Природные и антропогенные лавинные комплексы морских берегов (на примере о. Сахалин) (стр. 5 )

Очевидно, что преобладание типа экзогенного геологического процесса обусловлено геологическим строением территории. Однако, в малоизученных районах определение типа экзогенного геологического процесса является значительно более простой задачей, чем определение геологического строения, тем более что для формирования лавиносборов важен не только состав пород, но и залегание пластов.

3.1. Типы экзогенных геологических процессов, формирующих лавиносборы на морских берегах о. Сахалин

Основными типами экзогенных геологических процессов, под воздействием которых формируются лавиносборы на морских берегах о. Сахалин, являются следующие:

1.  Эрозионные процессы.

2.  Оползневые процессы.

3.  Абразия.

4.  Антропогенная деятельность.

На Южном Сахалине наиболее широко распространены лавинные комплексы, в которых лавиносборы сформированы эрозионными процессами (рисунок 3.1).

Наименьшую протяженность имеют лавинные комплексы, где лавиносборы сформированы в результате антропогенной деятельности. Однако, в связи с активной хозяйственной деятельностью протяженность этих лавиносборов с каждым годом увеличивается.

Рис.3.1. Протяженность лавиноопасных участков морских террас Южного Сахалина, где лавиносборы сформированы разными типами экзогенных геологических процессов (в процентах от общей протяженности лавиноопасных участков морских террас).

Далее рассмотрим особенности воздействия этих процессов на морские берега и их роль в формировании береговых лавинных комплексов.

3.1.1. Эрозионные процессы

Склоновая эрозия приурочена к склонам различной крутизны (от 10-12 до 40-45°). Наиболее активно она проявляется на участках, где отсутствует почвенно-растительный слой и на дневную поверхность выходят слабопроницаемые глинистые образования современной коры выветривания. Активизация плоскостного смыва происходит в периоды активного снеготаяния и обильных дождей, когда на склонах формируются многочисленные временные водотоки в виде отдельных струй и небольших ручьев. В результате на поверхности склонов образуются струйчатые формы (промоины) глубиной до 0,1-0,2 м, иногда до 0,3-0,5 м. Смытые со склонов продукты выветривания аккумулируются у подножий в форме делювиальных шлейфов мощностью до 2-3 и более метров.

3.1.2. Оползневые процессы

Широкое развитие малопрочных пород (алевролитов, аргиллитов, слабосцементированных песчаников) в сочетании с большим количеством осадков за теплый период (350-700 мм) обусловливают высокую степень интенсивности проявления оползневых процессов на морских берегах о. Сахалин.

На морских берегах о. Сахалин развиваются оползни следующих типов (Полунин, 1989; Лобкина и др., 2013): оползни-оплывины (сплывы); оползни-потоки; оползни вязкопластического течения; блоковые оползни.

Средние объемы оползней зависят от типа оползня. Так, средние объемы оползней-оплывин обычно не превышают 500 м³; объемы оползней-потоков составляют до 200 тыс. м³, блоковых оползней - до 100 тыс. м³. Объемы оползней вязкопластического течения могут достигать 2 млн. м³ (например, севернее с. Ильинский).

Повторяемость периодов активизации оползней на о. Сахалин тесно связана с 7-летними циклами увлажнения. Так, повторяемость периодов активизации оползней-потоков и оползней вязкопластического течения составляет 1 раз в 7-10 лет; продолжительность этих периодов – 3-5 лет. Повторяемость периодов активизации оползней-оплывин выше - 1 раз в 3-5 лет; блоковые оползни активизируются 1 раз в 25-30 лет.

Оползневые процессы оказывают влияние на природные лавинные комплексы (Акифьева, 1987; Кириченко, 1971).

Так, образованные блоковыми оползнями воронки и мульды становятся лотковыми лавиносборами, из которых сходят лавины гораздо большего объема, чем с существовавших до оползня осовных склонов. С другой стороны, небольшие оползневые ложбины разбивают осовный склон, препятствуя сходу лавины с линией отрыва большой протяженности (Казакова, 2012 б).

Широко распространенные на побережье оползни-оплывины профиль склона меняют несущественно, однако срывают растительный покров зон транзита осовных лавиносборов, что приводит к изменению коэффициентов турбулентного трения лавинного потока, и, тем самым, к изменению динамических характеристик лавин.

