ПРОВЕДЕНИЕ ПЕСКОУКРЕПИТЕЛЬНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В УСЛОВИЯХ ПУСТЫНИ КАРАКУМ

Геоморфология и экзогенные процессы

УДК 336.748.14

С. К. Вейсов1, Г. О. Хамраев2

1К.г.н., ведущий научный сотрудник

2К.г.н., заведующий кафедрой гидрометеорологии

ПРОВЕДЕНИЕ ПЕСКОУКРЕПИТЕЛЬНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В УСЛОВИЯХ ПУСТЫНИ КАРАКУМ

Аннотация. В Туркменистане в рамках Постановления Президента Туркменистана Гурбангулы Берды-мухамедова «О строительстве и реконструкции автомобильных дорог в Туркменистане» от 21 мая 2007 года для закрепления подвижных песков были проведены комплексные научные исследования вдоль трассы автомобильных дорог, в том числе и автомобильной дороги Ашхабад - Дашогуз. Рекомендованы и использованы наиболее эффективные методы пескоукрепительных мероприятий для условий Центральных и Заунгузских Каракумов. Предложены различные сочетания типов механических защит в комплексе с фитомелиорацией, то есть с одновременным посевом и посадкой растений-пескоукрепителей. На некоторых участках дороги было рекомендовано использовать такырную глину для закрепления раздуваемых (в том числе и спланированных) песчаных поверхностей. Все перечисленные методы позволили существенно снизить возникновение дефляционных процессов вдоль автомобильной дороги Ашхабад - Дашогуз.

Ключевые слова: песчаные заносы, пескозащитные мероприятия, растения-пескоукрепители, Каракумы.

В рамках Постановления Президента Туркменистана Гурбангулы Бердымухаммедова в короткий срок были проведены комплексные научные исследования вдоль трассы автомобильных дорог Туркменбаши - Фараб и Ашхабад - Дашогуз для проведения пескоукрепительных мероприятий, так как недостаточный учет и недооценка природной структуры пустынных ландшафтов могут привести к возникновению активных песчаных заносов. Основной целью нашей работы было:

проведение комплексных исследований ландшафтно-экологических условий вдоль трасс автомобильных дорог со строгим учетом объемов планировочных работ на песчаном рельефе;

разработка прогнозных данных ветрового режима исследуемой территории и подсчет возможных объемов переноса песка в течение года;

разработка конкретных научно обоснованных природоохранных рекомендаций и методов защит от дефляционных процессов по каждому отдельному участку автомобильных дорог.

В целях эффективного выполнения этой работы была применена усовершенствованная методология научно-исследовательских работ (НИР) проведения пескоукрепительных мероприятий при строительстве линейных инженерных объектов в пустынных условиях Туркменистана. Кроме того, учитывалось влияние изменения климата, что заметно усилило интенсивность опустынивания, в том числе и дефляционных процессов, при которых образуются техногенные эоловые формы [7]. Для более детального и объективного анализа весь объем НИР был разделен на последовательно и логически связанных между собой пять основных этапов. В качестве примера мы остановились на разработке рекомендаций для автомобильной дороги Ашхабад - Дашогуз.

На первом этапе был проведен комплексный камеральный анализ дефляционных условий вдоль автомобильной дороги, которая пересекает исследуемую территорию Каракумов с юга на

север, а ее длина составляет около 670 км. Кроме того, обработаны многолетние данные по ветру (10 лет) по метеостанциям: «Бокурдак», «Каррыкуль», «Дашогуз», «Ербент», «Дарваза» и «Шах-сенем», которые находятся непосредственно по трассе дороги. Проведен анализ ветрового режима, составлены графики теплого и холодного ветровых сезонов, разработаны прогнозные данные возможного объема переноса песка по основным направлениям господствующих ветров в м3/м в год, которые могут возникнуть при нивелировке песчаного рельефа [3, 4].

Второй этап охватил полный цикл полевых работ, который составил двухмесячный период. Определены скорости возможного передвижения барханов (путем установки реперов с записью в журнале наблюдений места и даты установки репера и высоты бархана). Более того, были проведены профильные и плановые съемки по основным элементам эолового рельефа вдоль трассы дороги. Там же отбирались образцы песка для механического анализа с целью определения господствующей фракции, степени окатанности и крупности песчаных зерен. Кроме того, именно в полевой период собраны материалы по инженерно-геоморфологическому обоснованию проведения пескоукрепительных работ.

