Геоэкологическая характеристика Балахнинского карстового района

0 З.И. Гордеева, Ю.И. Ермакова

о

й I

11 Геоэкологическая характеристика § | Балахнинского карстового района

т I

к Ф

3 5

т >у

0§ В статье впервые выполнена комплексная характеристика геоэкологических особенностей Балахнинского карстового района. Выявлены региональные особенности истории изучения карста, экологических проблем, противокарстовой защиты и карсто-логического мониторинга.

Ключевые слова: карст, карстовое районирование, Балахнинский карстовый район, карстологический мониторинг, город Дзержинск.

Впервые Балахнинский карстовый район был выделен А.Г. Чикишевым на карте районирования карста Русской равнины [7]. Эта карта до сих пор является научным продуктом, на котором наиболее детально показано разнообразие карста, формирующегося в условиях весьма различных геологических и физико-географических условий. Основным принципом ее составления является принцип комплексности, учитывающий генезис и возраст обособления территории, структуру географической среды и своеобразие природных процессов.

Русская равнина, соответствующая одноименной платформе, рассматривается на этой карте в качестве самостоятельной карстовой страны. В ее пределах по особенностям геологического строения территории, рельефу, климатическим условиям, интенсивности карстового процесса, а также по возрасту и морфологии карстовых образований автором выделено 10 карстовых областей, 26 карстовых провинций, 59 карстовых округов и 187 карстовых районов. Им же впервые была дана характеристика наиболее крупных территорий, которые соответствуют самым высоким таксономическим единицам: карстовым областям и провинциям.

Но для эффективного локального управления карстовыми процессами, оптимизации природопользования, прогноза возникновения экологических проблем и выбора путей их предотвращения или решения в настоящий период возникает потребность в геоэкологических характеристиках небольших карстовых образований: округов и, особенно, карстовых районов.

В данной статье такая характеристика выполнена на примере Балахнинского карстового района. Иерархически он входит в состав Клязьминского округа Окско-Клязьминской провинции Центрально-Русской карстовой области.

В ландшафтном отношении это типичная зандровая равнина, характеризующаяся слаборасчлененным рельефом, значительной залесенностью и распространением поверхностных песчаных отложений [1].

Официально история изучения карста на территории Балахнинского района ш ^ насчитывает более 70 лет. В 1940 г. правительством СССР было принято реше- § & ние о создании в Дзержинске карстовой станции Академии наук СССР для раз- | ^ работки мер по прогнозированию и профилактике опасного явления. Осущест- о ^

влению планов помешала Великая отечественная война. В полном объеме эти 2 £

^ о

работы начали проводиться с 1953 г. [2]. о §

Постепенно Дзержинская карстовая станция была преобразована в карсто- | ш вую лабораторию Производственного научно-исследовательского институ- § та по инженерным изысканиям в строительстве (ПНИИИС) Госстроя СССР. и С этой организацией связаны имена многих ученых-карстоведов: А.Н. Ильина, И.А. Саваренского, Э.К. Аскербельи, Л.Б. Иконникова, В.В. Толмачёва, Е.В. Копасова. После распада Советского Союза Дзержинская карстовая лаборатория превратилась в проектно-изыскательское предприятие - ОАО «Проти-вокарстовая и береговая защита», которое функционирует и в настоящее время.

Территория Балахнинского карстового района приурочена к междуречью Волги и Оки, она охватывает Нижегородскую, Владимирскую и Ивановскую области.

Наиболее остро карст угрожает югу Балахнинского карстового района. Здесь в прибрежной зоне Оки расположены более десятка химических предприятий города Дзержинска, использующих в своем производстве различные опасные вещества.

Карст района относится к карбонатно-сульфатному типу. Основными кар-стующимися породами являются карбонатные (известняки, доломиты, реже мергели) и сульфатные (гипсы, ангидриты) породы пермского возраста.

