Реклама

Головна » Статті » Наукові статті » Статті українських науковців [ Додати статтю ]

Антропогенна активізація процесів зсування на території Києва
УДК 551.4

АНТРОПОГЕННА АКТИВІЗАЦІЯ ПРОЦЕСІВ ЗСУВАННЯ НА ТЕРИТОРІЇ КИЄВА

В.Г. Пазинич, В.В. Стецюк
Київський національний університет імені Тараса Шевченка,
географічний факультет


   Одним із найбільш резонансних генетичних типів екзогенних геолого-геоморфологічних процесів на території Києва та його околиць є процеси зсування (у широкому вжитку – зсуви). Для вияву і розвитку цих процесів природні умови Києва є чи не найбільш сприятливими на території рівнинної частини України. Ці умови є класичними і Київ здавна служив прекрасним полігоном для вивчення процесів зсування, які значно ускладнюють будівництво та експлуатацію цивільних та промислових споруд мегаполіса. Такими необхідними та існуючими природними умовами на території Міста є наступні:
-    шарувата геологічна будова осадового чохла території, що містить водопроникні та водотривкі літологічні відміни;
-    значна кількість опадів, яка зростає внаслідок загальних тенденцій у змінах клімату та місцевих чинників, зокрема, збільшення вологості завдяки створенню Київського водосховища;
-    висока потенціальна енергія процесів зсування, що обумовлена значними контрастами висот між максимальними позначками земної поверхні та мінімальними значеннями місцевого базису денудації (рівня Дніпра);
-    інтенсивною господарською діяльністю, яка постійно змінює умови інфільтрації атмосферних опадів (котловани будівельних майданчиків, кар’єри будматеріалів, втрати з водогонів та каналізаційних мереж і теплотрас, тощо та впливає на співвідношення висот земної поверхні, крутість поверхонь схилів та ін.);
-    зміна режиму водоносних горизонтів, викликана з одного боку – інтенсивним відбором підземних вод, з іншого – надходженням інфільтраційних вод до перших від поверхні водотривких шарів.
    Процеси зсування мають поширення і завдають збитків (вимагають значних зусиль зі стабілізації) майже на усіх поверхнях схилів Києва, мають вияв як на ділянках старовинних історичних споруд, так і новобудов. Зрозуміло, що вивчення і використання набутих відомостей про зсуви Києва є актуальним завданням і на сьогодні стан знань щодо цих небезпечних процесів вельми високий.
   У пам'яті мешканців та комунальних організацій Міста ще свіжі спогади про надзвичайно сніжну зиму 2009 – 2010 року, яка завдала чимало незручностей усім, причетним до мешкання і виробничої діяльності, на території Києва та його околиць. В середньому, упродовж зими випадає 150 мм атмосферних опадів і показники зими 2009-2010 років не значно відхилялися від цих значень. Головною кліматичною особливістю цієї зими були стабільні низькі температури і лише одна відлига в першій декаді січня. Це призвело до того, що у сніговому покриві та в льодовій кірці запаси води, за даними Гідрометеорологічної служби України, на кінець лютого в районі Києва становили 80-100 мм, а в басейнах Десни та Трубежу 120-160 мм. Навіть з початком весни, станом на 20 березня запаси води зменшилися усього на 20 мм.
    Тому, головна загроза весни 2010 року вбачалася в можливості потужної повені в басейні Дніпра, але чергування відлиг з потужними снігопадами та нетривалі морозні періоди навесні 2010 року обумовили ритмічне надходження інфільтрованих опадів углиб осадових товщ. Це значно погіршило фізико-механічні властивості гірських порід в Місті та на прилеглих теренах.
   Оскільки інфільтрація опадів є однією із вирішальних ознак активізації процесів зсування, авторами проведено спеціальне обстеження деяких ділянок, потенційно небезпечних щодо розвитку зазначених процесів. Наразі, згадаємо основні положення орографічних особливостей правого схилу долини Дніпра.
    Морфологія правого, корінного берега Дніпра біля Києва, а також на значну відстань угору та вниз за течією, є сприятливою для глибокого проникнення талої води в осадові верстви, які, будучи просякнуті водою, стали більш пластичними та здатними до взаємного переміщення.
    Ця обставина і стала причиною значної активізації схилових явищ уздовж правого берега Дніпра. Навесні 2010 року було обстежено декілька ключових ділянок долини Дніпра, розташованих на північ та південь від Києва. Значні зміни морфології та будови схилів ясно виділялися на тлі задернованих ділянок. У деяких місцях співвідношення між активізованими і стабільними ділянками схилів доходили до 30-40% як це буде видно з прикладу будови схилу Київського водосховища вище Вишгорода.
    Північна околиця м. Вишгорода. На цьому відрізку долини, як і униз по Дніпру, схил сформувався 13-12 тис. років тому. Навесні 2010 року тут активізувався зсув-сель, який періодично виявляв свою динаміку не менше п’яти разів, за останні 10 тис. років. Час передостанньої активізації невідомий. Задернований стан тіла зсуву та присутність дорослих дерев (рис. 1.), вказує, що стався він не менше ніж кілька десятків років тому.
    Перенасичена водою товща у верхній частині була відірвана від стінки і далі вниз по схилу перетворилася в типовий селевий потік (рис. 2.). У найбільш вузькому місці ширина потоку не перевищувала 5 м. Тут відзначається максимальний вплив на його борти. Потік врізався у схил і, як видно зі вставки на рисунку, зчісував його гострі виступи. Загальна довжина потоку сягала 150 м. Він зупинився дещо вище від краю наносів з попереднього селю.


