WWW.KNIGA.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Онлайн материалы
 

«ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗРУШЕНИЯ БЕРЕГОВ, СЛОЖЕННЫХ МЕРЗЛЫМИ ДИСПЕРСНЫМИ ПОРОДАМИ, В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИХ СОСТАВА, СТРОЕНИЯ И СВОЙСТВ (НА ПРИМЕРЕ ЗАПАДНОГО ПОБЕРЕЖЬЯ БАЙД ...»

На правах рукописи

АЛЕКСЮТИНА ДАРЬЯ МАКСИМОВНА

ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗРУШЕНИЯ БЕРЕГОВ, СЛОЖЕННЫХ

МЕРЗЛЫМИ ДИСПЕРСНЫМИ ПОРОДАМИ, В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИХ

СОСТАВА, СТРОЕНИЯ И СВОЙСТВ (НА ПРИМЕРЕ ЗАПАДНОГО

ПОБЕРЕЖЬЯ БАЙДАРАЦКОЙ ГУБЫ)

Специальность 25.00.08 – инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва – 2016

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова» на кафедре геокриологии геологического факультета.

Научный руководитель:

кандидат геолого-минералогических наук, доцент Мотенко Римма Григорьевна

Научный консультант:

доктор геолого-минералогических наук Брушков Анатолий Викторович

Официальные оппоненты:

Разумов Сергей Олегович – доктор географических наук, главный научный сотрудник ФГБУН «Институт мерзлотоведения имени П.И. Мельникова» СО РАН Слагода Елена Адольфовна – доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник ФГБУН «Институт криосферы Земли» СО РАН



Ведущая организация:

ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии» («ВСЕГИНГЕО»)

Защита диссертации состоится 02 декабря 2016 г. в 14 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 501.001.30 при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, г. Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ, зона «А», геологический факультет, ауд. 415.

Автореферат размещен на интернет-сайтах геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова http://istina.msu.ru/dissertation_councils/councils/387326/ и Министерства образования и науки Российской Федерации www.vak.ed.gov.ru. C диссертацией можно ознакомиться в читальном зале отдела диссертаций Фундаментальной библиотеки МГУ имени М.В. Ломоносова (г. Москва, Ломоносовский проспект, 27, сектор «А», 8 этаж, к. 812) и на интернет-сайте геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова по адресу http://istina.msu.ru/dissertation_councils/councils/387326/.

Отзывы на автореферат в 2-х экз., заверенные печатью организации, просьба направлять по адресу: 119991, ГСП-1, г. Москва, Ленинские горы, МГУ имени М.В.

Ломоносова, геологический факультет, ученому секретарю диссертационного совета Д 501.001.30 Виктору Григорьевичу Чевереву.

Автореферат разослан «20» октября 2016 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.г.-м.н Чеверев В.Г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы На шельфе Арктического сектора сконцентрировано большое количество еще не использованных энергетических ресурсов, поэтому его исследование приобретает сейчас особое значение. Освоение северных территорий требует четкого учета изменчивости природной среды, вызванной как естественными факторами, так и техногенным воздействием. Без знания характеристик приповерхностных рыхлых отложений невозможно моделирование природной среды и прогнозирование криогенных процессов.

Исследования проводились в рамках международного проекта SAMCoT (Sustainable Arctic Marine and Coastal Technology), направленного на лучшее понимание особенностей природной среды и ее изменчивости при техногенном воздействии.

Комплексное изучение и исследование закономерностей развития процессов разрушения берега, а также выявление вклада различных факторов в развитие этих процессов позволит в дальнейшем использовать полученные данные для инженерно-хозяйственных целей, например, для составления геокриологических и инженерно-геологических прогнозов и расчетов, которые невозможно осуществить без знания входных параметров, характеризующих отложения.

Цель и задачи исследований Целью исследований было установление взаимосвязи между составом, строением и свойствами пород и особенностями разрушения берегов с развитыми на них криогенными процессами, на примере участка западного побережья Байдарацкой губы.

Для выполнения поставленной цели автором решались следующие задачи:

1. Охарактеризовать Байдарацкую губу с ее побережьями, основные береговые геокриологические процессы и их роль в разрушении берегов, основные факторы природной среды, влияющие на разрушение побережий Арктики, природные особенности региона исследований, и, в частности, геокриологические характеристики района работ.

2. Провести полевые работы в течение нескольких полевых сезонов (2012гг.), включающие: исследование природных особенностей района работ;

изучение состава, строения и свойств пород побережья; измерения температурного режима, глубины сезонного протаивания; оценку скорости и характера разрушения берегов, сложенных мерзлыми породами различного состава.

3. Провести лабораторные исследования отобранных в полевых условиях образцов, в частности: определить содержание органического вещества и легкорастворимых солей в отложениях; изучить фазовый состав влаги мерзлых пород в диапазоне отрицательных температур; исследовать гранулометрический состав пород; определить водно-физические, теплофизические и физико-механические свойства отобранных образцов и температуру начала замерзания.

4. Провести камеральную обработку полевых и лабораторных данных, установить закономерности изменения состава, строения и свойств пород выбранного участка побережья; исследовать скорости и особенности разрушения берегов за различные периоды времени, в том числе, на основе космических снимков разных лет.

5. Провести расчеты глубины сезонного протаивания пород и моделирование процесса отступания берега, связанного с термоденудацией, на основе имеющихся лабораторных и полевых данных; выявить влияние состава, строения и свойств пород на характер разрушения берегов; оценить диапазоны скоростей разрушения для данного региона.





