Współczesne procesy morfologiczne w obrębie wykopu kolejowego

Aplikovaná a antropogenní
Geomorfologický
sborník 2 geomorfologie
ČAG, ZČU v Plzni, 2003
Współczesne procesy morfologiczne w obrębie wykopu
kolejowego w Sławkowie (E część Wyżyny Śląskiej)
Radosław Stachurski, Jerzy Wach
[email protected]
University of Silesia, Faculty of Earth Sciences, Będzińska 60, 41-200 Sosnowiec, Poland
Powierzchniowe ruchy masowe od dawna interesowały człowieka, ale
dopiero druga połowa XIX w. była początkiem naukowego ich badania.
Procesy ruchów masowych występują najliczniej i w największym natężeniu
na obszarach górskich. W miarę rozwoju budownictwa i intensywniejszego
zagospodarowania powierzchni ziemi wzbudzały zainteresowanie również
osuwiska nizinne rozwijające się w strefie brzegowej mórz, w dolinach
rzecznych, sztucznych wykopach przy budowie dróg, linii kolejowych
i kopalniach odkrywkowych. Problem osuwisk jest interesujący nie tylko
z punktu widzenia naukowego, ale ma również duże znaczenie gospodarcze
(BANACH, 1973, 1977).
Sam termin „osuwisko” ma szerokie znaczenie i obejmuje łącznie dość
zróżnicowane ruchy mas skalnych wywołane zakłóceniem równowagi między
siłami spójności i tarcia wewnętrznego w skałach a siłą ciężkości
(KLECZKOWSKI, 1955). Podobnie pojęcie „osuwiska” definiuje
M. KLIMASZEWSKI (1978).
Proces osuwania zachodzi na stokach stromych okrytych zwietrzelin ą.
Proces ten polega na szybkim przemieszczaniu mas zwietrzelinowych
i skalnych w dół stoku. Szybkość osuwania jest różna i wynosi od kilku
metrów do kilku centymetrów na sekundę (ZIĘTARA, 1991). Osuwanie może
być gwałtowne, nagłe lub też poprzedzone pewnymi objawami, jak: rysy,
pęknięcia, szczeliny. W wyniku procesu osuwania powstają osuwiska
(KLIMASZEWSKI, 1978).
Prezentowany temat dotyczy rozwoju procesów osuwiskowych w obrębie
sztucznej formy rzeźby, jaką jest wkop kolejowy. Osuwiska zlokalizowane są
w zachodniej części Gminy Sławków w dzielnicy Ciołkowizna ok. 3 km na
zachód od centrum Sławkowa. Znajdują się one na zboczach wykopu, który
powstał przy budowie kolei szerokotorowej biegnącej z Ukrainy do stacji
przeładunku rudy żelaza dla Huty Katowice (Fig. 1). Zgodnie z podziałem
Polski na jednostki fizycznogeograficzne J. KONDRACKIEGO (1998) obszar ten
w całości znajduje się w obrębie mezoregionu Garb Tarnogórski (341.12)
W pracy podjęto próbę przedstawienia rozwoju osuwisk i ich dynamikę
w powiązaniu z budową geologiczną i warunkami hydrogeologicznymi.
Analizę rozwoju osuwisk przedstawiono w aspekcie jakościowym
i ilościowym.
Do badań przystąpiono w listopadzie 2000 roku. Po wstępnym
rekonesansie, którym objęto wkop na odcinku 1,5 km wyznaczono obszar do
51
PDF byl vytvořen zkušební verzí FinePrint pdfFactory http://www.fineprint.cz
Aplikovaná a antropogenní geomorfologie
badań szczegółowych i przeglądowych. Szczegółowymi badaniami objęto
4 fragmenty tj. przekroje poprzeczne przez wykop, które wytypowano biorąc
pod uwagę istniejące już formy osuwiskowe jak również ze względu na
spodziewane nowe osunięcia. Stałe i systematyczne obserwacje oraz pomiary
przeprowadzono w latach 2000–2002.
Fig.1. Lokalizacja badanego obszaru.
1 – ważniejsze miejscowości, 2 – rzeki i zbiorniki, 3 – lokalizacja obszaru
badań, 4 – granica państwa.
Wybrany 0,5 km odcinek razem z wytypowanymi fragmentami wzdłuż
wykopu (od przekroju 1 do przekroju 4) skartowano w podziałce 1 : 5 000.
Skala podkładu pozwoliła wychwycić wszystkie formy osuwiskowe w terenie
w ujęciu powierzchniowym.
