ЦИБУЛЬСЬКА ОКСАНА ВІКТОРІВНА ГЕОЛОГО-ГЕНЕТИЧНА ТИПІЗАЦІЯ СЕЛІВ ТА ОЦІНКА СЕЛЕНЕБЕЗПЕКИ БАСЕЙНУ р. ТИСА (ГІРСЬКОСКЛАДЧАСТА ОБЛАСТЬ КАРПАТ) : ЦЫБУЛЬСКАЯ ОКСАНА ВИКТОРОВНА ГЕОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКАЯ типизации селей И ОЦЕНКА СЕЛЕНЕБЕЗПЕКЫ бассейном. ТИСА (ГИРСЬКОСКЛАДЧАСТА ОБЛАСТЬ КАРПАТЫ)

Краткое описание

У першому розділі дисертації наведено огляд стану досліджень селевої
проблематики в Україні та світі, а також визначено основні характеристики селевих
потоків та басейнів, що обумовлюють механізми зародження селів, особливості
протікання. Схарактеризовано селеві процеси Криму і Карпат, історичні факти
найбільш катастрофічних селесходжень. Систематизовано існуючі класифікації
селів за різними ознаками.
Результати досліджень різноманітних аспектів селевих процесів висвітлені у
роботах М.М. Айзенберга, К. Аділіса, І.В. Боголюбова, К.І. Богдановича,
І.Я. Боярського, М.А. Веліканова, Б.Ф. Виноградова, М.С. Гагошидзе,
С.Г. Геворкяна, І.Г. Єсьмана, Н.Г. Гончарова, В.І. Єфремова, Т.Л. Кіренської,
О.А. Клюкіна, Є.А. Толстих, А.М. Олиферова, В.Ф. Перова, С.Г. Рустамова,
А. Сюрреля, М.М. Протодьяконова, Б.С. Степанова, Т.С. Степанової,
С.М. Флейшмана, М.В. Цовяна, І.І. Херхеулідзе, У.М. Фреха, А.І. Шеко та ін. На
сучасному етапі вивченням селів у світі займаються Ю.В. Єфремов, М.А. Казаков,
Д.А. Манукьян, М.М. Хаджиев, Н.Л. Белая, C.C. Черноморец, А.Л. Шнипарков,
П.К. Колтерманн, Ю.Г. Селіверстов, С. Кенон, Дж. Гатнер, M. Руперт, Дж. Міхаель,
Дж.І. Коста, M. Джейкоб, Н. Готта, K. Міамото, M. Гуліман, Д. Рікенман, В. Медіна,
Р.M. Іверсон, Дж.-П. Малет, Ф. Макгрегор, Д. Варнес та ін. Вченими та
дослідниками розкрито ключові питання вчення про селі, описано наймасштабніші
селеві катастрофи, визначено головні причини їх виникнення, проведено
оцінювання селевих ризиків у межах селеактивних урбанізованих територій світу,
запропоновано сучасні методи прогнозу та моделювання селів, висвітлено
результати їх застосування тощо.
Зважаючи на багатофакторність селевого процесу вчення про селі відноситься
до міждисциплінарних наук. У зв’язку з цим проблему виникнення та попередження
селів намагаються вирішити науковці різних галузей – геології, екології, географії,
інженерної геології, геомеханіки, геоінформатики тощо. Найрезультативнішими є
5
комплексні дослідження, що включають аналіз усіх аспектів селевої проблематики.
Що стосується дисертаційних досліджень, то вони спрямовані перш за все на
висвітлення геологічних та геоморфологічних особливостей цього процесу, які
доцільно прив’язувати до конкретного регіону.