Научная новизна работы Проведены комплексные исследования состава, строения и свойств дисперcных пород. Получены новые данные, оценены возможные диапазоны изменения исследуемых характеристик и выявлены закономерности изменения фазового состава влаги и теплофизических свойств в зависимости от влажности, плотности, температуры, засоленности и заторфованности, характерные для пород данного района. Получены закономерности изменения состава, строения и свойств талых и мерзлых пород по глубине и установлена связь всех исследуемых параметров.

Оценены скорости отступания изучаемого участка берега за различные промежутки времени; на основе имеющихся данных выделено несколько областей, характеризующихся различными скоростями и характером разрушения; показано влияние различных процессов, способствующих отступанию бровки террасы; оценено влияние высоты уступа на скорость разрушения берега.

Проведено моделирование и получены количественные характеристики, отражающие вероятные диапазоны изменения скоростей отступания бровки в зависимости от состава слагающих ее пород; выявлено влияние физических и теплофизических свойств отложений на величины отступания берегового обрыва при различной частоте удаления оттаявшего материала.

Защищаемые положения

1. Экспериментально установлены закономерности изменения состава, строения и свойств талых и мерзлых пород, выявлена связь всех исследуемых параметров между собой в пространстве и по глубине. По физическим и теплофизическим параметрам изученная территория имеет неоднородный характер, что оказывает влияние на неоднородность разрушения берега и скорость его отступания на различных участках.

2. Пространственная и временная изменчивость скорости разрушения берегов на различных участках определяется термокарстовыми, термоэрозионными и термоденудационными процессами, особенностями волнового воздействия, а также геологическими и геокриологическими особенностями пород, слагающими береговые уступы. В последние годы (2012гг.) скорость отступания на высоких берегах оказывается выше, чем на сниженных элементах рельефа, в то время как наблюдения за длительный период времени (2005-2012 гг.) показали аномально быстрые темпы смещения бровки на низких участках.

3. Скорость разрушения побережья за счет термоденудации зависит и определяется составом и теплофизическими свойствами пород, кроме того, наибольшее влияние на скорость отступания бровки оказывает режим удаления оттаявших отложений. В результате моделирования получены наиболее вероятные скорости отступания побережья, сложенного отложениями различного состава и свойств.

Практическое значение работы Выявленный широкий спектр характеристик талых и мерзлых пород может быть использован для прогнозных оценок свойств дисперсных отложений различного гранулометрического состава.

Полученные данные могут быть использованы для расчета и составления рекомендаций при проведении различных инженерно-геокриологических мероприятий по защите от дальнейшего разрушения берега, в случае ведения на изучаемой территории хозяйственной или какой-либо иной деятельности.

Результаты моделирования могут быть использованы при выполнении работ по выполаживанию склонов от моря к суше, например, при прокладке подземных трубопроводов или иных видов коммуникаций.

Апробация работы Основные результаты диссертационной работы изложены в 8 публикациях, из них 2 статьи из перечня ведущих рецензируемых научных журналов ВАК.

Полученные результаты были представлены на Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2013), 4-ой Европейской конференции по мерзлотоведению (Эвора, 2014), Региональной конференции Международного географического союза «География, культура и общество для будущего Земли» (Москва, 2015), Международной конференции «Вечная мерзлота в XXI веке: фундаментальные и прикладные исследования»

(Пущино, 2015), на 5-ой конференции геокриологов России «Геотехника в криолитозоне» (Москва, 2016). Кроме того, поскольку работа проводилась в рамках международного проекта SAMCOT (Sustainable Arctic Marine and Coastal Technology), результаты были доложены на 4 рабочих встречах в Норвегии.

Личный вклад автора Отбор образцов для лабораторных исследований, изучение температурного режима пород, состава, строения и свойств пород проводились автором в течение нескольких полевых сезонов на побережье Байдарацкой губы в составе экспедиций МГУ в рамках проекта SAMCOT. В ходе самостоятельной поездки (сентябрь 2013) определялась глубина сезонного протаивания. В полевых условиях автором при бурении исследовались концентрации порового раствора отложений, естественные влажности и плотности, а также проводилось изучение теплопроводности пород в естественных обнажениях.

В ходе лабораторных исследований выполнено около 1500 экспериментов по изучению физических, теплофизических свойств и фазового состава влаги, для части образцов (16 монолитов) определены физико-механические свойства.

Обработка всех полевых данных, включая данные DGPS-съемки и геодезического нивелирования поверхности, а также проведение моделирования в программе «Qfrost» выполнялось непосредственно автором.

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы. Содержание работы изложено на 127 страницах печатного текста, включая 9 таблиц, 57 рисунков, 3 приложения. Список литературы включает 127 источников отечественных и зарубежных авторов.

Благодарности Автор выражает искреннюю благодарность за постоянную и всестороннюю помощь, за ценные рекомендации и замечания научному руководителю – доценту, кандидату геолого-минералогических наук Мотенко Римме Григорьевне и научному консультанту – доктору геологоминералогических наук Брушкову Анатолию Викторовичу. Кроме того, хотелось бы отдельно поблагодарить доцента к.г.-м.н. Булдовича С.Н. за консультации и рекомендации по геокриологическим и инженерным вопросам, а также за помощь с привязкой снимков.