Рассмотрим конкретные инженерно-геоморфологические условия участков автомобильной дороги, которая пересекает Ахалский и Дашогузский велаяты.

В южной и центральной части Центральных Каракумов, где проходит трасса автомобильной дороги Ашхабад - Дашогуз, встречаются разнообразные формы эолового рельефа. Наиболее типичными для района исследований являются грядовые, грядово-бугристые, грядово-ячеистые, бугристые, ячеистые, барханные пески, а также такыры, солончаки и их комплексы.

Одна из основных форм рельефа - грядовые пески, занимающие значительные площади по трассе автомобильной дороги. Протяженность наиболее крупных гряд достигает 8-10 км при их максимальной относительной высоте 10-20 м и ширине 500-600 м. Ширина межгрядовых понижений колеблется в пределах десятков и первых сотен метров, иногда до 2-3 км, а их днища нередко заняты обширными такырами.

По высоте грядовые пески делятся на мелкогрядовые (до 3 м), среднегрядовые (до 6 м), крупногрядовые (до 8 м) и высокогрядовые (до 10 м и более). Встречаются также широкие и весьма протяженные песчаные гряды (20-30 км). Очень мелкие, так называемые перистые песчаные гряды развиты на всей территории. Эти гряды имеют, как правило, небольшую протяженность (до 15 км) и незначительные относительные высоты порядка 2-3 м. Для них характерно линейное, часто взаимно параллельное расположение [2].

Грядово-бугристые пески также широко представлены в районе исследований. В этом комплексе бугристые пески являются осложняющими формами рельефа. Бугры приурочены главным образом к пологим восточным склонам и межгрядовым понижениям и являются по отношению к грядам вторичными образованиями. Относительная высота бугров колеблется от 1-2 до 3-4 м, а гряды имеют высоту 6-12 м. В целом грядово-бугристые пески хорошо закреплены растительностью.

Особенность грядово-ячеистых песков заключается в широком сочетании ячеистых форм с отдельными грядами, ориентированными почти меридионально с севера на юг, а местами с северо-востока на юго-запад. Границы, разделяющие ячеистые пески и грядовые, не четкие. Длина гряд достигает 7-8 км, высота - от 5-7 до 20 м, а ширина - 120-280 м.

Подвижные и полуподвижные барханные пески на территории размещены неравномерно. Они встречаются небольшими пятнами и крупными массивами. Мощность эоловой толщи, не подвергающейся постоянному воздействию антропогенного фактора, достигает 5-7 м.

Наиболее крупные массивы барханных песков встречаются вокруг колодцев и такыров, которые круглогодично используются для водопоя и занимают площади до нескольких сотен гектаров. Мощность эоловой толщи увеличивается до 10-15 м и местами до 20-30 м.

Барханные пески подразделяются на несколько форм: одиночные барханы, барханные цепи, барханные поля, барханные гряды. На поверхности всех подвижных песков образуется ветровая рябь, всегда перпендикулярная направлению действующих ветров. Ориентировка барханных цепей в Центральных Каракумах почти везде меридиональная. Местами они отклоняются на запад и восток на 5-20°. Их общая мощность колеблется от 1 до 30 м. Ширина цепей варьирует от 10-15 до

200-300 м. Длина цепей может достигать нескольких километров. Расстояние между цепями меняется в зависимости от мощности подвижного субстрата в пределах десятков метров [6].

Пески, расположенные между Ербентом и Дарвазой, очень схожи по морфологии с предыдущим районом, потому что имеют единый генезис и похожие условия формирования. Здесь выделяются следующие типы рельефа: грядовый, ячеистый и их комплексы, а также барханные пески вокруг населенных пунктов.

Барханные пески распределяются по территории крайне неравномерно. Они разбросаны небольшими пятнами и крупными массивами. Наиболее крупные массивы располагаются вокруг населенных пунктов и колодцев. Площади подвижных песков достигают нескольких десятков гектаров. Мощность эоловых песков составляет до 10-15 м.

