Новые конструктивные и технологические решения по борьбе с эрозией и восстановлению оврагов в рекреационных зонах
В статье сделан акцент на проблему борьбы с эрозионными процессами в регионах Северного Кавказа. Отмечено, что земли рекреационных зон эродированы и нарушены хозяйственной деятельностью человека. А используемые при этом противоэрозионные мероприятия и сооружения оказываются неэффективными, нуждаются в совершенствовании и экологизации. Склоновые земли наиболее подвержены водной эрозии, в связи с обильными осадками и стоком талых вод. По результатам исследований эрозионные процессы на склоновых землях более интенсивно развиваются. Приведено обоснование необходимости более эффективных противоэрозионных мероприятий. Предложены наиболее эффективные конструкции противоэрозионных сооружений, авторской разработки. По которым найдены конструктивные и технологические решения по возведению противоэрозионных сооружений биопозитивной конструкции для восстановления оврагов и ям размыва.
Ключевые слова: эрозионный процесс, рекреационная зона, биопозитивное изделие, противоэрозионное сооружение, овраг, карьер, яма размыва.
В регионах Северного Кавказа и Юга России интенсивность развития эрозионных процессов на горных рекреационных зонах резко повысилась за последние десятилетия. Причиной являются не только природные экзогенные процессы, но и туристическая и хозяйственная деятельность человека. Для борьбы с эрозионными процессами на сельскохозяйственных землях тратится значительное количество денежных ресурсов, а что касается рекреационных земель, где эродированные площади земель достигают 40% и более, не проводятся никакие мероприятия по их защите. В результате на склоновых землях охраняемых и рекреационных зон образовались глубокие овраги и промоины под воздействием поверхностного стока воды [1,2].
Используемые при этом противоэрозионные мероприятия и сооружения оказываются неэффективными, нуждаются в совершенствовании и экологизации с целью адабтировании их к природной среде. Для этого требуются новые природоохранные конструкции противоэрозионных сооружений и технологий их возведения с использованием биопозитивных изделий.
Объектом исследований интенсивности развития эрозионных процессов на горных и предгорных участках стали горные и предгорные ландшафты рекреационных зон КБР, где наблюдаются огромное количество нарушенных участков земель, подверженных водной и ветровой эрозии.
Исследуемые участки эродированных земель расположены на горно-лугово-степных дерновых почвах. Такие почвы формируются в высокогорных областях в условиях влажного климата, содержат меньшее количество гумуса в верхних горизонтах, что приводит к быстрому размыванию верхнего почвенного слоя [3,9].
Склоновые земли наиболее подвержены водной эрозии, в связи с обильными осадками, выпадающими на данной территории и стоком талых вод. На этих землях было обнаружено множество больших оврагов, шириной до 25 - 30 м и глубиной до 5 - 7м. На такой стадии формирования оврагов требуется провести комплекс противоэрозионных мероприятий, направленных на устранение данного дефекта.
По визуальным обследованиям мелких оврагов и промоин было замечено еще больше, их размеры не превышали 1 - 2м в ширину и 1м в глубину. При этом ширина водного потока составляла около 0,6 м, а глубина 0,4 м. На таких стадиях формирования оврага противоэрозионные мероприятия наиболее эффективны и доступны. В этом случае можно обойтись лесомелиоративными мероприятиями. В предгорной зоне можно встретить и огромное количество эродированных участков, подверженных пастбищной, водной и частично оползневой эрозии.
В с. п. Аушигер найден эродированный участок, подверженный водной и ветровой эрозии, а также оползневым процессам. Образованию оврагов могут поспособствовать помимо природных факторов и антропогенные воздействия. Так на территории с. п. Анзорей, под воздействием антропогенной эрозии сформировался карьер, который постепенно перерос в овраг.
Таким образом, можно отметить, что эрозионные орагообразующие процессы на склоновых землях КБР интенсивно развиваются. В связи с чем, требуются подробные мониторинговые исследования и по результатам - разработать эффективные противоэрозионные мероприятия.
Процесс оврагообразование происходит следующим образом. По мере дальнейшего углубления (увеличение донной эрозии) профиль оврага постепенно меняется, береговые откосы становятся вертикальными. При глубине оврага более 2,5-3 м земляные откосы оврага начинают обрушаться и расширяться, местами происходят и оползни. Все эти явления ускоряют эрозионные и оползневые процессы. В связи с этим возникает необходимость, при проведении противоэрозионных мероприятий, оценить водопроницаемость и фильтрационную прочность грунтов оврагов и карьеров [4,9].