Автор выражает искреннюю благодарность своим родителям – Алексютину М.В. и Алексютиной Л.Ю., главным вдохновителям, по совместительству главным критикам.

Автор благодарит Кугубаева А.А. и Болотюка М.М. за всестроннюю помощь в выполнении экспериментальных исследований. За частичное определение физико-механических свойств пород – к.г.-м.н Царапова М.Н., к.г.-м.н Котова П.И., Семиколенову Л.Г., Шередеко Н.С.; степени засоленности и содержания органического вещества в образцах – Гречищеву Э.С., Иванова П.В.; за помощь в получении результатов по DGPS-съемке – геодезистов Старкова А. и Аманжурова Р.

Хотелось бы выразить искреннюю признательность всему коллективу кафедры геокриологии за помощь при написании работы, профессорам Роман Л.Т. и Комарову И.А., доцентам Лисициной О.М. и Гордеевой Г.И. – за ценные советы и замечания; старшим научным сотрудникам Кошурникову А.В., Исаеву В.С., Хилимонюк В.З. – за помощь при проведении полевых исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

–  –  –

Исследование Арктики, начатое несколько веков назад, включает три основных этапа, в течение которых происходило накопление огромного количества фактического материала.

Изучением берегов Арктики занималось множество отечественных и зарубежных исследователей, таких как Ф.Э. Арэ, Н.Г.Белова, А.В. Брушков, А.Н. Хименков, А.А. Васильев, М.Н. Григорьев, В.А. Дубровин, Э.Д. Ершов, Л.А. Жигарев, А.И. Кизяков, Л.Н. Крицук, В.В. Куницкий, М.О. Лейбман, А.И. Носков, С.А. Огородов, С.О. Разумов, Н.Н. Романовский, В.А Совершаев, В.И. Соломатин, В.Б. Спектор, В.Е. Тумской, Н.В. Ястреба и многие другие. В иностранной литературе данные по изучению берегов Арктических морей представлены К. Арпом, Р. Беком, П. Флинтом, Дж. Харпером, Р. Хартцем, К. Хинкелем, М. Хопкинсом, Дж. Хумом, Г. Джеймсом, Б. Джонесом, Дж. Джонгерсоном, М. Джонгерсоном, М.Макандером, Г. Маккарзи, Дж. Макеем, Д. Маурером, А.Моркиллои, Д.Пайер, Л. Шалком, Дж. Шмуцом, Ф. Урбан и другими.

К основным береговым геокриологическим процессам, развитым на побережьях арктических морей, относятся термоденудация, термокарст, термоэрозия, нивация и термоабразия. Невозможно выделить определенную роль каждого процесса в разрушении арктических побережий, поскольку они взаимодействуют между собой и провоцируют друг друга.

Основные факторы природной среды, влияющие на разрушение арктических берегов, можно разделить на несколько групп:

общеклиматические, гидродинамические, геоморфологические, геологические и криологические. Роль каждой группы при разрушении берегов достаточно велика. Все существующие факторы, влияющие на развитие береговой линии, можно разделить на два типа (уровня), сочетание которых определяет скорость разрушения берегов. К первой группе относятся ведущие (определяющие) причины, выводящие систему из равновесия и провоцирующие поиск системой стабилизации, такие, например, как повышение уровня моря, вызванное тектоническими и неотектоническими движениями или климатическим перераспределением и пр. Ко второй группе относятся более узконаправленные факторы, влияющие на скорость и особенности протекания процессов разрушения берегов, но не определяющие их, такие, как литологический состав отложений, льдистость, геоморфологические особенности и др.

Глава 2. Характеристика района исследований

В данной главе на основе полученных данных, а также с использованием фондовой и опубликованной литературы приведены региональные природные особенности и локальные геокриологические условия участка арктического побережья протяженностью около 3,6 км, расположенного между островами Левдиев и Торасавей Байдарацкой губы Карского моря (рис. 1).

Рис. 1. Территория исследований Для изучаемой территории характерны отрицательные среднегодовые температуры воздуха, большие скорости ветра, повышенные облачность и осадки. Байдарацкая губа полностью или частично покрыта льдом на протяжении большей части года, в среднем 300 дней [Природные условия..,1997].

Средняя годовая температура воздуха имеет отрицательные значения. По данным двух метеостанций, расположенных на разных берегах Байдарацкой губы, среднегодовая температура воздуха за три года (2012 – 2014 гг.) менялась в интервале от -3,9 до -7,9°С [http://en.tutiempo.net/ 23.06.2015].

Растительность представлена тундровыми сообществами, что связано с высокоширотным положением и суровостью климата. Господствуют моховые и мохово-лишайниковые тундры и сочетания их с другими типами тундр, кроме того, широко развиты гипново-травяные и лишайниково-сфагновые болота.

Изучаемая территория располагается на аккумулятивной равнине, по геоморфологическим особенностям разделенной на террасу, пойму (называемую в некоторых работах «лайдой») реки Нгарка-Тамбъяха и пляж.

Единственным водотоком является река (ручей) Нгарка-Тамбьяха, впадающая в Байдарацкую губу.

Террасы правого и левого берегов р. Нгарка-Тамбьяха имеют различные высотные отметки: в южной части (правый берег) исследуемой территории относительные высоты над уровнем губы не превышают 6 м, в северной части (левый берег) – достигают 17 м. Поверхность террасы достаточно неровная, наибольшее количество термокарстовых озер различной степени развития приурочено к поверхности поймы.

