Опасные и неблагоприятные природные явления их устойчивость и влияние на хозяйственную деятельность

Устойчивость инженерных сооружений и хозяйственной деятельности в значительной степени зависят от интенсивности и устойчивости природных процессов и явлений. Анализ природных процессов, влияющих на устойчивость инженерных сооружений - основа проектирования и выбора технологических вариантов строительства, а также нормальной и длительной эксплуатации хозяйственных объектов. Во многих случаях это определяет стоимостные и экологические характеристики проекта. Наибольшее влияние на устойчивость хозяйственной деятельности и сооружения оказывают опасные и неблагоприятные инженерно-геологические, гидрологические, климатические и погодные процессы и явления. Это могут быть землетрясения, сели, лавины, оползни, провалы, просадки, сдвиги земной поверхности, разливы рек, сильные ветри и вихри, эрозия и другие. Они протекают по разному как в пространстве, так и во времени: медленно и быстро, могут развиваться постепенно и проявляться неожиданно, бывают разной интенсивности, охватывают разные площади. Наиболее неблагоприятны и опасны, как правило, быстро и неожиданно развивающиеся и интенсивно протекающие процессы. Именно они чаще всего имеют катастрофические последствия. Трудная предсказуемость природного процесса или явления делает их более опасными.

Одни и те же процессы, протекающие на разных территориях, могут иметь разную степень опасности и протекать с разной интенсивностью. Например, эрозионные процессы на возвышенных равнинах или предгорьях из-за своей интенсивности могут иметь крайне неблагоприятные последствия для хозяйственной деятельности и инженерных сооружений, а на низменных равнинах быть для них практически незначимыми. ИГ исследованиями выявляют опасные для хозяйственной деятельности природные процессы и разрабатывают мероприятия снижающие ущербы от них и повышающие устойчивость к ним инженерных сооружений. Региональными исследованиями определяют зоны возможных проявлений неблагоприятных процессов. В особо опасных районах или зонах рекомендуется не размещать дорогостоящие крупные, жизненно важные и опасные инженерные объекты (типа АЭС или крупных химкомбинатов) и не увеличивать плотность населения. Если же строительство крайне необходимо, проводятся исследования с целью разработки защитных технологических и инженерно-географических мероприятий, снижающих риск неблагоприятных последствий развития таких процессов, либо смягчающих их.

Особо опасные и катастрофические природные явления.

Анализ и прогноз особо опасных и катастрофических природных явлений (ОКЯ) и процессов, а также разработка мероприятий снижающих ущербы от них — важнейшие составляющие инженерно-географических иследований. Выделяются эндогенные, экззогенные и антропогенно спровоцированные ОКЯ. В отдельную группу можно выделить антропогенные опасные явления и процессы.

К особо опасным природным ОКЯ относятся:

- эндогенные: землетрясение, вулканизм и их последствия;

- экзогенные: сели, лавины, наводнения, цунами, ураганы, оползни, провалы и проседание грунтов, обвалы, десные пожары и др.

Многие из перечисленных явлений связаны между собой, то есть могут сопровождать или провоцировать друг друга.

Землетрясения - резкие подземные удары и сопровождающие их колебания земной поверхности. Вызваны преимущественно тектоническими глубинными процессами, но могут быть спровоцированы и антропогенной деятельностью. Часто они сопровождаются тектоническими разрывами, смещениями блоков земной поверхности относительно друг друга, поднятиями и опусканиями. У землетрясений различают магнитуду, характеризующую амплитуду сейсмических волн, измеряемую по 12 бальной шкале Рихтера, и интенсивность землетрясений, оцениваемую по состоянию инженерных сооружений и реакции людей, исходя чаще из 12 бальной шкалы Меркали.

К настоящему времени составлены карты районирования Земного шара и СССР по сейсмической опасности (интенсивности и повторяемости землетрясений). Обычно зоны сильных землетрясений приурочены к современным геосинклинальным областям. В нашей стране зоны возможных сильных землетрясений приурочены к областям тихоокеанского и средиземноморского поясов и охватывают более 20 % ее территории. Размещение в них опасных и дорогостоящих промышленных объектов либо запрещено строительными нормами и правилами, либо требуют столь больших затрат, что может оказаться экономическим невыгодным.

Зоны проявления очень сильных землетрясений, относимых к категории катастрофических (> 8 баллов), в России и СНГ охватывают территории Камчатки, Курильских островов и Сахалина, Забайкалья, Памира, Закавказья. Зона сильных землетрясений (от 7 до 9 баллов) простирается широкой полосой от Камчатки и Сахалина, через Прибайкалье - Саяны, ТяньШань - Крым к Молдавии и Карпатам. Наиболее сильные землетрясения в этой зоне отмечены на территории СССР - это Ашхабадское (1948, 1968 гг.), Ташкентское (1968 г.), Дагестанское (1970 г), Армянское (1988 г). В этой полосе допускается только сейсмостойкое строительство. Центральные и западные районы России относятся к сейсмической зоне, где возможны землетрясения небольшой силы (до 4-5 баллов) Например, в Москве регистрировались землетрясения силой в 4 балла (в 1977 г. эпицентр такого землетрясения находился в Карпатоах).