В Українських Карпатах можна виділити такі головні етапи вивчення селів:
1) дослідження в рамках всесоюзних програм (1960–1991 рр.) – активні
дослідження селенебезпечних басейнів, створення стаціонарів для детального
вивчення (напр., у басейнах річок Флантус–Свидовець), накопичення інформативної
бази для ведення регіонального моніторингу геологічного середовища, складання
різномасштабних тематичних карт тощо;
2) пострадянський – скорочення робіт з вивчення селів виробничими
установами, пожвавленню сприяла лише повінь 1998–1999 рр.;
3) сучасний – вивчення селів націлені на пошуки методів прогнозування,
попередження та розробки превентивних заходів, ведуться окремими науковими
установами та групами вчених з використанням сучасних інформаційних засобів,
математичного та комп'ютерного моделювання, ГІС-аналізу тощо. Вивченням
селевих процесів в Україні, зокрема в Карпатському регіоні, на даному етапі
займаються О.М. Адаменко, Г.І. Рудько, М.Д. Будз, І.П. Ковальчук, О.М. Іванік,
В.В. Шевчук, Е.Д. Кузьменко, Т.Б. Чепурна, О.І. Лук’янець, М.М. Сусідко,
А.М. Оліферов та ін.
При вивченні селевих басейнів та потоків дослідники та вчені звертаються до
існуючих класифікацій селів, які, як виявилося, не завжди в повній мірі
відображають геологічні та геоморфологічні умови та чинники формування селевих
процесів у Карпатах. Класифікації селевих басейнів та потоків за різними ознаками
були запропоновані Ф. Фрехом (за висотністю розташування джерел живлення),
Ж. Сюррелем, Коста де Бастоліком, П.С. Непорожнім, В.Ф. Перовим (за порядком
водотоку чи кількістю приток), М.Д. Будзом, І.П. Ковальчуком (за геолого-
геоморфологічною будовою), М.М. Грішиним, Н.С. Дюрнбаумом (за гідрологічними
особливостями), В.Є. Йогансоном (за водопроникністю покриваючих порід,
ступенем розмивання схилів), К.І. Богдановичем, Б.В. Поляковим (за особливостями
геологічної будови), А.Є. Єрмаковим, А.І. Шеко, Д.Л. Соколовським,
С.М. Флейшманом (за висотою розташування басейну), С.Г. Рустамовим,
І.І. Херхеулідзе (за ступенем селеносності чи селеактивності), М.А. Великановим (за
речовинним складом селевої маси), В.А. Виноградовим (за механізмом формування,
насиченістю наносами), Д.Тоні, Ж.С. Біазером, К. Аділісом, П. Десваре, Г. Ауліцкім
(за ерозійною діяльності водотоків), Д.Г. Варнесом, Г.Н. Хатчінсоном,
Д.М. Круденом та ін. Якщо склад, характер руху та механізми формування селевих
потоків досліджені досить детально і можуть бути використані і для Карпатського
регіону, то геологічні та геоморфологічні характеристики, морфометричні
показники селевих басейнів та специфічність потенційних селевих мас не дають
достатнього уявлення про можливі варіації проходження селів у Карпатах, що
ускладнює проведення протиселевих заходів. Необхідна класифікація, що
прив’язана до конкретного регіону, відштовхуючись від географічного положення,
кліматичних умов та інших чинників, що можуть впливати на формування селів.
6
Адже поєднання різних геологічних особливостей, або різні комбінації одних і тих
же чинників призводять до утворення різних типів селів. Типи селевих потоків
мають відрізнятися морфологічно і генетично.
Не менш важливим завданням у Карпатах сьогодні є кількісна оцінка
селенебезпеки конкретних потоків. Оцінка та прогнозування селенебезпеки в тих чи
інших районах неможлива без використання комплексів математичних моделей, що
описують різні стадії селевого процесу та розрахунково-аналітичних модулів, що
дозволяють встановити критичні параметри селів, їх вплив на силові показники. Для
Карпатського регіону такий модуль був розроблений групою вчених геологічного та
механіко-математичного факультету Київського національного університету імені
Тараса Шевченка В.В. Шевчуком, О.М. Іванік, М.В. Лавренюком, В.І. Лавренюком
та автором, участь якого полягала у зборі фактичного матеріалу та тестуванні
програмного комплексу. Даний модуль, що має назву «Mudflows», використаний у
дисертаційних дослідженнях з метою визначення ступеню селенебезпеки
конкретних селевих потоків, співвідношень між різними чинниками формування
селів, проведення аналізу їх можливих комбінацій у межах різних територій та
отримання висновків та рекомендацій щодо запобігання їх катастрофічних
наслідків.
