Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. Выбор темы обусловлен важностью исследования опасного развития оврагов в криолитозоне и слабой изученностью термоэрозии. Современное хозяйственное освоение Севера приводит к возникновению и активному росту терыоэрозиошшх оврагов в мерзлых дисперсных грунтах за спот нарушений естественна: покровов, перехвата и концентрации поверхностного стока. Активный реет оврагов часто наблюдается в тех местах, где его раньше не было. Известны случаи, когда при выпадении доадей в течение 5-Ю часов происходило стремительное врезание зодных потокоз в мерзлые массивы грунта на глубину 10 м и более в виде узких, извилистых в плане и по вертикали термезрозионяых врезов, которые в гечзние теплого сезона превращались в крупные овраги длиной более 200 м. Катастрофический рост оврагов з последние года приводит к авариям газо- и нефтепроводов, что придает выбранной тематике еще большую актуальность.
Разработка мероприятий по стабилизации оврагов одерживается недостаточным уровнем знаний о природе овражной термозрозии. В настояш.ее зремя большинство исследователей единодуЕны во взглядах на термоэрозию пак процесс разрушения многолетнемерзлнх пород за счет одновременного теплового и механического воздействия водных потокоз. Но несмотря на двойственный характер термоэрозии.она исследуется почти исключительно с позиций оценки интенсивности размыва по величине кинетической энергии эродирующего стока (Ершов, Кучуков, Малиновский, 1979; Термоэрозия дисперсных пород, 1982; Данько, Чеховский, 1984 и др.). Отсутствие данных о естественном уровне температур, о тепловом состоянии эродирующих потоков, закономерностях его изменения при взаимодействий с мерзлыми грунтами и целый ряд подобных вопросов говорит об одноморонкости сложившихся представлений о природе термоэрозии. Поэтому термоэрозия рассматривается нами комплексно, но с единых позиций водно-теплового взаимодействия эродирующих потоков с многолетнемзрзлыми дисперсными породами, что дает целостное представление о теории тор-утоэрозии и количественной стороне протекания процесса,
ЦЕЛЬ РАБОТЫ заключается в исследовании природы овратаой тер-.юэрозии путем изучения теплового и кинетического взаимодействия зодных потоков с многолетнемзрзлыми породами на основе теорети-іеского и натурного полевого исследования гидротермических загсе-
номерностей, механизма и пространственно-временного развития ..термоэрозии. Совокупность этих кошшексных задач представляет собой целостную научную проблему.
К ЗАЩИТЕ ПРЕДСТАВЛЯЕТСЯ проблема водно-теплового взаимодействия временных эродирующих потоков с многолетнемерзлыми дисперсными породами, которая включает:
-
разработку масштабных уровней проявления овражной термо-эрозки для исследования гидротэрмии, механизма и развития процесса в определенных пространственных пределах;
-
выявление закономерностей гидротермического взаимодействия водных потоков с мерзлыми грунтами на основе типизации грунтовых толщ, исследования состояния и свойств эродирующего стока, определения его пороговых значений и создания модели термоэрозии;
-
разработку механизма термоэрозии как способа теплового
и динамического разрушения мерзлых пород водными потоками в условиях экстремального протекания процесса для выявления его сущности и объяснения возникающих форм рельефа;
4) оценку пространственно-временного развития термоэрозии
на основе исследования парагенетической трансформации первичных
форм рельефа и потенциальной активности процесса по величине гид
ротермического потенциала стока.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ заключается в том, что впервые сформулированы основные принципы исследования термоэрозии, установлены количественные значения критических параметров развития процес са, выявлены закономерности взаимодействия водных потоков с мерзлыми грунтами, разработан механизм цроцесса в условиях, екстремалі ного роста оврагов, а также решен ряд других задач, которые наиб< лее полно раскрывают природу овражной термоэрозии.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ. Овражная термоэрозия является русло-вил криогенным процессом. Поэтому в работе использованы методы эрозионнорусловых и мерзлотных исследований. Выбор конкретных методов при выполнении полевых и камеральных работ определялся стремлением получить количественные характеристики процесса.
Полевые работы выполнялись стационарными, маршрутными и аэр< визуальными методами. Основной, акцент в исследованиях был сделан на проведение режимных, иногда круглогодичных наблюдений, методика которых достаточно хорошо разработана и периодически совершенствуется. Камеральные работы включали в себя анализ полевых материалов, их систематизацию и обобщение, а также создание качестве)
шх моделей различных аспектов развития термоэрозии, составление ;ценариев наиболее вероятного развития событий и теоретическое конструирование взаимодействий в тех случаях, когда прямые паблю-[эния были невозможны по причинам несоответствия масштаба исследованных явлений и точности существующих методов измерения.
ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ. В основу работы положены материалы, юлученные в период работы в Комплексной гидрогеологической экспе-сиции ВСЕГИНГЕО (1978-1983) и в институте ПНИИИС (1983-1995). Ис-!ледования выполнялись по отраслевым проектам, тематическим планам : программам соответствующих институтов, по хоздоговорам с различиями организациями Газпрома.РФ, а также в рамках Российско-Аиери-оанского проекта "Комплексное исследование морей Арктики и Антарктики", раздел "Криолитосфера. Динамика береговой зоны".
