Содержание к диссертации
Стр.
Морфометрическая и морфологическая характеристика
рельефа 52
-
-
-
Суффозия 64
-
Подтопление 79
-
Физико-механические свойства грунтов 93
-
Инженерно-геоморфологическое районирование территории города 102
-
-
-
-
Оценка эколого-геоморфологической ситуации территории
города Краснодара 111
-
-
-
-
-
Техногенные преобразования рельефа и геологической
среды городской территории
-
-
-
-
-
-
-
-
Опасные техногенные объекты на территории г. Краснодара 165
-
Оценка возможных поражений территории города при
авариях на опасных объектах 189
Мероприятия по обеспечению безопасности населения
и нормального функционирования окружающей среды 209
Введение к работе
Городская территория - это специфическая геоэкосистема, со своеобразной структурой и составом компонентов, где формируется новый природ- но-техногенный комплекс. Его развитие трудно предсказуемо, что представляет опасность для людей, живущих на этих территориях.
Одним из главных звеньев в системе "природа-человек" является рельеф, динамические показатели которого в зонах интенсивного хозяйственного освоения все больше зависят от степени техногенной нагрузки. Поэтому для рационального использования городских территорий важное значение приобретает оценка геоморфологических условий. Актуальность данного вопроса связана с тем, что техногенез выступает как геологический фактор, преобразующий земную кору, модифицирующий физические поля, формирующий новые геологические условия. Анализ и прогноз техногенных изменений геологической среды является сложной проблемой, включающей одновременный анализ территориальных особенностей хозяйства и способов его ведения во взаимодействии с окружающей средой. Эта проблема имеет различные целевые, масштабные и пространственно-временные аспекты.
Не подлежит сомнению, что дальнейшее хозяйственное развитие связанно с возрастанием риска возникновения природных, техногенных и технологических аварий и катастроф. Повышение экологического риска связанно с тем, что опасные технические системы часто размещаются в местах наибольшей концентрации населения, а также в районах с высокой сейсмичностью и экзогеодинамикой. Города, особенно крупные, обладают огромным энергетическим потенциалом изменения геологической среды, что выражается в формировании техногенных процессов, вносящих существенные аномалии в природные физические поля.
Естественный геоэкологический потенциал городских территорий (способность территории поддерживать равновесие между окружающей средой и внутренней средой человека) формируется в результате множества взаимосвязанных геофакторов. Техногенез может приводить к снижению потенциала городских территорий или к его повышению.
В этой связи первостепенное значение имеют анализ и отражение общих закономерностей влияния хозяйственной деятельности на ход природных процессов, качественная и количественная оценки их техногенной активизации. Сосредоточение большинства источников техногенного воздействия на окружающую среду в населенных пунктах, особенно в крупных промышленных агломерациях, делает проблему техногенной активизации экзогенных геологических процессов особенно актуальной.
На территории города Краснодара инженерно-геологические исследования на протяжении многих лет проводятся многими организациями. Полученные данные имеют большое практическое значение, однако они разрознены, практически не публикуются и посвящены проявлениям определенного вида процессов, что обусловлено целью проведения данных исследований. Существующая геоэкологическая ситуация требует комплексного исследования урбосистемы, с целью рационального использования территории города.
Целью работы является эколого-геоморфологическая оценка территории города Краснодара. В соответствии с целью исследования были решены следующие основные задачи: проведен всесторонний анализ геосистемы Краснодара; определены критерии оценки городской территории по степени: устойчивости геологической среды к техногенным нагрузкам; опасности изменения природных условий; благоприятности для хозяйственного освоения; дан анализ закономерностей развития рельефообразующих процессов в городской среде; проведена оценка антропогенного изменения геологической среды; проведен анализ причин ухудшения геоэкологической ситуации; дана оценка изменения природного комплекса в результате хозяйственного освоения территории.
Объектом изучения является морфолитогенная основа территории города Краснодара.
Предметом исследования - эколого-геоморфологические особенности, тенденции и закономерности развития геоморфологической системы города.
Научная новизна диссертационного исследования. На основании обобщения собранного материала с привлечением опубликованных данных и результатов проведенных исследований впервые: проанализированы факторы развития и дана оценка интенсивности развития современных природно-техногенных процессов; дана оценка состояния морфолитогенной основы территории Краснодара; определены критерии оценки экологического потенциала города и эколого-геоморфологической оценки территории; проведена эколого-геоморфологическая оценка города Краснодара; проведена комплексная геоэкологическая оценка природно-техноген- ной системы города; составлена схема пораженности территории особо опасными экзогенными физико-геологическими процессами; проведено эколого-геоморфологическое и инженерно-геоморфологическое районирование территории города; проведено районирование территории по степени антропогенного воздействия на окружающую среду; дается эколого-геоморфологическое обоснование рациональных способов защиты территории природопользования от воздействия неблагоприятных природных и техногенных факторов.
Научная и практическая значимость. На основании комплексного анализа геоэкосистемы Краснодара и оценки техногенеза, результаты исследования имеют большое значение при дальнейшем рациональном планировании и осуществлении хозяйственного деятельности. Проведенная оценка и районирование территории в определенных аспектах могут стать основой для дальнейшего изучения территории города, мониторинга окружающей среды. Материалы диссертации используются автором при чтении курсов: "Региональная геоморфология Кавказа", "Охрана природы". Данные диссертационного исследования используются студентами кафедры и факультета при написании рефератов, докладов, курсовых и дипломных работ.
На защиту выносятся:
Критерии эколого-геоморфологической оценки территории города.
Оценка комплекса геолого-геоморфологических условий и их изменения в результате техногенеза.
Эколого-геоморфологическая оценка территории города Краснодара.
Схемы районирования: инженерно—геоморфологического, эколого- геоморфологического и по степени антропогенного воздействия на окружающую среду.
Фактические материалы и методика исследований. Теоретической и методологической основой диссертации являются положения, критерии и выводы ученых по экологической и инженерной геоморфологии, а также геоэкологии урбосистем. Диссертационное исследование базируется на системно-структурном подходе к изучаемым процессам и явлениям. Эмпирической базой диссертационного исследования послужили полевые наблюдения, проведенные автором в период с 1995 по 2002 годы; обобщение информации по данной тематике, находящейся в фондовых материалах научно-исследовательских институтов города по геологическим, геоморфологическим, гидрологическим особенностям города и инженерно-строительным изысканиям. Использованы опубликованные материалы и научные статьи по данной тематике; ежегодные отчеты Комитета по охране окружающей среды и природным ресурсам.
Личный вклад автора при проведении комплексного исследования заключается в следующем: - рекогносцировочные обследования территории Краснодара; детальное изучение и оценка всех компонентов природы с целью получения наиболее полной информации; анализ техногенной нагрузки на территорию города с целью выявления особо опасных объектов; анализ изменения геологической основы в результате хозяйственной деятельности; оперативное исследование с целью получения экстренной информации и прогноза развития определенных негативных процессов; исследования, включающие согласованные во времени и пространстве наблюдения за уровнем загрязнений всех видов, связанного с интенсивностью хозяйственной деятельности.
Апробация работы. Основные выводы и положения, содержащиеся в диссертации, были представлены на конференциях, научных семинарах и совещаниях: "Геоморфология гор и равнин: взаимосвязи и взаимодействие" (Краснодар, 1998), "Инженерная география. Экология урбанизированных территорий" (Ярославль, 1999), "Проблемы экологической геоморфологии" (Белгород, 2000), "Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий" (Краснодар, 2001, 2002), " Экономика и здоровье человека" (Краснодар, 2001), Семнадцатом пленарном межвузовском координационном совещании по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (Краснодар, 2002).
По теме диссертации опубликовано 9 работ, отражающие ее основные научные результаты.
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Объем работы - 257 страниц текста, 22 рисунок, 22 таблицы и 3 приложения.
Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю, профессору, доктору географических наук Ю.В.Ефремову за внимание, помощь и постоянную поддержку в работе над диссертацией, а также сотрудникам кафедры геологии и геоморфологии Географического факультета
Кубанского госуниверситета - Чередниченко Л.И., Остапенко A.A., Крицкой О.Ю. за творческое участие и ценные советы по написанию работы; сотрудникам СевКавТИЗИСа - главному геологу А.Н.Батуриной, гидрогеологу Г.И.Лаврентьеву за предоставленную возможность работы с фондовыми материалами института и практические советы.
1. СОВРЕМЕННАЯ ИЗУЧЕННОСТЬ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Современный рельеф, являясь основой хозяйственной деятельности и среды проживания, служит каркасом ландшафта территории, оказывает влияние на характер изменения других физико-географических условий и определяет, в значительной степени, положение ареалов распространения и пути миграции загрязнителей. С рельефом связано формирование водных бассейнов, от него зависят поверхностный и подземных сток. Его положительные и отрицательные формы служат условием для выработки определенных мер по рациональному землепользованию, планированию различных видов строительства, созданию территориальной инфраструктуры и т.д. Следовательно, рельеф, как один из компонентов природной среды, является специфичным видом естественных ресурсов.
