Помоги проекту - поделись книгой:
Крутые и очень крутые склоны, сильнорасчлененные овражно-балочной сетью
Пологие придолинные склоны, расчлененные овражно-балочной сетью
Надпойменные и пойменные террасы реки
Берега реки
Русло реки
Для Москвы был проведен геоморфологический анализ речной сети, речных водосборных бассейнов, так как наибольшие изменения претерпела именно речная и овражно-балочная сеть. Водосборный бассейн представляет собой сложную геоморфологическую форму и может быть охарактеризован не только морфометрическими, но и гидрологическими и геологическими показателями, между которыми наблюдается определенная взамозависимость. Морфометрические показатели, такие, как площадь и уклон, косвенно характеризуют эрозионную деятельность потока. По данным А. И. Скоморохова [5], при водосборе площадью менее 0,1 км2 и уклоне 3 - 4° поток не способен производить значительные разрушения. Площадь водосбора, равная 0,5 - 1,5 км2, при том же уклоне обеспечивает силу потока, способную создавать врез с глубоким вершинным перепадом. Уничтожение мелкой естественной дренажной сети приводит к увеличению площади водосбора более крупных водотоков, увеличивает их водность.
Снижение динамической силы водного потока и регулирование поверхностного стока на территории города обычно достигается системой запруд, созданием прудов, водозадерживающих и водонаправляющих валов. Эти и другие инженерно-технические мероприятия ломают относительно отлаженную гидрографическую струкуру речного бассейна, что неизменно кончается перестройкой рельефа и, как следствие, активизацией экзогенных (и в частности, эрозионных) процессов.
В Москве ряд рек полностью уничтожен. Влияние инженерно-технических мероприятий по приведению рельефа города в соответствие с требованиями строительства на морфологические и гидрологические характеристики водосборных бассейнов огромно: это и выравнивание склонов, и уничтожение мелкой дренажной сети, и выполаживание уклонов тальвегов водотоков (засыпка поймы и заключение в трубу водотока), и переведение поверхностного стока системой ливневой канализации в подземный. В результате структура и морфометрия водосборных бассейнов изменилась, а значительная часть их площади стала водонепроницаемой. Так как основная часть осадков остается на поверхности, а система водостоков с крыш домов придает струям определенную динамическую силу, поверхностный сток стал более интенсивным, чем он был на более расчлененной, но хорошо дренированной территории. Созданная система ливневой канализации (искусственные русла временных водотоков) не справляется с резко возросшим стоком и постоянно забивается транспортируемыми наносами.
На схеме (рис. 3) показаны водосборные бассейны главных рек и речек города. Почти треть территории столицы принадлежит бассейну Яузы. По признаку интенсивности техногенной нагрузки на бассейн их можно объединить в три группы (здесь и далее - см. табл. 3 и рис. 3).
Первая группа бассейнов с наименьшими техногенными изменениями, с собственным русловым стоком, сохранивших в целом свою структуру (морфометрические и гидрографические характеристики). Это бассейны Сетуни и Чертановки, Ички и Чермянки, верховий Яузы. Инженерные преобразования в бассейнах, принадлежащих Северной моренной и флювиогляциальной равнине (1, 3, 4), направлены на борьбу с заболоченностью н площадной суффозией, на предотвращение подтоплепия и образовании верховодки. В бассейнах, принадлежащих Теплостанской возвышенности (7, 8, 12), главное препятствие для строительства - большая глубина и густота расчленения, а также процессы - оползневые, эрозионные, суффозии и плоскостного смыва.
В наибольшей степени техногенезом изменена приустьевая часть бассейна Сетуни (8). Здесь мощность техногенных отложений на пойме 3 - 6 м, плотность застройки до 30 - 50%, коэффициент поверхностного стока 0,40.