Исследуемый район относится к зоне сплошного распространения ММП, в пределах которой развиты подрусловые и подозерные талики, а по разрезу встречаются охлажденные породы и криопэги. Температура пород (на глубине 6,5 м) за период наблюдений в среднем составляла -4,0… -4,5°С. Мощность сезонно-талого слоя на поверхности террасы в среднем 0,5-0,6 м, а на склоне – от 0,4 до 0,75 м. Глубина сезонного протаивания в нижних частях склона и на пляже может превышать 2 м.

На изучаемой территории широко развиты склоновые процессы, морозобойное растрескивание и образование повторно-жильных льдов, криогенное пучение, солифлюкция, термоденудация, термокарст, термоэрозия и термоабразия (на узком участке берега), при таянии и после схода снега наблюдается высокая деструктивная способность нивальных процессов.

Изучением свойств рыхлых отложений, как арктического региона, так и криолитозоны занимались такие исследователи, как В.И. Аксенов, Ю.Б. Баду, А.В. Брушков, Г.И. Дубиков, Н.В. Иванова, И.А. Комаров, Р.Г. Мотенко, Е.Е. Подборный, Л.Т. Роман, И.В. Шейкин, А.Н. Хименков, В.Г. Чеверев, и др.

Анализ литературных данных показал, что породы и их свойства для изучаемого берега охарактеризованы точечно и фрагментарно, в большинстве случаев для пород известны лишь физические свойства, и зачастую механические и теплофизические свойства относятся к отложениям с больших глубин без детальных исследований верхней части разреза.

Глава 3. Экспериментальные исследования состава, строения и свойств мерзлых и оттаявших пород западного побережья Байдарацкой губы Проведены экспериментальные исследования состава, строения и свойств пород различными полевыми и лабораторными методами.

В рамках лабораторных работ определялись основные характеристики отложений, такие как дисперсность, влажность, пластичность, плотностные характеристики, степень засоленности и относительное содержание органического вещества.

Изучение основных характеристик пород осуществлялось с помощью ряда стандартных методов [ГОСТ 5180-84, ГОСТ 12536-79, ГОСТ 27753.2-88, ГОСТ Кроме того, проводились определения теплофизических 26213-91].

характеристик в талом и мерзлом состоянии, температуры начала замерзания, физико-механических свойств и фазового состава влаги мерзлых пород.

Теплофизические свойства талых и мерзлых пород включали исследования трех основных параметров: теплоемкости, коэффициентов теплои температуропроводности. В полевых условиях коэффициент теплопроводности пород в массиве определялся зондовым методом с помощью измерителя МИТ-1. Остальные определения теплофизических свойств проводились в лабораторных условиях в двукратной повторности.

Применялись метод регулярного режима I-ого рода [Методы…, 2004] и измеритель KD2 Pro. Температура начала замерзания определялась криоскопическим методом. Для исследования использовались те же образцы, что и для определений методом регулярного режима. Фазовый состав влаги мерзлых пород исследовался комбинацией двух методов (криоскопического и контактного), отработанной на кафедре геокриологии МГУ.

Исследования физико-механических свойств пород [ГОСТ 12248-2010] включали испытания мерзлого грунта методом шарикового штампа и методом компрессионного сжатия при оттаивании, на основе результатов которых были получены значения эквивалентного сцепления, сжимаемости и осадки при оттаивании для различных грунтов.

На основе проведенных исследований было выявлено, что состав пород варьирует от тяжелых пылеватых суглинков до песков средней крупности, но большая часть разреза террас представлена супесями пылеватыми и песчанистыми. Для всех рассматриваемых отложений характерно большое содержание крупных пылеватых частиц, преобладающих над другими фракциями.

Исследуемые породы характеризуются широким диапазоном основных физических свойств, сводная таблица по которым приведена ниже (табл.1).

–  –  –

от влажности, изменяется от 0 до -0,5°С. Для органических или органоминеральных отложений ее значения близки к 0°С.

Выявлены закономерности изменения фазового состава влаги в мерзлых исследуемых породах в зависимости от дисперсности, температуры, засоленности и заторфованности. С ростом дисперсности и понижением температуры влияние перечисленных факторов снижается.

Наибольшее количество незамерзшей воды выявлено в органических породах (рис.1Г), наименьшее – в песчаных (рис.1А). В области высоких температур Ww изменяется от нуля (в песках) до сотен процентов (в торфах), в области низких температур Ww колеблется от 0 до 33%.

Рис. 1. Зависимость содержания незамерзшей воды от температуры в мерзлых породах: А – пески, Б – супеси, В – суглинки, Г – торфы При среднегодовой температуре пород (-4°С) Ww в песках изменяется от 0,5 до 4,6%, в супесях – от 1,1 до 11,5%, в суглинках – от 4 до 15,2%, в торфах – от 13 до 40%. Для песчаных отложений заторфованность оказывает большое влияние на содержание незамерзшей воды, увеличивая ее количественное содержание в несколько раз. В тяжелых суглинках практически не наблюдается влияние заторфованности. Для засоленных пород при естественной температуре увеличение засоленности приводит к практически линейному увеличению содержания незамерзшей воды в песках до 6 раз, в супесях – от 1,6 до 6,5 раз; в суглинках – более 2 раз.