В этой связи, в условиях все возрастающего роста использования природных ресурсов одним из важным направлений рационального природопользования является выявление закономерностей развития рельефа, анализ современных природно-техногенных процессов.
Городам принадлежит огромная роль в преобразовании природной, особенно геологической среды. Это обусловлено тем, что город и геологическая среда едины и взаимосвязаны. Природная среда влияет на город, город изменяет природную среду, направленность и ход физико-геологических процессов. Города представляют собой сложные социально-экономические и инженерные комплексы. Их взаимодействие с природной средой многообразно и постоянно меняется вследствие пространственного, строительного и технологического развития города.
Урбанизация как процесс преобразования значительных территорий, их использования для коммуникаций, энергетических и ресурсных источников, является одной из причин глобальных изменений, происходящих на планете. Появившиеся ранее научно-прикладные направления - исследования рельефа и геологической среды для строительства, имевшие в основном инженерную ориентацию, постепенно сменяются исследованиями экологического значения. Эти направления развиваются на стыке физической и социально- экономической географии, так как рассмотрение закономерностей формирования городской территории проводится под углом зрения социальных требований (Лихачева, Тимофеев, 2002).
Современные геологические процессы, их характер и интенсивность являются важнейшей характеристикой динамичности городской территории. Все виды инженерно-геологических изысканий проводятся для изучения тех геологических явлений, которые могут возникнуть в районах возведения инженерных сооружений, повлиять на устойчивость территории, а в результате значительно осложнить геоэкологическую ситуацию данного района. Инженерно-геологическое изучение природных геологических процессов должно проводиться с целью обоснования мероприятий, которые позволяют оценить: пригодность конкретной территории под хозяйственное освоение, динамику экзодинамических процессов, предотвратить или минимизировать негативное их проявление. Техническое вооружение общества позволяет предотвратить в настоящее время многие нежелательные экзодинамические процессы. К таким мероприятиям, например, относится укрепление берегов, регулирование увлажненности грунтов путем строительства дренажных систем и др.
При оценке эколого-геоморфологической ситуации территории Краснодара основными общими методами исследования явились: системный подход, который позволил проанализировать влияние современного рельефооб- разования на геоэкологическую обстановку; генетический подход — в результате были установлены причины появления различных неблагоприятных эколого-геоморфологических ситуаций; пространственно-временной (географический) подход - позволил объяснить закономерности современного рельефообразования на фоне пространственно-временных географических связей и в зависимости от других элементов природных процессов, а также анализ хозяйственного освоения территории.
1.1. Обеспеченность территории информацией
Краснодар, как и многие другие города на юге Европейской части России, в настоящее время находится в сложной геоэкологической обстановке. Поэтому назрела насущная необходимость детального эколого-геоморфоло- гического анализа городской территории. Лигогенная основа города отличается достаточной геолого-геоморфологической изученностью; имеющиеся данные имеют большое практическое значение, однако они находятся в фондовых материалах научно-исследовательских институтов и организаций и практически не опубликованы.
Оценивая степень изученности территории г. Краснодара следует отметить, что целенаправленного изучения геологических особенностей, подземных вод верхнего яруса, с оценкой их влияния на условия строительства и эксплуатации городской территории не осуществлялось.
Проведенные до настоящего времени работы можно условно разделить на три основных группы.
Первая группа включает в себя региональные исследования, посвященные разработке схем геологического, тектонического и морфологического строения территории, стратиграфии и литологии отложений и гидрогеологическим условиям в масштабе Азово-Кубанского артезианского бассейна. Грунтовые воды при этом, освещались весьма слабо. В начале двадцатого века подобные работы носили эпизодический характер и, при минимальных технических возможностях, охватывали естественные и искусственные обнажения горных пород с описанием источников пресных и минеральных вод, колодцев и немногочисленных в то время скважин. Первые работы связаны с именами следующих ученых: К.И.Богданович (1910), В.И.Бибиков (1917), Е.С.Буржер (1916) и др.
С развитием водоснабжения города за счет подземных источников увеличилось количество водозаборных скважин, эксплуатирующих подземные воды раннеплейстоценовых и акчагыл-апшеронских (Краснодарские слои), позже - куяльницких и киммерийских отложений. Обобщив данные по этим скважинам, в 1922 году профессор С.А.Яковлев смог дать региональную оценку гидрогеологическим условиям территории города, выделить в над- понтических и четвертичных отложениях шесть водоносных горизонтов и дать им обстоятельную характеристику. Им же, а чуть позже Г.Ф. Мирчин- ком (1928-1938 гг.), разработана стратиграфическая схема четвертичных отложений и соотношение речных террас Кубани.
Первые комплексные сведения о геологическом строении территории города Краснодара опубликованы С.А. Яковлевым в 1922 г. Им было проведено описание практически всех пройденных в дореволюционное время скважин для целей водоснабжения города. Детальное описание скважин и значительная (до 100 м и более) глубина их делают эту работу исключительно ценной.
С.А.Яковлев осуществил на территории города Краснодара исследование геологического строения второй надпойменной террасы (НПТ) реки Кубани и погребенного под ней аллювия более древних четвертичных террас, которое основывалось на тщательном изучении образцов пород. Эти исследования явились исходным построением для всех последующих работ по изучению террас бассейна реки Кубани. Ученый произвел детальную послойную увязку разрезов скважин террасы на опубликованных геологических профилях.
В качестве отличительных признаков четвертичных осадков С.А.Яковлев (1922) принимал следующие: состав галек - из кристаллических пород и полное отсутствие галек охристых пород, сфалеритовых, сидеритов, известковистых окатанных стяжений; крупный размер гальки (до 20 см); отсутствие бурого угля, непрерывное залегание галечникового слоя; значительно меньшее по мощности и протяженности развитие глинистых пород, чем в неогене.
Исследования С.А.Яковлева явились исходными построениями для всех дальнейших работ по изучению террас бассейна р. Кубань.
Комплексное геоморфологическое и геологическое изучение Кубанских террас произвел с 1928 по 1938 года Г.Ф.Мирчинк. Он выяснил их происхождение и установил переход аллювиальных образований через флювиогля- циальные в конечно-моренные. Впервые установил снижение относительной высоты террас в направлении течения реки и перекрытия древних террас более молодыми («ножницы» террас). По Г.Ф.Мирчинку на территории города Краснодара первая НПТ уже сливается с поймой.
В 1942 г. Н.Г.Концевич и П.Н.Коновалов выпустили сводную работу, посвященную гидрогеологическому районированию Краснодарского .края.
Из площадных геолого-съемочных работ заслуживают внимание теологическая съемка масштаба 1:50000, выполненная на территории города-'и его окрестностей в 1940-1941 гг. Н.В.Усковым и продублированная (в связи с утратой отчета в 1941 г.) в 1946 г. Н.Т.Анисимовой и Г.В.Дейно в процессе составления сводных гидрогеологических карт. Определенный интерес представляет и составленная в 1945 г. Г.Н.Родзянко сводная карта основных водоносных горизонтов Краснодарского края.
Большая заслуга в изучении геологический особенностей города и прилегающих территорий принадлежит Н.А.Лебедевой. В ее работе "Континентальные антропогеновые отложения Азово-Кубанского прогиба и соотношение их с морскими толщами" (1963) изложены новые данные о геологическом строении, на основании которых сделаны общие выводы о закономерностях антропогеновых отложений Азово-Кубанского прогиба, палеогеографических условиях времени их накопления, стратиграфическом расчленении толщ, соотношении морских и континентальных фаций, влиянии на осадконакопление новейших тектонических движений.
Проводимые в последующие годы на оцениваемой территории региональные работы различного направления (Н.П.Белоновский, И.Н.Золотова, 1963 г.; Лаврентьев И.Ф., 1970 г.) дают ценный материал по характеру и свойствам пород, содержащих грунтовые воды, глубине их залегания, по химическому составу воды, а также санитарно-гигиеническому состоянию основных водоносных горизонтов, используемых для водоснабжения (Е.А.Серобатова, 1954 г.).
Идеи Г.Ф.Мирчинка поддержал и развил И.Н.Сафронов (1969); им же дополнительно установлен ряд низких террас в долине Кубани.
Г.И.Горецкий, на основании споро-пыльцевого анализа аллювия надпойменной террасы (НПТ) у г. Черкесска и аллювия второй НПТ в районе г. Краснодара, пришел к выводу о стратиграфо-геоморфологическом единстве этих террас и предложил назвать вторую НПТ г. Краснодара - Краснодарской. Главным отличительным признаком Краснодарской террасы Г.И.Горецкий считает наличие покрова - лёссовидного делювия.
Приняв за основу схему С.А.Яковлева, Г.И.Горецкий лёссовую толщу второй НПТ сопоставил с отложениями валдайского горизонта, а в аллювиальных отложениях террасы выделил пойменную и русловую фации средне- и верхнечетвертичного возраста, а также старичную фацию лихвинского межледниковья (низы сред нечетвертичного возраста).