Грядовый рельеф представлен крупногрядовыми и крупногрядово-котловинными песками. Они ориентированы в основном с северо-востока на юго-запад. Северо-западные склоны их пологие, расчлененные язвами выдувания, юго-восточные склоны крутые, хорошо задернованы. Вершины грядового рельефа обарханены. Межгрядовые понижения хорошо задернованы.

Ячеистый рельеф также формируется мелкими и средними ячеями. Диаметр ячей от 60 до 100 м. Иногда встречаются небольшие такыры. Их особенностью является малая мощность эолового наноса. Кроме того, встречаются сочетания обоих типов рельефа - ячеистого и грядового с преобладанием второго типа.

Грядово-ячеистый комплекс является сочетанием грядового и ячеистого рельефа. Здесь тоже выделяются мелкогрядово-мелкоячеистые пески. Диаметр ячей - менее 50 м, глубина -более 2 м, а ширина перемычек между ними достигает 100-150 м. Повсеместно встречаются асимметричные гряды, имеющие меридиональную ориентированность.

В среднегрядово-среднеячеистых песках диаметр ячей достигает 100 м. Ячеи несколько вытянуты в северо-западном направлении. Высота гряд до 15 м, вершины обарханены. В понижениях идут сильные процессы дефляции.

В процессе строительства все существующие виды рельефа преобразуются в техногенный рельеф. Техногенный рельеф преимущественно выровненный, слегка пологоволнистый за счет углублений (места выдуваний) и песчаных плащей (места аккумуляций). Имеются редкие одиночные барханы, как правило, образованные из песчаных отвалов.

Техногенный рельеф в виде горизонтальных площадок, созданных путем планировки исходного эолового рельефа по среднему профилю, под воздействием эоловых процессов начинает видоизменяться [1]. В нем вырабатываются котловины, понижения, формируются бугры и даже барханы. При этом происходит восстановление рельефа, но в оголенном варианте: там, где до планировки была гряда или бугор, образуется положительная форма рельефа в виде бархана или вала, а там, где была котловина или межгрядовое понижение, - котловины или ложбины. Таким образом приводится в равновесие система исходного рыхлопесчаного грунта и режима ветров, сложившегося на данной территории.

Насыпи в межгрядовых понижениях выдуваются, все траншеи и котловины засыпаются, то есть сформировавшаяся и незафиксированная поверхность техногенного рельефа подвергается раздуванию и выдуванию песка.

Песчаные заносы на автомобильных дорогах условно можно подразделить на языковые, сплошные и их сочетания (рисунок 1). Кроме того, в период строительства и реконструкции автомобильных дорог происходит интенсивное раздувание насыпи и дорожного полотна, особенно на массивах барханных песков.

Мы рекомендовали в качестве защитных методов использовать различные сочетания типов механических защит в комплексе с посевом и посадкой растений-пескоукрепителей. Однако подобные защиты рассматриваются как временные (срок 2-3 года), поэтому рекомендуются только в комплексе с фитомелиорацией. Для указанных целей обычно используются клеточные и многорядные полускрытые механические защиты. Клеточные защиты на участках автомобильной дороги Бахардок-Дарваза были применены только на барханных песках, то есть закреплялись их склоны до вершин. Ширина закрепляемой зоны колебалась от 10 до 500 м с наветренной стороны и вдвое меньше - с подветренной. В межклеточное пространство следует дополнительно засыпать глину (толщина слоя 2-3 см). Размеры клеток в зависимости от ветрового режима были 2х2 м. Расстояние

Рисунок 1 - Языковые песчаные заносы на автомобильной дороге

между рядовыми защитами (из камыша) выбирались в зависимости от скорости ветра и крутизны склонов барханов. Так, при скорости ветра, не превышающей 17-20 м/с, и крутизне склонов 5, 10, 15° на наветренных склонах расстояние будет соответственно составлять 4, 3 и 2 м. Если скорость ветра при соответствующих условиях превышает 20 м/с, то расстояние должно составить 3, 2 и 1 м. В конце января были проведены посев или посадка растений-пескоукрепителей, так как к этому времени барханы приобрели устойчивый профиль и в песке накопилось достаточное количество влаги для прорастания саженцев [5].