При восстановлении оврагов и карьеров важное значение имеет обеспечение устойчивости земляных откосов с помощью ограждающих конструкций. Оценка устойчивости и прочности грунтов земляных откосов состоит в нахождении коэффициента запаса для потенциальной поверхности скольжения. Коэффициент запаса определяется в виде отношения между удерживающими и сдвигающими силами, причем, те и другие приложены вдоль поверхности скольжения [2,10].
И в зарубежной литературе уделяется большое внимание на проблему возрастания интенсивности эрозионных процессов за последние десятилетия. Отмечается усиления антропогенного влияния на ускорения природных эрозионных процессов [11,12].
Авторами подготовлены основные технические и технологические решения по производству (из природных материалов) сборных изделий, применяемых для возведения биопозитивных сооружений и креплений. Изготавливаются сборные изделия в основном из местных материалов. Легкая и тяжелая фашины из сухого камыша, растительного грунта, геосетки и проволоки, гибкие тюфяки и мешки из растительного грунта и геосетки. Применение биопозитивных изделий обеспечивает ускоренное возведения противоэрозионных сооружений и повышение безопасность и надежность их работы, а также восстановления природной среды.
На основе названных изделий Курбановым С. О. разработан ряд новых научно-технических решений по инженерной защите эродированных и нарушенных земель от водных и ветровых эрозионных процессов. Ниже приведено описание нескольких таких решений, которые с высокой эффективностью могут быть применены для защиты и восстановления эродированных участков земель [5,6,7,8].
На рис. 1. Приведены план и сечение противоэрозионного сооружения биопозитивной конструкции. Сооружение строится из донных порогов и гибких откосных креплений, которые возводятся из тяжелых и легких фашин, мешков с растительным грунтом, тюфяков, габионной сетки и кольев деревянных или металлических. Построенное сооружение из этих изделий характеризуется гибкостью и водопроницаемостью. При этом работает надежно, действующие нагрузки от поверхностного стока перераспределяются по всему сечению оврага из-за мягкой и водопроницаемой конструкции.
Рис.1. Противоэрозионное сооружение биопозитивной конструкции
Происходит и гашение части избыточной энергии стока воды с одновременным падением продольных скоростей потока воды. Снижаются до минимальных значений и фильтрационные деформации грунтов основания. В промежутках между донными порогами задерживаются и осаждаются наносы, в результате происходит зарастания дна и порогов сооружения, и всей эродированной поверхности оврага.
На рис. 2. показаны схемы противоэрозионного сооружения биопозитивной конструкции для восстановления оврагов, где приведены план и сечение по продольной оси ступенчатого сооружения.
Противоэрозионное сооружение выполнено из тяжелых фашин, уложенных на дне оврага ступенчато с образованием перепада, устроенного внутри арматурного каркаса. А на прибрежных откосах оврага, выше перепада уложены гибкие тюфяки из легких фашин и габионной сетки.
В перепаде размеры и количество ступеней принимают с учетом гидрологических характеристик и условий оврага и максимального поверхностного стока воды. При этом количество ступеней должно быть два и более, а число рядов тяжелых фашин в одной ступени, начиная со второй - не менее трех. А в первой ступени укладывают только один слой тяжелых фашин.
Противоэрозионное сооружение ступенчатой конструкции характеризуется высокой степени гибкости и водопроницаемости, обладает высокой степени биопозитивности. Работает оно надежно и эффективно, действующие на него гидродинамические нагрузки поверхностного стока воды воспринимают в большей части армированные ступени перепада, при этом происходит перераспределение избыточной энергии потока по всему сооружению и оврагу из-за гибкости конструкции. В результате возникает по частям гашение энергии потока воды на каждой ступени, и одновременно происходит падение продольных скоростей, таким образом предотвращается размыв дна оврага. Ступенчатое сооружение из тяжелых фашин и арматурного решетчатого каркаса отражает и гасит любые возможные гидродинамические силы поверхностного стока воды. Вместе с тем, предотвращаются и возникающие при этом фильтрационные деформации грунтов основания.