Вторая группа исследований включает в себя два вида работ специального назначения, выполненных на территории города и его окрестностей. Первый из них выполнялся для оценки эксплуатационных запасов подземных вод г. Краснодара, включая и воды четвертичных отложений, представляющего практический интерес для водоснабжения города. Это работы И.Н.Кутепова (1966 г.) и Н.Н.Тытянок (1955 г.). Второй связан с проектированием, строительством и эксплуатацией Краснодарского водохранилища, в зону нижнего бьефа которого попадает территория г. Краснодара (особенно его северо-восточная и восточная части) и Пригородной оросительной системы. В этих работах содержатся сведения о гидрогеологическом режиме водохранилища и участка р. Кубань в нижнем бьефе, работе дренажной завесы, режиме грунтовых вод и т.п. Работы выполнялись в разные годы институтами "Кубаньгипроводхоз", ГГИ "Гипроводстрой", ГК "Кубаньгеоло- гия", Кубанской зональной метеорологической обсерваторией и некоторыми другими организациями.
Третья группа исследований включает в себя результаты инженерно- геологических изысканий для объектов промышленного, гражданского и других видов строительства, число которых превышает 2000 и большинство из них выполнено ТОО "СевКавТИСИЗом". В процессе их проведения выполнялись: разовые размеры уровней грунтовых вод; изучались фильтрационные свойства водовмещающих пород; изучался химический состав воды и ее физические свойства.
За последние годы большой вклад в изучение надпойменных террас, особенностей лёссовидных суглинков на территории города внесли научные работы доцента кафедры геологии и геоморфологии Кубанского госуниверситета, кандидата геолого-минералогических наук Л.И.Чередниченко (1973, 1979, 1993, 1998 гг.). Особо внимание в работах, посвященных территории города, уделяется анализу влияния антропогенного фактора на геологическую среду.
Заслуживает внимания ретроспективный анализ ландшафтной экологии Краснодара в работе С.Р.Илюхина (1998), где большое внимание уделяется также экологическим проблемам города в настоящее время.
Анализ обеспеченности территории информацией показал, что планомерное и основательное изучение инженерно-геологических и инженерно- геоморфологических условий г. Краснодара началось с 60-х годов XX века, после создания треста "СевКавТИСИЗ". Этим научным предприятием была создана: инженерно-геологическая карта масштаба 1:25000 (в основе выделения районов лежал литолого-генетический принцип); схема инженерной защиты г. Краснодара от подтопления и других опасных природных и при- родно-техногенных процессов; карта инженерно-геологических условий масштаба 1:10000; схематические карты геоморфологических и гидрогеологических условий масштаба 1:25000 и др.
В тоже время, при достаточной изученности отдельных компонентов природной среды г. Краснодара, комплексной оценки геологической среды, ее изменения в результате хозяйственной деятельности и геоэкологического изучения на современном этапе не проводилось. Основные сведения о reo лого-геоморфологическом строении и геоэкологических проблемах территории города находятся в отчетах научно-исследовательских организациий, посвященных конкретной тематике.
В связи с этим в данной работе была дана комплексная эколого—геоморфологическая оценка г. Краснодара на основании изучения разрозненного материала. В основу настоящей работы положено обобщение результатов исследований, главным образом, третьей группы. На протяжении последних десяти лет автором, помимо анализа, обобщения и систематизации, имеющего литературного и фондового материала, были проведены полевые исследования на территории города и его пригородах. Результатом этих исследований является: анализ степени преобразования природного ландшафта; изучение динамики современных экзогенных процессов; оценка степени антропогенного воздействия в разных районах города; исследование техногенных катастроф и аварийных ситуаций, связанных с литогенной основой; изучение промышленного потенциала города и оценка его воздействия на окружающую среду; составление схем риска, связанных с особенностями геологического строения территории города и вероятностью проявления различных геологических процессов; районирование территории (описание и составление схем) по инженерно-геоморфологическим критериям и степени антропогенного воздействия на окружающую среду.
1.2. Критерии оценки городских территорий
Одной из главных задач геоморфологии городских территорий является разработка критериев экологической оценки рельефа и рельефообразующих процессов городских и урбанизированных территорий.
Критерий - это мерило оценки; верный отличительный признак для распознавания истины; средство для решения; руководящая мысль, определяющая отношение к данному предмету; точка зрения, являющаяся мерилом для определения оценки; признак, положенный в основу оценки (Лихачева и ДР, 2002).
По определению Н.Ф.Реймерса (1990) , критерий экологический - это признак, на основании которого производится оценка, определение или классификация экологических систем, процессов и явлений. Экологический критерий может быть природозащитным (сохранение целостности экосистемы, места обитания), антропоэкологическим (воздействие на человека, на его популяцию), хозяйственным (вплоть до воздействия на всю систему "общество-природа"). Шкала экологических критериев должна строиться с учетом всех трех типов критериев.
Эколого—геоморфологическими критериями являются сочетание различных геоморфологических показателей или признаков (морфометрические характеристики, морфология рельефа, генезис, тип и интенсивность рельефообразующих процессов), которые определяют условия жизни людей и на основании которых производится оценка территории для обоснования проекта, планирования, прогнозирования - всех типов природопользовательских мероприятий. Для проведения эколого-геоморфологической оценки городской территории, прежде всего, необходимо определить перечень показателей (естественных и техногенных) городской среды, влияющих как на принятие инженерных решений, так и на принятие решений по экологической безопасности населения.
Инженерно-геоморфологическая оценка подразумевает рассмотрение инженерных свойств рельефа (в основном, определяющих его устойчивость).
Эколого-геоморфологическая оценка направлена на рассмотрение тех свойств и особенностей рельефа, которые создают условия комфорта проживания: влияют на жизнь людей, их безопасность, из здоровье (в том числе и психологическое состояние). Следовательно, целью таких исследований является исследование территории, направленное на определение возможностей их рационального использования в соответствии с экологическими требованиями общества.
Главной теоретической посылкой экологической геоморфологии является рассмотрение рельефа как основы экосистемы человека, как фактора и ресурса среды жизни: фактора, определяющего геоморфологические условия (в том числе и степень геоморфологической опасности) ведения хозяйства; фактора определяющего земельные ресурсы; фактора, определяющего состояние ресурсов жизнеобеспечения, влияющего на формирование (и деградацию) почв, их плодородие, влагона- сыщенность, на распределение и состояние растительного покрова; на гидрогеологические условия; фактора влияющего на глобальные процессы (в том числе на урбанизацию); фактора определяющего состояние среды местообитания людей, ее санитарно-гигиенические условия и формирующего пространственную и визуальную среду - разнообразие ландшафтов (Лихачева, Тимофеев, 2000).
Выбор критериев, на основании которых можно провести оценку устойчивости измененного рельефа, является основной задачей инженерной и экологической геоморфологии. В приложении 1 приведены эколого-гео- морфологические критерии оценки устойчивости территории к техногенным опасностям.
До начала любого техногенного освоения территории должны быть выявлены общий фон естественных процессов, их интенсивность и направленность на основе комплексных исследований.
На основании эколого-геоморфологической оценки производится выбор систем, типов сооружений или соответственных мероприятий, минимально нарушающих установленный режим физико-геологических процессов данной территории.
1.3. Выбор критериев для оценки города Краснодара
Особенностью эколого-геоморфологического анализа является рассмотрение условий местности под углом зрения социальных требований, т.е. потребностей человека: безопасность, здоровье, ресурсы, привлекательность, доступность. Эти показатели непостоянны, изменяются в зависимости, как от исторического периода развития общества, так и от физико-географических условий местности.
Рассмотрим соответствие городской территории Краснодара по комплексу социальных требований (Ефремов, Антошкина, 2000):
1. Безопасность. В настоящее время это условие ассоциируется с безопасностью от стихийных бедствий и природных опасностей. Антропогенная и техногенная нагрузка обусловили экологическую опасность, которая проявляется в усложнении инженерно-геологических условий, возникновении и интенсивности природных процессов, ранее не типичных: подтопление, заболачиваемость, просадки грунтов и другие. В результате строительства Краснодарского водохранилища появилась вероятность природных и при- родно-техногенных катастрофических явлений. Возможно сейсмическое проявление на территории города (это связано с соседством молодого ороге- нического пояса), которое рассматривается как неблагоприятный фактор для критерия безопасность.
Проблемы, связанные с чрезмерными нагрузками на геологическую среду города, обусловлены нерациональным и необоснованным, с точки зрения естественного развития, антропогенного воздействия на рельеф. В связи с этим наблюдается: потеря устойчивости рельефа под воздействием техногенных физических полей, изменение свойств геологической среды, значительные изменения структуры и свойств грунтов, условий денудации и аккумуляции.
Критерий "безопасность" на стадии формирования города не учитывался. Проведенные исследования показали, что территория города подвержена высокой степени опасности возникновения природных (а в последнее время и природно-техногенных) катастроф, связанных с сейсмичностью, слабой несущей способность грунтов, предопределенностью территории к подтоплению, заболачиваемости, просадкам и др.
Доступность. Решающее значение имела при освоении территории города Краснодара. В настоящее время данная категория рассматривается в отношении доступной связи с другими населенными пунктами, регионами и странами. Этот критерий можно рассматривать и в плане градостроительства (надпойменные террасы благоприятствуют, градостроительству), а также формирования коммуникаций города.