Отже, незважаючи на значний обсяг робіт, що був проведений в межах
Карпатського регіону з 1960-х років до наших днів та стрімкий розвиток
комп’ютерних технологій, що дозволяють прогнозувати, оцінювати ризики
селенебезпеки тощо, актуальними лишаються крупномасштабні дослідження в
межах селенебезпечних територій Карпат, що дозволять зосередити увагу на
геологічних аспектах селеформування, встановити особливості перерозподілу
чинників у басейнах різної геологічної будови, визначити параметри селевих
потоків, обрахувати їх силові показники, конкретизувати протиселеві заходи,
оцінити ступінь селенебезпеки селевих басейнів та окремих потоків, що є їх
елементами. Окрім того, існує потреба в узагальненні та систематизації
накопиченого матеріалу та виділенні притаманних Карпатському регіону типів
селевих потоків та басейнів, оскільки не усі загальні класифікаційні схеми в повній
мірі відображають різноманіття умов та співвідношення чинників формування селів
у Карпатах.
Другий розділ дисертації присвячений аналізу геологічних, геоморфологічних
та ландшафтно-кліматичних умов розвитку селевих потоків у гірськоскладчастій
області Карпат (басейн р. Тиса), визначенню головних чинників сулеутворення та їх
співвідношень у басейнах різної будови.
Територія, що вивчалася, в адміністративному відношенні займає частину
Закарпатської області, зокрема Воловецький, Міжгірський, Рахівський,
Свалявський, Тячівський та Виноградівський райони. Характеризується високим
ступенем техногенного освоєння, що створює додаткове навантаження на геологічне
середовище та сприяє розвитку небезпечних геологічних процесів, в тім числі і
селів. Досліджуваний регіон входить до складу Східних (Українських) Карпат та
охоплює більшу частину Зовнішніх та частково Внутрішні Карпати. У Внутрішніх
Карпатах до нього потрапляє територія Мармароського масиву, Мармароської зони
7
Скель та Пенінської зони, у Зовнішніх – Кам’янопотоцький, Рахівський,
Поркулецький, Дуклянський, Чорногорський, Скибовий покриви та Кросненська
зона.
У геологічній будові території досліджень беруть участь утворення двох
структурних поверхів. Нижній структурний поверх Гірськоскладчастих Карпат
утворений карбонатно-теригенними мезо-кайнозойськими формаціями (переважно
флішовою), які складають ряд структурно-фаціальних зон. Відклади інтенсивно
дислоковані і утворюють пакет покривних структур. У деяких місцях тильних
частин флішового покриву на денну поверхню виходять вапнякові зони (Пеніни,
Татри) і кристалічні масиви, сформовані метаморфічними утвореннями рифею,
венду, кембрію і верхнього палеозою, а також відкладами мезокайнозою
(Мармароський кристалічний масив). Верхній структурний поверх складений
переважно четвертинними осадовими утвореннями, окремі ділянки у Внутрішніх
Карпатах – вулканогенними та вулканоміктовими, що залягають переважно
горизонтально. Основними параметрами літолого-фаціальних відмінностей є
речовинний склад порід, ритмічність, вапнистість, кременистість, слюдистість,
структурно-текстурні особливості, потужності. Саме ці характеристики флішових
утворень є визначальними при виникненні різноманітних екзогенних процесів,
оскільки різні типи флішу мають значні відмінності фізико-механічних
властивостей порід і відповідно різний ступінь реагування на деструктивні процеси.
Власне літолого-стратиграфічна будова того чи іншого річкового басейну
визначає можливість існування в його межах потенційних селевих мас (ПСМ),
наявність яких вказує на ймовірність формування селевого потоку. Потенційними
селевими масами у басейнах Карпатських річок найчастіше виступають різні
генетичні типи четвертинних відкладів, які представлені континентальними
фаціями. Серед них виділяють делювіальні, елювіальні, алювіальні, льодовикові,
техногенні, біогенні, хемогенні та їх парагенетичні комплекси: делювіально-
колювіальні, елювіально-делювіальні, еолово-делювіальні, елювіально-делювіальні
та делювіально-зсувні утворення. Більшість порід четвертинного комплексу мають
середні показники фізико-механічних властивостей, значення яких залежать від
умов залягання порід. Круті схили, високий рівень ґрунтових вод, водопрояви на
поверхні, нахил пластів корінних порід в бік поверхні схилу значно погіршують ці
показники.