Проявления карста тяготеют к речным долинам и пониженным участкам водоразделов. Развитие карста происходит ниже местного базиса эрозии под покровом мощной толщи песчаного аллювия. Базисом эрозии служит уровень Оки на отметке 65-67 м. Карстовые процессы распространяются на глубину до 30 м ниже базиса эрозии. Это обусловлено тем, что Ока здесь пересекает северное окончание Алатырско-Горьковских поднятий. Прорезав массивную толщу пестроцветных пород татарского яруса, река вскрывает растворимые горные породы нижней перми и казанского яруса.

Участки сильного развития карста с густыми скоплениями воронок располагаются в местах с наиболее резким рельефом кровли коренных пород - на крутых склонах переуглублений. Породы в таких местах наиболее трещиноваты, что создает гидродинамические условия, благоприятные для интенсивной циркуляции карстовых вод. В переуглублениях, непосредственно под песками, залегают растворимые горные породы казанского яруса и нижней перми.

Казанский ярус слагают сильно трещиноватые и разрушенные известкови-стые доломиты и доломитовые известняки. Они сильно размыты и сохранились

0 ^ не повсеместно. Под ними залегает гипсово-ангидритная толща нижнеперм-о о. ского возраста, имеющая мощность около 65 м.

ш ^ Гипсово-ангидритовая толща в гидрогеологическом отношении представляет собой сложную систему. Значительные массивы гипса и ангидрита монолит-§ £ ны и водонепроницаемы. В то же время в этой толще имеется редкая и нерав-£ ^ номерная система трещин, по которым движутся подземные воды. с ^ Для разбитых частыми трещинами пористых доломитов и известняков ° ы казанского яруса характерен процесс увеличения пористости породы, приводящий к ее разрушению до состояния щебня и муки. На контакте гипсово-анги-дритной толщи с казанским ярусом образуются полости пластового характера, имеющие большую площадь. В кровле гипсово-ангидритовой толщи карстовые полости развиваются по системе вертикальных и пластовых трещин [3].

Происходя на глубине, карст Балахнинской низины находит довольно полное отражение в виде разнообразных карстовых форм, являющихся следствием как разнообразных медленных оседаний, так и резких деформаций земной поверхности - провалов. Наиболее распространенными являются карстовые воронки.

Карстовые воронки после их образования с течением времени меняют свой облик. На стадии свежей воронки характерно наличие раскрытых трещин с рваными краями. Бровка воронки обрывистая. Склоны и дно зачастую неровные, с оползшими и обвалившимися глыбами пород и пластами дерна. Постепенно склоны выравниваются, оголенные участки зарастают. Эта стадия продолжается от 3 до 5 лет.

На стадии молодой воронки (от 3-5 до 25-50 лет) ее края приобретают более или менее правильную форму, трещины и глыбы исчезают. Склоны обычно выровнены, однако могут долго сохранять ступенчатость. Они покрыты редкой травой, но значительные участки остаются оголенными. Бровка воронки постепенно сглаживается, уменьшается глубина, образуется почвенный покров.

Стадии старых и давних воронок продолжаются очень долго - сотни, а может быть и тысячи лет. Воронка на этих стадиях имеет чашеобразную или блюдцевидную форму, задернована и крайне медленно меняет облик.

Процесс образования провалов происходит сравнительно быстро и внезапно. Множество фактов свидетельствует о том, что продолжительность многих явлений составляет от нескольких минут до нескольких часов. Как правило, образование провала сопровождается гулом и шумом.

В отдельных случаях процесс образования провальных воронок может состоять из нескольких повторных провалов, наблюдающихся за промежуток времени от нескольких часов до 2-3 суток. Постепенное оседание земной поверхности, приводящее к образованию воронки, происходит в результате просасывания песков аллювия в карстовые полости.