Привлекательность или оригинальность местности. Огромное влияние окружающей среды на человека подчеркивает важность данной категории. Привлекательность территории, где в дальнейшем был основан в 1793 году город во-первых, определяется сочетанием благоприятных условий для жизни - это климатические и ландшафтные особенности, а также близость Черноморского побережья и горной страны (Кавказ). На данном этапе этот критерий имеет низкий показатель. Это обусловлено низкими показателями: эстетическими качествами ландшафтно-архитектурного облика большей части города; природного окружения города; рекреационных зон. В настоящее время Краснодар, при значительном рекреационном потенциале, имеет очень низкие показатели. Анализ геоморфологических особенностей территории города позволит прогнозировать создания рекреационных зон, а также, распределение рекреационных нагрузок
Ресурсы. Территория обладает значительным потенциалом ресурсов жизнеобеспечения. Наличие питьевой воды, плодородных почв, пахотных земель, соотношение городских земель разного назначения, строительные полезные ископаемые вблизи способствовали развитию города. В настоящее время перечисленные и другие ресурсы требуют комплексного исследования. Природные особенности оказывают существенное влияние на выбор места для строительства, планировочные решения застройки, на обеспечение необходимого комфорта, на создание благоприятных микроклиматических условий, на создание эстетической выразительности городской среды, определяют комплекс новых свойств городской территории.
5. Здоровье. Этот комплекс определяется как безопасностью, привлекательностью территории, так и природными ресурсами. Интенсивное использование земельных ресурсов привело к значительному ухудшению экологической обстановки в городе, что сказалось на здоровье человека.
Изучив комплекс требований, можно сделать вывод: на стадии освоения территории под строительство Краснодара учитывалось, в основном, требование - особенность положения, т.е. функция "крепости" (он возник на месте военного лагеря впоследствии ставшей крепостью черноморских казаков). Благоприятные же природные условия явились базой, стимулом роста и развития города, определили его многофункциональность.
Комплексные эколого-геоморфологические исследования территории позволили провести оценку городской территории с точки зрения ее устойчивости, степени безопасности для проживания, благоприятности для застройки, микроклиматических и санитарно-гигиенических условий, привлекательности для размещения зон рекреаций, что в свою очередь позволило дать рекомендации по размещению промышленной и социальной инфраструктуры, гидротехнических и других сооружений с большим эколого-эко- номическим эффектом, по оптимизации потоков загрязнения.
Большое внимание в настоящей работе уделено критериям устойчивости городской территории, т.к. устойчивость является главным инженерным и экологическим свойством рельефа. Данная оценка необходима еще и по той причине, что устойчивость геосистемы определяет оптимальный уровень техногенной нагрузки и режима использования городских территорий.
Основными критериями устойчивости являются: гипсометрическое расположение грунтовых вод; проявление экзогенных и эндогенных процессов; особенности геологического строения; физико-механические свойства грунтов.
На основании этих критериев проведено районирование территории Краснодара, которое приводится во втором разделе данной работы, после анализа reo лого-геоморфологических условий города.
Эколого-геоморфологическая оценка территории Краснодара была проведена по следующим основным этапам, разработанным отделом геоморфологии ИГ РАН под руководством профессора Э.А.Лихачевой (2002): дан анализ геолого-геоморфологической изученности территории города; оценены инженерные (геологические, гидрогеологические, гидрологические) условия города. Результатом этой оценки явилось инженерно- геоморфологическое районирование с выделением зон разной степени благоприятности для строительства; проведена оценка геоэкологических условий, включающих определение техногенных преобразований территории, природно-техногенных процессов, степени загрязнения окружающей среды промышленными и бытовыми отходами, интенсивности искусственных физических полей; дан анализ особо опасных техногенных объектов и оценка их влияния на окружающую среду; рассмотрена степень риска пораженности территории города при аварийных ситуациях; в заключение эколого-геоморфологического анализа территории с целью обеспечения безопасности населения предлагается система мероприятий с учетом градостроительных тенденций и социального развития города; последним этапом данных исследований явился общий анализ при- родно-техногенного комплекса Краснодара и районирование территории по степени антропогенного воздействия на окружающую среду.
Выводы
Важная роль геоморфологического фактора в создании тех или иных экологических ситуаций предопределена, прежде всего, его активным влиянием на окружающую среду через разнообразные современные тенденции развития рельефа.
Анализ пространственной изменчивости геоморфологических, геологических, гидрогеологических и геодинамических факторов геологической среды свидетельствуют о сложных инженерно-геологических условий Краснодара, которые являются основой геоэкологической оценки территории.
Инженерно-хозяйственная деятельность в крупных городах приводит к изменению характера природных и образованию антропогенных процессов. При этом осуществление каждого инженерного мероприятия имеет преобразующее влияние на целый ряд природных компонентов. Это влияние охватывает площади, значительно превосходящие размеры отдельных сооружений.
Одной из наиболее важных составляющих эколого-геоморфологичес- кого анализа урбанизированных территорий является изучение закономерностей формирования, условий и интенсивности развития опасных геоморфологических процессов, проявления которых наносят огромный вред инженерно-хозяйственным объектам, нередко составляют реальную угрозу жизни и здоровью человека.
В связи с этим определены критерии эколого-геоморфологического анализа территории города Краснодара. Изучение reo лого-геоморфологических особенностей показало, что основным критерием оценки является устойчивость природной морфолитосистемы к антропогенной нагрузке.
2. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА КРАСНОДАРА
Анализ территории Краснодара показал, что в последнее время, в связи с интенсивным хозяйственным освоением, наблюдается активизация многих инженерно-геологических процессов. В первую очередь это: осадка и деформация толщ грунта под действием сооружений; просадка лессовых пород под влиянием увлажнения и нагрузок; размыв берегов водохранилища и процессы формирования берегов под действием новых гидрологических условий; оползневые явления; оврагообразование; механическая суффозия; явления плывунов и другие физико-геологические процессы.
Поэтому, при планировании хозяйственных мероприятий в первую очередь должны оцениваться геолого-геоморфологические особенности и экзо- динамические процессы. Изучение и прогноз инженерно-геологических процессов невозможны без знания закономерностей возникновения, развития, механизма природных геологических процессов и явлений. Все это обосновывает важность геологической изученности территории.
2.1. Геологическое строение
Геологическая изученность города Краснодара довольно высокая. Однако имеющаяся информация содержится в отчетах организаций, занимающихся геологическими изысканиями, и опубликованного материала практически не имеется.
Краснодар находится в зоне Западно-Кубанского передового прогиба (рис. 1), сложенного мощной толщей мезо-кайнозойских отложений, представленных переслаивающимися песчано-глинистыми отложениями с песчаниками, известняками, мергелями и алевролитами. Общая мощность этих отложений до 7000 м. Западно-Кубанский передовой прогиб - это глубоко погруженная структура, фундамент которой сложен доюрскими складчатыми образованиями и по данным геологических исследований в районе Крас
Условные обозначения
Эпигерцинская Скифская платформа
Западно-Кубанский прогиб
Восточно-Кубанская впадина
Область западного погружения меган- тиклинария Большого Кавказа
Погребенные глубинные разломы: НТ — Новотатаровский; Ах — Ахтыр- ский; УЛ — Усть- Лабинский —т-<»- о Тимашевсн
Иореновсю ^ V 1 > [\~ щстщ ^Славяиск-на^Нуцани^ ^^Аиаста'сиевстя
Рисунок 1
/ — Схема тектонического районирования Западного Предкавказья (Шарданов, 1966)
Границы тектонических разломов нодара опущен на глубину 8-10 тыс. м. Его протяженность с юго-востока на северо-запад 180 км, с северо-востока на юго-запад 45-70 км (Сафронов, 1969).
На севере прогиб ограничен Новотатаровским разломом, на юге граничит с Абино-Гунайской синклинальной зоной, отделенной от Западно-Кубанского прогиба Ахтырским разломом. Западная граница прогиба проходит по линии Джигинского разлома. Восточной границей является Ставропольское поднятие. Прогиб образовался в эпоху общего поднятия складчатой системы Кавказа и прогибами Предкавказской зоны. На фоне общего опускания наблюдались этапы временного замедления движения и этапы наиболее интенсивного опускания. Это приводило к обширным трансгрессиям и регрессиям моря, к изменению режима осадконакопления и последующему накоплению самых различных осадков от глубоководных морских отложений до прибрежных и континентальных осадков в начале верхнего плиоцена.
Мощность отложений, образовавшихся в четвертичное время, в районе города колеблется в среднем от 40 до 80 м. Геологическое строение исследуемой территории представлено в таблице 1. На формирование инженерно—геологических условий территории в большей степени влияют отложения верхней толщи апшеронского яруса неогена и четвертичные отложения, представленные аллювиальными и элювиально-делювиальными покровными лессовидными суглинками. Поэтому ниже приводится более подробное их описание.