Вплив літолого-стратиграфічного чинника посилює структурно-тектонічна
будова регіону. Різне залягання шаруватих і масивних порід по відношенню до
топографічної поверхні схилів та їх тріщинуватість, обумовлені перш за все різною
інтенсивністю складчастих та розривних тектонічних дислокацій, поряд з іншими
особливостями порід, визначають нерівномірність фізичного вивітрювання і,
відповідно, неоднакове розміщення на території селевого водозбору осередків
накопичення уламкового матеріалу на місцях їх утворення. В результаті руху
продуктів вивітрювання вниз по схилах під дією сили тяжіння маси
рихлоуламкового матеріалу концентруються на окремих ділянках схилів, які стають
осередками насичення селів. Зсувні процеси в зв’язку з особливостями режиму
ґрунтових вод і часто посилення поверхневого стоку являють собою специфічні
8
осередки насичення селів на місці їх утворення. Ерозійна діяльність дощової,
снігової, льодовикової та ґрунтової води, особливо в легкорозмивних глинистих і
пилуватих ґрунтах, слугують допоміжними агентами руйнування і одночасно
переносу значних мас твердого матеріалу з поверхні корінних порід в місця
концентрації у підніжжя крутих схилів і в русла.
Досліджувана територія характеризується відсутністю витриманих по площі і
в розрізі водоносних горизонтів. При незначній потужності четвертинного покриву
активний вплив на водний режим території мають водоносні горизонти флішових
комплексів, які розташовуючись вздовж площин ковзання і відриву зсувних масивів
та ґрунтових блоків, сприяють порушенню умов їх рівноваги і сповзанню в селеві
русла.
Сейсмічність Карпат не викликає безпосереднього формування селевих
процесів, але є важливим чинником формування потенційних селевих мас.
Найбільш інтенсивні землетруси приурочені переважно до зони Закарпатського
глибинного розлому, яка характеризується інтенсивними і диференційованими
опусканнями та горизонтальним розтягуванням. Тут відбуваються переважно
землетруси невеликої сили (М від 0,6 до 2–2,5).
Основні риси сучасного рельєфу, які безпосередньо відбиваються на розвитку
селів, визначив неотектонічний (неоген-четвертинний) етап розвитку Землі. Адже
орогенез, що супроводжується складчастістю та розривною тектонікою, є на
багатьох ділянках провідним чинником підготовки гірських порід до наступного
прискореного екзогенного руйнування. Сучасні підняття в Карпатах
супроводжуються формуванням вузьких V-подібних долин гірських річок зі
скелястим ложем, висячими долинами приток. За даними повторних високоточних
нівелювань в Карпатському регіоні України швидкість сучасного росту гірської
системи Карпат становить 1–2 мм/рік, а у верхів’ях р. Тиса – до 3–4 мм/рік.
Вплив рельєфу на характер та інтенсивність селевих процесів проявляється в
першу чергу через нахили селевих русел, крутизну схилів та морфологію долин.
Селеактивні притоки головних річок у складчастій області Карпат мають переважно
типовий гірський характер. Найбільш селенебезпечними є потоки І, II порядків (за
схемою класифікації Столера-Філософова). Селі в Українських Карпатах при інших
однакових умовах можуть формуватися переважно на ділянках селевих річищ,
нахил яких перевищує 16–18о. Круті ухили русел при малій їх ширині визначають
можливість значних швидкостей руху потоку, особливо при великих глибинах.
Одночасне або майже одночасне впадання потужних водних притоків у селеве русло
призводить до різкого збільшення водних витрат селів на ділянці русла,
розташованій нижче цих притоків.