Кроме чисто эндогенных землетрясений все чаще случаются антропогенно спровоцированные - наведенные землетрясе-

ния. Их причинами могут быть ядерные испытания, гидротехнические и другие крупные инженерные сооружения, водохранилища, взрывные работы и крупные обвалы, крупные подземные выработки, провоцирующие повышенные напряжения и их резкие разгрузки в земной коре. Так наблюдения в районах крупных водохранилищ: Нижнекамское при строительстве Татарской АЭС, Кабира (Африка, объем 150 куб.км), Гувер (США, объем 38,8 куб.км) и других зафиксировали после их заполнения землетрясения с магнитурой 4-6 баллов. Это следует учитывать при определении оценки сейсмостойкости проектируемых инженерных сооружений. Для особо опасных производств сейсмичность территории может быть лимитирующим фактором, сразу определяющим бессмысленность дальнейших затрат на инженерно-географические изыскания.

Вулканизм - совокупность процессов и явлений, связанных с извержением на земную поверхность магмы и других веществ (газов, пепла, вулканической пыли и т.д.). Обычно этот процесс сопровождается образованием вулканических гор, лавовых потоков и полей, кратеров, землетрясениями, образованием вулканических туфов, равнин, засыпанных вулканическим пеплом, вулканическими “бомбами”, грязевых потоков, селей, запылением и загазованием атмосферы, появлением гидротермальных источников и водоемов, уничтожением растительности и погребением почв. Для этих районов характерно снижение геотермической ступени с 33 м/град.С до 2-3 м/град.С. Вулканизм приурочен преимущественно к современным геосинклинальным областям. На территории России действующие вулканы находятся на Камчатке, Курилах, Сахалине. Всего же на земном шаре зафиксировано более 800 действующих вулканов.

В результате ИГ исследований в районах вулканизма обосновывают зонирование территории по опасности проявления вулканических и сопровождающих их процессов, проектируются инженерные сооружения, отклоняющие лавовые потоки от населенных пунктов и промышленных объектов, а также использование термальной энергии недр. В последнем случае возникают важные и интересные инженерно-географические задачи по предотвращению нежелательных последствий и оптимизации использования геотермальной энергии для хозяйственных нужд.

Наводнения - это сильное затопление обширной территории из-за подъема уровня вод в реках, озерах, в прибрежной части морей. Обычно они связаны с сильными дождями, активным таянием снегов весной и ледников в горах, сильными нагонными ветрами, штормами, приводящими к разрушению дамб и плотин на низких побережьях, прорывами плотин и завальных озер в горах. Наводнения чаще происходят в долинах рек, где затапливаются поймы, днищах озерных котловин, на низменных морских побережьях. Случающиеся наводнения на плоских водоразделах, обширных низменностях и предгорьях, обычно связанны с продолжительными ливневыми осадками.

Катастрофические наводнения характеризуются быстрым и высоким подъемом уровня воды, соответственно, большими скоростями, массой и разрушительной силой водотоков. Сильные разрушительные наводнения на территории России и СНГ регулярно случаются на юге Дальнего Востока, в июле - августе. Они обусловлены летними муссонами. Периодически катастрофические наводнения из-за быстрого таяния снега, при его большой мощности, могут случаться весной практически на всей территории России. Сильные наводнения сопровождаются затоплением сельскохозяйственных земель, уничтожением посевов, гибелью людей и скота, разрушением и затоплением скотных дворов, деревень, плотин, дамб, дорог, мостов, портовых сооружений и других коммуникаций, затоплением, разрушением и порчей оборудования промышленных предприятий, провоцированием на них аварий. Кроме того, наводнения, разрушая и размывая хранилища удобрений, отстойники вредних веществ, нефте- и мазутохранилища, способствуют загрязнению как прилегающих территорий, так и самих водоемов, большие ущербы могут быть связаны с размывами берегов, изменениями русел рек, размывом и сносом плодородного слоя почв, грязевыми наносами на сельхозугодьях, селитебных зонах и промышленных комплексах, заносами и разрушением водохранилищ.

Прогноз возможности и интенсивности наводнений на территории предполагаемого освоения прежде всего базируется на данных наблюдений ближайших гидрометеорологических станций и постов, а также на анализе морфологических характеристик рельефа. Случается, что ряды гидрометеорологических наблюдений за уровнями воды в водотоках бывают недостаточно представительными по времени, либо наблюдения вообще отсутствуют. Тогда значительную помощь может оказать анализ размещения существующих населенных пунктов и других инженерных сооружений. В некоторых случаях удается зафиксировать следы сильных наводнений по застрявшим в ветвях деревьев и кустарников или выброшенным на определенный уровень рельефа остаткам плавника и других наносов. Полезными могут оказаться и опросы местных жителей старшего поколения. Однако уровни воды в реках во время половодий могут катастрофически возрастать при больших вырубках лесов на водоразделах и склонах долин. Связано это с тем, что вода от быстро стаявшего снега на вырубках по еще мерзлой земле вся, не просачиваясь в землю, быстро скатывается в пойму и русло. В результате уровни половодий возрастают, а в летнюю межень падают. Кроме того при раннем и быстром сбросе воды с вырубленных водоразделов лед на реке не успевает подтаять. Оставаясь толстым, он поднимается, ломается на крупные толстые льдины, которые смещяясь по реке образуют заторы, особенно в узких местах и на поворотах долин. Соответственно резко возрастают пики половодий. В результате могут на короткое время затапливаться первые, а подтапливаться даже вторые террасы рек, где часто бавают размещены города, промзоны, мелкие поселения и фермы. Это наблюдается последнее десятилетие и на европейской, и на азиатской территориях России. Опасность таких наводнений возрастает и из-за более резкого подъема воды. Прогнозировать и индицировать их тоже труднее.