 
Рис. 1. Перспективне космічне зображення бравого берега Дніпра в м. Вишгороді (овалом вказане місцезнаходження зсуву), знімок профілю зсуву та загальний вигляд схилу між Вишгородом і Новими Петрівцями навесні 2010 року
   В цілому, активізація сучасних екзогенних геоморфологічних процесів у районі м. Вишгорода та по всьому правому березі Київського водосховища має першопричиною абразійну діяльність створеної водойми. Проте, приклад зі згаданим зсувом-селем, який періодично виникає поза сферою прямого впливу водосховища, є наочним втіленням антропогенного впливу басейну – нагромаджувача Київської ГАЕС, повільної але постійної фільтрації з нього у бік Дніпра та у лівий схил балки, на схилі якої розвивається цей процес.
    Наступний знімок (рис. 3.) характеризує загальну активізацію схилів долини Дніпра на відрізку між Вишгородом та Старими Петрівцями. За візуальною оцінкою біля 40 % довжини схилів активізувалися навесні 2010 року. Можливо, що більш значній активізації стала на заваді залісненість схилів. Попри очевидну користь від заліснення для стабілізації площинного змиву та лінійної ерозії, насадження гальмують поверхневий стік і збільшують фільтрацію у осадовий комплекс правого берега водосховища, що, у свою чергу стимулює розвиток процесів зсування.
    Тому, антропогенні причини розвитку зсуву-селю очевидні, подібні явища мають бути враховані по усьому правому березі Київського водосховища.

Рис. 3. Правий берег Дніпра на відрізку Нові та Старі Петрівці. Приклад сучасного стану процесів на схилах на ключових ділянках
   Ділянка на північній околиці с. Стайки. Приклади з району Вишгорода вказують наскільки часто за умов, подібних до умов минулої зими, можлива активізація схилів у просторі (вздовж схилу) та у часі. Наразі, вони не дають уяви наскільки глибоко схилові явища приникають на площину межиріччя. Дещо заповнити цю прогалину дозволяють приклади з району с. Стайки. У тому ж таки 2010 році тут з бровки корінного схилу зірвався досить великий блок, шириною більше 100 м і глибиною більше 10 м (рис. 4.).
   Місце, де зірвався цей блок, перебуває в центрі значної за довжиною ділянки, яка на тлі прилеглих дніпровських круч вирізняється більшою активністю силових процесів, що видно з об’ємного космічного знімку на рис. 5.   
   Ця ділянка врізана у межиріччя приблизно на 250 м. Активність схилів та розміри ділянки дозволяють припускати, що сформувалася вона давно. Вивчення наявних топографічних та історичних матеріалів дає підстави думати, що перша активізація сталася ще до 1650 року, оскільки на відомій карті Гійома Лавассера де Боплана (рис. 6а.) зафіксований згин річища Дніпра біля с. Стайок . Більш детально цей згин відображено та трьохверстній карті другої половини 19-го ст. (рис. 6б).  
   Виникнення цього згину, скоріш за все, було викликане одноразовим сповзанням великого блоку, який загатив русло Дніпра.Мікрорельєф давнього тіла зсуву, зокрема, наявність двох озер, дозволяє припустити, що озера успадкували зниження перед фронтом валу випирання. З топографічних карт 20-го ст.. видно, що русло було спрямлене ще на його початку, язик випирання був зрізаний як бічною ерозією Дніпра, так і гідротехнічними роботами, які були проведені у зв’язку з розвитком судноплавства. Що ж стало першопричиною активізації такої великої ділянки схилу поки невідомо.
 