Сопоставление полученных данных с результатами проведенных ранее исследований пород данного района показало совпадение результатов для песков, а для супесей и суглинков выявленные диапазоны изменения Ww незначительно отличаются из-за меньшего количества исследуемых образцов.

Определение и последующий анализ результатов исследования теплофизических свойств пород показал, что наибольшие значения теплопроводности (рис. 2) и температуропроводности характерны для песчаных и супесчаных разностей, наименьшие – для органических и органоминеральных пород.

Рис. 2. Зависимости коэффициента теплопроводности пород от объемной влажности в мерзлом (А) и в талом (Б) состоянии: 1 – пески, 2 – супеси, 3 – суглинки, 4 – торфы Значения коэффициента теплопроводности мерзлых пород изменяются от 0,80 до 2,03 Вт/м·К в песках, в супесях – от 0,75 до 1,65 Вт/м·К, в суглинках – от 0,97 до 1,55 Вт/м·К, в торфах – от 0,8 до 1,3 Вт/м·К.

Наибольшие значения теплоемкости наблюдались в торфах и в заторфованных отложениях различной дисперсности. Удельная теплоемкость песков изменяется от 770 до 2400 Дж/кгК в талом состоянии и до 1500 Дж/кгК в мерзлом; в супесях Сth изменяется от 770 до 2900 Дж/кгК, Сf до 1620 Дж/кгК;

в суглинках Сth – от 840 до 3150 Дж/кгК, Сf до 1770 Дж/кгК.

Ввиду широкой изменчивости исследуемых пород данные по теплофизическим характеристикам были обобщены и выявлены закономерности их изменения в зависимости от дисперсности, влажности, засоленности и заторфованности. Влияние заторфованности на теплофизические свойства для талого и мерзлого состояний показало, что для заторфованных отложений значения теплоемкости на 8-15% выше, а коэффициента теплопроводности ниже на 15-20%.

На основе оценки влияния засоленности пород на их теплофизические характеристики было выявлено, что различия в значениях для засоленных и незасоленных разностей в талом состоянии практически отсутствуют.

Теплоемкость мерзлых засоленных образцов на 7-8% выше, чем аналогичных незасоленных; их теплопроводность – до 20% ниже, а коэффициент теплопроводности – на 35-50% ниже, чем у незасоленных пород.

Таким образом, в ходе экспериментальных исследований были получены закономерности изменения состава, строения и свойств талых и мерзлых пород.

Оценка изменчивости свойств пород в пространстве и по глубине выявила, что верхняя часть разреза низкой террасы сложена породами, вероятнее всего, аллювиального генезиса, а нижняя – морскими засоленными разностями.

Северо-западная часть низкой террасы с поверхности сложена более суглинистыми отложениями, юго-восточная – песчаными породами.

Глава 4. Скорости отступания и характер разрушения береговых уступов

Исследованием скорости разрушения берегов Байдарацкой губы занимались такие исследователи, как А.А. Васильев, Ю.Л. Шур, С.А. Огородов, Г.Д. Совершаев, В.И. Соломатин, Л.И. Вейсман, А.М. Камалов, В.Ю.

Бирюкова, А.С. Цвецинский, В.В Архипов, Л.Н. Крицук, В.А. Дубровин, Н.В.

Ястреба, Н.Г. Белова, А.И. Носков и др.

В проведенных автором исследованиях скорость отступания берега определялась двумя способами, включающими общие и более детальные наблюдения. В первом случае производилось определение смещения бровки террасы на основе дешифрирования космических фотоснимков (КФС) разных лет и данных DGPS (2013, 2014, 2015). Для более детальных исследований скоростей и характера разрушения клифа террасы на местности были проложены 11 профилей на низком и высоком берегу исследуемого побережья.

Геокриологические процессы имеют разномасштабный характер влияния на скорость разрушения берегов, что позволяет выделить несколько зон в плане: а) зона, подверженная термоденудации, скорость отступания бровки зависит в основном от локальных особенностей состава пород и их теплофизических свойств; б) зона с развитием многочисленных ПЖЛ, где отступание бровки постоянно, со скоростями разрушения до 4-5 м/год и определяется термоэрозией по ледяным жилам; в) зона, подверженная термокарсту, где постепенное отступание берега за счет термоденудации сменяется быстрым и скачкообразным изменением береговой линии за счет спуска термокарстовых озер, скорости достигают десятков метров в год.

Скорости отступания террасы характеризуются близкими значениями на одних геоморфологических уровнях, но варьируют в широких пределах для различных участков берега. За период 2012 – 2015 гг. скорость отступания берега для высокой террасы составила 2,2-4 м/год, поймы – 1,2-1,4 м/год, низкой террасы – 1,7-2,6 м/год.

Среднегодовая скорость разрушения в период 2005-2015 гг. превышает скорости разрушения за 2013-2015 гг., что говорит о замедлении темпов разрушения. Замедление темпов разрушения может также быть связано с площадными особенностями берега.

За десятилетний период гг.) наблюдалась обратная (2005-2015 зависимость отступания берегового уступа от его высоты (рис. 3).

Данная зависимость демонстрирует, что при долгосрочных наблюдениях максимальное разрушение берега характерно для участка поймы и низкой террасы. Подобная закономерность ранее была описана Е.Х. Оуэнсом [1980] и объяснялась большой льдистостью отложений, формирующих низкие береговые уступы, а также деятельностью моря. С другой стороны, данная зависимость может быть объяснена выравниванием изучаемого участка берега в плане, т.к. на снимке 2005 г. участок лайды и юго-восточная часть низкой террасы выступают в сторону моря, а на КФС 2012 г. берег имеет практически прямую линию.