Отложение верхней толщи апшеронского яруса (Qi+N 2ар)
В позднеплиоценовое время по завершению основных орогенических процессов, окончательно создавших Кавказский хребет и переходную к платформе Азово-Кубанскую впадину (точнее Западно-Кубанский передовой прогиб), продолжала развиваться долина реки Кубань. Во время колеба-
Таблица 1
Геологическое строение территории города Краснодара (по данным СевКавТИСИЗа) ний в низовьях реки, отвечающих раннему гюнцскому оледенению происходило формирование апшеронской (четвертой надпойменной) самой древней террасы р. Кубань, которая оказалось погребенной под более молодыми отложениями. Для исследования физико-географических процессов практический интерес представляет глинисто-суглинистая толща, покрывающая аллювиальные песчанно-глинистые отложения четвертой террасы и с некоторой степенью условностей рассматриваемой как региональный водоупор для водоносного комплекса четвертичных отложений. По мнению ряда авторов (Агеев, Лаврентьев, 1995), основанном на изучение структурных особенностей пород и другим признакам, это - покровные отложения апшеронской (гюнцской) террасы реки Кубань, погребенные под отложениями третьей (миндельской надпойменной террасой).
В общем случае разрез этих отложений представляет эолово-делювиальные суглинки, относящиеся к самому раннему этапу нижнего плейстоцена - позднему этапу апшерона (ус1СЬ - N 2ар). Суглинки имеют лессовую структуру: столбчатую отдельность, пылеватость, включение карбонатов, ходы землероев и корневые полости, заполненные гумуссированным грунтом. В толще этих суглинков выделяется по цвету и присутствию гумуса (до 5%) горизонт погребенной почвы сверху (1,0-2,2 м мощности) суглинистого, а снизу (0,8-2,0 м мощности) глинистого состава (еК^ - М32ар). Общая мощность покровных отложений четвертой надпойменной террасы (НПТ) на территории города не постоянно и в среднем может быть принята 10 м. Суглинки подстилаются породами аллювиальной фации - плотные глины, пески.
Нижний плейстоцен (01)
В раннеплейстоценовое время в период, соответствующий миндельскому оледенению, формировалась структура третьей НПТ, отложение которой получили широкое развитие на всей изучаемой площади. На частично размытой поверхности этих отложений находятся голоценовые осадки поймы реки Кубани, среднеплейстоценовые второй НПТ, а также верхнеплейстоценовые отложения погребенные под современными.
На всей площади города отложения нижнего плейстоцена представлены аллювием реки Кубани сравнительно однородного фациального состава без четкого, за редкими исключениями, подразделения на пойменную и русловую фации.
Аллювий представлен серыми, желтовато-серыми песками разной зернистости, фациально замещающими друг друга по глубине и простиранию. Слои и линзы глин, суглинков и супесей занимают подчиненное положение, но местами они заполняют разрез полностью. Отличительной особенностью отложений нижнего плейстоцена является отсутствие старичной фации и наличие в подошве гравия и гравелистого песка. На площади развития морфологически выраженной третьей НПТ аллювиальные отложения перекрываются покровными лессовидными суглинками эолово-делювиального генезиса среднего и верхнего плейстоцена и голоцена.
Средний плейстоцен (Он)
В среднем плейстоцене на размытой поверхности третьей НПТ происходит формирование структуры второй НПТ с развитием характерного комплекса аллювиальных и лиманно-старичных отложений. В это же время на части поднятой и оказавшейся вне аллювиальной деятельности реки третьей НПТ отлагаются покровные эолово-делювиальные лессовидные суглинки, накопление которых продолжалось и в позднем плейстоцене, и в раннем голоцене.
Аллювиальная толща среднеплейстоценового комплекса включает в себя три одновозрастных по фациальным признакам слоя: пойменный, русловый и старичный.
Пойменный аллювий (а1 С)ц) формируется при паводках в условиях редкого спада скоростей течения воды. Представлен тонкообломочным материалом - суглинком, глиной, реже супесью серовато-бурого или серого цвета. Литологический слой очень неоднороден с тонкими прослоями, гнездами и линзами песка. Обычно пойменные отложения занимают положение верхней части аллювиальной толщи.
Русловый аллювий (а1 <3П) интенсивно откладывается в паводки в пределах русла реки при высоких скоростях течения и отличается более крупнозернистым составом и представлен песками мелкой и средней зернистости, обычно пылеватыми. Иногда в подошве слоя встречаются пески гравелистые и гравий с песком. В целом русловый аллювий характеризуется относительно высокой отсортированностью, хорошей окатанностью обломков и разнообразием минерало-петрографического состава.
Старинные отложения (1 (^ц) образуются в застойных условиях на отмирающих меандрах речных русел, превращенных в замкнутые водоемы. Основную массу их составляют темносерые, серые, синеватые иловатые грунты с растительными останками и торфом, а также заторфованные глины. Иногда встречаются пески с торфом, отложение которых связано с периодическим возобновлением стока по староречью во время половодья. Старинные отложения встречаются как среди пойменных, так и в русловых слоях.
Общая мощность аллювиальных и старинных отложений среднего плейстоцена составляют 16-25 м.
Покровные отложения среднего плейстоцена (ус! СЬ) широко распространены на поверхности третьей НПТ, занимая нижнюю часть общей эолово-делювиальной толщи. От более поздних отложений этот слой отдален горизонтом погребенной почвы (е1 С^ш), хорошо прослеживаемым на абсолютных отметках 27,5-30,0 м. В основной массе это - суглинки лессовидные, деградированные суглинки и глины, подстилаемые суглинками более легкого состава и супесями. Мощность эолово-делювиальных отложений среднего плейстоцена составляет 5-10 м.
Верхний плейстоцен (С>ш)
В позднее время плейстоцена происходило формирование первой (вюрм- ской) НПТ, отложения которой в раннем голоцене были сильно размыты и сохранились только небольшими по площади останцами в южной прирусловой части города, где они погребены под осадками современной поймы.
В кровле верхнеплейстоценовой аллювиальной толщи (а С2Ш) залегают суглинки, нередко известковистые, мощность которых составляет 2-4 м. Вниз по разрезу они замещаются темно-серой вязкой плотной глиной с тонкими (до 5 см) прослоями песка мощностью до 4-6 м. Нижняя часть толщи представлена песком светло-серым среднезернистым, мощность которой может достигать 10-15 м.
На площади уже сформированных и морфологически выраженных второй и третьей НПТ в позднеплейстоценовое время продолжалось формирование покровных эолово-делювиальных лессовидных отложений (уё (^ш), процесс этот шел в голоцене, стратиграфическое их подразделение весьма затруднено, и, как правило, на исследуемой территории выделяется нерас- члененная толща лессовидных суглинков (Уё Qin.iv)- Обычно это суглинки бурых и палевых тонов окраски, лессовидные, просадочные. В отрицательных формах рельефа суглинки деградированы периодическим замачиванием, уплотнены, просадочные свойства их практически не проявляются, часто они замещаются глинами. В нижней части разреза нередки супеси, обычно водонасыщенные непросадочные.
Общая мощность нерасчлененных верхнеплейстоцен-голоценовых покровных отложений составляет 3,5-8,0 м.
Голоцен (01у)
На площади города среди голоценовых осадков выделяются упомянутые выше лессовидные покровные отложения нерасчлененной покровной толщи (уё Qin.iv), аллювиальные отложения современной поймы (а С^у) и аллювиальные, аллювиально-делювиальные (а, аё (^у) отложения Балки Карасун.
В толще аллювиальных пород современной поймы выделяются отложения пойменной, старинной и русловой фаций.
Пойменные отложения (а 0»^) представлены глинистыми, супесчаными и суглинистыми разностями. Распространение их в разрезе крайне неравномерное, чаще это маломощная прослойка в песках русловой фации верхней части, реже - в нижней части разреза. Мощность этих отложений до 10 м.
Отложения старинной фации - иловатые, заторфованные глинистые грунты - развитые особенно широко в районе Старой Кубани в верхней части разреза. Обычно они серовато-голубой окраски с включением растительных остатков и маломощными прослоями торфа. Мощность старинных отложений изменяется в широких пределах от 0,5-1,0 до 5-10 м.
В отложениях русловой фации преобладают пески различной крупности и гравелистые грунты. Осадки этой фации преобладают в толще современной почвы. Пески голубовато-серого цвета, местами иловатые, кварц- полевошпатовые, слюдистые, с включением хорошо окатанных зерен гравия и мелкой гальки кристаллических пород; крупнозернистые и гравелистые пески встречаются редко и залегают, как правило, в подошве отложений. Мощность русловых отложений весьма изменчива и может составлять от 0,5-1,0 до 10-15 м и более.
Современная долина реки Карасун протягивается в субширотном направлении через всю территорию города и является элементом, осложняющим поверхность второй НПТ.
Условия осадконакопления в долине реки Карасун претерпевали значительные изменения. На первом, начальном этапе формирования русла реки при сравнительно больших уклонах потока на размываемой поверхности аллювия второй НПТ происходило накопление русловой фации, представленной преимущественно песчаными грунтами с прослоями иловатых глин и за- торфованных суглинков. В нижней части разреза в песках отмечается присутствие гравия. Средняя мощность руслового аллювия (а (^у) составила 5,0 м.