Вторая группа бассейнов включает водосборные бассейны, испытавшие значительные преобразования в процессе градостроительства. Это бассейн Яузы (2), гидрографическая сеть которого изменена наиболее сильно в нижнем течении реки. Здесь уничтожена полностью овражно-балочная и речная сеть притоков, а русло Яузы в значительной степени спрямлено и зарегулировано. В целом в бассейне уничтожено 16% гидросети, но из них 68% в среднем и нижнем течении реки. К этой группе можно отнести бассейны рек Граворонки (16), Лихоборки (5), Раменки (9), Городни (10-11), Котловки (18).
Таблица 3
Инженерно-геоморфологическая оценка техногенных изменений структуры бассейнов города Москвы
Третья группа бассейнов - это водосборы рек Неглинной, Пресни, Ходынки, Кровянки, Фильки (13 - 15, 17, 18) и Серебрянки (6). Вероятно, их можно считать полностью техногенными, так как рек уже нет, они заключены в коллектор, рельеф водосбора сильно изменен. На отдельных участках проведены столь значительные земляные работы, что только по топографическим картам прошлого века можно провести линии водоразделов. Мелкая дренажная сеть уничтожена полностью и практически не прослеживается в рельефе. С трудом можно провести линии тальвегов главных водотоков. Кроме того, естественный грунт (существенно песчаный), обладающий хорошими несущими свойствами, заменен либо полностью, либо частично техногенными разнородными грунтами, мощностью до 20 м. Практически сплошная закрытость территории свела к минимуму проявления поверхностных рельефообразующнх процессов, которые здесь имеют скрытый «подземный» характер. Преобразования, проведенные в этих бассейнах, были направлены не столько на борьбу с негативными экзогенными процессами (эрозией, русловой деятельностью рек, заболоченностью), сколько па максимальное приспособление этих центральных территорий для нужд градостроительства. К устьевым участкам этих же бассейнов приурочена и зона наибольшей активизации техногенных процессов (просадки, деформации зданий, нарушение асфальтового покрытия в результате вымывания подстилающего грунта).
Вновь обратимся к истории. Данные табл. 4 наглядно демонстрируют те изменения, что произошли в бассейне р. Неглинной почти за 100 лет. В 1886 г. городским инженером П. М. Левачевым была составлена «Пояснительная записка к проекту по исправлению Неглинного канала». В записке характеризуется весь бассейн р. Неглинной, верховья которой не были освоены городской застройкой. Это были огороды и пашни, а река текла в естественных берегах, в трубу была заключена только нижняя, третья ее часть. Обследование было предпринято, как известно, в связи с разрушением канала (трубы) под воздействием не полностью зарегулированного потока, причинявшего большие неприятности в моменты разлива («выход из берегов») Неглинной. Перерасчет диаметра трубы и уклона искусственного русла был проведен с учетом водного баланса на территории бассейна в зависимости от характера поверхности (закрытость территории), длины склонов и площади водосбора территорий с различными характеристиками водного баланса. Расчеты для канала р. Неглшшой проводились но всем правилам гидротехники, но без учета перспективного строительства в бассейне. В результате Неглинная еще долгое время давала о себе знать.
Анализ речной сети Москвы показывает, что место, выбранное 800 лет назад, как уже говорилось, было идеальным для строительства города-крепости. Реки Москвы, Яуза, Неглинка - естественные водные преграды при обороне, а в мирное время - торговые пути, сходятся у стен Кремля, вокруг которого рос город. В настоящее время это обстоятельство привело к тому, что именно в центре города происходит разгрузка речных бассейнов Яузы и Сетуни. Кроме того, на территории города в р. Москву выше по течению от центра осуществляется сток рек Сходни и Химки, бассейны которых выходят за черту города и активно осваиваются. Здесь сосредоточено большое количество предприятий, отходы которых, несмотря на очистные сооружения, загрязняют как поверхностные, так и подземные воды (пока обеспечивается неполная очистка сточных вод, часть их поступает в открытые водоемы) [6]. Таким образом, наиболее загрязненными оказываются центр города и левобережье Москвы, дренируемые Яузой, Химкой и Сходней.