Анализ сложности и разнообразия ландшафтов речного бассейна позволяет прогнозировать характер наводнений. Если бассейн реки включает в себя относительно однообразные ландшафты, то есть является простым по структуре, он реагирует на экстремальное выпадение осадков достаточно быстро и резко. При сложной ландшафтной структуре водосборного бассейна, наводнения чаще растянуты во времени, а уровни их несколько ниже. Аналогично влияет и размер бассейна — на водотоках с малыми по площади водосборами подъем уровней воды происходит резче, чем на водотоках с большими водосборами. Влияют на характер наводнений и преобладающие уклоны на водосборах, и залесенность территорий, и состав слагающих пород.

Средства инженерной и ИГ защиты от экстремальных наводнений и неблагоприятных их последствий включают следующие мероприятия:

- неразмещение хозяйственных объектов, не связанных с регулированием стока в зонах возможного затопления;

- ИГ обоснование и само строительство плотин и водохранилищ, регулирующих сток рек;

- строительство дамб, каналов, защищающих территории от затоплений;

- облесение придолинных склонов и водоразделов;

- строительство дренажных коллекторных сетей, берегоукрепительные работы и др;

- прогноз и наблюдения за режимом таяния и развитием половодий и паводков, ликвидация ледяных и других заторов, организация помощи населению и его эвакуация из зоны затопления.

Геоэкологическое обоснование необходимо и при инженерном обустройстве хозяйственной деятельности в прибрежных районах морей и крупных озер в связи с эпизодическими сильными нагонными подъемами воды при ураганах, либо приливных волнах - цунами. Регулярно случаются нагонные наводнения при западных ветрах в С.- Петербурге. В 80-х годах нагонная волна, сопровождающая мощный циклон с ураганным ветром и ливнями, затапливала на о. Сахалин города Анива и Корсаков до вторых этажей каменных домов, разрушила многие деревянные постройки, замыла и размыла сельскохозяйственные посевы на больших площадях.

Приливные волны цунами могут двигаться со скоростью 50 -800 км/час. В прибрежной зоне они достигают высоты 30 и более метров, что влечет разрушение инженерных сооружений, попадающих в зону их воздействия. Кроме того, катастрофические цунами способны смывать пляжи, интенсивно перемещать отложения береговой зоны. Цунами и катастрофические нагонные волны характерины преимущественно для открытых в океан береговых линий и воронкообразных заливов. ИГ исследованиями определяют зоны возможного воздействия нагонных вод и рекомендуют не размещать здесь хозяйственные объекты, обосновывают другие защитные мероприятия (прогноз наводнений, способы и пути эвакуации населения, строительство дамб и т.д.).

Медленные тектонические опускания низменных побережий и климатически обусловленные многолетние колебания уровня крупных озерных водоемов тоже требуют постоянного контроля и прогнозирования зон подтопления. Это необходимо для обоснования строительства и реконструкции дамб, водоотводных каналов и других инженерных сооружений, обеспечивающих безопасность хозяйственной деятельности на подтапливаемых территориях. Такая ситуация складывается, в частности, в Голландии.

Климатически и гидрологически обусловленные многолетние колебания уровня озерных водоемов ставят задачи инженерно-географических исследований в несколько иной плоскости. Например, климатически обусловленный подъем уровня Каспийского моря, начавшийся в 80-х годах, сделал очень актуальными задачи защиты, существующих предприятий, сельхозугодий и поселений от подтопления и затопления. Причем требуется разработка системы дамб, обеспечивающих защиту как отдельных объектов, так и обширных освоенных участков всей береговой зоны. Стоимость этих сооружений весьма велика, поэтому их проектированию и строительству должны предшествовать хорошо обоснованные прогнозы подъема уровня моря (озера) и зон возможного затопления. Важно определить и временной период в течении которого подъем воды будет наблюдаться.

Основным методом прогнозирования естественно-климатических изменений уровня анализируемого водоема является палеогегорафическая реконструкция климатически обусловленных трансгрессий. На их основе экстраполируются данные современных наблюдений за уровнями моря или озера. Если же на климатическую составляющую изменения уровня водоема накладывается антропогенный фактор, то прогноз будет менее достоверным. Например, увеличение интенсивности и повторяемости экстремальных наводнений и затоплений при низких меженных уровнях воды в реках в связи с интенсивными вырубками лесов на водоразделах.

Лавины и сели - это неблагоприятные и опасные процессы, обычно наблюдаемые в горных районах. Последствия от них могут иметь катастрофический характер.

