районе сел Багаевка и Докторовка, изучены механизмы развития элементов ОБС в связи с карстово-суффозионными процессами. Развитие большинства оврагов на Багаевском полигоне в коренных породах осуществляется за счет осваивания суффозионных воронок, карста сантонских мергелей, ниже - турон-коньякских толщ (мощностью около 1,5 м). Большинство современных оврагов в четвертичных отложениях имеют тенденцию к росту за счет освоения суффозионных воронок. Мощный почвенный покров (до 80 см) образует стенку по краям оврага. Привершинный уступ составляет 2,5-3 м, падающая с этой высоты вода атмосферных осадков образует воронку размыва, от которой вниз по тальвегу оврага развивается врез в толщу гравитационных отложений.
В районе села Докторовка рост оврагов на склонах также осуществляется за счет освоения суффозионных воронок: в верховьях оврага происходит мгновенное проседание, затем атмосферными осадками коллювий размывается и выносится. Подобные суффозионные проявления отмечаются во всем Саратовском Правобережье.
7. Оценка эрозионной опасности на урбанизированных территориях, предупреждение чрезвычайных ситуаций и устранение последствий
Дается описание алгоритма оценки эрозионной опасности на урбанизированных территориях, предупреждения чрезвычайных ситуаций и устранения последствий разрушительной деятельности эрозионных процессов на территории города.
Оценку эрозионной опасности в пределах урбосистем целесообразно проводить по следующей схеме (алгоритму).
1. Изучение геолого-геоморфологических закономерностей и ландшафтно-экологических особенностей развития городской дренажной системы:
- анализ взаимосвязей естественной дренажной сети, системы трещиноватости и других геоэкологических опасностей на основе полевых (маршрутных), картографических (изучения серии крупномасштабных топографических карт за разные годы), космо-аэрофотоматериалов;
- изучение планового рисунка эрозионной сети для определения особенностей развития локальных форм рельефа на различных морфоблоках и геологических структурах;
- реконструирование долинно-балочных палеокомплексов городских территорий с помощью историко-геоэкологических методов;
- исследование разрезов склонов и долин оврагов для выявления особенностей напластования горных пород, техногенного материала, определения их мощностей;
- изучение литологического состава горных пород, выполняющих овражные системы;
- изучение гидрогеологических характеристик и параметров исследуемой территории;
- анализ соответствия геохимических аномалий овражным системам;
- выявление зон комбинированного действия эрозионной опасности и сопутствующих ей геоэкологических опасностей.
2. Изучение влияния геоэкологических особенностей городских территорий на эволюцию долинных комплексов:
- историко-геоэкологическая реконструкция эволюции естественной дренажной сети;
- ландшафтно-экологическая характеристика современного состояния долинной сети и сопряженных бассейнов;
- связь техногенных отложений с проявлением геоэкологических опасностей на урбанизированных территориях (оползневые, просадочные, карстовые процессы);
- анализ приуроченности социально-экологических и медико-экологических проблем населения городских территорий (локальные очаги заболеваемости населения, уровень рождаемости и смертности, уровень преступности и т. п.) к овражным системам.
3. Выявление особенностей взаимодействия и коэволюции естественной и искусственной дренажных сетей урбанизированных территорий:
- анализ соотношения морфометрических и статистических параметров по отдельным эрозионным бассейнам и элементам искусственной дренажной сети;
- создание карт-схем динамики развития естественной и искусственной дренажных сетей урбанизированных территорий;
- изучение нелинейных закономерностей функционирования и эволюции естественной и искусственной дренажных сетей (определение роли самоподобия в развитии дренажных систем, моделирование нелинейными методами их взаимодействия на урбанизированной территории);
- анализ взаимодействия и коэволюции сопряженных факторов развития естественной и искусственной дренажных сетей.
Результатом оценки потенциальной эрозионной опасности стала карта эрозионной опасности территории Саратова (рис. 2), отражающая различия в динамике эрозионных процессов на изучаемой территории. На территории города выделено три района, различающихся по интенсивности и направленности процесса оврагообразования и степени эрозионной опасности: эрозионно неопасные, относительно эрозионно опасные, эрозионно опасные.
В условиях города все природные причины и факторы во много раз усиливаются действиями человека. Поэтому можно утверждать, что наиболее опасными с точки зрения развития эрозии и связанными с ней другими экологически неблагоприятными процессами являются районы города, выделенные на карте эрозионной опасности черным цветом. Это потенциальные области геоэкологического бедствия, сильного негативного воздействия на жизнедеятельность людей, здания и сооружения, коммуникации и другие элементы городской системы.
Рис. 2. Карта эрозионной опасности территории Саратова
Заключение
Проведенные исследования позволили сделать следующие выводы.
1. Алгоритм оценки потенциальной эрозионной опасности урбанизированной территории определяется комплексом критериев и показателей оценки, реализуется посредством картографического моделирования на основе геоинформационных технологий и состоит из трех основных этапов: выявления и анализа комплекса формирующих и активизирующих факторов эрозионной опасности, а также выявления зон их комбинированного действия; анализа взаимодействия факторов и анализа обратных связей; анализа коэволюции сопряженных факторов (например, «овражно-балочная сеть - разломно-трещинная сеть» и др.). Этапы отработаны на выделенных модельных участках. Оценка эрозионной опасности городских территорий должна проводиться с обязательным учетом комплекса антропогенных факторов.