В последующие этапы одновременно с подъемом базиса стока (реки Кубань) происходило уменьшение уклонов потока, создавались условия тЙкой степной реки с медленно текущим водотоком, с обилием влаголюбивой растительности на низких заболоченных берегах. Одновременно в долину реки Карасун шел плоскостной и сосредоточенных смыв (ливневые дожди, снеготаяние и т.д.) покровных лессовидных пылеватых суглинков с сопредельных площадей. Формировались специфические грунты Карасунской поймы - террасы аллювиально-делювиального генезиса (ас! С>1у) в толще этих грунтов четко прослеживается горизонт торфа, залегающий на абсолютных отметках 14-15 м.
В кровле и подошве горизонта отмечены илы мощностью от 1,0 до 3,5 м, местами до 5 м, подстилается торфяно-илистая толща иловатыми заторфо- ванными глинистыми супесчаными грунтами темно-серой окраски с обилием растительных остатков и обломков ракушек. Мощность аллювиально- делювиальных образований 7-8 м.
Верхняя часть разреза представлена покровными лессовидными суглинками (ус! (2[у) и, на большей части долины, насыпными грунтами (I С^у) мощностью 4-7 м. Состав их весьма разнообразен - суглинки, глины, илы с большим содержанием строительного мусора, бытовых и промышленных отходов.
Техногенные отложения
В процессе своей инженерно-строительной деятельности человек активно воздействует на геологическую среду, создавая огромные массы искусственных грунтов, которые отличаются меньшей несущей способностью. Особенно важен этот вопрос при современном градостроительстве.
С повышением этажности зданий статистические нагрузки на грунты в пределах площади застройки возрастают с 1,5-2,0 т/м до 10 и даже 20-30 т/м и более (при возведении высотных зданий., оказывая тем самым все большее уплотняющее воздействие на грунты. Давление под подошвой ленточного фундамента шириной 1,2 м пятиэтажного здания составляет 0,9-1,5 кГ/см при осадке 0,4-1,0 см. Для двенадцатиэтажного здания оно возрастает (при одинаковом типе и размере фундамента) до 2,2-3,0 кГ/см . При этом осадка составляет 2,0-4,0 см. При достижении предельных осадков (8,0-15,0 см) необходимо сооружение специального фундамента (Хазанов, 1975).
В результате сжатия пород формируется осадочная воронка, размеры которой зависят от характера пород, веса здания и его размеров, конструкции и т.д. Такие воронки выходят за пределы здания на 30-50 м и более. В условиях застройки многоэтажными зданиями кварталов и микрорайонов, воронки смыкаются, образуя общую депрессию оседания. Антропогенная инженерная деятельность человека существенно изменяет гидрогеологические условия города. Происходит перераспределение подземных вод в земной коре, вплоть до полного исчезновения одних горизонтов и значительное увеличение других.
Энергично откачивая из глубины межпластовые воды для хозяйственного водоснабжения и срабатывая тем самым основные водоносные горизонты, человек в то же время интенсивно водонасыщает грунты верхних слоев отработанными водами или водами, поступающими в грунт в результате утечек из водопроводных и канализационных систем. Это в значительной степени влияет на повышение уровня грунтовых вод, поднятие которых способствует создание водохранилищ, оросительных систем.
Изменение режима грунтовых вод осложняет нормальное функционирование города, т.к. грунты оснований снижают свою устойчивость, существенно затрудняется эксплуатация зданий, сооружений. В результате возможны деформации зданий.
Техногенные отложения широко распространены на всей территории Краснодара и связаны, в первую очередь, с освоением строительных площадок. На большей части города это - подрезки склонов, планировка, подсыпки суглинисто-глинистого материала различной мощности и степени уплотненности. Представлены техногенные отложения насыпными и намывными грунтами.
Намыв песка из русла Кубани практикуется на участках ее поймы (Юбилейный микрорайон, район Мясокомбината, пляж "Старая Кубань"), долины р. Карасун, а также отдельных сооружений (городская больница, отдельные жилые дома). Мощность намывных грунтов 3-5 м.
Насыпные грунты прослеживаются мощной толщей (до 10 м) по долине р. Карасун, при строительстве глубоко заложенных коммуникаций. Состав их неоднороден: от почвы, суглинка, песка, отходов производств (в большей степени масложиркомбината, хлопчато-бумажного, домостроительного комбинатов и др.) до свалок бытового мусора.
Мощность так называемого "культурного слоя" в центре города (захороненный мусор, строительные насыпи и т.д.) составляет 1,5-2,0 м. Причем, антропогенный грунт отлагался быстрее природного в десятки и сотни раз (Илюхин, 1998).
Намывные и насыпные грунты, как правило, служат коллекторами для природных и техногенных верховодок и водоносных грунтов и поэтому требуют особенно пристального внимания.
Также к техногенным отложениям на территории города относятся асфальтовое и плиточные покрытия покрытие, кладбища и др.
Техногенные грунты являются одним из основных лимитирующих факторов строительства в городе, особенно в долине Карасуна, а также повышения этажности зданий.
2.1.1. Геолого-литологические комплексы
В четвертичных отложениях города Краснодара выделяется несколько геолого-литологических комплексов: пойма реки Кубань, долина реки Кара- сун, вторая и третья надпойменные террасы реки Кубань. Ученые СевКав- ТИСИЗа - А.Н. Батурина и О.Н. Водопьянова (Агеев, Лаврентьев, 1995) - предполагают наличие первой и четвертой надпойменных террас реки Кубань на территории Краснодара, но это требует дополнительного изучения.
Пойма реки Кубань
Геолого-литологическое строение поймы р. Кубань голоценового возраста хорошо изучено в районе микрорайона Юбилейный и парка 40-летия Октября, в пределах существующей городской застройки, они и являются «ключевыми» для изучения строения всей поймы в пределах города.
Цитологический состав поймы сверху вниз представлен следующими образованиями (рис. 2):
1. Насыпные грунты различной мощности (1 СЬу), состава и времени отсыпки покрывают всю застроенную часть поймы. Намывные пески (1 (^у) широко распространенны в микрорайоне Юбилейном, в районе парка 40-лет Октября и в других местах. Представлены они песками от пылеватых до средней плотности. Мощность их колеблется от 1,0-2,0 м до 5,0-7,0 м.
В Юбилейном микрорайоне встречаются участки намывного грунта с примесью бытового мусора (10-40%). Это характерно для участков, примыкающих к частной застройке, и является следствием свалки бытового мусора жителями.
Супеси иловатые водонасыщенные
Пески разнозернистые кварцево-слюдистые, иловатые, темно-серого цвета. В верхнем горизонте может быть супеси мощностью до 0,4 м. В основании прослой галечника мелкого с песчаным или глинистым заполнителем мощностью 1,0-4,0 м.
Рисунок 2 — Сводная стратиграфическая колонка аллювиальных отложений в пойме р. Кубани в районе г. Краснодара (по материалам СевКавТИСИЗа)
Значительные территории поймы засыпаны отходами строительства - обломками бетона, кирпичей, металлоломом с суглинком, суглинистой почвой.
На пойме в юго-восточной части города находятся городские свалки.
Современная почва (е С^у) распространена на большей части поймы. На орошаемых площадях она местами срезана, на отдельных участках подсыпана при планировочных работах. Цитологический состав почвы обычно глинистый, либо суглинистый; цвет серый или желтовато-серый. Мощность почвы не выдержана и колеблется от 0,5-0,8 м до 1,0-1,2 м.
Аллювиальные отложения поймы (а С>1у) залегают под почвами и насыпными слоями. Представлены они отложениями пойменной, старичной и русловой фации.
Пойменная глинистая (а С^у) фация сложена глинистыми, супесчаными, суглинистыми разностями. По глубине они распространяются очень незакономерно: иногда это выглядит как маломощная прослойка среди русловой (песчаной) фации вверху разреза, а в редких случаях эта прослойка залегает внизу. Мощность этой фации до 10,0 м.
Старинная фация (1 С^у) сложена иловатыми, заторфованными глинистыми грунтами, распространенными, в основном, сверху в районе Старой Кубани. Обычно они серовато-голубоватой окраски с включениями растительных остатков с маломощными прослойками торфа. Мощность старинных отложений колеблется от 0,5-1,0 м до 5-10 м.
Русловая фация (а СЬу), песчаная, преобладает в отложениях поймы, сложена она песками различной крупности и гравелистыми грунтами. Пески голубовато-серого цвета, местами иловатые, кварцево-шпатовые, слюдистые с включением гальки и гравия хорошо окатанных кристаллических пород. Крупные и гравелистые пески имеют незначительное распространение и залегают, как правило, в подошве пойменных отложений. В целом какой-либо закономерности в распространении песков по гранулометрическому составу, как в плане, так и по глубине, не наблюдается. Мощность песчаных грунтов изменяется в широких пределах от 0,5-1,0 м до 10-15 и более метров.
Общая мощность пойменных отложений 20-30 м.
Долина реки Карасун
Долина реки Карасун протягивается через весь город и вносит разнообразие в геологическое строение второй надпойменной террасы р. Кубань, в которую она врезается в субширотном направлении.