Сели - грязекаменные потоки, возникающие эпизодически в долинах горных рек и характеризующиеся резким кратковременным подъемом уровня воды. Водный поток становится селем, когда объемный вес грязе-каменной массы в нем достигает 1,1 - 1,2 т/м³. Их причинами могут быть выпадение ливневых осадков, интенсивное таяние снега и льда в горах, прорывы перемычек завальных и других горных озер. Обычно сели зарождаются в субальпийском или альпийском горных поясах. Предпосылками возникновения селей являются: наличие рыхлых склоновых отложений, повышенная увлажненность почво-грунтов, значительные уклоны. По составу сели бывают грязекаменными, грязевыми и водокаменными. Содержание твердого материала в них колеблется от 10 до 70%, а скорость движения - до 10 м/сек. Объемы выносимой (влекомой) массы селей может достигать тысяч и даже миллионов кубических метров. Обладая огромной разрушительной силой сели размывают и обрушивают берега, при резких поворотах долин и при сужении русел образуют заторы. После прорыва заторов образуется мощнейшая селевая волна и таких волн может быть несколько. Они сметают на своем пути мосты, здания, дороги, лес. Типичны сели для рек северного склона Главного Кавказского хребта, реже случаются на склонах Скалистого хребта (верховья р. Кубань, Б. и М. Зеленчук, Теберда, Аксаут, Маруха и др.).

Основными методами борьбы с ними являются: прогноз возможного их образования, закрепление почвенно-растительного покрова на склонах, строительство плотин и других селезащитных сооружений, снижающих разрушительную силу селевых потоков.

Лавины - возникают в горах при нарушении устойчивости снега на склонах в результате мощных снегопадов, интенсивного снеготаяния, дождей и перекристализации снежной толщи. Кроме самой массы низвергающегося снега, большой разрушающей силой обладает воздушная волна. Обычно лавины возникают на одних и тех же склонах, в определенных местах. Поэтому в зоне их влияния всегда можно найти следы их деятельности (“прочесы” на залесенных склонах, искривленные и согнутые деревья, завалы из них и камней). Основными защитными мероприятиями, предотвращающими ущербы от лавин, являются: индикация и прогнозирование лавиноопасных склонов и зон воздействия лавин, запрет на строительство в этих зонах хозяйственных объектов, запреты на вырубки и посадки лесов на лавиноопасных склонах, возведение противолавинных валов, обстрел лавиноопасных склонов.

Лесные пожары как опасное природное явление, их прогнозирование и предотвращение.

Лесной пожар, как опасное стихийное явление - это неуправляемое распространение горения леса на больших площадях.

Лесные пожары обычно начинаются с загорания напочвенного покрова - лесной подстилки, травы, опавших листьев и ветвей. Около 97% лесных пожаров возникает по вине людей. Случаи пожаров в результате удара молнии в дерево редки.

Различают два типа горения - пламенное и беспламенное. При пламенном горении большая часть тепла рассеивается в пространстве и лишь 2-8% тепла идет на подогрев горючего материала. При беспламенном горении (торфа, углей) на подогрев горючих материалов затрачивается 50% выделяющегося тепла. Это позволяет распространяться пожару даже при относительно высокой влажности горючих материалов.

Лесные пожары зависят от характера и состояния органических материалов. Быстрее распространяются пожары в рыхлом слое сухой подстилки с хорошим доступом кислорода воздуха. Зависит пожар и от состава древесных пород и от их возраста. Так в сосняках при наличии подроста хвойных пород пожар очень легко переходит на кроны деревьев и из низового превращается в верховой. В чистом спелом одновозрастном сосновом бору пожар распространяется по почвенному покрову, а в перестойных захламленных лесах он может распространяться как по низу, так и перекидываться по полуупавшим сухим деревьям на кроны.

Возникновение пожаров и их распространение зависит также от времени года и суток, а также направления и скорости ветров. Так против ветра пожар распространяется в 6-10 раз медленнее, чем по ветру. Во второй половине дня в несколько раз больше вероятность возникновения и скорость распространения пожаров, чем ночью или утром, когда выпадает роса и ниже температура воздуха.

Повреждения почв и растительности при разных видах пожаров.

При низовых беглых пожарах, характерных для весеннего времени, когда подсыхает лишь верхний напочвенный покров, сгорает преимущественно травяная ветошь, опад листьев и хвои, семена и самосев леса. Кроме того, повреждается, обгорает и выгорает кора нижних частей деревьев и обнаженных корней, хвойный подрост, курстарнички и подлесок в целом. При этом пожар обходит места с влажным покровом. Скорость распространения такого пожара может достигать 2-2,5 км/час.

При устойчивом низовом пожаре, характерном для более продолжительных сухих летних периодов, огонь заглубляется в лесную подстилку, гнилые пни и валежник. При этом преобладает беспламенное горение и огонь распространяется медленнее, но лесная подстилка прогорает почти до минеральной части (горизонт А₁ почв), сильно обгорает кора и корни у взрослых деревьев, уничтожается весь подрост и подлесок. В результате несколько лет наблюдается полное или значительное усыхание и отпад деревьев, а сама гарь превращается в очаг распространения стволовых вредителей.

Верховые пожары - это более поздние стадии развития низовых пожаров, когда огонь по ярусам и нижним ветвям леса перебрасывается на всю крону. Огонь распространяется сплошной стеной, либо при сильном ветре образует длинные языки пламени. В зависимости от скорости ветра огонь может распространяться со скоростью от 2 до 20 км/час. При этом сильно обгорают стволы и корни, напочвенный покров прогорает до минеральной части, деревья начинают вываливаться, уничтожается животное население.