Эрозионный горный биопозитивный овраг
Рис. 2. Противоэрозионное сооружение биопозитивной конструкции для восстановления оврагов
Предлагаемое противоэрозионное сооружение обеспечивает ускоренное восстановление глубоких оврагов, при этом оно превращается в сооружение биопозитивное, которое способствует развитию природы и воспринимается ей как родственный элемент.
Рекультивация и восстановление карьеров
Все мероприятия по рекультивации карьеров следует выполнять методом природоприближенного восстановления и эксплуатации водных объектов. Для этого на большей части их акватории и берегов необходимо добиться того, чтобы развитие растительного и животного мира происходило естественным путем.
При создании на карьерном озере природоприближенно восстановленных участков следует руководствоваться следующими рекомендациями: вновь создаваемые искусственным путем береговые полосы должны обладать многообразием природно-ландшафтных факторов с тем, чтобы по возможности компенсировать утерю ранее существовавших биоценозов речной долины или поймы. В пределах береговой зоны должны быть выделены участки для свободного и спонтанного развития флоры и фауны. Здесь допускается только ограниченное вмешательство извне в природные процессы. Можно, например, для появления растительности провести так называемые инициативные точечные посадки, которые затем разрастутся самостоятельно.
Для природоохранного обустройства восстанавливаемых карьеров предлагаются использовать легкие фашины и гибкие тюфяки из них. Они обеспечивают ускоренное зарастание откосов карьера зелеными растениями и кустарниками.
Рис. 3. Природоохранное обустройство карьера
Для интенсификации естественного появления и развития водной растительности на участках береговой зоны глубоких карьерных озер подводные откосы должны иметь значение коэффициента заложения откоса не менее т =3,0, то есть должны быть относительно пологими. Глубина воды при минимальных отметках уровня зеркала воды на этих участках в весенне-летний период должны быть более одного метра; это предупредит гибель водных растений в этих зонах;
Мелководные береговые участки следует устраивать таким образом, чтобы глубинные воды были периодически изменяющимися на направлениях нормальных к линии уреза воды, а полосы откосов в зоне переменных уровней имели периодически затапливаемые и увлажняемые участки рельефа (см. рис.3.). Откосы на участках этих полос должны быть весьма пологими со значениями коэффициентов заложения т = 10-12.
При включении во вновь создаваемое озеро стариц и староречий их следует использовать как места для нереста рыбы; особенно для рыб редких или вымирающих видов. Старицы и остатки других русловых форм следует также использовать как места для естественного развития исчезающих видов водных растений, приспособленных к жизни только в условиях, приближенных к пойменным.
Выводы
- 1. Основными характеристиками, подтверждающими надежность и эффективность предлагаемых противоэрозионных сооружений являются экологичность, прочность, водопроницаемость, гибкость, долговечность, экономичность и быстрота возведения. 2. Результаты научного анализа, изучения материалов многолетних исследований эрозионных процессов и противоэрозионных мероприятий, проводимых в регионах северного Кавказа, показали необходимость разработки более эффективных гидротехнических мероприятий по восстановлению глубоких оврагов и промоин. 3. По результатам полевых и аналитических исследований и анализа противоэрозионных мероприятий, применяемых на Северном Кавказе и Юге России, разработаны новые конструктивно-технологические решения по возведению противоэрозионных сооружений биопозитивной конструкции, по которым получены 4 патента на изобретения.