Учитывая поступательно-колебательное движение барханных форм по трассе автомобильной дороги Бахардок-Дарваза, мы рекомендовали от вершины форм и далее (барханы, которые не примыкают непосредственно к оси дороги) устанавливать полускрытые механические защиты, то есть ряды из камыша. Они представляли собой систему из параллельных рядов с расстоянием между ними 2 м. Выбранные защиты наиболее удобны в местах, где еще сохранилась местная растительность, так как посадка новых растений между рядами, ближе к наветренной стороне, приведет к полному прекращению выноса и переноса песка.

На барханных песках мы не рекомендовали располагать участки автодороги в понижениях между барханными цепями. Так как при планировке они сохраняют тенденцию к восстановлению первоначальной формы и высоты, то это неминуемо приведет к засыпанию дороги. Наиболее оптимальный вариант - по возможности сохранить высокое положение автодороги, а в ряде случаев ее следует устраивать на одном уровне с эоловыми формами окружающего рельефа. Однако если пески хорошо заросшие, тогда автодорогу можно расположить в межгрядовом понижении без опасения возникновения песчаных заносов. Было рекомендовано устраивать откосы дороги 1:5 или 1:4, но не круче 1:4. На ее откосах необходимо провести глинование путем отсыпки глины слоем 3-5 см с последующим опрыскиванием водой 1,5-2,0 л/м2. Операция опрыскивания необходима для предотвращения выдувания ветром сухих пылеватых частиц глины за счет создания нераз-дуваемой корочки. При закреплении откосов дороги можно использовать при необходимости и отработанные минеральные масла в количестве 2-3 л/м2. В местах прогнозируемого интенсивного переноса песка нами было рекомендовано создавать условия для безаккумуляционного переноса песка ветром через автомобильную дорогу, то есть без его отложения на проезжей части. Нельзя устанавливать клеточные или рядовые механические защиты из камыша вплотную к автомобильной дороге. Расстояние защит от оси дороги должно быть не менее 30-40 м, так как близкое расположение механических защит, которые являются прекрасными накопителями песка, может создать угрозу заносов песком проезжей части дороги. Было рекомендовано подвижные эоловые

Рисунок 2 - Полная блокировка подвижных барханов клеточными защитами

формы, расположенные вблизи дороги, полностью блокировать методом установки клеточных или рядовых механических защит по всей площади эоловых форм (рисунок 2). При этом ряды должны быть обязательно ориентированы перпендикулярно к направлению господствующих ветров.

Там, где почвенные и лесорастительные условия закрепления раздуваемых ветром песчаных поверхностей наиболее благоприятны, рекомендуем применить методы фитомелиорации: подсев семян или посадку саженцев псаммофитов - именно саженцев с хорошо развитой корневой системой.

Наиболее положительной стороной фитомелиорации является ее комплексность, то есть она может быть проведена одновременно, комбинированно с другими методами: механическими защитами, сыпучими и вяжущим материалами.

Приживаемость растений пескоукрепителей на закрепленных участках во многом зависит от их видового состава, срока посадки, качества посадочного материала и степени нарушенности поверхности. Наилучшая приживаемость выявлена при использовании черенков и сеянцев кандыма (60-80%), достаточно высокая - у сеянцев черкеза (50-55%), а наименьшая - у саксаула белого (30-35%). Опытами доказано, что на участках, где вынос и аккумуляция сведены к минимуму, сохраняется 90% высаженных растений, а на незакрепленных участках гибель растений составляет почти 100%.

Посадка лиственных пород на окраине орошаемых земель и в местах близкого залегания грунтовых вод будет способствовать снижению уровня грунтовых вод, а установка механических защит с последующим посевом и посадкой древесно-кустарниковых растений приведут к уменьшению ветровой эрозии.

Следует заметить, что увеличение кустарниковой растительности вдоль трассы автомобильной дороги окажет благоприятное влияние на увеличение биоразнообразия. Приведенная усовершенствованная методология научно-исследовательских работ позволила нам в короткие сроки провести полное обследование автомобильной дороги Ашхабад-Каракумы-Дашогуз и разработать конкретные и эффективные меры для каждого отдельного участка дороги по защите ее от песчаных заносов и выдувания (рисунок 3).