3.1.3. Абразия

На многих участках морских берегов лавинные комплексы формируются под воздействием абразии. На Сахалине наиболее устойчивыми по отношению к абразионным процессам являются интрузивные породы, представленные габбро-диоритами, порфиритами, диорит-порфиритами, габбро, долеритами, андезитами и базальтами (Полунин, 1989). Берега в пределах интрузивных тел, как правило, обрывистые, очень высокие (до 230 м), активно абрадируются морем. Береговая линия повторяет форму интрузивного тела, клиф интенсивно расчленен желобами, по которым транспортируется грубообломочный обвально-осыпной материал и накапливается у подножия клифа. Часто берега лишены пляжа, и береговые уступы обрываются в море до глубины 5 м и более, однако довольно протяженные участки имеют узкий пляж, представляющий собой нагромождение крупных глыб.

Абразией создается особый тип лавиносборов, представленный активным или отмирающим клифом (Сафьянов, 1996). Для таких лавиносборов характерны карнизные и прыгающие лавины. В целом такие лавиносборы редко создают угрозу для населения и хозяйства, т. к. в лавиноопасной зоне обычно находится только пляж либо морская поверхность.

3.1.4. Антропогенная деятельность

В связи с активной хозяйственной деятельностью на морских берегах о. Сахалин лавинные комплексы морских берегов подвержены сильной антропогенной нагрузке, увеличивающей степень лавинной опасности для населения и хозяйства острова.

Основными видами антропогенного изменения природных лавинных комплексов морских берегов, влияющими на характеристики лавинных процессов, являются вырубка леса и изменение профиля склона (Казакова, 2013 а) (рисунок 3.2).

Вырубка леса на поверхности сноса снега ветром создает благоприятные условия для снегопереноса, что обеспечивает дополнительный принос снега в лавиносбор, тем самым приводя к увеличению объемов лавин, а также частоты их формирования, и к формированию в лавиносборе снежного карниза большого объема.

Вырубка леса в зонах зарождения и транзита лавин приводит к увеличению значений динамических характеристик, повторяемости и объемов лавин.

Рис. 3.2. Основные виды антропогенного изменения природных лавинных комплексов морских берегов, влияющие на характеристики лавинных процессов.

Изменение профиля склона сводится к нескольким вариантам.

Выравнивание поверхности террасы под сельскохозяйственные нужды приводит к образованию поверхности сноса снега ветром в верхней части комплекса, террасирование склона приводит к уменьшению либо устранению лавинной опасности, подрезка склона создает благоприятные условия для формирования прыгающих лавин и для образования снежных карнизов, увеличение крутизны склона приводит к увеличению значений динамических характеристик лавин.

Террасирование склона как мера по устранению лавинной опасности было применено на западном побережье о. Сахалин (153 км автодороги Невельск – Томари - аэропорт Шахтерский), где автодорога проходила у подножия уступа морской террасы и подвергалась регулярным завалам (рисунок 3.3).

Террасирование привело также к устранению опасности от обрушения снежного карниза, достигавшего на этом участке толщины 2,5 - 3 м, поскольку обрушившийся карниз задерживается на верхней ступени, и, кроме того, уже не может вызвать схода лавины.

вид лавинного комплекса до работ по террасированию склона

вид лавинного комплекса после работ по террасированию склона

Рис. 3.3. Террасирование склона морской террасы для устранения лавинной опасности. Западное побережье о. Сахалин, 153 км автодороги Невельск – Томари - аэропорт Шахтерский. Фото .

Так, на западном побережье Южного Сахалина (между с. Шебунино и с. Ильинский) на поверхностях сноса снега ветром был вырублен лес при распашке для сельскохозяйственной деятельности (рисунок 3.4).

Это обеспечило благоприятные условия для снегопереноса, и, следовательно, для дополнительного приноса снега в лавиносбор, что увеличивает объемы лавин, а также частоту их формирования. Помимо этого, активный снегоперенос приводит к формированию снежных карнизов большой мощности (до 4-5 м) и протяженности.

зона сноса снега ветром

Рис. 3.4. Зона сноса снега ветром в береговых лавинных комплексах, образованная вследствие распашки поверхности морской террасы под сельскохозяйственные нужды (автодорога г. Невельск – г. Холмск, 2 км к северу от с. Калинино, западное побережье Южного Сахалина). Фото автора.