Литература
- 1. Арманд, Д. Л. Антропогенные эрозионные процессы // Сельскохозяйственная эрозия и борьба с ней. - М.: Наука, 2009. -411с. 2. Бондарев, В. П. Геоморфологический анализ и прогноз оврагообразования. М.: МГУ,2010. - 433 с. 3. Курбанов С. О., Кожоков М. К. Природоохранные технологии восстановления эродированных и нарушенных земель горных территорий. Журнал Известия №4, Кабардино-Балкарский ГАУ, 2016г.-с. 70-80. 4. Курбанов С. О., Дулаева Д. В., Срухова Ф. А. Природоохранные технологии восстановления нарушенных и эродированных участков земель. Сборник материалов Междунар. конф., посвящ. 100-летию со дня рожд. Н. П. Розанова, МГУП 2013. с. 57-61. 5. Патент на изобретение №2451129 Е02 В 3/12 Противоэрозионное сооружение биопозитивной конструкции /ав. Курбанов С. О., Курбанов К. С. Бюл. №14 от 2012 г. 6. Патент на изобретение №2449078 Е02 В 3/00 Способ возведения противоэрозионного сооружения биопозитивной конструкции /ав. Курбанов С. О., Созаев А. А., Шахмурзов М. М. Бюл. №12 от 2012 г. 7. Патент на изобретение №2565258 "Способ возведения противоэрозионного сооружения биопозитивной конструкции для восстановления оврагов" / Курбанов С. О., Срухова Ф. А. Бюл. 29 от 2015г. 8. Патент на изобретение №2565264 "Противоэрозионное сооружение биопозитивной конструкции для восстановления оврагов" / Курбанов С. О., Апажев А. К., Срухова Ф. А. Бюл. 29 от 2015г. 9. Скляренко Е. О., Баев О. А. Анализ водопроницаемости противофильтрационных экранов в программном комплексе "Сomsol multiphysics" // Инженерный вестник Дона № 3, 2015. 10. Дыба В. П., Орлова Ю. А. Расчет на устойчивость грунтоцементного ограждения котлована // Инженерный вестник Дона 2017, №2. URL: ivdon. ru/ru/magazine/archive/N2y2017/4211. 11. Soil erosion and conservation / R. P.C. Morgan. -- 3rd ed, National Soil Resources Institute, Cranfield University, 2005. 278p. 12. Predicting Soil Erosion by Water: A Guide to Conservation Planning With RUSLE / K. G.Renard, G. R.Foster. -- USDA Agriclture Handbook #703, 1997. 509 p.
Похожие статьи
-
Дорожная эрозия и борьба с ней - Экологические особенности строительства дорог
Под эрозией понимается совокупность процессов разрушения, переноса и отложения почв и грунтов под воздействием воды и ветра. Водная эрозия возникает при...
-
Водная и ветровая эрозия почв, методы борьбы
Водная и ветровая эрозия почв, методы борьбы Эрозия -- это природный процесс, обусловленный смывом верхних горизонтов почвы преимущественно ливневыми...
-
Эрозия почв, ее виды. Защита почв от эрозии - Основы экологии
Разрушающее воздействие воды, ветра и антропогенных факторов на почву и подстилающие породы, снос наиболее плодородного верхнего слоя или размыв...
-
Статья содержит следующие ключевые моменты и проблемные вопросы: основные проблемы в сфере водопользования Иле-Балхашского бассейна, экономическое и...
-
Под эрозией почв понимается разрушительная работа потоков воды и ветра, связанная с перемещением продуктов этого разрушения. Эта работа выражается в...
-
Экологическая обстановка Щучинско-Боровской курортной зоны
Экологическая обстановка Щучинско-Боровской курортной зоны Боровое -- любимое место отдыха казахстанцев. Географически этот уголок носит название...
-
Загрязнение почвы Охрана почв от человека является одной из важнейших задач человека, так как любые вредные соединения, находящиеся в почве, рано или...
-
В границах водоохранных зон запрещаются: 1. Использование сточных вод в целях регулирования плодородия почв; 2. Размещение кладбищ, скотомогильников,...
-
Организация восстановления лесов и лесоразведение - Право лесопользования
На вырубках, гарях и иных бывших под лесом площадях осуществляется восстановление лесов, а на других землях, предназначенных для создания новых лесов,...
-
ФГБОУ ВПО "Оренбургский государственный университет" Оптимизация землепользования в зоне действия Ириклинского водохранилища с использованием современных...
-
Чукотский автономный округ - один из наиболее крупных "шельфовых" регионов России. В его пределах выявлено 5 перспективных нефтегазоносных бассейнов:...
-
Регулирование стока рек водохранилищами Одно из наиболее существенных водохозяйственных мероприятий по преобразованию гидрологического режима рек с целью...
-
Выбор оптимальных технологических схем очистки воды - достаточно сложная задача, что обусловлено преимущественным многообразием находящихся в воде...
-
Человечество пришло к пониманию, что дальнейшее развитие технического прогресса невозможно без оценки влияния новых технологий на экологическую ситуацию....
-
Загрязнение водного бассейна в городах следует рассматривать в двух аспектах - загрязнение воды в зоне водопотребления и загрязнение водного бассейна в...
-
Статистика водных ресурсов и их загрязнения - Статистические показатели окружающей среды
Россия располагает огромными водными ресурсами и по их запасам в Европе занимает первое место. Так, общий объем воды только в озерах (включая пограничные...