На большей части долины отложения реки Карасун перекрыты насыпными грунтами (1 С^у). В составе насыпных грунтов существенную роль играют бытовые отходы, строительный мусор, отходы производств (Масло- жиркомбината, Хлебобулочного комбината и т.д.). Такие грунты неоднородные по составу и плотности, слежавшиеся и неслежавшиеся, с примесью органики.
В районе Краснодарского химкомбината часть долины засыпана отходами переработки пищевых продуктов, куда добавлялись бытовые отходы. Эти грунты отличаются большим содержанием органики с весьма слабыми процессами гниения и являются агрессивной средой для бетонов и металла.
В нижней части долины пойма засыпана суглинками, глинами, со значительными примесями стройотходов. Мощности насыпных грунтов от 2-3 м до 10 м и более.
Отложения самой реки Карасун образовались в физико-геологических условиях тихой степной реки, с медленно текущим водотоком и обилием влаголюбивой растительности на низких топких берегах. Учитывая литоло- гический состав, органические примеси и условия образования, отложения реки относят к старинной фации.
Наиболее четко прослеживается горизонт торфа, залегающий на отметке близкой к 14-15 м. Выше торфов и ниже их по всей долине отмечаются прослои илов мощностью от 1,0 до 3,5-5,0 м. Илы и торфы обычно подстилаются иловатыми, глинистыми и заторфованными глинистыми, супесчаными грунтами. Отложения имеют темно-серую окраску, с обилием растительных остатков в кровле, хорошей сохранности, и обломков ракушек. Завершает разрез обычно глинистые запесоченные отложения, идентичные по составу аллювиальным отложениям второй надпойменной террасы реки Кубань, мощностью до 5-6 м. Особенностями Карасунских отложений является отсутствие выдержанных по мощности песков. Пески встречаются только в виде линз и прослоев мощностью от 3-5 до 10-15 см, подчеркивая тем самым слабое развитие русловой фации.
Общая мощность отложений реки Карасун достигает в нижней части долины до 15 м и более.
Вторая надпойменная терраса реки Кубань (НПТ)
Расчленение отложений и возраст террас города Краснодара, их соответствие с четвертичными террасами реки Кубань и с морскими отложениями, до сих пор не имеют однозначного толкования (Агеев, Лаврентьев, 1995). Недостаточно изучен минералогический и петрографический состав отложений, верхняя толща отложений не охарактеризована фаунистически и споропыльцевым анализом.
Частичные исследования сотрудниками СевКавТИСИЗа термического, рентгенно-структурного и электронно-микроскопического анализа явно недостаточно для достоверного расчленения толщи по минералогическому составу. В основу расчленения отложений на стратиграфические комплексы положены работы С.А.Яковлева (1922), И.Н.Сафронова (1969, 1972), Г.И.Горецкого.
Все вышеперечисленные исследования носили региональный характер и, в основном, посвящены изучению только аллювия террас, не затрагивая покровные делювиально-эоловые отложения.
Для расчленения отложений второй НПТ реки Кубани среднеплейсто- ценового возраста был построен геолого-литологический разрез (рис. 3). На разрезе довольно четко выделяются две толщи разновозрастных, отличаю- св X К ю колонка
Характеристика пород
1,5
5,0-7,0
Суглинки гумусированные
Суглинки лессовидные, желто-бурые, макропористые, влажные с известковыми новообразованиями, с прослоями и линзами глин мощностью 1,0-3,0 м г'1 ' г. Г. ттт
Глины аллювиальные, бурого или серого цвета, плотные, влажные, с прослоями супесей и песков или пески серовато- бурые, мелкие, с прослоями глин
10,0-15,0
Глины озерно-лиманные, в кровле (1,0-2,0) темно-серые или темно-коричневые, заторфованные, с линзами торфа (гиттия), мощностью 0,1-0,6 м. Ниже глины голубовато-серые и зеленовато-бурые, плотные, с известковистыми стяжениями, слабо заторфованные в интервале 15,0-17,0 м. К подошве слоя глины опесчаненные, с прослоями песков и супесей. На участке древнего русла р. Кубани эти глины размыты и замещены речным аллювием
18,0-21,0
23,0-28,0 'о.. Г. О . * ' о.
Пески мелкие и средней крупности серой и буровато-серой окраски, кварцево-слюдистые, в подошве прослой галечника
Пески разнозернистые, полимиктовые, плотные, серого цвета, с включением гравия и гальки, с отдельными прослоями и линзами галечника.
В слое содержатся обломки древесины и неопределимые кости млекопитающих
Рисунок 3 — Сводная стратиграфическая колонка отложений II надпойменной террасы р. Кубани в районе г. Краснодара (по материалам СевКавТИСИЗа) щихся по составу, отложений: первая толща покровных отложений делюви- ально-эолового происхождения, вторая толща - аллювиальных отложений. Покровная толща делювиально-эолового происхождения мощностью от 3,5 до 8,0 метров четко прослеживается в разрезе второй НПТ реки Кубани. По литологическому составу - это суглинки, супеси и изредка глины. В качестве отличительного признака этих отложений принят лессовидный тип грунтов: их желтовато-бурая окраска, макропористость, наличие известковистых образования, наличие вертикально-ветвистых трубчатых пор, способность вертикально отслаиваться и сохранять в естественном состоянии вертикальные откосы, способность грунтов к просадке.
Минералогический состав делювиально-эоловых грунтов второй НПТ реки Кубани сравнительно стабилен. Основными породообразующими минералами песчаной и пылеватой фракции грунтов является кварц (до 59%) и полевой шпат (до 12%). Кальцита в суглинках содержится до 6%. В небольшом количестве (до 1%) содержится амфибол, гидромусковит, лимонит, магнетит, глауконит. В виде единичных зерен встречается гранат, эпидот, рутил. Глинистая фракция суглинков характеризуется довольно постоянным гидрослюдисто-монтморилонитовым составом.
Лессовые просадочные грунты и лессовидные непросадочные грунты можно считать одновозрастными (с!у С^пму) и первичными по отношению к грунтам непросадочным, заполняющим просадочные блюдца (с!у пму), которые являются вторичными по очередности образованиями.
Аллювиальные толщи, подстилающие покровные суглинки, в свою очередь совершенно четко делятся по разрезу на два слоя: первый верхний
2 1 (а С) п) - это пойменная фация (глинистая) и нижний (а С) п) - это русловая фация (песчаная).
Пойменная фация залегает выше русловой фации и, следовательно, может считаться более молодой. По литологическому составу эта фация представлена супесями, суглинками, глинами и изредка маломощными прослойками песка. Глины и суглинки бурого, желто-бурого и серого цветов, плотные со следами оглеения. Супеси залегают прослоями и линзами мощностью от 0,5 до 1 м, изредка до 1,5-2 м. Обычно они желтовато-серого цвета. Минералогический состав аллювиальных глин по данным единичных анализов таков: глинистые минералы - 47-52%, зерна кварца - 13-18%, карбонаты - 5-8%), полевые шпаты - 5-1%, пирит - 3,5%>, амфибол - 2-3%, отмечены единичные зерна эпидота. В пойменно-глинистой фации по разрезу прослеживается иногда четкой полосой старичная фация (1 СЬ), иногда она входит фрагментально в глинистые отложения.
Отложения старичной фации представлены преимущественно суглинками и глинами темно-серого или темно—коричневого цвета, в кровле затор- фованными, с линзами и прослоями супеси и торфа, мощность старинных отложений 0,1-0,6 м изредка до 1-3 м. Это наиболее слабые грунты в пределах второй НПТ реки Кубань. Подстилаются эти отложения голубовато-серыми и зеленовато бурыми глинами, иногда слабозаторфованными, запесо- ченными.
Мощность пойменной фации, включая и старичную фацию, колеблется от 5 до 15 м и более.
Русловая фация (а С^ц) аллювиальной толщи залегает под глинистыми отложениями и представлена - песками, гравием, галькой. Пески мелкие и средней крупности, серой и буровато-серой окраски кварц-полевошпатовые с гравием и галькой, в подошве - гравийные отложения с галькой и песком. Мощность русловой фации от 10 до 20 м и более.
Мощность отложений второй НПТ р. Кубань, включая делювиально- эоловую и аллювиальные толщи, составляют в среднем около 35 метров.
Третья надпойменная терраса реки Кубань
Поверхность третьей надпойменной террасы распространяется на северо-востоке, северо-западе и севере территории города Краснодара. Эта часть мало застроена или почти незастроена, поэтому она очень слабо изучена и требует дополнительного изучения.
По имеющимся материалам изысканий СевКавТИСИЗа составлена сводная стратиграфическая колонка отложений ранне-плейстоценового возраста (рис. 4).
Геолого-литологическое строение представляется более простым, чем строение второй надпойменной террасы реки Кубань и включает две толщи отложений делювиально-эоловую и аллювиальную.