Рис. 5. Загальний вигляд активної ділянки схилу на північ від с. Стайки

 Рис. 6. Фрагменти карти України Гійома Лавассера де Біплана (а) (1652) та трьохверстної карти кінця 19-го ст. (б)
   Важливу інформацію про стан цієї ділянки схилу дає порівняння аерофотознімка, зробленого німецькою повітряною розвідкою у вересні 1943 року (рис. 7.) та космічних зображень системи Google Earth станом на 16 липня 2002 року та станом на 31 травня 2009 року . Перше враження, після огляду знімків таке, що заліснення та створення захисних валів вздовж бровки крутосхилу призвело до його дестабілізації. Обстеження схилу з боку межиріччя дає підстави припускати, що за валами та ровами поверхня була у перезволоженому стані, а наявність болотно-лугової рослинності свідчить, що у такому стані  ці ділянки перебувають постійно. Переведення поверхневого стоку у підземний призвело до зменшення тертя між пластами і спричинило зміщення мас гірських порід. Результати цього візуального порівняння не можна сприймати як остаточний висновок, але вони можуть розглядатися як підстава для детального вивчення наслідків антиерозійних заходів, в тому числі і заліснення, які широко застосовувалися середині минулого сторіччя. За час, що минув, а зміни в ландшафтах негативні чи позитивні проявляються тільки з роками, в рельєфі накопичилися помітні зміни, вивчення яких дозволить нарешті зробити висновки, наскільки ефективними виявилися тодішні заходи. Де і чому були зроблені помилки?
І головне питання, як їх виправити?
 

 
    Рис. 7. Зображення активної частини схилу:  аерофотознімок, зроблений німецькою повітряною розвідкою 29 вересня 1943 року; космічні Google Earth станом на 16 липня 2002 року та на 31 травня 2009 року
     Правий схил долини Дніпра у межах Києва. Про ділянку правого корінного схилу долини Дніпра у межах від стадіону імені В. Лобановського до початку Дніпровського узвозу добре відомо. Геологи «Північгеології» детальними дослідженнями встановили тут 16 смуг («язиків») зсувних тіл, більшість з яких простягається на всю довжину схилу і має різний ступінь активності. Додаткове статичне навантаження у районах стабілізованих і частково стабілізованих зсувних тіл та на бровці схилу при їх початку, значний час експлуатації та несвоєчасної заміни аварійних водогінних та каналізаційних мереж (тобто, час додаткового зволоження осадової товщі гірських порід, які містять принаймні два горизонти водотривких порід), здатні суттєво пожвавити зсувну діяльність. Декілька років тому вже ліквідовувалися наслідки зсування на Дніпровському узвозі (угорі від його відгалуження у бік мосту «Метро»), однак, витрати на таку ліквідацію є незрівнянно малими у порівнянні з витратами, які доведеться застосувати для укріплення схилів у районі великого будівництва поблизу бровки дніпровського крутосхилу, або схилів Либіді чи менших річкових долин, балкових та яружних форм рельєфу земної поверхні Києва.
    Нинішній стан дніпровського крутосхилу у межах Києва можна назвати «повчально-насторожуючим», оскільки  морфологія та геологічна будова Печерських і Старокиївських схилів є ідентичною до морфології схилів Вишгорода та Стайок. Схили останніх активізувалися головним чином з природних причин. В Києві ж за різкого збільшення статичного навантаження на ділянках інтенсивного будівництва на крутосхилах долини Дніпра ситуацію спрогнозувати просто неможливо. Співпраця з археологами, які ведуть розкопки в котлованах новобудов та знайомство з проектною документацією, показують, що інженерні розрахунки проводяться щодо конкретного об’єкту і ніхто не оцінює навантаження на схил в цілому. Кожний висотний будинок крім фундаменту з масивом гірських порід прив'язаний ще й анкерами, які простягаються у різні боки в товщі гірських порід на відстань у декілька десятків метрів. Окрім збільшення навантаження на масиви гірських порід за рахунок ваги споруд, збільшується навантаження вітрового тиску, особливо при висотній забудові. Останній чинник підсилюється також вібрацією споруди, яка виникає при сильному вітрі. Порівняння із розвитком зсувних явищ у районі с. Стайок та м. Вишгорода, де антропогенне навантаження майже відсутнє, свідчить про те, що вірогідність виникнення проблеми зсування Печерських схилів є дуже високою.
Зокрема, сигнали про активізацію процесів зсування вже звучать на лівому схилі у вильоті балки (рис. 8.), якою пролягає вулиця Струтинського (ця балка впадає справа у більшу балку, якою пролягає бульвар Дружби народів на відрізку від Печерського мосту до Дніпра). Тут будівництво великого цивільного об’єкту супроводжується існуванням упродовж тривалого часу великого відкритого котловану, що викликало просочування намоклих лесових порід, та літологічних відмін, що їх підстеляють, крізь частокіл бетонних паль глибокого закладення. Одночасно із просочуванням зазнав руху великий масив осадових порід і наразі ліквідація наслідків цього процесу є проблемною і вимагає значних зусиль. І тут треба особливо наголосити, що проблеми виникли ще на початковій стадії будівництва. Наскільки вони загостряться вже після його завершення та в ході експлуатації будівлі передбачити неможливо.