-
Рекреаційні зони м. Києва і їх водні об'єкти На території Києва -- 447 водних об'єктів з яких: 129 озер, 102 ставки, 9 річок, 28 струмків, 24 затоки, 43...
-
После выхода из гор реки проходят через мощные конуса выноса предгорной равнины, сложенных преимущественно валунными и гравийно-галечными отложениями с...
-
Організація санітарно-захисних зон Об'єкти, що є джерелами виділення в навколишнє середовище шкідливих речовин, варто відокремлювати від житлової...
-
Основные виды загрязнения гидросферы - Загрязнение водоемов
Загрязнение водоем гидросфера сточный Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в...
-
Получение электроэнергии. Энергосодержащие отходы можно использовать сразу без какой-либо переработки в качестве топлива для двигателей или, переработав...
-
Сортировка. - Твердые бытовые отходы и способы решения проблемы их утилизации
Разделение и/или смешение отходов согласно определенным критериям на качественно различающиеся составляющие. Очистка. Очистка сточных вод - комплекс...
-
С позиции самоорганизации в развитии открытых неравновесных систем выделяется плавный (эволюционный) этап, на протяжении которого не происходит серьезных...
-
Технологическая схема энергоблоков с реакторами ВВЭР440 и ВВЭР1000 имеет два контура. Первый контур - радиоактивный. Он включает в себя реактор типа ВВЭР...
-
К природным водам относятся поверхностные воды (реки, ручьи, озера, болота и т. д), а также подземные воды пресных водоносных горизонтов. Обустройство и...
-
Развитие пляжной инфраструктуры По климатическим условиям в Чукотском автономном округе водоемы не используются для рекреационных целей. Исторические...
-
Мероприятия по защите земли - Мероприятия по защите земель
1. Почвозащитные севообороты. Чтобы защитить почвы от разрушения, необходимо правильно определить состав возделываемых культур, их чередование и...
-
Леса, парки при подработки охраняются от образования под ними провалов, появления больших наклонов краев мульд, нарушений водного режима, в коре...
-
Для нахождения границ зоны опасных деформаций применяются углы сдвижения (рисунок 2.2). Углами сдвижения являются углы, которые образуются на...
-
ВВЕДЕНИЕ, РОЛЬ ВОДЫ - Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения
Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рационального использования для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем,...
-
Сооружение водохранилищ и их влияние на окружающую среду В антропогенном перераспределении ресурсов пресных вод создаваемые водохранилища играют большую...
-
Канцерогенные вещества - это химически однородные соединения, проявляющие трансформирующую активность и способность вызывать канцерогенные, тератогенные...
-
Вступление Согласно ст. 5 Закона Украины "О зоне чрезвычайной экологической ситуации" основаниями для объявления отдельной местности зоной чрезвычайной...
-
Подводя итог можно сказать, что Земельный Кодекс выделил в самостоятельную категорию земли, отведенные под особо охраняемые территории. Действующее...
-
Схемы очистки сточных вод ЦБП. Технологическая схема - Сточные воды целлюлозно-бумажных производств
При разработке и проектировании систем очистки стоков необходимо учитывать некоторые специфические особенности целлюлозно-бумажного производства: Наличие...
-
Процессы и явления, снижающие почвенное плодородие, разрушающие земельные ресурсы страны, уменьшающие площадь сельскохозяйственных земель, с некоторой...
-
Параметры водоохранной зоны - Водоохранная зона: понятие, параметры, ограничения деятельности
За пределами территорий городов и других населенных пунктов ширина водоохранной зоны рек, ручьев, каналов, озер, водохранилищ и ширина их прибрежной...
-
Актуальность данной темы составляет то, что отдельной категорией объектов охраны окружающей среды являются особо охраняемые территории и объекты. В...
-
Способы защиты почв от загрязнения - Экология человека
К основным направлениям по защите почв от деградации относятся следующие мероприятия: защита почв от заболачивания и засоления, водной и ветровой эрозии,...
-
Пути решения экологических проблем - Экологические проблемы Украины
Анализ динамики экологического состояния Украины показал, что за последние пять лет экологический кризис продолжает развиваться, разрастается, охватывая...
Новые конструктивные и технологические решения по борьбе с эрозией и восстановлению оврагов в рекреационных зонах