Необходимо отметить, что характерной чертой западного побережья Южного Сахалина является одновременное развитие на морских террасах нескольких типов гравитационных склоновых процессов: лавин, склоновых селей и оползней, оказывающих влияние друг на друга (Казакова, 2012 б, в). Совокупное действие рассматриваемых процессов приводит к повышению риска для населения и хозяйственно-бытовых объектов, а также затрудняет проектирование инженерной защиты.

К северу от г. Макаров (рисунок 3.5) при выравнивании профиля склона были созданы условия для формирования лавин с большими значениями динамических характеристик: склоны относительной высотой 100 м имеют постоянный уклон 45°. Расчетное пиковое давление лавины на препятствие с данного осова составляет 0,122 МПа; при таком давлении лавина повреждает легкие каменные сооружения, ломает стволы деревьев (Прикладное лавиноведение, 1990). Непосредственно у подножия склона находится железная дорога Южно-Сахалинск – Оха, а также проходящая параллельно ей автодорога.

Рис. 3.5. Антропогенный осовный склон над железной дорогой Южно-Сахалинск – Оха, Макаровский район. Фото автора.

Таким образом, в настоящее время антропогенная деятельность играет значительную роль в формировании и изменении береговых лавинных комплексов.

3.2. Морфологические типы лавиносборов на морских берегах о. Сахалин

При воздействии этих процессов формируются лавиносборы, соответствующие классификации морфологических типов лавиносборов (Божинский, Лосев, 1987) (рисунок 3.6):

1.  Лавиносборы, четко выраженные в рельефе с надежно выделяемыми зонами зарождения, транзита и отложения:

а)  воронки.

2.  Лавиносборы, выраженные в рельефе, но не имеющие хорошо определяемых зон зарождения и транзита:

а)  врезы;

б) мульды.

3.  Лавиносборы, не выраженные в рельефе

а)  осовы (ровные склоны).

Рис. 3.6. Морфологические типы лавиносборов.

1 - лавиносборы, четко выраженные в рельефе с надежно выделяемыми зонами зарождения, транзита и отложения (воронки); 2 - лавиносборы, выраженные в рельефе, но не имеющие хорошо определяемых зон зарождения и транзита (2а - врезы; 2б - мульды; 3 - лавиносборы, не выраженные в рельефе (осовы - ровные склоны). По (Божинский, Лосев, 1987).

Лавиносбор рассматривается как лавиновмещающая форма рельефа (для лавиносборов, выраженных в рельефе) или как особый ландшафтный участок (для лавиносборов, не выраженных в рельефе), созданный с участием лавин (Божинский, Лосев, 1987).

Лавиносборы этих морфологических типов широко представлены на морских берегах о. Сахалин, в том числе, на территориях населенных пунктов острова (рисунок 3.7 – 3.10).

При воздействии эрозии формируются лотковые лавиносборы, представляющие собой узкие желоба с уклоном 30-45° в зонах зарождения и транзита лавин. Особенность таких лавиносборов заключается в том, что их количество может достигать 56 на погонный километр (эрозионные врезы шириной 10-15 м), например, участок к северу от с. Ясноморское (западное побережье острова, Невельский район) (см. рисунок 3.8). Это определяет значительный ущерб в периоды массового лавинообразования, несмотря на небольшие объемы лавин и незначительные их дальности выброса (менее 500 м).

Рис. 3.7. Лавиносборы, четко выраженные в рельефе с надежно выделяемыми зонами зарождения, транзита и отложения (воронки), г. Невельск, западное побережье о. Сахалин. Фото автора.

Рис. 3.8. Лавиносборы, выраженные в рельефе, но не имеющие хорошо определяемых зон зарождения и транзита (врезы), с. Ясноморское, западное побережье о. Сахалин. Фото автора.

Рис. 3.9. Лавиносборы, выраженные в рельефе, но не имеющие хорошо определяемых зон зарождения и транзита (мульды), г. Невельск, западное побережье о. Сахалин. Фото автора.

Рис. 3.10. Лавиносбор, не выраженный в рельефе (осов), с. Горнозаводск, западное побережье о. Сахалин. Фото автора.

Оползневыми процессами формируются обычно также лотковые лавиносборы – мульды или воронки (см. рисунок 3.6, 3.8). Характерной особенностью мульд является продольный профиль с большим постоянным уклоном в 30-45°, что обеспечивает высокие скорости лавин и высокое давление лавины на препятствие даже при небольших относительных высотах лавиносборов.

