Эрозионные процессы

Это комплекс процессов размыва почв, грунтов, берегов и русел рек, осуществляемых водными потоками, один из факторов формирования рельефа и стока наносов. Эрозия почв приводят к смыву почв, снижению их плодородия, расчленению земель оврагами, разрушению сельскохозяйственных угодий, инженерных объектов и коммуникаций, что обусловливает необходимость их прогнозирования и разработки мер по предотвращению или защите.

Различают эрозию почв (плоскостной смыв), производимую на склонах временными нерусловыми потоками талых и дождевых вод, овражную эрозию, связанную с деятельностью временных потоков, сосредоточивающихся в бороздах и других линейно вытянутых понижениях на склонах, в балках, и речную эрозию. Речная эрозия подразделяется на боковую эрозию — размывы берегов рек, приводящие к смещению их русел и расширению долин, и глубинную эрозию, сопровождающуюся размывами дна рек и углублением речных долин. Геоморфологический эффект глубинной эрозии рек сказывается в геологическом масштабе времени. Боковая эрозия связана с устойчивостью речных русел.

По степени проявления эрозии почв делят на нормальную и ускоренную.

· Нормальная, или геологическая эрозия проявляется в естественных условиях (без вмешательства человека) и происходит медленнее, чем формирование профиля почвы во время процессов почвообразования. Она наблюдается на целинных землях, в лесах, на лугах и, как правило, не приводит к образованию эродированных почв.

· Ускоренная, или антропогенная эрозия возникает в результате нерациональной хозяйственной деятельности человека и происходит интенсивнее, чем процессы почвообразования. Она приводит к образованию эродированных почв.

По характеру разрушения почвы водная эрозия подразделяется на:

· капельную - раздробление агрегатов почвы ударами дождевых капель, в результате чего щели грунта забиваются илистыми фракциями, уменьшается водопроницаемость и усиливается поверхностный сток и смыв почвы;

· плоскостность, или поверхностную, когда почва равномерно смывается небольшими ручьями талых и дождевых вод по всей поверхности площади;

· линейную, или глубинную, когда почва размывается вглубь концентрированными потоками воды;

· ирригационную, которая возникает в условиях неправильно организованного орошения на склоновых землях, когда по линии течения поливной воды являются склоны, способные к размыванию.

Факторы, влияющие на возникновение и интенсивность эрозионныхпроцессов, делят на две группы: естественные и социально-экономические, связанные с хозяйственной деятельностью человека. Современная эрозия, как правило, проявляется в случае объединения двух групп факторов. Природные факторы создают условия для возникновения эрозии, а неправильная производственная деятельность человека является основной причиной, которая приводит к интенсификации ее развития.

К природным факторам относятся: рельеф местности, климат, осадки, ветер, температура воздуха, растительность и собственно грунт.

Социально-экономическими факторами, вызывающими развитие эрозионных процессов, являются следующие: размещение границ землепользования и их производственных подразделений без учета рельефа; бессистемная вырубка лесов и кустарников, уничтожение травяного покрова, обладающих почвозащитными свойствами; распашка и интенсивное использование территорий, явно подверженных эрозии, без разработки надлежащей противоэрозионной защиты, особенно по бровкам оврагов, балок и берегам рек, что приводит к образованию новых оврагов, промоин и, как следствие, к исключению этих земель из сельскохозяйственного оборота; недостаточный учет степени эродированности почв при установлении состава и чередования культур в севооборотах; отсутствие комплексного подхода к осуществлению организационно-хозяйственных, агротехнических, лесомелиоративных, лугомелиоративных и гидротехнических противоэрозионных мероприятий.

Ветровая эрозия, или дефляция, возникает при сильных ветров, которые выдувают почву. Интенсивность выдувания почвы в значительной степени зависят от его гранулометрического состава и содержания в нем гумуса. В частности, на грунтах супесчаного гранулометрического состава ветровая эрозия начинает проявляться при скорости ветра 3-4 м / с, на легкосуглинковых - 4-6 м / с, на тяжелосуглинистых - 5-7 м / с и на глинистых - 7-8 м / с. Песок (0, 05-0, 10 мм) перемещается при скорости ветра С-3, 5 м / с на высоте 15 см. Доли почвы размерами 0, 25 мм переносятся ветром в воздухе. Если увеличивается сила ветра - возрастает интенсивность ветровой эрозии.

Различают зоны дефляции, откуда выдувается грунт, и зоны аккумуляции, где он накапливается. В зоне аккумуляции на суглинистых почвах образуются наносные почвы, а при рассеиванию песков - погребен под них почву.

Различают два типа ветровой эрозии:

· Повседневную дефляция вызывают ветры даже малых скоростей (5 м / с), происходит она медленно и незаметно, преимущественно на песчаных, супесчаных и карбонатных почвах. По этому виду дефляции могут наблюдаться обнажения семян, завернутого в почву, а также повреждения молодых всходов растений. Сильнее повседневная дефляция проявляется на витроударних склонах, которые не защищены лесополосами.