Рис. 3. Разрушение берегового уступа в зависимости от его высоты на всей изучаемой территории за период времени 10 лет Характер и скорость разрушения берега на изучаемой территории изменяются в разные годы на разных участках, что связано с отдельными геокриологическими и геологическими особенностями пород, слагающими береговые склоны. В зависимости от состава, строения и свойств отложений побережья, воздействие деструктивных процессов приводит к формированию двух типов береговых склонов с разными скоростями отступания бровки.

Для всех исследованных профилей в пределах участка низкой террасы наблюдается сглаживание берегового склона, что может свидетельствовать о развитии термоденудационных процессов.

Глава 5. Оценка скорости разрушения берегов, сложенных мерзлыми дисперсными породами, на основе численного моделирования На основе математического моделирования в программе Qfrost с использованием физических и теплофизических характеристик, полученных в лабораторных условиях, а также климатических данных для территории исследований были получены возможные диапазоны скоростей отступания берега и оценено влияние состава и свойств отложений на процесс отступания.

На величину отступания берега сильное влияние оказывает режим удаления оттаявшего слоя породы. При увеличении частоты удаления от 15 дней до 2 дней скорость разрушения увеличивается для всех исследуемых отложений в 2,3-2,8 раз (рис. 4).

–  –  –

Наиболее вероятные скорости разрушения льдистых берегов характерны для случаев, когда оттаивание сопровождается последующим выносом материала. Для песчаных берегов отступание бровки за год составляет от 5 до 9,8 м; для супесчаных – от 3 до 7,3 м; для суглинистых – от 3,3 до 7 м.

Полученные при моделировании скорости отступания бровки превышают скорости разрушения, наблюдаемые при естественных условиях, что может быть связано с рядом причин. С одной стороны, при моделировании не учитывались некоторые тонкости условий теплообмена на поверхности оттаивающих пород. К тому же быстрое формирование ниши под дерном может приводить к частичному оползанию берега и временному перекрытию мерзлых пород, что защищает их от дальнейшего протаивания до момента «отрыва» дернины от общего слоя. Другим объяснением может являться, например, неучет обезвоживания при испарении, дренировании и т.п. для песчаных отложений в приповерхностной зоне, в результате которого они приобретают структурную прочность, удерживающую склон от оползания. Еще одной причиной, объясняющей завышенные значения моделируемых скоростей, может быть накопление оттаявшего материала в нижних частях склона, что приводит к его «временной» стабилизации до момента его подрезания деятельностью моря.

Полученную зависимость скорости отступания берега от частоты выноса материала можно использовать для любого режима (интервала) удаления. Кроме того, предложенная модель удаления оттаявшего слоя рыхлых пород может быть использована для расчетов при проведении земляных работ по выполаживанию берега при проектировании подводного перехода трубопроводов или иных коммуникаций через водные преграды с крутыми берегами.

На рис. 5 представлены графики зависимости скорости разрушения берега от влажности пород. Для всех исследуемых отложений эта зависимость имеет схожий вид.

Кроме того, была произведена количественная оценка влияния плотности, теплоемкости и коэффициента теплопроводности на скорость разрушения берега. Наибольшее влияние этих свойств наблюдается при увеличении частоты последовательного снятия оттаявшего грунта.

Рис. 5. Зависимость величины отступания берега за один год от влажности отложений при удалении оттаявшего слоя: 1 – каждые 2 дня, 2 –каждые 5 дней, 3 – каждые 15 дней, 4 – 105 дней (при однократном удалении оттаявшего слоя). А – весовая влажность; Б – объемная влажность

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Установление взаимосвязи между составом, строением и свойствами пород и особенностями разрушения берегов, с развитыми на них криогенными процессами позволило сделать следующие выводы:

Все существующие факторы, влияющие на развитие береговой 1.

линии, можно разделить на два порядка, однако, только их сочетание определяет наблюдаемую скорость разрушения. Факторы первого порядка относятся к ведущим (определяющим), они выводят систему из равновесия и провоцируют поиск системой стабилизации. На этом уровне к ним можно отнести неотектонические подвижки и глобальное изменение климата, вызывающие изменения в уровне моря или поверхности земли. Факторы следующего порядка отвечают за последующее преобразование системы, воздействуя уже более детально (узконаправленно), что сказывается на скорости и особенностях протекания процессов разрушения берегов, но не определяет их. Ко второй группе факторов относятся локальные особенности состава и свойств пород, геоморфологические особенности берега и др.

На основе экспериментальных исследований выявлены 2.

закономерности изменения состава, строения и свойств талых и мерзлых пород, установлена связь всех исследуемых параметров между собой, а также в пространстве и по глубине. Верхняя часть разреза террасы сложена заторфованными породами, вероятнее всего, аллювиального генезиса, а нижняя

– морскими засоленными. В разрезах преобладают супеси, при общей изменчивости пород от тяжелых суглинков до средних песков. В тяжелых суглинках практически не отмечается влияние заторфованности на содержание незамерзшей воды, а для песчаных отложений наблюдается увеличение ее количества в несколько раз. Для засоленных пород при естественной температуре увеличение засоленности приводит к практически линейному увеличению содержания незамерзшей воды в песках до 6 раз, в супесях – от 1,6 до 6,5 раз; в суглинках – более 2 раз. Влияние заторфованности на теплофизические свойства для талого и мерзлого состояний показало, что для заторфованных разностей значения теплоемкости на 8-15% выше, а коэффициента теплопроводности ниже на 15-20%. Различия в значениях теплофизических параметров для засоленных и незасоленных пород в талом состоянии практически отсутствуют. Для мерзлых - значения теплоемкости засоленных разностей выше на 7-8%, а теплопроводности ниже на 20%.