С I97S года автору данной работы приходилось участвовать в :ачзстве начальника отряда в организации и проведении полевых ра-іот в разных районах криолитозоны: Прибайкалье и Забайкалье ;і978-І98І), Центральной и Северной Якутии (1982-1983), на севере їападной Сибири: Лабытнанги-Салехард (1986-1987), полуостров Ямал Д988-І992), Надш-Тазовское междуречье (1994-1995). За это время юбран большой фактический материал, который получен в результате: інполнешія маршрутних и аэровизуальных работ на обширных участках территории различных регионов, обследования нескольких сотен овра-хзв в разных природных условиях, оборудования 3-х-полигонов и око-га 20 режимных площадок, на которых выполнено более 1000 измерений ^щротермических параметров термоэрозии, несколько тысяч морфомет-жческих измерений, более ста нивелирных ходов, пробурено около [ тысячи погонных метров скважины с опробыванием свойств грунтов, іроведєно около 100 экспериментов по размыву мерзлого грунта в ус-ювиях естественного залегания пород, выполнен большой объем спе-щалъпых снегомерных, фильтрационных и других видов работ, а так-ге расчеты водно-теплового баланса при взаимодействии водных потоков с мерзлыми грунтами.
В работе использованы преимущественно полевые материалы, порученные автором лично при участии студентов-практикантов кафедры (риолитологии и гляциологии географического факультета МГУ и кафедры инженерной геологии Читинского политехнического института. Зсем им автор выражает искреннюю благодарность за помощь в работе.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ. Результаты, полученные нами в процесів многолетнего исследования термоэрозии, нашли практическое ис-
_ 4 -
пользование при:
составлении усовершенствованной методики комплексного из чения и прогаоза термоэрозии при проведении режимных наблюдений и съемки (Методика изучения и прогаоза экзогенных геологических процессов. И.: Недра, 1983);
проведении комплексных инженерно-геокриологических работ для обеспечения изысканий и проектирования железной дороги на п луострэве Ямал (хоздоговорные работы с Шй "Ленгипротранс", 192 1992);
при разработке природоохранных мероприятий, экологически безвредных технологий и оборудования для освоения газовых и газоконденсатних месторождений полуострова Ямал (хоздоговорные ps боты с ВНЖГазом, 1990-1993);
создании карт развития опасны:'.- криогенных процессов, в том числе и термоэрозия (хоздоговорные работы с Газпромом, 1Э8 1994);
обосновании инженерно-геокриологического мониторинга на объектах первоочередного освоения Песцового и Заполярного месте рождений нефти и газа Западной Сибири (хоздоговорные работы с і статутом "СараховВНИІШГаздобьгча", 1994-1995).
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы были предотаї лены и доложены на 30 различных заседаниях, в том числе на: Ш Всесоюзной научной конференции "Закономерности проявления зрозі онных и русловых процессов б различных природных условиях" (Ma ква, 1981); Междуведомственном совещании "Геокриологический пр< гноз в осваиваемых районах Крайнего Севера" (Москва, 1982); Вс союзных научных конференциях ю геокриологии Забайкалья (Чита, 1982, 1984); 2S Международном геологическом конгрессе (Киото, Япония, 1392); заседаниях Совета по криологии Земли РАН (Москв 1982, 1989, 1990, 1992, 1ЭЭЗ, 1994, 1995); секции гидрологии М ковского филиала географического общества СССР (1983); секциях географии (1985) и инженерной геологии (1983) Московского обще ва испытателей природы; научных семинарах в экспедиции БАМ гее логического факультета МГУ (1982), лаборатории проблем освоени Севера (1986), кафедре криолитологии и гляциологии (1987), лаС ратории эрозии почв и русловых процессов географического факуд тета МГУ (1991), института механики МГУ (1989), отдела геолог? и изысканий Мосглпротранса (1982), отдела геокриологии и шшт ной геологии ВСЕГИНГЕО (1981, 2986), отдела гляциологии янстиз
та географии РАН (1985, 1907), кафедри инженерной геологии МГРИ (І98Є) и в ПЗШИСе (1985, 1987, IS95).
По теме диссертации опубликовано 24 работы, з том числе одна коллективная монография.
Еще две коллективных монографии находятся в печати.
ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА. В диссертации излокекы результаты исследований овражной термоэрогии (1978-1994), а также других экзогенных процессов, которые были объектом изучения в период с 1972 по 1994 годы. На протяжении всего этого времени автору доводилось постоянно участвовать в полевых экспедиционных работах на Полярном Урале, Кавказе, в зоне БАМ, Якутии, на Тянь-Шане и севере Западной Сибири, где объектом исследований, помимо термоэрозии, были селевые потоки, лавины, курумы, соли&покция, пучение и другие экзогенные процессы релъефсобразования; принимать участие в составлении проектов к программ работ, определять основное направление исследований е полевых условиях, обрабатывать и обобщать полученные данные, участвовать в написании 32 научных отчетов з соавторстве и индивидуально.
Все основные результаты, изложенные в данной работе, получены автором лично и самостоятельно.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Поставленная в диссертации цель и задачи исследования природы овражной термоэрозии определяют общую' структуру и содержание работы. Наиболее полно природа процесса может быть раскрыта только с целостных научных позиций (методология) путем исследования главных качеств и свойств эродирующего стока (гидротермия), выявления механизма (сущности) и опенки пространственно-временного изменения (развития) тармоэрозии. Именно поэтому диссертация состоит из введения', 4 глав, посвященных методологии, гидротершга, механизму и развитию термоэрозии, и заключения, содержащего основные выводы работы. Структура диссертации отражает логическую последовательность выполненных соискателем этапов работы, которые нашли свое отражение в названии и содержании соответствующих глав диссертации.