Наиболее активно карст проявляет себя в прибрежной и промышленной зоне ф ^ Дзержинска, где воронки и просадки грунта можно наблюдать в непосред- § & ственной близости от производственных корпусов и на их территории. | ^

Самой карстоопасной является восточная промзона, в которой в последнее о ^ десятилетие возникла проблема подтопления, усиливающего процессы карсто- § | образования. Здесь же размещены крупные промышленные свалки и шламо- о § накопители. Одна из карстовых воронок в Дзержинске стала химической свал- | ш кой, известной как «Черная дыра». Воронка появилась примерно 30 лет назад, § и в нее на протяжении долгого времени сбрасывали химические отходы пред- и приятия «Оргстекло» и других заводов.

В 1992 г. в восточной промзоне произошла наиболее крупная в Европе экологическая катастрофа, связанная с карстом. Рано утром 16 июля 1992 г. на территории предприятия «Дзержинск Химмаш» вследствие образования карстового провала диаметром 32 м и глубиной 10 м произошло разрушение промышленного здания цеха № 19. Материальный ущерб составил 700 млн руб. [2].

В среднем за год в окрестностях Дзержинска образуется около 5 карстовых провалов, обусловленных совокупным действием геологических и климатических условий, техногенным фактором и деятельностью подземных вод.

В общей сложности в городе насчитывается более 4,5 тыс. карстовых воронок. В местах концентрации они образуют карстовые поля [8].

Несмотря на то, что карстовые явления существенно осложняют возведение и эксплуатацию сооружений, освоение закарстованных территорий продолжается весьма активно. Это объясняется дефицитом свободных пространств в районе и размещением промышленности и транспортных узлов вблизи крупных водоносных артерий - Волги и Оки [ 4].

Карстовые процессы и созданные ими формы рельефа оказывают большое влияние и на сельское хозяйство района. Из-за карста увеличиваются площади склоновых эрозионноопасных земель и сокращается пашня.

Провалы образуются не только на пашне, но и на лугах и под лесом, что ухудшает качество леса и затрудняет его использование.

Особое внимание в районе обращается на изучение влияния на карст попусков воды из Горьковского водохранилища. Озабоченность вызывает возможное повышении уровня Чебоксарского водохранилища с 63 до 68 м. В случае наполнения Чебоксарского водохранилища до отметки 68 м, подпор уровня грунтовых вод распространится в районе Дзержинска и заречной части Нижнего Новгорода на расстояние до 6 км [5]. Это неизбежно приведет к существенной активизации и карстовых, и карстово-суффозионных процессов. Возможен рост провалообразования и оседаний земной поверхности в 3 раза и увеличение диаметров карстово-суффозионных провалов на 10-20% [6]. Поэтому в районе очень остро стоит проблема противокарстовой

защиты и постоянного проведения карстологического мониторинга (карсто-

2 >:

0 о. мониторинга).

? I

1 &

о ш

^ к

О IX

^ ы

т х

к ш

О

Основные задачи противокарстовой защиты:

1) предотвращение или сведение к минимуму возможных катастрофических последствий разрушения и обеспечение безопасности людей;

2) обеспечение рентабельности строительства с учетом возможного ущерба ж от карстовых явлений и расходов на специальные изыскания и противокарсто-ы вые мероприятия.

Наиболее распространенными методами противокарстовой защиты на территории Балахнинского района являются: тампонаж карстовых полостей и неиспользуемых скважин для исследования, а также применение специальных конструкций противокарстовых фундаментов.

Рекомендации по противокарстовой защите базируются на результатах карстологического мониторинга. Под этим понятием понимается система регулярного сбора, накопления, обработки и анализа информации для оценки современной обстановки развития карста и прогноза его развития с целью обеспечения безопасности города.

Карстологический мониторинг является основой для оперативного (год, месяц, несколько дней), краткосрочного (до 10 лет) и долгосрочного прогнозирования карстовой опасности (до 50 лет). Именно в этом качестве карстологи-ческий мониторинг позволяет принимать эффективные меры по предотвращению аварий и экологических катастроф [2].