Рис. 8. Підпорна стінка котловану будівництва цивільної споруди по вул. Струтинського, крізь яку здійснюється суфозія лесових та інших порід, що викликає загальне зрушення масиву порід.
  Потенційно небезпечними щодо активізації процесів зсування є також райони Старокиївської гори, урочища Гончарі та Кожум'яки, Копиревого кінця, обох схилів Глибочицької балки, Щекавиці, Кирилівських висот  та ін.
   Прикладом того, як незначне статичне навантаження не здатне суттєво порушити рівновагу київських схилів є Михайлівська гора (Володимирська гірка). Тут давно не проводиться будівництво поблизу бровки дніпровського крутосхилу (окрім початку сумнозвісного проекту  будівництва комплексу державних та партійних споруд – будівлі нинішнього Міністерства закордонних справ України), тут – украй незначні можливості активної інфільтрації атмосферних опадів углиб осадової товщі, яка є ідеальною для розвитку процесів зсування. Зрізування значних мас гірських порід з метою облаштування будівельних майданчиків для спорудження пам’ятника Святому Володимиру та колишнього Музею Леніна проводилося швидко, що не призвело до інфільтрації значних мас атмосферних опадів. Подальше будівництво симетричної споруди до нинішнього Міністерства закордонних справ України відносно траси фунікулера, на щастя, не сталося, тому навантаження бровки схилу ближче до відомої альтанки Володимирської гірки не відбулося.
    Іншим прикладом є споруда «елітного» житлового будинку та навколишніх споруд, що прилягають до нього, у районі Паркової алеї. Цей будинок є не тільки є чужим елементом ландшафту старовинної частини Міста, не тільки «ріже» своїм силуетом лагідні обриси правого схилу долини Дніпра і виглядає страхітливим техногенним монстром на тлі барокових споруд Лаври, Видубицького монастиря, будинку Верховної Ради, Міністерства охорони здоров'я, але й створює небезпечне навантаження на і так нестійкий схил, як це трапилося з набагато меншими спорудами.
    Наразі, приклад ідеального вписування у рельєф численних споруд Києво-Печерської Лаври (рис. 9) і тривалий час їхнього існування без додаткового статичного навантаження навіть у складних геолого-геоморфологічних умовах цієї ділянки київських схилів не викликає відчутних зрушень масивів осадових порід, які служать підвалинами лаврських споруд.
 