Таблица 4
Изменения поверхностного стока в бассейне р. Неглинной за 97 лет
Территория Теплостанской возвышенности, интенсивно осваиваемая под жилищное строительство, отвечает современным требованиям к городским застройкам в экологическом отношении. Транзитных рек здесь нет. Загрязнение извне отсутствует. Реки, дренирующие территорию, разгружаются либо ниже центра, либо за пределами города, что свойственно только этому району Москвы.
Взгляд на город как на систему речных бассейнов, так называемый бассейновый подход, имеет ряд «плюсов» и «минусов». «Главный плюс» заключается в возможности провести анализ в строго определенных линией водораздела географических и геоморфологических границах. «Минус» - в том, что избранные геоморфологические границы в данном случае абсолютно не совпадают с геологическими (границами геологических тел).
В 1933 г. А. А. Борзов и Л. И. Семихатова писали: «География есть наука о пространственных отношениях явлений конкретного мира и о тех естественных комбинациях этих явлений, которые в своем закономерном распределении по земной поверхности создают лик Земли». А. А. Борзов предлагал исследовать «естественные комплексы - ландшафты» и те закономерности, «которые определяют их органическое единство» [7].
Одна из общих проблем, возникающих перед геоморфологами при исследовании городов, состоит в установлении взаимных связей между рельефом и городскими сооружениями. Наиболее благоприятные условия для строительства создаются при гармоничном сочетании ведущих природных факторов и технических условий проектирования. Решение этой проблемы идет пока на уровне «архитектуры ландшафта». Активную позицию занимают архитекторы-проектировщики. А геоморфологи сосредоточили свой поиск в основном в направлении «подобия форм», выявляя такие рельефообразующие инженерные мероприятия, которые бы, с одной стороны, наилучшим образом соответствовали природным процессам, а с другой - позволяли улучшать естественный ландшафт. Но решение указанной проблемы на уровне морфологического подобия в принципе неверно, так как только совместный (сопряженный) анализ рельефа и особенностей геологического субстрата позволит создать «ландшафты подобия», органично сочетающиеся с естественными ландшафтами. В системе геоморфологических исследований эту задачу решает морфолитологический анализ.
Морфолитологический анализ предполагает совместное рассмотрение рельефа (морфо-) и геологического субстрата (лито-) в их органическом единстве. Сложность проведения такого анализа заключается в выделении необходимого объема геологического субстрата. Вопрос об этом объеме в каждом конкретном случае должен решаться по-разному. Весьма рациональное предложение внес А. А. Асеев [8]: когда форма рельефа понимается как объемное тело, верхней границей его служит дневная поверхность, а нижней - та поверхность раздела в образующем его геологическом субстрате, которая существенно важна для понимания происхождения формы рельефа данной размерности. Размерность изучаемых форм рельефа отражает и глубину их заложения. Для понимания происхождения, например, древнеледникового рельефа равнин (а к этому типу относится рельеф Москвы), по мнению А. А. Асеева, достаточна корреляция его с поверхностью коренных пород. Между рельефом и рыхлыми четвертичными отложениями наблюдается особенно тесная связь. Формируясь одновременно и под воздействием одних и тех же факторов, рельеф и рыхлые отложения являются сопряженными образованиями.
При изучении геологического субстрата геоморфолог в отличие от геолога должен сосредоточить свое внимание не столько на составе, строении и на истории развития геологической среды, сколько на тех ее особенностях, которые определяют формирование и развитие рельефа. Именно поэтому нам кажется правомерным введение термина «морфолитосистема» как единицы членения геологической среды с геоморфологических позиций (от рельефа к геологическому субстрату). Термин «морфолитосистема» подчеркивает единство формы и содержания: формы (морфо-), геологического субстрата (лито-) - и их органическое единство (система). Возможно, он недостаточно красиво звучит, однако соответствует требованию «просто, доступно и точно».
Чтобы не утомлять неискушенного читателя, однако уже успевшего понять всю сложность геоморфологических исследований в городе, не будем останавливаться на подробностях проведенных исследований, а специалистов адресуем к научным работам, написанным автором и его коллегами по результатам этих исследований.