Система карстологического мониторинга в Балахнинском районе начала складываться после создания Дзержинской карстовой станции. В начальный период основной задачей являлась регулярная регистрация поверхностных кар-стопроявлений, а позднее - и повреждений зданий и сооружений. Исследования проводились как самостоятельно карстовой станцией, так и по сигналам от местного населения и различных предприятий.

Со временем расширились и режимные наблюдения за уровнем и химизмом подземных вод двух важнейших водоносных горизонтов, участвующих в развитии карстово-суффозионных процессов. Они проводились на специально оборудованных для этого скважинах.

Объективными предпосылками для учреждения карстологического мониторинга в Дзержинске явились следующие причины:

- потребность в регулярном комплексном изучении развития карстового процесса на всей территории города;

- необходимость быстрого принятия практических решений;

- анализ большого объема накопленной информации о карсте;

- появление возможности применения персональных компьютеров для более удобного и надежного хранения информации и для ускорения ее обработки;

L

- успехи в методологии оценки и прогноза развития карста; ш ^

- необходимость в проведении краткосрочных прогнозов для предотвращения | z

экологических катастроф. | ^

Важнейшей частью работы стало создание программного обеспечения о ^

информационно-диагностической системы наблюдений и формирование банка § | карстологических данных (Л.Б. Иконников и др.). Разработанная компьютер- о § ная программа дала возможность быстро вычислять различные статистические | g характеристики для всего массива данных и получать графические материалы §-(хронологические графики, карты изолиний) в любом заданном масштабе для и участков любой конфигурации или для всей изучаемой территории.

В настоящее время в банке данных хранится основная карстологическая информация по всем разведочным и режимным гидрогеологическим скважинам, сведения о всех карстовых провалах с годом образования и большой объем сведений о поверхностных карстопроявлениях разного возраста, а также данные об известных деформациях земной поверхности и сооружений.

На основе этих материалов устанавливаются пространственные и временные статистико-вероятностные закономерности карстового процесса, определяются корреляционные связи между проявлениями карста на поверхности земли и параметрами геологической среды [3].

Всестороннее непрерывное изучение динамики карста и оперативное использование полученной информации позволило существенно снизить расходы на предотвращение опасных последствий. Сейчас все более актуальной становится организация в Дзержинске объектного мониторинга для экологически ответственных предприятий, где особая природно-техногенная обстановка обусловливает специфическое развитие карстово-суффозионных процессов и, следовательно, особый подход к их изучению [3].

Во избежание катастрофических ситуаций необходимо тщательное комплексное изучение природы карстового процесса, специфики природно-тех-ногенных условий, разработка и применение комплексных мер противокар-стовой защиты, слаженное взаимодействием изыскателей, проектировщиков и застройщиков.

Библиографический список

1. Балахнинская низина. Физическая география Нижегородской области. URL: http:// www.lesnoytur.ru/landshaft/balahnasejma.htm (дата обращения: 12.05.2016).

2. Давыдько Р.Б. Краткая история карстомониторинга в г. Дзержинске и некоторые результаты работ. URL: http://iddub-dzr.ru/doklad-resheniya/karst.html (дата обращения: 20.04.2016).

3. Инженерные изыскания, проектирование, строительство и эксплуатация зданий и сооружений на закарстованных территориях Нижегородской области (ТСН 22-308-98). Н. Новгород, 1999.

Копасов Е.В., Губанов Л.Н. Эколого-экономический мониторинг окружающей среды в условиях интенсивного строительного освоения территорий. Н. Новгород, о 2006.

О подъеме уровня Чебоксарского водохранилища до проектного НПУ 68,0 м. URL: dront.ru/cheboksarskaya/about (дата обращения: 13.04.2016).

6. Оценка влияния водохранилища на активизацию карстовых и карстово-суффози-m I онных процессов. Дзержинск, 2012.

7. Чикишев А.Г. Карст Русской равнины. М., 1978.

0§ 8. Яшнова Т.В. Проявления карста на территории Нижегородской области // Молодой ученый. 2014. № 21. С. 62-65.

а.

Е g.

о ш