Покровная делювиально-эоловая толща делится так же, как и на второй террасе, на два комплекса отложений - лессовые просадочные и лессовые непросадочные первичные грунты (с!у С^п-гу) и грунты, потерявшие просадочные свойства (с1у С)2ц.1у), заполняющие блюдца. Отложения эти представлены лессовыми суглинками желтовато-бурого и бурого цвета, макропористыми, с включениями известковистых стяжений и многочисленными ходами червей. Глины и супеси среди делювиально-эоловых отложений имеют подчиненное значение, встречаются в виде прослоев и линз мощностью 1,0-3,0 м. Характерно наличие нескольких погребенных почвенных комплексов на глубинах 4-6 и 7-8 м, представленных бурыми и красновато- бурыми суглинками. Минералогический состав суглинков третьей террасы несколько отличается от суглинков второй террасы. Песчаная фракция представлена, в основном, зернами кварца, которые составляют 35-65%, полевого шпата до 12%. Незначительная примесь амфибола, пироксена, гидромусковита, гидрохлорита, лимонита, магнетита (0,1%). Глинистые минералы хлорито-слюдистого состава представляют до 30%.
Для сравнения в таблице 2 представлен минералогических состав второй и третьей надпойменных террас. В целом же минералогический состав делювиально-эоловых отложений изучен крайне недостаточно, отложения совершенно не охарактеризованы споро-пыльцевым анализом (Агеев, Лаврентьев, 1995). Все вышеперечисленное не позволяет расчленить эти отложения на стратиграфические горизонты, поэтому на схематических геологических разрезах и сводных стратиграфических колонках делювиально- эоловые отложения показаны как нерасчлененные.
III надпойменной террасы р. Кубани в районе г. Краснодара (по материалам СевКавТИСИЗа)
Таблица 2
Аллювиальная толща (а С^) нижнеплейстоценовых отложений не расчленена на пойменную и русловую фацию, за неимением достаточного количества материала. Сложена аллювиальная толща в верхней части серыми и желтовато-серыми песками с прослоями глин, суглинков и супесей от 0,3-1,0 до 2,0 м.
На отдельных участках террасы среди нижнеплейстоценовых отложений преобладают глины желто-бурые, местами красновато-бурые с прослоями песка, супеси мощностью от 0,5 до 2,0 м. Возможно, это говорит о фрагментах четвертой надпойменной террасы реки Кубань.
Пески третьей террасы различной крупности, полимиктовые, более плотные, чем на молодых террасах, серого цвета, содержат обломки древесины и костей млекопитающих.
Из вышеперечисленного видно, что в разрезе третьей террасы преобладает русловая (песчаная) фация и совершенно отсутствует старинная.
Минералогический состав лёссовых грунтов (по данным СевКавТИСИЗа)
Общая мощность четвертичных отложений третьей террасы достигает в среднем порядка 70,0 м.
Отложения апшеронского яруса (ТМ 2ар), в которые врезаны отложения третьей террасы, представлены песками и глинами с гравием.
2.1.2. Влияние тектоники на развитие городской территории
Тектоника играет активную роль в развитии Западного Кавказа и слабо- прогибающейся северной частью скифской плиты в пределах Западно-Кубанского краевого прогиба. Прогиб испытывает интенсивное погружение. Однако, наряду с общим опусканием, внутри прогиба развились инверсионные структуры, сменившие в новейшее время направление движения и вовлеченные в поднятие. Большая северная часть города находится в пределах такой структуры Темрюкско-Краснодарской горст-антиклинали. Средняя скорость поднятия этой структуры в районе Краснодара составляет 1,2 мм/год. Отдельные участки города в последнее время испытывают опускание, что вызвано только техногенными факторами.
Южная часть города, примыкающая к реке Кубань, расположена в пределах Адагумо-Афипской грабен-мегасинклинали. Наиболее интенсивное прогибание ее наблюдается на широте поселка Афипского и к Краснодару уменьшается практически до нуля.
Сейсмическая активность в районе города довольно высока. Это объясняется тектоническим строением и близко расположенными зонами возможных очагов землетрясений (рис. 5). Наиболее крупное семибалльное землетрясение произошло 19 апреля 1926 г. (Кубанское землетрясение) с расположением эпицентра вблизи ст. Медведовской. Разрушающий эффект фиксировался на больших территориях от Краснодара до ст. Старолеушковской и от Тимашевска до Усть-Лабинска. Аналогичное (по силе) землетрясение наблюдалось в 80 км восточнее Краснодара ранее, 9 октября 1879 год (эпицентр находился вблизи х. Ханьков в Славянском районе). Семибалльная зона этого землетрясения охватывала населенные пункты - Гостагаевскую, Курчанскую, Анастасиевскую, Троицкую, Молдавановское.
Условные обозначения зон ВОЗ
Мтах = 6.0
Мтах = 6.5
Мтах = 7.0 а)—х-
Оси зон ВОЗ: а) достоверные б) предполагаемые
Ось, разграничивающая области с различными сейсмогенерирующимит структурами
Индексы зон ВОЗ Ан — Анапская зона Мх — Михайловская зона АМ —Азово-Майкопская зона ВК — Восточно-Керченская зона
Гл — Геленджикский сегмент (Южная Крымско-Кавказская зона) Ах — Ахтырский сегмент
Гл
СК — Северо-Крымский (Северная Крымско-Кавказская зона)
Рисунок 5 — Схема зон возможных очагов землетрясений (Леутская, Фурсова и др., 2000)
В Краснодаре ощущались толчки в 6 баллов. Это землетрясение интересно еще и тем, что оно приурочено к Темрюкскому разлому, вдоль которого формируется цепочка эпицентров землетрясений и грязевых вулканов, сам разлом направлен с запада на восток и развит только до ст. Федоровской. Последние толчки вдоль него наблюдались 30 июля 1983 года в районе ст. Курчанской (3 балла) и 26 мая 1968 года между ст. Троицкой и Федоровской (6 баллов). Расположение последнего эпицентра указывает на вспарывание данного разлома на восток в сторону г. Краснодара, что может привести к более крупным сейсмическим событиям вблизи города.
Кроме выделенных крупных землетрясений непосредственно в районе г. Краснодара были зафиксированы пятибалльные толчки в 1834 и 1907 гг. (эпицентр вблизи г. Кореновска), в 1866 г. (ст. Воронежская), в 1878 г. (пос. Агроном и Краснодарский).
Последние толчки наблюдались 2 и 10 марта 1984 года силой в 5, 4 и 3 балла с эпицентром в районе ст. Рязанской. Эта сейсмическая активность может носить тектонический характер, а также быть связанной с Краснодарским водохранилищем.
На основании проведенных наблюдений (ГК "Кубаньгеология") выявлено, что период перед крупным Спитакским землетрясением (декабрь 1988 г.), начиная с июля 1988 года, Азово-Кубанский прогиб испытывает интенсивное сжатие. Уровень подземных вод по ряду горизонтов поднялся на 6 (г. Краснодар) - 13 м (г. Курганинск). Этот процесс сопровождался взрывами грязевых вулканов на Тамани, подтоплением грунтовыми водами обширных территорий севернее Краснодара и активизацией оползневых процессов.
Ретроспективный анализ показывает, что такие явления наблюдаются на Кубани периодически и предшествуют крупным (6 и более баллов) землетрясениям. На сегодняшний момент высокие уровни держатся уже более 5 лет, что может являться признаком формирования очага крупного землетрясения на Западном Кавказе.
Тектоническая ситуация в районе города усугубляется в связи с несбалансированной техногенной нагрузкой на блоки литосферы. Так, в центральной и западной частях города, вследствие работы крупных водозаборов (с водозабором 430,73 тыс. м /сутки), ежесуточно западный блок облегчается, с учетом 50% бокового притока, на 200 тыс. т. В то же время в восточной части города построено крупное Краснодарское водохранилище с макси- мальной емкостью в 3,1 млрд. м . То есть восточный блок литосферы нагружается приблизительно 1-3 млрд. тонн воды в зависимости от сезона года (между этими блоками проходит крупный Краснодарский разлом, как отмечалось выше). Естественно, что при активизации тектонических процессов и формировании очагов будущих землетрясений, они неминуемо будут притягиваться к зоне разнонаправленных напряжений, то есть к створу плотины водохранилища.
Наряду с изменением инженерно-геологических свойств переувлажненных лессовых грунтов меняются и их сейсмические характеристики. Скорости распространения волн уменьшаются, амплитуда колебаний возрастает, что вызывает приращение сейсмической интенсивности на 1-2 балла.
Анализ изложенных фактов показывает, что проблемы геодинамики сейсмического риска, влияния тектонического строения на перераспределение загрязняющих веществ и восходящих газов стоят остро для г. Краснодара как экологический вопрос безопасного проживания населения.
Однако в городе нет сейсмостанции, а имеющиеся в крае "Анапа" и "Сочи", не информативны для городской территории. Совершенно не учтены Краснодарский и Темрюкский разломы, эпицентральная зона Кубанского землетрясения, опасность соседства крупных водозаборов города, Краснодарского водохранилища, их роль в активизации тектодинамических процессов и колебаний поверхности земли.
Подтопление территории и наличие оснований зданий, наносных грунтов (Юбилейный микрорайон, Балка Карасун и пр.) дают приращение сейсмической опасности в 1,5-3 балла, то есть при повторении Кубанского землетрясения 1926 года разрушающий эффект от него может достичь 9-10 баллов.
Похожие диссертации на Эколого-геоморфологическая оценка городских территорий на юге России : На примере г. Краснодара
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-