В ходе анализа (с применением методов математической статистики) удалось установить последовательный ряд однотипных (однородных) участков морфолитосистемы от практически неизмененных до техногенных, что позволяет не только оценить степень изменения природной среды по совокупности геоморфологических показателей, но может быть полезным для оценки и прогноза условий устойчивости рельефа территорий, еще не освоенных. На схеме (рис. 4) показаны связи между естественными группами однотипных участков морфолитосистемы.
Анализ связей между морфометрическими и литологическими характеристиками рельефа позволил сделать вывод, что выравнивание рельефа путем частичных засыпок и осушения речной (дренажной) системы, уменьшение естественных уклонов, срезки склонов и подсыпки привели к нарушению природных закономерностей в его строении, к нарушению равновесного состояния природной системы, изменению характера экзогенных процессов. Рассмотрим этот вывод па конкретном примере.
В 1856 г. инженер-генерал-лейтенант барон А. И. Дельвиг с целью проведения водопровода для военного лагеря на Ходынском поле составил карту рельефа бассейна речки Ходынки. Она хранится в Музее истории Москвы. Карта помогла автору в проведении анализа изменений условий протекания процессов эрозии в бассейне Ходынки за последние 100 лет.
Процесс эрозии, как известно, определяется климатическими, геологическими и геоморфологическими факторами. Среди последних важное место занимают уклон, глубина и густота расчленения - показатели, характеризующие энергию рельефа. Климатические и геологические условия на избранном для анализа участке однородные. Плоскостной смыв и эрозия на склонах определяются количеством осадков, стекающих по поверхности. Величина поверхностного стока является комплексной динамической характеристикой и зависит как от уклона, так и от характера породы, точнее, от ее водопроницаемости. Изменения величины поверхностного стока во времени свидетельствуют об изменении направленности экзогенных процессов.
В естественном виде та часть бассейна Ходынки, где барон А. И. Дельвиг проектировал водопровод, представляла собой эрозионную долину с крутыми склонами и множеством мелких оврагов и овражков, с близким залеганием грунтовых вод. Местность была не застроена. В настоящее время отмечается ряд изменений рельефа. Проведена застройка, сформировался слой техногенных отложений. Если говорить более конкретно, то снизились густота и глубина расчленения, причем густота - в большей мере, уменьшились уклоны. Это вполне объяснимо, поскольку при строительстве обычно бывает проще ликвидировать небольшие промоины, водотоки и временные русла, определяющие величину густоты расчленения, чем выровнять крупные формы рельефа - засыпать долину, срыть холм и т. п. (хотя при современной технике и это не так уж трудно).
За прошедшие 100 лет изменился характер водопроницаемости субстрата. В среднем па 18% территория стала водонепроницаемой (за счет застройки и асфальтирования). Величина поверхностного стока могла бы возрасти за счет роста закрытости, но осталась на прежнем уровне, так как уклоны поверхности сильно уменьшились. Напрашивается вывод, что на исследованном участке бассейна р. Ходынки при строительном освоении неудобной территории эрозионная опасность в целом не увеличилась. Да, это так. Поверхностная эрозия - эрозия, производимая водным потоком, не только не увеличилась, по даже снизилась. Дождевые воды уже не размывают грунт, не происходят образования новых промоин и рост оврагов. Дождевые воды просачиваются в грунт. Создаются условия для процесса суффозии, что не менее опасно. Об этом и других процессах мы поговорим в следующем разделе, а здесь следует сказать, что для прогноза интенсивности эрозионно-денудационных процессов в городе нужна постоянная информация о характере поверхности (изменениях рельефа, водопроницаемости), величинах поверхностного стока - необходима система слежения за состоянием городской среды - мониторинг.