Dynamikę wybranych osuwisk badano metodą powtarzalnych pomiarów
geodezyjnych przy pomocy teodolitu. Wyznaczono 4 stanowiska pomiarowe,
po południowej stronie wykopu, z których poprowadzono prostopadle do toru
przekroje porzeczne. Pomiar z każdego stanowiska był dokonywany co 0,5 m.
Dynamikę ruchu osuwisk badano poprzez pomiary stałych punktów (reperów)
zainstalowanych na ich powierzchni.
52
PDF byl vytvořen zkušební verzí FinePrint pdfFactory http://www.fineprint.cz
Aplikovaná a antropogenní geomorfologie
Materiał
badawczy
uzupełniono
badaniami
geologicznymi,
hydrogeologicznymi i analizą rozmieszczenia pokrywy roślinnej.
Omawiany obszar obejmuje ok. 1,5 km odcinek rozciętego przez wykop
wzniesienia należącego do Garbu Ząbkowickiego. Wykop ma przebieg
równoleżnikowy, a jego stoki zaznaczają się wyraźną ekspozycją północną
i południową. Wykop kolejowy, na którego stokach zachodzą procesy
osuwiskowe, usytuowany jest w obniżeniu pomiędzy dwoma pagórami, które
w środkowej części obszaru opadają na zachód ku Kotlinie Dąbrowskiej.
Zachodnia część odwadniana jest do Białej Przemszy przez potok Bobrek,
natomiast wschodnia stanowi przyrzecze skanalizowane bezpo średnio do
Białej Przemszy. Wykop kolejowy przecina pierwotną powierzchnię terenu
na wysokości ok. 304,84 m n.p.m. (Fig. 2) i wcina się na głębokość ok. 12 m
tworząc stoki o nachyleniu 45° (lokalnie 17–70°). W ten sposób wkop rozcina
zalegające utwory czwartorzędowe (piaski stożków napływowych i glinę
piaszczystą zwięzłą) i utwory triasu dolnego (iły pylaste). Wykop rozcina
również pierwszy poziom wodonośny, który występuje w piaskach, a którego
podłoże stanowią iły pylaste i glina zwięzła piaszczysta. Cały obszar badań
charakteryzuje się płytko występującymi wodami podziemnymi o dużej
(rzędu 2 m) sezonowej zmienności co do głębokości zalegania. Głębokość
zalegania zwierciadła wody jest mocno zróżnicowana z tendencją wzrostu
w kierunku wykopu, gdzie prawie na całej długości stoku o ekspozycji
północnej rozciąga się strefa wysięków. Wysięki te zaznaczają się wyraźną
tendencją spadku wysokości bezwzględnej w kierunku zachodnim,
nawiązując do nachylenia stropu iłów pylastych i ukształtowania powierzchni
terenu. Pierwszy poziom wodonośny zasilany jest wodami opadowymi
i roztopowymi. Oprócz rozciętego poziomu wodonośnego na zaburzenia
stosunków wodnych na badanym obszarze ma również wpływ system rowów
i kanałów odwadniających teren.
Stok o ekspozycji południowej nie posiada tak wyraźnych wypływów wód
z pierwszego poziomu wodonośnego. Ze względu na małe pole retencji tegoż
poziomu, spowodowane bliskim sąsiedztwem rowów odwadniających teren w
kierunku zachodnim. Niemniej jednak duża część wody opadowej ze względu
na małą miąższość utworów czwartorzędowych i płytko występujące utwory
nieprzepuszczalne z lokalnymi zagłębieniami, spływa po zboczu na dno
wykopu. Spływająca po zboczu woda wsiąka częściowo w zwietrzałe iły
powodując zawilgocenie podłoża i uruchamianie materiału zalegającego na
stoku.
Na obszarze, który został objęty obserwacjami wydzielono trzy grupy form
osuwiskowych: obrywy, zsuwy i spływy (osypy, spełzywanie, płynięcie). Ich
występowanie w danej części stoku zależne jest od budowy geologicznej,
stosunków wodnych i nachylenia zboczy.
53
PDF byl vytvořen zkušební verzí FinePrint pdfFactory http://www.fineprint.cz
Aplikovaná a antropogenní geomorfologie
Rys. 2. Dotychczasowy i przewidywany rozwój stoków we wkopie
kolejowym.
1 – nasyp drogowy, 2 – podsypka pod tor kolejowy, 3 – piasek
średnioziarnisty, 4 – glina zwięzła piaszczysta, 5 – ił pylasty, 6 – profil
pierwotny stoku, 7 – profil stoku w styczniu 2001 r., 8 – profil stoku w
marcu 2002 r., 9 – przewidywany profil stoku po ok. 10-20 latach, 10 –
przewidywany profil stoku po ok. 20 -35 latach.