Подземные пожары могут возникать и распространяются там, где мощность слоя торфа или подстилки достигает 20 см и более. Обычно они возникаю.т в торфянистых почвах и торфяниках после длительных периодов засухи. При горении над поверхностью почвы стелится дым, язычки пламени лишь иногда прорываются на поверхность. Торф и подстилка прогорают на всю глубину до минеральной части или до влажных слоев торфа. Корни деревьев сгорают и они вываливаются. Скорость распространения пожара небольшая - до 1 м/час, редко больше.

Подземные пожары делятся на слабые - глубина горения до 25 см, средние - до 50 см, сильные - при углублении горения более чем на 50 см. Ликвидировать горение в глубоких торфяниках трудно и оно может продолжаться месяцами, до наступления влажных периодов.

Наиболее распространены низовые пожары (80%), на верховые приходится 19-20% случаев, на подземные - менее 1%.

Специфические особенности имеют пожары в горных лесах. В безветренную погоду фронт пожара продвигается вверх по склону тем быстрее, чем круче склон. Вниз пожар распространяется очень медленно или вообще не идет, но возможно распространение новых очагов пожара от скатывающихся вниз горящих деревьев и головешек.

Пожароопасность разных лесов..При прочих равных наиболее пожароопасными являются леса вблизи населенных пунктов, зон отдыха, трасс железных и автодорог, районов лесозаготовок и промзон.

Чаще всего пожары начинаются с загорания лесных горючих материалов, относящихся к первой группе пожароопасности - мхов, лишайников, засохших трав, мелкого опада. Они наиболее быстро высыхают и легко горят даже после короткого сухого периода весной. К второй группе пожароопасности относятся подстилки и торфа. Их загорание типично во второй половины лета, после засушливых периодов. Лесные травы и кустарнички (брусника, черника, багульник) относятся к третьей группе пожароопасности. Самостоятельно гореть они не могут. Подрост и подлесок из хвойных пород усиливвает пожароопасность и горение, а из лиственных пород, наоборот, сдерживает. Захламленность лесов в сочетании с засухами сильно увеличивает пожароопасность и затрудняет тушение.

К наиболее пожароопасным относятся сосновые, кедровые и лиственничные, особенно сухие лишайниковые леса, а также заросли кедрового стланника.

В темнохвойных елово-пихтовых лесах пожароопасность возникает реже, но последствия пожаров для такого леса, из-за поверхностного расположения корней деревьев и тонкой коры, значительно хуже. Деревья усыхают здесь интенсивнее. В лиственных лесах пожары возникают еще реже и ущербы от них меньше.

На вырубках, гарях, рединах, лугах и низинных болотах с травяной растительностью, наиболее пожароопасный период из-за большого количества сухой прошлогодней травы - весна.

При классификации лесных участков по природной пожароопасности выделяют 5 классов (табл. 3.15). Наиболее пожароопасные леса относятся к 1 классу.

Таблица 3.15

Классификация лесов по пожароопасности (природная)

При лесоустроительных работах на основании такой классификации составляются карты пожароопасности и противопожарных мероприятий.

Определение пожароопасности по погодным условиям.

От погодных условий зависит влажность наиболее горимых материалов напочвенного покрова. Погодную пожароопасность периода определяют по комплексному показателю. Для его определения из температуры воздуха в 12 часов дня вычитают температуру точки росы при имеющейся на анализируемый период влажности воздуха. Полученную разность умножают на температуру воздуха. Эти произведения, начиная с последнего дня, когда выпало более 3 мм осадков, суммируют. По полученному комплексному показателю (индексу) определяют погодный класс пожароопасности (табл. 3.16).

Таблица 3.16.

Шкала погодной пожароопасности

Согласно этой шкале погодной пожароопасности В.Г.Нестерова, региональные и центральные органы гидрометеослужбы составляют для органов лесоохраны прогнозные карты пожароопасности.

В связи с ландшафтными особенностями регионов, влияющими на погодную пожароопасность, сейчас разработаны региональные шкалы пожароопасности для лесов разных природных зон ЕТС, Западной (табл. 3.17) и Средней Сибири, Забайкалья и Дальнего Востока.

В настоящее время вся территория России, в зависимости от наступления пожароопасных сезонов, разделена на пояса. Пожароопасные сезоны, в свою очередь, в зависимости от местных климатических и лесорастительных ландшафтных условий, делятся на пожароопасные периоды.

Таблица 3.17.

Индексы пожароопасности для лесов Западной Сибири

Однако леса горят не столько по природным зонам, сколько по конкретным ландшафтным выделам. Поэтому нужны мелкорегиональные и локальные их обследования и разработка противопожарных мероприятий. Они в себя включают:

1. Профилактические общие мероприятия.

а) Составление прогнозных карт пожарной опасности.

б) Разъяснительная работа с населением (СМИ, плакаты и др.).

в) Обоснование административных мер (запреты, правила пожаробезопасности, организация наблюдений и контроля, специальных стоянок, кострищ для отдыхающих, штрафы и др.).

2. Противопожарное обустройство территорий.