Анализ наших лабораторных опытов по взаимодействию песка с глиной показывает, что сущность их связывания заключается в образовании на поверхности песка глинистой корки, прочность которой зависит от степени сцепления между собой глинистых частиц с поверхностью песка. Местная глина с такыров наиболее удобна для бронирования (отсыпки) раздуваемой поверхности песка слоем до 5 см. Подобный способ способствует осуществлению безаккумуляционного переноса песка. По краям «брони» желательно устраивать «замок» путем заливки фиксирующего состава, что предохраняет края «брони» от разрушения.

Рисунок 3 - Прорастающая растительность на механических защитах

Мы предложили использовать такырную глину и для закрепления раздуваемых (в том числе и спланированных) песчаных поверхностей. Суть способа закрепления заключается в наброске сухой такырной глины слоем 2-3 см с последующим опрыскиванием ее водой 2,5-3,0 л/м2. Расход глины при сплошном покрытии - 200-300 м3 на 1 га. Если закрепляемая поверхность имеет вид полосы (вдоль дороги) шириной 50 м, тогда при том же расходе глины можно закрепить 100 м, то есть один пикет (с обеих сторон дороги).

Кроме того, линейным эксплуатационным участкам (ЛЭУ) было рекомендовано разработать и осуществлять текущий и капитальный ремонт клеточных защит и проводить дополнительный посев растений пескоукрепителей, так как при сильном переносе песчаного материала механические клетки полностью засыпаются через два года.

После завершения работ были разработаны рекомендации по созданию охранной зоны и принципов ее функционирования. В охранной зоне были полностью запрещены пастьба скота, скотопрогон, стихийная езда автотранспорта, вырубка и выкорчевка растительности, земляные и прочие хозяйственные работы, не связанные с эксплуатацией автомобильной дороги, которые могут способствовать возникновению и усилению песчаных заносов. В местах пескоукрепительных и озеленительных работ была запрещена порча насаждений (обламывание веток, свалка мусора, загрязнение почвы токсичными веществами и т.п.). Строгая охрана должна соблюдаться в полосе шириной до 250 м в оазисе, культурном ландшафте и не менее 1000 м в песчаной пустыне, по обе стороны автомобильной дороги. Кроме того, на заключительном этапе работ были подготовлены в окончательном варианте карты по проведению пескоукрепительных работ и ведомости по всей длине реконструируемой автомобильной дороги Ашхабад-Каракумы-Дашогуз.

Наибольший эффект был получен, когда перечисленные методы были применены комбинированно, то есть в сочетании друг с другом. Таким образом, удалось значительно уменьшить опасность возникновения дефляционно-аккумулятивных процессов, а на отдельных участках полностью остановить движение барханов на автомобильную дорогу Ашхабад-Дашогуз.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Бабаев А.Г. Проблемы освоения пустынь. - Ашхабад: Ылым, 1995.

[2] Бабаев А.Г. Проблемы пустынь и опустынивания. - Ашхабад: Туркменская государственная издательская служба, 2012.

[3] Вейсов С.К., Хамраев Г.О., Аннаева Г.О. Методы проектирования и защиты линейных инженерных объектов в Каракумах // Проблемы освоения пустынь. - 2007. - № 4.

[4] Вейсов С.К., Курбанов О.Р., Хамраев Г.О., Акыниязов А.Д. Эоловые равнинные ландшафты Каракумов // Проблемы освоения пустынь. - 2009. - № 1.

[5] Вейсов С.К., Курбанов О.Р., Добрин А.Л, Хамраев Г.О. Защита от песчаных заносов транскаракумской автомобильной дороги // Проблемы освоения пустынь. - 2010. - № 3-4.

[6] Вейсов С.К., Хамраев Г.О., Акыниязов А.Д. Динамика барханного рельефа Западного Туркменистана // Проблемы освоения пустынь.- 2008. - № 4.

[7] Национальная стратегия Туркменистана по изменению климата. - Ашхабад, 2012.

REFERENCES

[1] Babayev A.G. Problems of deserts development. Ashkhabad: Ylym, 1995 (in Rus.).