Obrywy w terenie zachodzą w skałach luźnych, czyli piaskach (obrywy
darniowe) ale też w spoistych, tj. czwartorzędowych glinach zwięzłych
i utworach antropogenicznych – bez obecności wody. Proces ten zachodzi
głównie w górnych częściach zboczy, gdzie nachylenie stoku nierzadko
tworzy kąt powyżej 70°.
Zsuwy występują na skutek ścinania w materiale jednorodnym jakim są iły
pylaste. Powierzchnia poślizgu uwarunkowana jest: granicą zwietrzeliny,
naprężeniami w zboczu, które między innymi zależne są od drgań
wywołanych przejazdem składu towarowego we wkopie. Zsuwy zachodzą w
materiale luźnym ale spoistym i mogą być pojedyncze jak i złożone, czyli
terasowe. Zsuwy w terenie występują głównie na północnym stoku. Na ogół,
strefa niszczenia obejmuje górną część zboczy (tworząc tam niszę), strefa
akumulacji środkową i dolną część stoku.
Osypy tworzą się w czwartorzędowych utworach piaszczystych, w glinach
piaszczytych zwięzłych pozbawionych wody i utworach antropogenicznych
usypanych na stokach w celu ich umocnienia.
Spełzywanie zachodzi w iłach przy współudziale wody, czasami na
piaskach lub glinie. Spełzywaniu podlega również pokrywająca powierzchnię
darń. Spełzywanie jest formą dominującą we wkopie i obejmuje swym
zasięgiem prawie cały stok, przy czym najwyraźniej zaznacza się w części
środkowej i dolnej stoku, gdzie proces ten intensywnie zachodzi w obr ębie
54
PDF byl vytvořen zkušební verzí FinePrint pdfFactory http://www.fineprint.cz
Aplikovaná a antropogenní geomorfologie
„starych” jęzorów. Dowodem na występowanie spełzywania są powyginane
i pochylone licznie drzewa.
Płynięcie występuje na każdej powierzchni nachylonej stoku w czasie
opadów i w miejscach wypływów wód gruntowych.
Występujące na stokach wykopu osuwiska są zjawiskiem złożonym ze
względu na genezę, przebieg ruchu i zmiany, jakim podlega odkłuta od
podłoża masa koluwialna. Rzadkością są zupełnie czyste (klasyczne) typy
osuwisk. Najczęściej jeden typ ruchu przechodzi w inny. Niekiedy różne
formy ruchu występują obok siebie. Dość często występują formy
przejściowe, które trudno zaliczyć do którejś z wyżej wymienionych grup.
Najczęściej osuwisko rozpoczyna się zsuwem i przechodzi w spływ, po czym
w strefie niszy wytworzonej podczas zsuwu występuje obrywanie. Obrywom
natomiast towarzyszy osypywanie się luźnego materiału u ich podnóża.
Przekroje, które objęte zostały badaniami, różnią się pod względem
dominujących form osuwiskowych, wilgotnością zboczy i intensywnością
procesów, co wiąże się z budową geologiczną, ukształtowaniem powierzchni
stoku i ich ekspozycją.
Analizując poszczególne przekroje zauważyć można pewną zależność,
a mianowicie stoki o ekspozycji północnej wykazują większą wilgotność.
Świadczą o tym występujące wysięki, jak również szata roślinna. Jednakże
największą intensywnością ruchów masowych wykazały się stoki
o ekspozycji południowej. Świadczą o tym liczne przesunięcia reperów
(palików) i odkształcenia powierzchni stoku. Powodem tego mogą być częste
wahania temperatur w okresach chłodnych, zamarzanie i odmarzanie cienkiej
warstwy przypowierzchniowej.
Z wyliczeń wynika, że od czasu budowy wykopu, tj. od roku 1979 na stoku
o ekspozycji południowej na odcinku 500 m procesy osuwiskowe
spowodowały przemieszczenie ok. 13 291 m3 materiału, natomiast na stoku
o ekspozycji północnej przemieszczone zostało ok. 6 840 m3 materiału.
Świadczy to o dużej dynamice stoku północnego, który w przeciwieństwie do
stoku południowego nie posiada elementów chroniących i wzmacniających
zbocze przed osuwaniem, tj. kanałów odwadniających, pokrywy z materiału
antropogenicznego. W sumie w obrębie wkopu przesunięciu uległo 20 131 m3
materiału. Większość tej masy była regularnie usuwana u podnóża stoku
przez służby kolejowe.