Процесс разрушения арктических побережий является очень 3.

сложным, с прямыми и обратными связями, и невозможно выделить отдельную роль каждого процесса в отступании берегов, поскольку процессы взаимодействуют между собой, стимулируя или затрудняя (замедляя) развитие друг друга. Можно выделить несколько участков различной протяженности вдоль берега с преобладанием того или иного процесса. В пределах каждого участка скорость и интенсивность разрушения бровки разные. В целом скорость отступания берега для высокой террасы составляет около 2,2 - 4 м/год, поймы – 1,2-1,4 м/год, низкой террасы – 1,7-2,6 м/год. Средняя скорость разрушения за период 2005 – 2015 гг. превышает скорости разрушения за 2013гг., что говорит о замедлении темпов разрушения.

На основе математического моделирования с использованием 4.

экспериментальных закономерностей изменения состава и свойств пород получены диапазоны скоростей отступания берега. Наиболее вероятные скорости отступания побережья, сложенного песками, изменяются от 5 до 9,8 м, для супесчаных берегов – от 3 до 7,3 м, для суглинистых – от 3,3 до 7 м.

Выявлено значительное влияние режима удаления оттаявшего материала на величину разрушения берега. При увеличении частоты удаления от 15 до 2 дней скорость разрушения увеличивается для всех исследуемых пород в 2,3-2,8 раз.

Неоднородность разрушения берегового уступа и скорость 5.

отступания его бровки определяется различными физическими и теплофизическими параметрами изученного участка берега. При увеличении влажности и теплоемкости отложений скорость разрушения берега понижается, поскольку, в данном случае, увеличивается количество тепла, идущее на оттаивание сильнольдистых пород. Повышение коэффициента теплопроводности и плотности пород, наоборот, способствуют повышению скорости разрушения берега, вследствие более интенсивного оттаивания слабольдистых пород.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В журналах, рекомендованных ВАК Алексютина, Д.М. Теплофизические свойства и фазовый состав 1.

влаги мерзлых грунтов Уральского берега Байдарацкой губы [Текст] / Д.М.

Алексютина, Р.Г. Мотенко // Инженерная геология. – 2013. – №3. – С. 36-43.

Алексютина, Д.М. Оценка влияния засоления и содержания 2.

органического вещества в мерзлых породах западного побережья Байдарацкой губы на их теплофизические свойства и фазовый состав влаги [Текст] / Д.М.

Алексютина, Р.Г. Мотенко // Вестн. Моск. ун-та. Сер.4. Геология – 2016. – №2 – С. 59-63.

Тезисы и доклады конференций Алексютина, Д.М. Экспериментальные исследования состава и 3.

свойств мерзлых грунтов Уральского берега Байдарацкой губы [Электронный ресурс] / Д.М. Алексютина // Материалы десятой международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов». –

М.:МГУ. – – Режим доступа:

2013. https://lomonosovmsu.ru/archive/Lomonosov_2013/2109/61583_e3ee.pdf (15.10.2015)

4. Aleksyutina, D. A first approximation of ground thermal regime and ground ice volume in Baydaratskaya Coast, Northern Russia: an integration of field, laboratory and remote sensing analysis [Текст] / D. Aleksyutina, E.Guegan // Book of Abstracts of EUCOP4 – 4th European Conference on Permafrost. – University of Lisbon and University of vora – 2014. – P. 273.

5. Aleksyutina, D.M. Experimental studies of frozen soil composition and properties, Baydara Bay coast [Текст] / D.M. Aleksyutina, R.G. Motenko // Book of Program and Abstracts of International conference «Permafrost in XXI century: basic and applied researches». – Pushchino. – 2015. – P. 50-51

6. Aleksyutina, D.M. The role of soils composition, structure and properties in formation of temperature regime and active layer thickness on west coast of Baydara bay [Текст] / D.M. Aleksyutina, R.G. Motenko // Book of abstracts of International Geographical Union Regional Conference « Geography, Culture and Society for Our Future Earth». – 2015. – P. 95 Алексютина, Д.М. Оценка скорости разрушения берегов сложенных 7.

ММП на основе численного моделирования (на примере побережья Байдарацкой губы) [Текст] / Д.М. Алексютина // Материалы Пятой конференции геокриологов России. – М.: Университетская книга. – 2016. – Т. 2.

– С. 5-11.

8. Aleksyutina, D. Dependences of retreat rate of the western coast of Baidara bay on Kara sea from lythology and height of coastal deposits [Электронный ресурс] / V. Isaev, S. Buldovich, A. Koshurnikov, R. Amangurov, D.

Aleksyutina, N. Onischenko, O. Podchasov, E. Grishakina, I. Sokolov, A. Usov // XI.