РЕЛЬЕФ СПОСОБЕН РАЗВИВАТЬСЯ, ИЗМЕНЯТЬСЯ
Геоморфологические процессы на городской территории - это большой и еще не достаточно изученный раздел геоморфологии, науки, изучающей рельеф. Градостроительство, как уже неоднократно отмечалось в этой книге, постоянно имеет дело с природными процессами - эрозией, оползнями, карстом и др.
Для городских территорий выделяют три группы современных геоморфологических процессов: первая группа - природные экзогенные (внешние) и эндогенные (глубинные) процессы, вторая - природные процессы и явления, количественно и качественно измененные деятельностью человека, третья - процессы и явления, возникшие в результате инженерной и хозяйственной деятельности человека [1].
Вторая группа включает процессы природно-техногенные, а третья - исключительно техногенные. Техногенные процессы, в свою очередь, можно разделить на два типа: прямые и косвенные. Прямые техногенные процессы - это производственная деятельность человека, изменяющая рельеф без участия природных рельефообразующих процессов. Обозначим эти процессы как техногенную денудацию и техногенную аккумуляцию. Техногенная денудация - это выем грунта под строительство зданий и сооружений (котлованы), добыча полезных ископаемых и строительных материалов открытым способом (карьеры, выемки, ямы), нивелировка рельефа для строительства и т. п., а техногенная аккумуляция - это насыпи, подсыпки, свалки, отстойники, асфальтирование и т. п.
Очень часто прямые техногенные процессы, изменяющие рельеф, особенно при сооружении крупных гидротехнических объектов, носят комплексный характер - это и техногенная аккумуляция, и техногенная денудация. Техногенные формы рельефа могут быть и небольших размеров, здесь важно другое - эта деятельность направлена на перестройку рельефа, на изменение гидросети, площади водосборного бассейна, площади акватории, водности реки и т. д. Поэтому, видимо, стоит выделить в особую группу процессы, направленные на преобразование естественной структуры рельефа, на его перестройку. В природе такие перестройки возникают лишь в результате катастрофических явлений - землетрясений, извержений вулканов, оледенений, изменений климата и т. п.
Целенаправленное изменение рельефа, как правило, кратковременно, но в результате создаются условия, отличные от природных, на достаточно длительный срок, который нередко превышает сроки эксплуатации территории для хозяйственных целей, создаются условия для развития природпо-техногенных и косвенных техногенных процессов. Косвенные техногенные процессы возникают в результате хозяйственной деятельности человека, как вышеперечисленной, изменяющей рельеф, так и иной, не ставящей такой цели. Эксплуатация территории города, как правило, выражается в статическом, динамическом, тепловом, химическом, электрическом, биологическом воздействии на геологическую среду. Сюда же следует добавить дополнительное обводнение и загрязнение грунтов за счет утечек из коммуникаций, осушение за счет мелиорации и дренажа, искусственное уплотнение грунтов и другие виды воздействия. В результате происходит неравномерное оседание грунта, разрушение зданий, коммуникаций, фундаментов, коррозия труб, загрязнение подземных и грунтовых вод. Эти и другие процессы обычно н относят к собственно техногенным.
Казалось бы, что процесс планировки рельефа укладывается в классическую схему выравнивания рельефа: денудация вершин - выполаживание склонов - заполнение долины. Но в цепи техногенных преобразований лишь верхнее звено можно условно сопоставлять с природной денудацией, так как возвышенные (положительные) формы естественного рельефа, как правило, нивелируются (выполаживаются) и эта измененная естественная форма рельефа характеризуется толщей местного (автохтонного) материала, однако эти процессы резко различны по скорости.
Пониженные (отрицательные) формы естественного рельефа в процессе планировки обычно уничтожаются - засыпаются и создаются наложенные техногенные формы рельефа тоже отрицательные, но с большими абсолютными отметками (или в редких случаях положительные), которые характеризуются толщей инородного (аллохтонного) материала. По физико-химическим свойствам эта толща часто не имеет аналога в природе.