Ландшафтно-кліматичні умови також сприяють розвитку селів. Водозбори,
схили яких покриті густими лісами з потужною кореневою системою, як правило, не
бувають селенебезпечними. Проте роль карпатських лісів різко знижується в
результаті суцільних вирубок, рослинний покрив порушується в результаті випасу в
лісах тварин тощо. Відомо, що переважна частина селів утворюється внаслідок злив
або після тривалих дощів. Кількість опадів за 24 години може досягати 2–3 місячні
9
норми – 150–250 мм. Важливими умовами є також інтенсивність опадів та
особливості їх взаємодії з продуктами розпаду гірських порід.
Отже, геологічна будова, геоморфологічні та ландшафтно-кліматичні умови за
певних обставин виступають важливими чинниками селеутворення, кожен з яких
вносить свою долю у цей процес. Чинники дуже тісно пов’язані між собою і іноді
складно достовірно визначити на якому етапі закінчується вплив одного і
починається дія другого. Проте домінуючу роль відіграє не дія одного з чинників, а
певні їх комбінації. У різних селевих басейнах в якості домінуючих виступають
різні групи чинників. Співвідношення окремих чинників та їх комбінацій описано
нижче, при системному описі типів селів, виділених в басейні р. Тиса.
У третьому розділі детально схарактеризовано селі басейну р. Тиса, виділено
найхарактерніші цьому регіону типи за речовинним складом, характером руху,
механізмом формування, генезисом твердої та рідкої фаз потоку, морфологічними
особливостями басейнів тощо, запропоновано регіональну морфологічну типізацію
селевих басейнів, типізацію селевих потоків за живленням твердої фази селевих мас,
типізовано селеві тіла за характером формування та морфологічними
особливостями.
В Українських Карпатах відмічено близько 400 селевих водозборів (з площею
від 0,1 до 50 км2). Серед них в межах досліджуваної території переважають
середньо- та низькогірні селеві басейни зі значною диференціацією потоків за
довжиною, кутами нахилу та морфологією долин, ступенем покриття рослинністю
схилів, літологією та механічними властивостями потенційних селевих мас.
У результаті проведених досліджень та обстеження понад 70 селевих потоків у
басейнах з різною геологічною будовою та геоморфологічними особливостями, а
також аналізу численних літературних джерел, фондових матеріалів встановлено
достатньо витримані типи комбінацій чинників, що дозволили систематизувати
численні дані по селепроявах. Оскільки виявлені закономірності не можливо
відобразити за допомогою загальних класифікаційних систем запропоновано
регіональні типізації селевих потоків, басейнів та тіл селевого генезису для басейну
р. Тиса (гірськоскладчаста область Карпат).
Аналіз геоморфологічних умов та чинників цієї групи дозволив виділити типи
селевих басейнів. В основі цієї класифікації лежать морфологічні особливості
басейнів та тип рисунку гідрографічної сітки, враховано також загальні
класифікацій селевих басейнів за цими ознаками. Виділено два типи селевих
басейнів: простий, або «елементарний», та складний, що, в свою чергу, поділяється
на підтипи – «розгалужений» та «каскадний» (рис. 1).
У селевих басейнах простого типу селеві русла прямі, незначної довжини
(500–3000 м), мають прямолінійний повздовжній профіль, V-подібний поперечний
профіль, що вказує на їх відносну молодість, одне русло, просту будову, але
достатній для виникнення селевого потоку нахил та кількість потенційного селевого
матеріалу (рис. 1).
Долини складних селевих басейнів мають V- чи U-подібний поперечний та
прямолінійний або ступінчастий повздовжній профілі, розгалужену сітку приток, що
можуть бути також селеактивними (рис. 1). Два основних підтипи селевих басейнів
10
виділено, враховуючи найбільш характерні селеактивним потокам типи рисунка
гідрографічної сітки. У виділених типах басейнів особливості формування та
проходження селевих потоків відрізняються та впливають на їх руйнівну силу.
Басейнам «розгалуженого» підтипу властиві деревовидний та вилоподібний
типи рисунка гідрографічної сітки (рис. 1). Потоки мають значну протяжність та
розвинену систему приток. Селенебезпека забезпечується розгалуженням річкової
сітки – потік набуває основної активності в результаті злиття приток нижчих
порядків, що сприяє збільшенню потужності основного потоку в результаті
привнесення матеріалу кожною наступною притокою.