· Пылевые бури (черные бури на Украине) активный и вредный вид дефляции. Такие бури возникают под воздействием сильного ветра (со скоростью более 12-15 м / с) и могут распространяться на большие территории, уничтожить посевы на сотнях тысяч гектаров, снести много плодородной почвы. Пыль, которая поднимается во время бурь на значительную высоту, может перенестись на большие расстояния.

Кроме водной и ветровой эрозии, выделяют еще так называемые пастбищную, агротехническая и техническую.

· Пастбищная эрозий я заключается в механическом разрушении и перемещении грунта копытами животных на склонах балок вследствие увеличения нагрузки на ограниченную площадь пастбища.

· Агротехническая эрозия сводится к перемещению грунта при его обработке. Так, во время пахоты поперек склона вследствие неполного переворачивания ломтя вверх наблюдается осыпание земли вниз по склону. Грунт на склонах частично перемещается вниз и при культивации, боронования, посева.

· Техническая, или технологическая эрозия происходит при добыче открытым и подземным способами различных полезных ископаемых, засыпки грунта слоем строительного мусора во время строительства жилых и промышленных объектов, использования грунта для прокладки транспортных путей и т.д.

Борьба с этими явлениями эффек­тивна только тогда, когда применяется комплекс следующих меро­приятий:

1. Лесомелиоративные работы — устройство полезащитных лес­ных полос, лесных участков и других форм лесонасаждений для регулирования поверхностного стока, изменения водного режима территорий и непосредственного укрепления поверхностных го­ризонтов почв и горных пород. Хорошим дополнением к лесоме­лиоративным мероприятиям считается посев многолетних трав по склонам (так называемое залуживание эрозионных склонов многолетними травами). Многолетние травы развивают мощную корневую систему и надземные стебли и хорошо закрепляют поч­венный покров от смыва и размыва. Для наиболее эффективного использования защитных свойств многолетних трав применяют буферные травяные полосы, располагая их по границам участков по простиранию склонов, местами сочетая их с лесными полосами.

2. Строительство водоулавливающих, водоудерживающих и водорегулирующих сооружений для перехвата и замедления по­верхностного стока, а также для увеличения инфильтрации поверхностпых вод. К числу таких сооружений относятся системы нагорных и водоотводных канав и лотков, водоудерживающих валов и каскады водоудерживающих и фильтрующих дамб и пло­тин, устраиваемых в пределах водосборного бассейна. Водоемы создаваемые с помощью дамб и плотин, изменяют уклоны потоков и их скорости, являются наносоуловителями и способствуют инфильтрации поверхностных вод. Все это обеспечивает регули­рование поверхностного стока и соответственно предупреждение и ослабление эрозионных процессов.

3. Укрепление участков активного развития размыва 8асыпкой промоин с последующим мощением камнем, укреплением их га­бионами, бетонными плитами, каменной наброской, свайными рядами, а также одерновкой.

4. Строгое соблюдение правил землепользования и агротех­ники- В эти правила входят установление охранных зон, в пределах которых недопустима вырубка леса, распашка земель, горные и строительные работы, выпас скота и др. Распашка земель, бо- роздование и щелевание допускаются только по простиранию склонов.

ПРОСАДОЧНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ЛЁССОВЫХ ПОРОДАХ

Лессы обладают характерными и довольно устойчивыми признакамии свойствами: 1) макропористость; 2) высокая пылеватость; 3) часто высокое содержание солей, главным образом карбонатных и суль­фатных; 4) легкая размываемость и размокаемость; 5) склонность многих из них в той или иной степени к просадкам при увлажне­нии; 6) условия залегания в виде мощных толщ и покровов. Эти признаки и свойства являются следствием своеобразных условий образования лёссового материала, его отложения и по­следующего изменения при литификации.

Важнейший обязательный диагностический признак лёссовых пород — их макропористость. Макропоры в форме трубочек, канальцев и других видимых невооруженным глазом пустот про­низывают породу в вертикальном направлении. Если порода кон­тинентального происхождения не макропориста, то, даже если у нее имеются другие, казалось бы, характерные признаки лёс­совой породы (состав, окраска, отдельность и др.), непозволительно относить ее к этому тнпу.