Рис. 9. Ідеально вписані у рельєф споруди Києва-Печерської Лаври
Треба для порівняння зробити знімок зараз, але там якраз ремонтують міст.
Лавру, до речі, з лівого берега вже й не видно
   Підсумовуючи це стисле повідомлення, вбачаємо низку наступних причин активізації процесів зсування на території Києва та його північної та південної околиць.
1.    Значна складність рельєфу земної поверхні, що обумовлює контрасти висот, високу різницю потенціалів сили тяжіння і є вагомим чинником розвитку зсувних процесів. Так, відносні перевищення у межах міста сягають 100 м (Батийова гора, Печерськ, Звіринець), а врізання локальних форм – 80 м (Протасового яру, Кучминого яру, Кмитового яру, Божкового яру, Богуславського яру та ін.).
2.    Своєрідність геологічної будови, зокрема, рельєфоутворюючої частини, яка представлена ритмічним нашаруванням водотривких та водопроникних літологічних відмін різного складу і віку.
3.    Сприятливі для розвитку процесів зсування кліматичні умови, зокрема, значна кількість опадів і, особливо, збільшення кількості атмосферних опадів (на 10 - 15%) упродовж останніх десятиліть, що зумовлює збільшення інфільтрації в осадову товщу геологічного розрізу (таблиця).

4.    Часті і сильні повені (до спорудження Київського водосховища), які обумовлювали затоплення заплав і формування новітніх відкладів (наприклад, із часів Київської Русі поверхня Подолу нині за археологічними даними у деяких місцях розташована вище на 10 – 13 м, ніж сучасна).
5.    Надзвичайно висока міра господарського освоєння. Воно містить різні та дуже інтенсивні види інженерної діяльності:
а) цивільне та промислове будівництво зі значними обсягами вертикального планування, куди входять зрізування незручних для будівництва узвиш, виположування схилів та облаштування у їхніх межах терас, підвищення поверхонь шляхом намивання у межах лівобережної частини міста тощо. Зазначене призводить до перерозподілу механічних навантажень на геологічне середовище і змінює потенціал утворення зсувів.
б) постійне короткочасне порушення поверхневого стоку і поповнення підземного стоку котлованами, кар’єрами, поверхнями розчистки будівельних майданчиків, прокладанням траншей нових та ремонтом зношених підземних комунікацій, численні аварії на водогінних та каналізаційних мережах, катастрофічні аварії теплових трас тощо. Це призводить до значних локальних змін умов живлення перших від поверхні водоносних горизонтів.
в) створення ставків, каналів, що зумовлює розвиток процесів підтоплення у межах їхнього впливу, облагородження природних озер та проток Дніпра, облаштування набережних;
г) каналізація давніх малих річок. Поруч із локалізацією стоку по давніх руслах виникають місцеві зони розвантаження підземних вод.
д) ландшафтне будівництво паркових зон у місті та лісопаркових – на околицях.   
  Призводять до локального поліпшення інженерно-геологічних умов.
е) значні сучасні коливання рівня Дніпра у часи весняних повеней. Обумовлюють короткочасне підтоплення нижніх частин правого корінного схилу долини Дніпра у місцях відсутності облаштованих набережних.
є) близькість Київського та Канівського водосховищ, наявність Київської ГАЕС. Фільтрація з накопичувального басейну останньої збільшує вірогідність зсувних процесів у районі Вишгорода.
ж) стабілізація річища давньої р. Почайни та фрагментарна зміна річища Дніпра у 19 столітті.
з) інтенсивна забудова поверхонь межирічних ділянок, схилів та днищ давніх ярів та балок і відповідне збільшення гравітаційного навантаження земної поверхні та верхньої частини осадового комплексу.
6. Видобування питних підземних вод численними бюветами, спорудженими останніми роками для екологічно чистого водопостачання (127 бюветів станом на 1997 рік, 153 станом на 2002 рік, на сьогоднішній день на території міста споруджено 224 бювети).   Цей вид діяльності разом зі спорудженням інших підземних комунікацій (зокрема – метрополітену) призводить до формування депресій на земній поверхні та у покрівлі водоносних горизонтів.
     Зазначені положення вказують на необхідність знову повернутися до проблеми вияву і розвитку зсувних процесів на території Києва та його околиць, оскільки чинники формування зсувів набули нових якостей, зокрема, небаченої досі інтенсивності господарських заходів, збільшення кількості атмосферних опадів, інтенсивного відкачування підземних вод. Відсутнє також геоморфологічне районування території міста, результати якого можуть стати складником моделювання розвитку зсувних процесів та стати необхідною частиною моніторингу процесів.
Фото: Авторські
Джерело: Автори: Пазинич В.Г., В.В. Стецюк
Категорія: Статті українських науковців | Додав: wiktor (10.08.2011) W
Переглядів: 4830 | Теги: зсув, активізація, київ, Стецюк, Пазинич, антропогенний вплив | Рейтинг: 5.0/2
Матеріали по темі:
Всього коментарів: 0
avatar