Кроме того, оползневыми процессами формируется характерный для берегов Южного Сахалина тип лавинных комплексов, представленный чередованием воронок и небольших осовов в нижней части склона. Воронки по сравнению с осовами имеют большие относительные высоты и большие площади, но меньшие уклоны, в связи с чем лавины из воронок обычно имеют большие объемы.

Скальные абразионные уступы, крутизной обычно более 50°, представляют собой специфический тип лавиносборов, для которых характерно образование снежных карнизов, а также возможен сход лавин с верхней, более пологой части (прыгающие лавины (Руководство, 1965)).

В связи с активной хозяйственной деятельностью на морских берегах формируются антропогенные лавинные комплексы, отличные от природных. Обычно это либо образующиеся при подрезке склонов уступы, создающие условия для формирования прыгающих лавин, либо ровные крутые осовы.

Необходимо отметить, что такие осовы имеют чаще всего большой уклон (30-45°) в зонах зарождения и транзита лавин; кроме того, они лишены древесной растительности, а поверхность скольжения лавины в них представлена травянистой растительностью, что обеспечивает низкие значения коэффициентов трения (0,15-0,17), и, следовательно, высокие значения динамических характеристик лавин даже при небольших относительных высотах лавиносборов.

3.3. Морфометрические характеристики лавиносборов на морских берегах о. Сахалин

Образованные при воздействии экзогенных геологических процессов лавиносборы отличаются морфометрическими характеристиками (таблица 3.1).

Таблица 3.1.

Морфометрические характеристики разных морфологических типов лавиносборов морских берегов (на примере Южного Сахалина)

Морфологический тип лавиносбора	Характеристики лавиносбора
Относительная высота, м	Площадь, га	Ширина, м	Глубина, м	Средний уклон, град.
воронка	100 – 200	0,7 – 5,0	30 – 120	5 - 15	30 – 45
врез	20 – 150	0,1 – 0,6	15 – 30	1 - 5	30 – 45
мульда	30 – 150	0,2 – 1,5	20 – 130	5 - 10	30 – 45
осов	7 – 100	0,1 – 6,0	40 – 300	-	25 – 45

Как видно из таблицы, морфометрические характеристики лавиносборов каждого морфологического типа имеют достаточно широкий диапазон значений, что обусловлено геологическим и геоморфологическим строением морского берега. Единственной общей чертой преобладающего большинства береговых лавиносборов является большой средний уклон лавиносбора, составляющий 25-45°; такие уклоны обусловливают высокие значения динамических характеристик лавин.

Согласно фактическим данным, полученным нами в 2012 г. при спуске лавин с осовного склона средним уклоном 38° на 153 км автодороги Невельск - Томари - аэропорт Шахтерский (морская терраса в устье р. Чирай), скорости лавин достигали 8,2-12,5 м/с при относительной высоте склона 80 м, длине пути лавины менее 100 м и небольших объемах лавин. Пиковое давление лавины на препятствие, рассчитанное на основе фактических значений скоростей и плотностей лавин, достигает величин 0,063-0,096 МПа (таблица 3.2).

Таблица 3.2.

Фактические и расчетные характеристики лавин на морских берегах о. Сахалин

Местоположение лавиносбора	Относительная высота склона, м	Средний уклон лавиносбора, град.	Фактическая дальность выброса лавины, м	Фактическая скорость лавины, м/с	Фактическая макс. высота фронта лавины, м	Фактический объем лавины, м³	Расчетное пиковое давление лавины на препятствие, МПа	Расчетное ударное давление лавины по Войтковскому К. Ф., МПа
153 км автодороги Невельск – Томари - аэропорт Шахтерский	79	38	151	8,2	2,0	75,0	0,063	0,018
79	38	151	11,6	2,0	200,0	0,089	0,035
61	38	117	9,6	4,5	800,0	0,074	0,024
71	38	136	12,5	4,0	400,0	0,096	0,041
178 км автодороги Южно-Сахалинск - Оха	124	39	265	16,8	8,0	-	0,129	0,037
46	39	70	11,7	2,0	-	0,090	0,021

В 2012 г. проводились измерения динамических характеристик лавин в лавиносборе, представленном оползневой мульдой шириной 135 м, осложненной уступом в нижней трети склона (восточное побережье о. Сахалин, автодорога Южно-Сахалинск – Оха, Макаровский район).