International Conference on Permafrost. – Potsdam. – 2016. – Режим доступа:

https://www.conftool.pro/icop2016/index.php?page=browseSessions&form_session= 134#paperID473 (20.08.2016)



Похожие работы:

«МИХНО Анастасия Олеговна ОСОБЕННОСТИ МИНЕРАЛОГИИ И ФЛЮИДНЫЙ РЕЖИМ ОБРАЗОВАНИЯ КАРБОНАТНО-СИЛИКАТНЫХ ПОРОД КОКЧЕТАВСКОГО МАССИВА 25.00.05 – минералогия, кристаллография АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геологоминералогических наук Новосибирск – 2015 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном...»

«КУХТИНОВ Павел Дмитриевич ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ ПОДСОЛЕВЫХ НИЖНЕПЕРМСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ ПРИКАСПИЙСКОЙ ВПАДИНЫ В СВЯЗИ С ПРОБЛЕМОЙ ПОИСКА СКОПЛЕНИЙ УГЛЕВОДОРОДОВ 25.00.01 – Общая и региональная геология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук Санкт-Петербург 2017 Ра...»

«Курганников Алексей Витальевич Социологический анализ управленческой мотивации в социальной деятельности 22.00.08 социология управления АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата социологических наук Сочи 2011 Диссертация выполнена на кафедре философии и социологии Сочинского государственного университета туризма и...»

«Литвяков Михаил Владимирович СОЦИАЛИЗАЦИЯ БЕЗНАДЗОРНЫХ ПОДРОСТКОВ В УСЛОВИЯХ ТРАНСФОРМАЦИИ РОССИЙСКОГО ОБЩЕСТВА Специальность 22.00.04 — "Социальная структура, социальные инстигуты и процессы" (социологические нау...»

«Греднева Татьяна Владимировна СОЦИАЛЬНО-ПОЛИТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ УПРАВЛЕНИЯ МУНИЦИПАЛЬНЫМ ОБРАЗОВАНИЕМ г. РЯЗАНЬ 22.00.04 – социальная структура, социальные институты и процессы Автореферат Диссертации на соискание учной степени кандидат...»

«Грачев Николай Дмитриевич Суверенность в контексте постнеклассической социальной философии 09.00.11 Социальная философия по философским наукам Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата философских наук Саратов – 2013 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО "Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевск...»

«ВАНИН Вадим Александрович ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ И ЭТАПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ЗОЛОТОРУДНОГО ПОЛЯ МУКОДЕК (СЕВЕРНОЕ ПРИБАЙКАЛЬЕ) Специальность 25.00.11 – геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени канд...»

«Хаёрова Юлия Геннадьевна ЖИЗНЕННОЕ ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ КАК ФАКТОР И ФОРМА САМОСОБИРАНИЯ ЧЕЛОВЕКА Специальность 09.00.11 – социальная философия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата философских наук Казань – 2008 Работа выполнена на кафедре общей философии философского факультета ГОУ ВПО "Казанский г...»

«Сколотнев Сергей Геннадьевич Регулярные и региональные вариации состава и строения океанической коры и структуры океанического дна Центральной, Экваториальной и Южной Атлантики Специальность: 25.00.03 – геотектоника и геодинамика Ав...»

«ЛОБАНОВА Елена Владимировна РАННЕЕ КАМЕРНО-ВОКАЛЬНОЕ ТВОРЧЕСТВО Н. МЯСКОВСКОГО И РУССКИЙ ПОЭТИЧЕСКИЙ СИМВОЛИЗМ 17.00.02 Музыкальное искусство АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата искусствоведения Москва – 2016 Работа выполнена в Российской академии музыки...»

«Морозов Владимир Петрович СЕДИМЕНТОГЕНЕЗ И ПОСТСЕДИМЕНТАЦИОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПАЛЕОЗОЙСКИХ КАРБОНАТНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ВОСТОКА ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОЙ ПЛАТФОРМЫ Специальность 25.00.06 – литология Автореферат диссертации на...»

«Виноградова Екатерина Алексеевна РОЛЬ СТРАТЕГИЧЕСКОЙ КОММУНИКАЦИИ ВО ВНЕШНЕЙ ПОЛИТИКЕ АЛБА (на примере отношений со странами ЕС) Специальность 23.00.04 "Политические проблемы международных отношений, глоба...»

«АЙДАМИРОВА ЗИНА ГЕЛАНИЕВНА ЛИТОЛОГО-ПАЛЕОГЕОГРАФИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ НЕФТЕГАЗОНОСНОСТИ ПОНТ-МЭОТИЧЕСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ СЕВЕРНОГО БОРТА ЗАПАДНО-КУБАНСКОГО ПРОГИБА Специальность: 25.00.12 – Геология, поиски и разведка нефтяных и газовых месторождений Автореферат...»

«МИХАЛЬЧУК АННА ВЛАДИМИРОВНА СОЦИАЛЬНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ НАСЕЛЕНИЯ В ТУРИСТСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ ХАБАРОВСКОГО КРАЯ (СОЦИОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ) 22.00.04 – Cоциальная структура, социальные институты и процессы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата социологических н...»

«ЕЛАГИНА Регина Хамитовна ОРИЕНТАЦИИ СТУДЕНЧЕСКОЙ МОЛОДЕЖИ БАШКОРТОСТАНА НА ТРУДОВУЮ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ В СФЕРЕ МАЛОГО И СРЕДНЕГО ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА: ЦЕННОСТНЫЙ АСПЕКТ Специальность 22.00.04 – социальная структура, социальные институты и процессы Автореферат диссертации на соискание учёной степени...»








 
2017 www.kniga.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.