а) Составление плана противопожарных мероприятий с учетом карт пожароопасности лесов в регионе (дороги, противопожарные полосы и канавы).

б) Организация подъездов к наиболее пожароопасным местам для тушения пожаров, водозаборам.

в) Проектирование и создание противопожарных разрывов, канав и минерализованных полос в пожароопасных лесах.

г) Организация лесокультурных мероприятий по созданию лиственных опушек с двух сторон вдоль разрывов и лесополос шириной 50-60 м вдоль трасс железных и автомобильных дорог.

д) Прокладка канав по торфяникам и создание противопожарных водоемов.

е) Организация санитарных мероприятий по уборке захламленных лесов и лесосек.

ж) Создание противопожарных полос шириной по 6 м вдоль государственных лесополос по внешнему контуру.

Перечисленные мероприятия могут быть разработаны и обоснованы ИГ исследованиями.

Неблагоприятные и опасные природные явления.

Кроме рассмотренных выше, существует много других неблагоприятных и опасных природных процессов и явлений (НОЯ). Сферы их влияния, вероятность и опасность их последствий, при прочих равных, заметно меньше. В инженерно-географических исследованиях для обоснования конкретных проектов хозяйственной деятельности они тоже, как правило, находят свое отражение.

Эрозия. Естественная эрозия — это экзогенный процесс разрушения поверхностных пород водотоками и ветром — активными природными агентами, а также перенос их в виде рыхлых отложений на смежные терриории. В естестенных условиях этим процессы обычно идут относительно медлено. Особую же опастность представляют эрозионные процессы, ускоренные антропогенными нарушениями растительного покрова, либо изменениями базиса эрозии территории. Так скорость роста оврага на пашне может достигать нескольких метров в год. В данном случае эрозия переходит в разряд неблагоприятных и особо опасных процессов и явлений (НОЯ).

Водная эрозия. Главными природными факторами, определяющими водно-эрозионную опасность, являются относительные превышения в рельефе, уклоны (она начинает проявляться уже при уклонах более 1 градуса), длина склона, интенсивность или эрозионный потенциал дождевых осадков (ЭПО), мощность снежного покрова и интенсивность его таяния, тип поверхностных отложений и растительность.

Для инженерных сооружений и для сельского хозяйства наибольшую опасность представляет линейная, или овражная, эрозия. Для сельского хозяйства неблагоприятным фактором является и плоскостная эрозия, ведущая к смыву гумусового - самого плодородного слоя почвы. Плоскостная эрозия может оказывать негативное влияние и на эксплуатацию дорог, занося их мелкоземом.

В равнинных условиях наибольшая густота эрозионного овражно-балочного расчленения и интенсивность эрозионных процессов характерны для возвышенных равнин, перекрытых с поверхности легко размываемыми породами - лессами и лессовидными суглинками, со значительными относительными перепадами высот и уклонами поверхности. Особенно, если они находятся в зонах широколиственных лесов, лесостепи и степи, где в летний период характерны ливневые осадки, например, Приволжская и Среднерусская возвышенности, возвышенное Предкавказье. К тому же эти территории из-за благоприятности для земледелия почв и климата в первую очередь подверглись интенсивному сельскохозяйственному освоению. Основная овражно-балочная сеть на пахотных землях Восточно - Европейской равнины сформировалась в последние 200 - 300 лет. Одним из импульсов к ее активизации послужило стихийное мелкотоварное производство зерна малоземельными крестьянами в России, особенно после отмены крепостного права (1861 г.) и развития капитализма в его хищнической стадии накопления капитала. При урожайности в 3 - 4 раза ниже чем в Западной Европе, Россия наращивала экспорт зерна за счет сведения лесов и запахивания эрозионноопасных склонов (В.В.Докучаев, 1883 - 1892, 1994). Аналогичная ситуация сложилась в XIX веке и в США. Остроту экокризисов связанных с активной эрозией пахотных земель удалось снизить в США реформами Т.Рузвельта и В.Вильсона, а в России только после революции, путем реализации соответствующих Государственных программ и общественно-государственной собственности на землю.

Сомкнутая растительность снижает интенсивность механического воздействия падающих дождевых капель на почву. Дренируя корнями почвенный слой, она переводит значительную часть выпавшей влаги в подземный сток. Корни и подстилка сдерживают размыв и вынос мелкозема с поверхностным стоком. Часть выпавшей влаги задерживается на листьях и испаряется с них. Кроме того, замедляя интенсивность таяния снега, лесная растительность позволяет весной оттаять почве и опять же переводит часть стока под землю. Противоэрозионные лесополосы с густым подлеском шириной 10 - 30 м способны почти полностью переводить поверхностный сток пологих склонов в подземный. Смыв мелкозема с пашни без растительности во много раз (в десятки) превышает вынос мелкозема с участков под естественной растительностью. Коэффициент поверхностного стока в поле весной достигает 0,6-0,9, а в лесу всего 0,01-0,05.

Противоэрозионные водопоглощающие лесополосы обычно закладываются вдоль бровок долин и овражно-балочной сети. Одновременно они выполняют водоохранную функцию. Водопоглощающую и водорассеивающую функцию выполняют лесополосы вдоль линий водоразделов и участки леса в водосборных понижениях верховьев оврагов.