Лёссовые породы, водонеустойчивы, они легко и быстро размокают и размываются. Поэтому в районах их распространения широко развиты овражно-балочные явления, быстро разрушаются берега рек, озер и водохранилищ, много­численны оползни, сплывы, солифлюкционные подвижки и дру­гие явления. Наиболее важная их особенность состоит в склон­ности многих их разностей к просадкам. При замачивании без увеличения нагрузки они нередко дают значительную дополни­тельную осадку (просадку) провального характера. Просадки развиваются сравнительно быстро (как бы мгно­венно) и неравномерны по величине на разных участках. Поэтому при строительстве сооружений всегда возникает опасность нару­шения их устойчивости и сохранности вследствие изменения влаж­ностного режима лёссовых пород. Все это создает особые условия строительства сооружений на лёссовых породах. нару­шения устойчивости сооружений в большинстве случаев связаны с различными видами случайного замачивания лёссовых пород. Оно может происходить при скоплении дождевых и талых вод на отдельных участках в связи с отсутствием там или нарушением регуляции поверхностного стока, при отсутствии или нару­шении гидроизоляции, ограждающей основания сооружений от увлажнения, от утечки воды из подземных коммуникаций, при местном подтоплении строительных площадок в связи с подъе­мом уровня подземных вод, неорганизованном сбросе производ­ственных вод, промораживании строительных котлованов, а затем их оттаивании и т. д.

Наряду с различными видами случайного замачивания лёссо­вых пород может происходить и неизбежное их замачивание при орошении земель, строительстве каналов, водохранилищ и т. д. Случайное замачивание вначале обычно происходит на локальном участке, а затем распространяется как по площади, так и на глу­бину. В начальный момент оно вызывает резкую неравномерную просадку, которая впоследствии увеличивается медленнее с ростом общей средней просадки. Такое развитие деформаций лёссовых пород и составляет большую опасность для устойчивости и со­хранности сооружений.

Согласно строительным нормам прочность, устойчивость и эксплуатационная пригодность зданий и сооружений, возводимых на лёссовых просадочных породах, должна обеспечиваться следующими основными мероприятиями: 1) предохранением лёссовых пород от замачивания; 2) прорезкой лёссовых пород глубокими фундаментами; 3) устранением про­садочных свойств лёссовых пород; 4) применением конструкций зданий и сооружений, малочувствительных к неравномерным просадкам.

Для предохранения лёссовых пород от замачивания при­меняют:

а) планировку строительной площадки и отвод с нее дождевых и талых вод нагорными и водоотводными канавами. Главная цель этого мероприятия состоит в быстром отводе поверхностных вод со строительной площадки, недопущении их скопления на ней и в защите ее от вод, стекающих к ней с более высоких эле­ментов рельефа;

б) устройство изоляционных покрытий как вокруг зданий и сооружений, так и внутри их, а также по днищам и откосам канав, каналов, отстойников и других сооружений для преду­преждения инфильтрации поверхностных и производственных вод в толщу лёссовых пород и их замачивания в оснований зданий и сооружений и в зоне, к ним прилегающей;

в) прокладку водопроводной, паропроводной, канализацион­ной сетей и других инженерных коммуникаций, транспортирующих воду, в водонепроницаемых лотках для предупреждения утечки воды и увлажнения лёссовых пород в зоне сооружений;

г) компоновку зданий, сооружений и подземных коммуника­ций, при которой утечки воды из них не влияли бы на устойчи­вость соседних сооружений. При этом особое внимание обращают на расположение зданий и сооружений, связанных с водным технологическим процессом.

Для устранения просадочных свойств лёссовых пород при их подготовке как основания сооружений наиболее часто применяют следующие методы: а) уплотнение грунтовыми сваями, трамбо­ванием, взрывами; б) термическое закрепление пород; в) одно­растворную силикатизацию пород; г) частичную замену проса- дочной породы непросадочной путем устройства грунтовых или бетонных подушек; д) предварительное замачивание пород и со­ответственно их доуплотнение до строительства сооружения.

Из конструктивных мероприятий для обеспечения устойчи­вости и сохранности зданий и сооружений применяют такие, которые снижают их чувствительность к неравномерным просад­кам: а) разрезку сооружений на части осадочными швами; б) при­дание жесткости отдельным частям сооружения дополнительным армированием, устройством железобетонных поясов по цоколю фундаментов и по междуэтажным перекрытиям и др.; в) умень­шение удельной нагрузки на подошву фундаментов путем увели­чения их опорной площади и др.

БОЛОТА

Участки земной поверхности, на которых в течение большей части года наблюдается избыток влаги, скапливающейся на поверхности земли или насыпающей почву и подпочвенные горизонты горных пород, и покрытые влаголюбивой болотной растительностью (осока, хвощи, мхи и др.), называют заболоченными. На заболоченных участках мощность болотных отложений мала или они только начинают накапливаться. Участки, где в результате заболачивания происходит накопление растительных остатков и образовался торф, называют болотами.

Заболоченные территории следует рассматривать как начальную стадию образования болот, отличительным признаком которых является наличие торфа, залегающего с поверхности или в толще болотных отложений. Строительство сооружений на болотах и заболоченных территориях – это проблема освоения избыточно увлажненных территорий и частично территорий, в пределах которых могут быть распространены болотные отложения.