[2] Babayev A.G. Problems of deserts and desertification. Ashkhabad: Turkmen state publishing service, 2012 (in Rus.).

[3] Weisov S.K., Khamrayev G.O., Annayeva G.O. Methods of designing and defense of linear engineering objects in Kara-Kum // Problems of deserts development. 2007. N 4 (in Rus.).

[4] Weisov S.K., Kurbanov O.R., Khamrayev G.O., Akyniyazov A.D. Eolian plain landscapes of Kara-Kum // Problems of deserts development. 2009. N 1(in Rus.).

[5] Weisov S.K., Kurbanov O.R., Dobrin O.R., Khamrayev G.O., Protection from sandy downs of trans-Kara-Kum highway // Problems of deserts development. 2010. N 3-4 (in Rus.).

[6] Weisov S.K., Khamrayev G.O., Akyniyazov A.D. Dynamic of sand dune landscape of West Turkmenistan // Problems of deserts development. 2008. N 4 (in Rus.).

[7] National strategy of Turkmenistan on climate change. Ashkhabad, 2012 (in Rus.).

С. К. Вейсов1, Г. О. Хамраев2

1Г.г.к., ¥лттьщ институтыныц жетекш гылыми кызметкерi

2Г.г.к., гидрометерология кафедрасыныц мецгерушга

;ара;¥м ;¥мдары жагдайында автокэлш жолдарыньщ ;¥рылысы кезшде

Ц¥М ТО;ТАТ;ЫШ 1С-ШАРАЛАРДЫ ЖYРГBУ

Аннотация. ТYрiкменстанда ел президент Гурбангулы Бердымухамедовтыц 21-шi мамырдыц 2007 жылы № 8626 «ТYрiкменстанда автокелiк жолдарын куру жэне калпына келпру» каулысы шецбершде коз-галмалы кумдарды бек1ту Yшiн автокелiк жолдары трассасы тецiрегiнде, сонымен катар Ашхабад - Дашогуз автокелш жолында кешендi гылыми зерттеулер журпзвд^ Орталык жэне Унгуз алды Каракумы жагдайлары Yшiн кум токтаткыш ю-шаралардыц айрыкша тиiмдi эдiстерi усынылды жэне пайдаланылды. Жолды кумды кYртiктерден коргаудыц келесi эдiстерi усынылды: фитомелиорация кешеш бар механикалык коргау турле-ршщ эртYрлi Yйлесiмдерi, ягни кум ныгайткыш есiмдiктердi бiр уакытта егу шаралары. Одан баска, жолдыц кейбiр учаскелерiнде такырлы балшыкты желдеткiш (сондай-ак жоспарланган) кумды беткейлердi бек1ту Yшiн пайдалану усынылган. Барлык жогарыда айтылган эдютер Ашхабад - Дашогуз автокелiк жолдары трассасы тещрепнде дефляциялык YPДiстердiц туындауын айтарлыктай темендетуге мYмкiндiк бердi.

Тушн сездер: кумды кYртелер, кум коргагыш iс-шаралар, кум ныгайткыш есiмдiктер, Каракум.

S. K. Veisov1, G. O. Hamrayev2

1Candidate of geographical sciences, lead research worker

SAND CONSOLIDATION MEASURES BY THE BUILDING OF HIGHWAYS IN CONDITIONS OF KARAKUM DESERT

Abstract. In Turkmenistan, within the framework of President Gurbanguly Berdimuhamedov Resolution "On Building and Reconstruction of Highways in Turkmenistan" dated May 21, 2007, No. 8626, comprehensive research was carried out along the motorway route, including the highway Ashgabat - Dashoguz to fix mobile sands. The most effective methods of sand consolidation measures were recommended and used for the conditions of the Central and Zaunguz Karakums. The following methods of protecting the road from sand drifts have been proposed: various combinations of types of mechanical protection in combination with phytomelioration, that is, simultaneous sowing and planting of sand-consolidating plants. In addition, on some sections of the road, it was recommended to use takyr clay to fix blown (including planned) sand surfaces. All of the above methods have significantly reduced the emergence of deflationary processes along the highway: Ashgabat - Dashoguz.

Keywords: sand drifts, sand-protective events, sand-fixing plants, the Karakum.