Ветровая эрозия (дефляция) более характерна для аридных безлесных районов с повышенными приземными скоростями ветров, разреженной травяной растительностью и сухостью почв. Антропогенно обусловленная дефляция характерна также для переосушенных обширных массивов торфяников и песков, лишенных растительности. В средней полосе ЕТС для песчаных и торфянистых почв дефляционно опасными считаются скорости ветра 5-7 м/сек.

На основании анализа распространения природных факторов, способствующих развитию эрозии, в настоящее время составлено много карт районирования разных территорий по опасности и особенностям проявления эрозионных процессов, а также типовым мероприятиям по борьбе с ней. Однако, учитывая, что эрозионные процессы локализованы относительно конкретных объектов, изучать из развитие необходимо под конкретный проект. В проекте противоэрозионные мероприятия должны быть увязаны в единую ландшафтно-агромелиоративную систему, включающую: — природно-технические элементы замедляющие, уменьшающие и рассеивающие поверхностный сток на водоразделах; — элементы и мероприятия предотвращающие дальнейшее развитие линейной эрозии в оврагах, балках и на склонах, защищающие реки от заноса мелкоземом.

Противоэрозионные мероприятия делят на такие группы:

— профилактические, которые делятся на мероприятия планировочные, позволяющие избегать эрозионно опасных участков, естественно регулирующие, защищающие, запрещающие (сохранение растительности на склонах, запреты и ограничесния на вырубки, особенно в теплый бесснежный период, на распашку вдоль склона или вообще склона, прокладку дорог, сохранение лесополос и др.);

— инженерно-технологические мероприятия, снижающие интенсивность эрозионных процессов (противоэрозионное размещение полос сельскохозяйственных культур поперек склона, с разным временем созревания и уборки, регулирование во времени технологического процесса сельскохозяйственных работ, укрепление склонов при строительстве посадками или решетками, мероприятия по оструктурированию почв, залужение склонов, их облесение, снегозадержание, спецметоды обработки почв и уборки урожая, внедрение в севообороты систем сложных многолетних трав, стационарных инженерно-технических мероприятий, приуроченных к территориям с активными эрозионными процессами и активным эрозионным формам рельефа (оврагам, балкам, склонам долин и т.д.). В эту группу входит противоэрозионные гидротехнические сооружения, регулирующие сток и размыв (дамбы, плотины, валы, террасы, перепады, пруды в оврагах и балках, укрепление их склонов с помощью посадок или специальных решеток, посадка противоэрозионных лесополос вдоль эрозионных форм (приречных, приовражных).

Пыльные бури и дефляция почв. Пыльные или черные бури тоже относятся к неблагоприятным, а в некоторых случаях и опасным природным явлениям. Связаны они с дефляцией (выдуванием) сухих почв сильными ветрами. Обычно случаются и интенсивно проявляются они в аридных - сухостепной, пустынной зонах, при наличии больших площадей с разреженной или уничтоженной при распахивании, либо стравленной и выбитой скотом растительностью.

Пыльные бури отмечаются в Северном Предкавказье, Калмыкии, Астраханской области, степных районах Западной и Восточной Сибири. В период освоения целинных земель часто случались в Казахстане.

Следствиями пыльных бурь является гибель посевов и снижение их урожаев, снижение плодородия почв и возникновение бесплодных бросовых земель, гибель скота. Иногда они засыпают инженерные сооружения, транспортные пути, каналы, быстрее изнашиваются механизмы, ухудшается санитарно-гигиеническая обстановка в селитебных, а особенно в промышленных зонах и др.

Факторами или условиями, способствующими возникновению пыльных бурь служат: — засушливость климата и сильные ветры; — дефляционно податливые почвы; — малолесье или безлесье; — сплошная распашка на больших площадях и выбивание скотом растительности при перевыпасах.

Пыльные бури возникают чаще в весенний период и начинаются при скорости ветра более 10 м/сек. В первую очередь выдуваются и выносятся на дальние растояния мелкие глинистые частички менее 0,1 мм и легкая органика, определяющие плодородие почв. Основную выдуваемую массу составляют частицы 0,1-1 мм (средний песок), передвигающиеся в виде поземки.

Заметное влияние на характер пыльных бурь оказывает рельеф местности через изменение скоростей ветра на наветренных и подветренных склонах. Выдуванию в первую очередь подвергаются вершины всхолмлений и водоразделы, наветренные склоны, а в депрессиях рельефа, наоборот, могут аккумулироваться наносы.

Важную роль в образовании пыльных бурь играет механический состав и агрегатная структура почвы. Интенсивнее выдуваются легкие по механическому составу, менее сцементированные почвы (песчаные, супесчаные). На участках с некарбонатными глиныстыми и суглинистыми почвами пыльные бури возникают значительно реже. Среднее положение занимают суглинистые карбонатные почвы. Общим свойством легко развеваемых почв является их бесструктурность и распыляемость, особенно если они распахиваются.

Влажность почвы также оказывает влияние на развеваемость почв. Поэтому в аридных районах и при отсутствии увлажняющего эффекта от лесных полос дефляция усиливается. То есть, свойства рельефа, почв, климата могут как усиливать, так и ослаблять процессы дефляции.