Наиболее благоприятными условиями для образования болот являются влажный климат, равнинный рельеф или пониженные элементы рельефа и близкое к поверхности земли залегание подземных вод. Развитие болот обычно сопровождается появлением болотной растительности и накоплением растительных остатков при ее отмирании.

Образование болот может происходить также на пологих склонах и в их основании вследствие избыточного увлажнения рыхлых отложений подземными и атмосферными водами. Такие болота имеют смешанное водное питание, и их обычно относят к типу переходных. Образование торфа здесь происходит за счет разложения мхов, травяной, кустарниковой и древесной расти­тельности. Осадки таких болот имеют повышенное содержание минеральных примесей, так как условия для их привноса благо­приятны. Торф обладает средней зольностью. Он нередко пере­слаивается с глинистыми и песчано-глинистыми отложениями делювиального происхождения.

Строение болот характеризу­ется: 1) мощностью болотных отложений и особенно мощностью линз, слоев и залежей торфа; 2) составом, условиями залегания и консистенцией торфа и других болотных отложений; 3) релье­фом минерального дна болот. Мероприятия при освоении заболоченных территорий: 1) осуществление комплекса мелиоративных работ, направленных на улучшение этих территорий; 2) применение специальных методов возведения зданий и сооружений. Для этого необходимы данные, полно отражающие инженерно-геологические условия территорий, строение болот и прилегающих к ним участков, особенности их водного питания с учетом климатических, геомор­фологических и других природных условий.

Важным способом улучшения территорий, заболоченных и за­нятых болотами, является их осушение. Это важнейшее мелиора­тивное мероприятие при освоении новых земель для сельскохо­зяйственного производства и повышения урожайности суще­ствующих угодий. Значение этих работ теперь особенно возрастает в связи с намеченным развитием сельского хозяйства в нечернозем­ной зоне, где огромные пространства заняты болотами и заболо­ченными землями. Поэтому строительные мелиоративные работы, связанные с улучшением таких территорий, являются третьим массовым видом их хозяйственного использования.

В зависимости от вида хозяйственного использования терри­торий их осушение должно преследовать разные цели. При под­готовке территорий для разных видов строительства главная цель осушения — понизить уровень грунтовых вод на осушаемой тер­ритории и оградить ее от притока поверхностных и подземных вод. В этом случае осушение должно обеспечить благоприятные условия для выполнения строительных работ, повышения устой­чивости и несущих способностей горных пород и защиту подземных частей сооружений от затопления и агрессивного воздействия подземных вод. В этом случае осушение территорий является также мероприятием, ограничивающим или предупреждающим развитие тех или иных геологических процессов. При подготовке территорий для застройки осушение обычно производится на зна­чительную глубину и сочетается с регулированием поверхност­ного стока и планировочными работами.

При подготовке территорий для сельскохозяйственного произ­водства главная цель осушения — устранение избыточного их обводнения, изменение водного режима почв и подпочвенных гори­зонтов, чтобы создать оптимальные влажностные условия для высоких и устойчивых урожаев. В этом случае осушением должны достигаться не только понижение уровня грунтовых вод и огра­ждение осушаемой территории от избыточного обводнения поверх­ностными и подземными водами, но также улучшение аэрации почв и подпочвенных горизонтов и повышение их водопрони­цаемости. Такое осушение сочетается с регулированием стока поверхностных вод — отводом избыточных вод с пониженных участков и задержанием их на повышенных элементах рельефа и т. д. Одновременно выполняются определенные агротехнические мероприятия.

В соответствии с целями использования территорий схема- план их осушения и применяемые способы осушения будут раз­личными. Принципиальная схема осушения болот и заболоченных земель систематической осушительной сетью открытых горизонтальных дренажных канав. Она состоит из магистральных и водоотводных канав и осушителей.

Магистральная канава является наиболее ответственным со­оружением, она должна обеспечивать прием и отвод всех вод, поступающих с осушаемой территории. Нельзя допускать размыва, заиления и зарастания канавы. Трасса магистральной канавы должна намечаться по наиболее пониженной части осушаемой территории или по оси наиболее пониженной части минерального дна болота. Водоотводящие канавы служат для приемки и отвода воды непосредственно из системы осушительных канав. Форма се­чения и уклоны водоотводящих канав такие же, как и магистраль­ной, а размеры и глубина обычно меньше.

Осушителями являются также канавы, но меньшего сечения, чем водоотводящие, и размеры их постоянны по всей длине. Они служат для непосредственного приема и отвода поверхностных и грунтовых вод с осушаемой заболоченной территории или бо­лота. Трассируют их вдоль склонов заболоченных территорий и подводят к водоотводящим или магистральным канавам. Это постоянно или временно действующие сооружения в зависимости от стадии и степени осушения болот и заболоченных территорий.