Ruchy osuwiskowe we wkopie przyczyniają się do kształtowania form
powierzchniowych i są naturalnym przyspieszonym procesem denudacyjnym,
prowadzącym do złagodzenia ostrości form. Jeśli nie zostaną podjęte
działania chroniące zbocze przed „osuwaniem”, dalszy rozwój zboczy wkopu
kolejowego, będzie polegał na ich cofaniu i łagodzeniu, aż do uzyskania kąta
naturalnego spoczynku, który dla iłu pylastego wynosi od 5 do 17°.
Przewidywany czas uzyskania tego kąta, to rok 2020 r. a ilość materiału jaka
ulegnie jeszcze przemieszczeniu, to ok. 25 420 m3.
55
PDF byl vytvořen zkušební verzí FinePrint pdfFactory http://www.fineprint.cz
Aplikovaná a antropogenní geomorfologie
Reasumując należy stwierdzić, iż istotny wpływ na rozwój sztucznie
uformowanych zboczy wykopu mają naturalne procesy morfologiczne, takie
jak: obrywy, zsuwy i spływy. Przebieg i tempo ich rozwoju uwarunkowane
jest przez:
o strome nachylenie zbocza wykopu;
o obecność na zboczach iłów pylastych posiadających osłabioną
strukturę wewnętrzną;
o płytkie występowanie poziomu wody gruntowej oraz jego duże
wahania;
o przejazdy ciężkich pociągów z rudą żelaza, co wywołuje wstrząsy
podłoża inicjujące ruch materiału na zboczach;
o ekspozycja stoków - częste zamarzanie i odmarzanie cienkiej
warstwy przypowierzchniowej.
Literatura
BANACH M., 1973: Budowa geologiczna a powierzchniowe ruchy masowe na prawym
zboczu doliny między Płockiem a Włocławkiem. Prz. Geogr., t 45, z. 2.
BANACH M., 1977: Rozwój osuwisk na prawym zboczu Wisły między Dobrzynkiem a
Włocławkiem. PWN Warszawa.
KLECZKOWSKI A., 1955: Osuwiska i zjawiska pokrewne. WG Warszawa.
KLIMASZEWSKI M., 1978: Geomorfologia. PWN, Warszawa.
KONDRACKI J., 1998: Geografia regionalna Polski. PWN, Warszawa.
ZIĘTARA 1991: Wpływ budowy geologicznej na rozwój osuwisk wschodniej części Karpat
fliszowych. Folia Geographica, series Geographica-Physica, vol. XXII.
56
PDF byl vytvořen zkušební verzí FinePrint pdfFactory http://www.fineprint.cz
Aplikovaná a antropogenní geomorfologie
Резюме
Современные морфологические процессы в пределах железнодорожной выемки
в г. Славкув (восточная часть Силезской возвышенности)
Настоящая
статья
характеризует
антропогенную
форму
рельефа
(железнодорожную выемку), созданную вследствие разрушительной деятельности
человека. В ее пределах современно происходят естественные морфологические
процессы. Существенное влияние на развитие искусственно сформированных
склонов выемки производят обвалы, оползание, поверхностный сток материала. Ход
их и темпы развития обусловлены:
- крутым уклоном склонов выемки
- наличием на склонах глинистых илов, отличающихся ослабленной внутренней
структурой
- неглубоким залеганием уровня грунтовых вод и его большими колебаниями
- проездами тяжелых поездов с железной рудой, вызывающими толчки субстрата,
приводящие в движение вещество по склонам
- экспозицией склонов – частым замерзанием и оттаиванием маломощного
приповерхностного слоя материала.
Анализы показывают, что во время функционирования выемки (с 1979 г.) по
склону южной экспозиции на участке длиной 500 м, оползневыми процессами
переместилось 13 290 м3 материала, тогда как по противоположному – лишь 6 840
м3, что в итоге дает величину 20 130 м3. Большинство данной массы материала
регулярно устраняется железнодорожными службами. Если не будут предприняты
меры по защите склонов от оползания, последующее развитие склонов выемки будет
состоять в постоянном их отступании и выполаживании до момента, когда
приобретят угол естественного откоса (5–17°). По нашим расчетам, это произойдет в
2020 г. До этого времени со склонов выемки переместится еще 25 420 м3 материала.
57
PDF byl vytvořen zkušební verzí FinePrint pdfFactory http://www.fineprint.cz
Aplikovaná a antropogenní geomorfologie
58
PDF byl vytvořen zkušební verzí FinePrint pdfFactory http://www.fineprint.cz