Перестройка ландшафта не ограничивается основными направлениями планировки. Создаются искусственные положительные и отрицательные формы рельефа как локальные (точечные), так и линейные: дамбы, насыпи и прорези для дорог и т. п., которые изменяют уклоны, направление и скорость поверхностного п подземного стока [2]. Но сколь бы ни сложны были перестройки, они никоим образом не отменяют законов развития природы, и вновь созданный рукотворный ландшафт, как бы уродлив он ни был, является частью природной системы и развивается как ее составная часть, оказывая влияние на развитие сопредельных с ним территорий.
Согласно принципу Ле-Шателье, «если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-нибудь из условий, определяющих положение равновесия, то равновесие смещается в том направлении, при котором эффект произведенного воздействия уменьшается», т. е. всякое рукотворное создание, нарушающее равновесие природной системы, подвергается разрушению и тем быстрее, чем оно менее целесообразно (рационально) в данных природных условиях. Разрушение идет как за счет химических, так и механических преобразований и перемещений.
В природе процесс аккумуляции связан с процессом денудации, сопряжены обычно и формы рельефа областей сноса и накопления. В техногенном рельефе область накопления может возникнуть вне всякой связи с сопряженной областью денудации. Нередко техногенные аккумулятивные формы возникают за счет пород, изъятых из земных недр, привезенных из другого региона, пород, но литологическому, химическому, минералогическому составу отличных от пород, слагающих сопредельные с техногенной аккумулятивной формой территории.
Поверхность урбанизированной территории «бронирована» твердыми породами - асфальтом, бетоном. Бронирующий слой является более устойчивым к воздействию агентов выветривания, чем «материнские» породы. Естественно, что и процессы выветривания, и перемещения вещества происходят в нижнем («материнском») слое под «броней», но эти процессы принципиально отличны от тех, что происходят на аналогичных формах рельефа в природных условиях: нет постепенного сноса материала с поверхности, нет смыва, нет эрозии. Как и в природе, происходит медленное вековое движение материала вниз по склону под воздействием силы тяжести, но этот процесс в связи с дополнительными и неравномерными техногенными нагрузками приобретает более интенсивный характер. Денудация осуществляется благодаря выщелачиванию растворимых солей и выносу тонкого материала грунтовыми водами. Наибольшая активизация деятельности грунтовых вод происходит вдоль коммуникаций (коллекторов речек, канализации и водопровода, метро), т. е. вдоль искусственных пустот, хотя бы уже потому, что из коммуникаций нередко происходит утечка воды. Увеличивается пористость пород, уменьшаются их несущие свойства. Порода в какой-то момент достигает предела устойчивости, не выдерживает статические и динамические нагрузки - происходит техногенное уплотнение; между бронированным грунтом и «материнской» породой образуются пустоты и, как следствие, обрушение поверхности.
Аккумуляция растворенных веществ происходит на геохимических барьерах как естественных, так и искусственных (техногенных). Влекомые водой частицы оседают в естественных и искусственных пустотах, на полях орошения и т. д. Водосточные трубы, коллекторы речек забиваются новообразованиями как химического (карбонатные, железистые), так и механического состава, довольно плотными, нередко сцементированными; уменьшается их пропускная способность, увеличивается опасность аварии. Наибольшую опасность в этом отношении создают скопления воды в грунте. Насыщенные водой рыхлые отложения (особенно пески) растекаются и «плывут» под тяжестью верхних толщ и других механических воздействий. Возникают плывуны. При промерзании плывун подвергается сильному пучению, слабо фильтрует воду. Напряжение, возникающее в грунтах при морозном пучении, вызывают деформации и повреждения промышленных и гражданских зданий, разрушение покрытий автомобильных дорог и т. д. [3]
Скорость техногенной денудации и аккумуляции в сотни раз превышает природную в аналогичных природно-климатических условиях, но подчас сходна с ней на территориях с аномальным развитием, например, тектонически активных. И тем не менее техногенные денудация и аккумуляция - процессы, обусловленные целенаправленным воздействием человека на рельеф, аналогичны природным и проявляются в неодинаковых геолого-геоморфологических условиях неоднозначно.
Поделиться книгой: