Известия Русского географического общества, 2020, T. 152, № 1, стр. 47-55

Этап выявления, картографирования оползней и создания геоинформационной системы

На территории Воронежской области выявлено 1704 оползня, что позволило создать картографическую модель их распространения (рис. 1). Она послужила основой специализированной геоинформационной системы, которая в дальнейшем может и должна пополняться данными многолетнего мониторинга, использоваться для моделирования оползневой опасности и рисков, создания соответствующих прогнозов. Учет и картографирование оползней дают возможность определить масштабы проявления данного явления. Общая площадь выявленных и зафиксированных на карте оползневых комплексов составляет в настоящее время свыше 62 км² (0.12% от общей площади области). При этом оползни имеют различные площади (от 0.7 до 49.6 га) и интенсивность проявления, вплоть до катастрофических оползней-обвалов (Сторожевской, Белогорский). Проведенная на региональном уровне инвентаризация служит предварительной оценкой характеристик опасностей.

Рис. 1.

Распространение оползней на территории Воронежской области: 1 – границы Российской Федерации; 2 – границы Воронежской области; 3 – границы административных областей; 4 – границы муниципальных районов; 5 – оползневые формы рельефа. Fig. 1. The spread of landslides in the Voronezh region: 1 – borders of the Russian Federation; 2 – borders of the Voronezh region; 3 – borders of the administrative regions; 4 – borders of the municipal regions; 5 – landslide landforms.

Одним из ключевых в алгоритме анализа оползневой опасности является этап типологии оползней. Как и предыдущий этап, он служит для предварительной оценки оползневой опасности посредством изучения структуры оползней различного типа. Для этих целей целесообразно использование классификации по генетическому признаку, т.е. ведущему фактору образования оползней [1]. Выделение гидрогеологенных, сейсмогенных, гидрогенных, климатогенных и полигенных оползней позволяет применять индивидуальный подход для установления опасности и риска проявления той или иной их категории, управления оползнями, а также противооползневой организации территории; распознавать каждый из генетических типов оползней в соответствии со спецификой их морфологической структуры, функционирования и динамики. Так, оползни гидрогеологенного типа образуются при увеличении гидростатического и гидродинамического давления, связанного с изменением уровня грунтовых вод, вызванного увеличением количества атмосферных осадков, быстрым снеготаянием, подпорными явлениями прудов и водохранилищ, а также пополнением запасов грунтовых вод в результате хозяйственной деятельности. Как правило, это движущиеся (активные), детрузивные оползни цирковидной формы, захватывающие не смещавшиеся ранее породы. Сложный микрорельеф приводит к дифференциации условий увлажнения на оползневом теле и формированию мозаичного почвенно-растительного покрова. В их морфологической структуре значительная роль принадлежит гидроморфным комплексам, в том числе “висячим” болотам. Для гидрогеологенных оползней также характерны длительный (десятки и сотни лет) эволюционный путь развития, многократно повторяющиеся циклы, четкая ритмичность процесса. Оползни активизируются в весенний период во время снеготаяния, а также осенью, что связано с колебанием уровня грунтовых вод после затяжных дождей. При подмыве основания склонов постоянными или временными водотоками, а также абразии берегов водохранилищ формируются оползни гидрогенного типа. Их морфологическая структура складывается в условиях тесного взаимодействия склоновой и флювиальной геосистем. Это деляпсивные, приуроченные к нижней части склонов оползни, которые отличаются фронтальной формой. Такая форма связана с горизонтальным перемещением базиса эрозии; значительной по крутизне (до 90°) и высоте (до 30–40 м) стенкой срыва; ступенчатым характером тела оползня, высоким динамизмом, обусловленным деятельностью водного потока, размывающего и уносящего оползневые массы. Именно гидрогеологенные и гидрогенные оползни, представляющие наибольшую опасность в силу широкого распространения, значительных для равнинных территорий масштабов, повторяемости и продолжительности проявления процесса, нашли, в основном, отражение на рис. 1. Сейсмогенные оползни представлены единично, а климатогенные, в силу своей специфики, как правило, не представляют значительной опасности для природно-хозяйственных территориальных систем.

Этап определения общих характеристик оползневой опасности

К таким характеристикам, прежде всего, следует отнести закономерности пространственного распространения оползней. Проведенный анализ свидетельствует о том, что оползни расположены неравномерно. Подавляющая их часть закономерно приурочена к Среднерусской возвышенности (1294 оползня общей площадью 44.7 км²), на Калачской возвышенности выявлено 354 оползня (17.1 км²), значительно меньшее количество относится к территории Окско-Донской низменной равнины (56 оползней, 1.9 км²). При этом характерно формирование отдельных оползневых очагов в пределах междуречных пространств, где современная овражно-балочная сеть вскрывает сохранившиеся от размыва основные деформирующиеся горизонты на подмываемых склонах с благоприятными гидрогеологическими условиями. Такая ситуация сложилась в Острогожском, Подгоренском, Лискинском и Каменском районах области, где площадь пораженности оползнями колеблется от 670 до 1050 га. Также обращает на себя внимание зональный характер распространения оползневых явлений. В отличие от лесостепной зоны, в степной зоне их проявления единичны. Показательно в этом отношении сравнение территорий южной лесостепи и северной степи в границах Воронежской области. Доля оползневых форм рельефа в южной лесостепи в 117 раз выше, чем в степной зоне! Представляется, что зональные факторы в виде уменьшения количества атмосферных осадков, роста суммы активных температур и, в конечном счете, снижения гидротермического коэффициента в степной зоне оказывают влияние на характер увлажнения почвогрунтов, гидрогеологические условия, но не являются определяющими для развития оползневых процессов. Значительное снижение активности их здесь обусловлено в первую очередь историей формирования ландшафтов (степные районы расположены во внеледниковой части Русской равнины) и спецификой геолого-геоморфологических условий данной территории, препятствующих развитию оползневых форм рельефа: хорошей дренированностью водораздельных пространств, отсутствием моренных глинистых отложений, экранирующим эффектом палеогеновых песчаников и т.д. Наряду с пространственными закономерностями распространения оползней общие характеристики оползневой опасности должны учитывать закономерности временнóго проявления оползневых процессов и оценку их вероятных последствий.

Этап комплексного анализа условий развития оползневых процессов

От их всесторонней и точной оценки зависит объективность конечного результата исследований. Установлено, что на формирование оползневых форм рельефа влияют современные тектонические движения, сейсмическая активность, литологический состав горных пород, геоморфологические, гидрологические и гидрогеологические особенности, почвенно-растительные условия, специфика хозяйственной деятельности [10]. В совокупности эти условия формируют региональные типы природной среды с низкой устойчивостью и динамической нестабильностью склоновых геосистем. Под типом природной среды в данном случае понимается отличающаяся некоторыми характерными чертами совокупность природных условий (абиотических, биотических, социально-экономических), в которых происходит формирование оползней.

Анализ “классических” факторов образования оползней может быть подкреплен количественными (морфометрическими) показателями склоновых ландшафтов, полученных на основе анализа цифровой модели рельефа Воронежской области. Так, распределение оползней на юге Среднерусской возвышенности по отдельным высотным ступеням отличается неравномерностью. Подавляющее их количество (82.2% площади всех оползней) приурочено к абсолютным высотам 172–204 м, при этом 26.5% располагаются в метровом интервале высот 179–180 м. На Калачской возвышенности диапазон высот еще у́же: более 50% оползней входит в десятиметровый интервал 171–181 м и 40% − в метровый интервал 179–180 м. Показательно относительное высотное положение оползней над тальвегами и руслами рек: на Среднерусской возвышенности 66.7% оползней располагаются на относительных высотах от 20 до 45 м, на Окско-Донской равнине 71.6% на высотах от 2 до 13 м. Наглядно проявляется и экспозиционная зависимость оползневых форм рельефа. Проведенные исследования показали, что площадь оползней на склонах южных экспозиций в 2.6 раза больше, чем на северных склонах. Можно предположить, что это связано с широким распространением структурных склонов южной экспозиции с благоприятными гидрогеологическими условиями и их меньшей облесенностью.

Этап картографирования и оценки оползневой опасности на региональном уровне предусматривает решение двух задач: во-первых, выявление регионов, в различной степени подверженных развитию оползневых процессов, и, во-вторых, определение для них качественных и количественных параметров типа природной среды. Для решения первой задачи целесообразно использование показателя плотности оползней, рассчитанного с учетом весового значения площади каждой формы рельефа [2]. С высокой долей достоверности он может быть использован для ранжирования территорий по уровню оползневой опасности. Подобный подход, когда количественная мера (частота, плотность, площадь и др.) какого-либо явления выступает главным показателем опасности его возникновения в будущем, был наглядно продемонстрирован в разных сферах жизнедеятельности (выявление лавиноопасных районов, очагов болезней, опасных участков дорог и т.д.) и, по нашему мнению, может быть использован и в случае оползневой опасности. Экспертным путем в массиве данных были определены интервалы значений плотности, соответствующие разным уровням оползневой опасности: высокий (более 30 форм на 50 км²), средний (30–10), низкий (10–1) и очень низкий (менее 1). Результаты кластеризации были совмещены с ареалом склоновых ландшафтов и получена итоговая карта уровней оползневой опасности склонов (рис. 2).

Рис. 2.

Уровни оползневой опасности склоновых ландшафтов Воронежской области I – границы: 1 – Российской Федерации; 2 – Воронежской области; 3 – административных областей; 4 – муниципальных районов; II – уровни оползневой опасности: 4 – высокий; 5 – средний; 6 – низкий; 7 – очень низкий. Fig. 2. The landslide hazard levels of the slope landscapes of the Voronezh region I – borders: 1 – of the Russian Federation; 2 – of the Voronezh region; 3 – of the administrative regions; 4 – of the municipal regions; II – landslide hazard levels: 4 – high; 5 – medium; 6 – low; 7 – very low.

Решение второй задачи связано с определением типов природной среды, соответствующих уровням оползневой опасности территории. В частности, высокому уровню соответствуют участки остепненных склонов южных экспозиций, протяженностью 80–90 м, крутизной 7–10°, с доминирующими абсолютными высотами 170–200 м, сложенных четвертичными и палеогеновыми песчано-глинистыми отложениями с приуроченными к ним горизонтами грунтовых вод, расположенных на 20–45 м выше местных базисов эрозии, в пределах локальных неотектонических поднятий, с преобладанием оползней гидрогеологенного типа. Параметры склонов со средним уровнем оползневой опасности в целом близки рассмотренному выше типу, с той лишь разницей, что здесь ослабевает роль современных тектонических движений и начинают выклиниваться основные деформирующие горизонты. Типы среды с низким и очень низким уровнем оползневой опасности отличаются значительной пестротой ландшафтных условий, которые по той или иной причине (литологическое строение, геоморфологические и гидрогеологические условия, режим тектонических движений и др.) препятствуют формированию оползней.

Анализ карты (рис. 2), в частности, показывает, что наибольшая вероятность возникновения оползней характерна для склоновых ландшафтов междуречий Тихой Сосны и Черной Калитвы, Девицы и Ведуги, Ведуги и Тихой Сосны, Битюга и Осереди.

Совокупность условий, значимых для развития оползневых процессов, и типа природной среды, соответствующего уровню высокой оползневой опасности, представляют собой основу для построения прогнозных оползневых карт других регионов лесостепной и степной зон Русской равнины.