Растительность же всегда оказывает положительное, сдерживающее влияние на дефляцию и развитие пыльных бурь. Во всех дефляционно опасных районах в первую очередь развеиваются почвы, лишенные растительности. На участках с хорошо развитой растительностью пыльные бури не возникают. Следовательно, лучшим способом борьбы с пыльными бурями является заращивание развеиваемых участков или создание системы лесных полос. Развеивание сдерживает и густая высокая стерня.

Хорошим способом, сдерживающим развитие пыльных бурь, является расчленение дефляционно-податливых участков почв травяными, стерневыми или кустарниковыми посадками, размещаемыми поперек направлений преобладающих ветров, либо продуваемыми ажурными ветроломными полосами шириной 10-12 метров. Рекомендуемые расстояния между основными полезащитными, ветроломными лесополосами в равнинных условиях при средней дефляции составляют 200 - 300 м., при сильной — 100 - 200 м. Среднее возмущающее воздействие лесополосы на ветропоток в верх составляет 2,5 (1 - 4) ее высоты(Н). С подветренной стороны ветровая тень от лесополосы простирается на расстояние 20 - 50 Н, а с наветренной — до 5 - 8 ее высот. Соответственно расчитывают и оптимальное расстояние между лесополосами. Особенно сильное, ударное воздействие ветер оказывает на выпуклые перегибы рельефа, в том числе бровни склонов долин и вершины всхолмлений (табл. 3.13.). Поэтому они могут служить базовыми зелеными линиями отсчета и ориентации противодефляционных лесополос. Кроме того, лесополосы накапливая снег зимой и затеняя прилегающие участки полей летом повышают влажность почвы, а следовательно и противодефляционную их устойчивость.

Борьба с пыльными бурями ведется по трем направлениям:

— агротехническому, базирующемуся на различных технологиях обработки почв и противодефляционных севооборотах;

— полезащитному лесоразведению;

— организационно-хозяйственному, связанному с планировоч-ными землеустроительными работами, основанными на принципах адаптивного контурного земледелия с сохранением растительности на дефляционно-опасных участках.

В районах с сильной дефляцией вдоль лесополос, расположенных по направлению или под острым углом к преобладающим ветрам, а также при загущении поперечных лесополос, около них иногда формируются валы из рыхлых отложений высотой до !,5 - 2-х метров. В условиях равнинного рельефа это может нарушать естественный сток талых и ливневых вод с полей. В результате затапливаются поля, вымокают или размыватся сконцентрированными потоками посевы, развивается линейная водная эрозия.

В горных и равнинных районах с щебнистыми почвами при их распашке в результате дефляции из почв выдувается мелкозем и на поверхности остается одна щебенка. Это характерный признак опустынивания ландшафтов.

В песчаных пустынях и полупустынях, в южных степях, когда при перевыпасах стравливается и выбивается растительный покров, развеиваются приходят и в движение пески. Песчинки диаметром 0,5-1 мм скользят по поверхности или переносятся в виде поземки. Двигаясь, пески способны засыпать оазися, колодцы, отдельные строения и населенные пункты, дороги, поглащать сельскохозяйственные угодья, обнажать неглубоко заложенные в песке фундаменты инженерных сооружений. Особенно ярко этот процесс проявляется вокруг сельских населенных пунктов и кашар. Дефляция может активизироваться в районах стройплощадок, при прокладке дорог и трубопроводов. Это — наиболее яркое проявление процесса антропогенного опустанивания ландшафтов. Наилучший эффект в борьбе с таким неблагоприятным явлением дает сочетание инженерно-технических мероприятий, закрепляющих пески искусственными сооружениями или связывающими веществами, с биологическими — закрепляющими пески растительностью.

В аридных районах с глинистыми грунтами, с господством южных черноземов, каштановых и светлокаштановых почв, в комплексе с солонцеватыми их разностями и солонцами, дефляция верхнего, не засоленого слоя пахотных замель и стравленных, выбитых пастбищ ведет к выходу на поверхность или приближению к ней солонцового горизонта, увеличению площади солонцов. В результате солонцеватость ландшафтов возрастает как по площади, так и по интенсивности. Увеличение площади солонцов и засоленности ландшафтов с суглинистыми почво-грунтами — это тоже устойчивое проявление их опустынивания. Процесс этот уже фиксируется на ЕТС даже в типично степных сильно освоенных ландшафтах. Академик И. Шатилов отмечает появление солонцовых пятен даже на воронежских черноземах. Процесс же естественного промывания выходящих на поверхность солонцевых горизонтов, даже в степной зоне, идет на много медленнее (n 10^{2 - 3}), чем выдувание регуляно разрыхляемого скотом и пахотой надсолонцового горизонта (n 10^{0 - 1}).

Таким образом, ИГ анализ природных особенностей территорий позволяет прогнозировать развитие и характер проявления разных видов дефляции и другие НОЯ, а также намечать адекватные мероприятия по предотвращению или уменьшению их вреда для хозяйства.

Наиболее общими приемами предотвращения или уменьшения негативного влияния НОЯ на хозяйственные объекты и деятельность являются избегание или неразмещение в районах их активного проявления инженерных сооружений и разработка типовых защитных мероприятий для конкретных природных районов. Эти работы могут выполняться на базе уже существующих общенаучных карт физико-географического или ландшафтного районирования.