П.Н. Брагин
1. Сущность метода морфодинамического анализа
Из всего многообразия природных условий рельеф наиболее характерное и определяющее состояние поверхности городской территории. Он является важнейшим фактором, оказывающим непосредственное влияние на планировку, застройку и благоустройство города и, в конечном счете, на экономику строительства. При оценке территории основное внимание уделяется существующему рельефу. Определяют наличие и расположение водоразделов и тальвегов, основные направления стока поверхностных вод, участки территорий с различными уклонами, территории, требующие мероприятий по инженерной подготовке, и пр. В зависимости от этих и других факторов проводится функциональное зонирование территории и основные мероприятия, обеспечивающие использование территории в необходимых целях [1].
В данной работе излагается опыт использования метода морфодинамического анализа рельефа для целей генерального планирования на примере Ярославля - одного из типичных городов Центра и Севера Русской равнины. В основу анализа рельефа территории была положена методика выявления элементарных поверхностей по А.Н. Ласточкину [2], доработанная применительно к задачам оценки территории равнинного города. Данная методика по сути явилась развитием и продолжением существовавшей до того методики вырисовывания пластики рельефа ручным способом, имевшей широкое применение у почвоведов и ландшафтоведов. Однако она была, в известной степени, произвольной, а потому возникла необходимость в методике анализа рельефа, имеющей под собой четкое математическое обоснование. Смысл операции морфодинамического анализа заключается в выявлении в пределах геоморфологических поверхностей элементарных поверхностей, обладающих, в достаточной мере, неизменными характеристиками (уклон, литология, экспозиция). Согласно современной теории морфодинамического анализа, границами поверхностей служат структурные линии рельефа, которые подразделяются на несколько типов: килевые, гребневые, линии вогнутого и выпуклого перегибов.
Линия вогнутого перегиба - это линия, разделяющая участок крутого склона от участка пологого склона; в свою очередь, линия выпуклого перегиба, наоборот, находится на границе между пологим и крутым участками склона. Килевая линия проходит по наиболее пониженным участкам в рельефе, тогда как гребневая, по сути, есть водораздел. Гребневые и килевые линии отыскиваются методом пластики рельефа, смысл которого сводится к преобразованию континуума изогипс топокарты в дисконтинуум путем соединения точек перегиба каждой соседней разновысотной изогип-сы (в точках нулевой кривизны) особой линией - морфоизографой, отделяющей выпуклости от вогнутостей [3]. В первую очередь на карте пластики изображается ложбинно-лощинная сеть и водоразделы разных порядков. Линии, проведенные по дну ложбин, как раз и являются килевыми линиями.
Основой для выполнения карты пластики рельефа служит исходная карта с изогипсами земной поверхности (горизонталями). Для работы по созданию карты пластики рельефа использовалась карта (план-схема) масштабом 1: 10000 с горизонталями, проведенными через 5 метров. Листы карты были сканированы, а затем оттрассированы, то есть переведены в векторный формат при помощи графического редактора Corel Draw 7.0.
Следующим этапом работы стала «сборка» всех фрагментов карты в единое целое. Для этого применялось пошаговое соединение всех элементов карты в разных слоях. Соединение проходило в два этапа: сначала фрагменты были собраны в 12 листов, соответствующих листам плана-схемы, полученные таким образом листы «сшивались» в единую карту, на которой, в итоге, получили отображение следующие объекты: рельеф города в виде горизонталей и элементы гидрологической сети - Волги, ее притоки, а также русла ручьев.
Затем при помощи метода пластики рельефа выявлялась ложбинно-лощинная сеть.
Она фиксировалась по так называемым «заливам горизонталей», то есть искривлениям линии горизонтали, направленным вверх по склону. Предполагалось, что «серия» заливов - несколько подряд чередующихся изгибов - фиксируют определенную линейную отрицательную форму рельефа. Затем посредством вписывания в изгиб горизонтали окружности подходящего радиуса определялся «истинный» размер неровности. Края последовательно чередующихся окружностей соединялись по касательной, таким образом прорисовывались ложбины и лощины (килевые линии).
Водоразделы фиксировались по «мысам горизонталей» - искривлениям линии горизонтали, направленной вниз по склону. Итоговая линия водораздела проводилась исходя из того, что серия таких изгибов фиксирует положительную форму рельефа. Таким способом на карту были нанесены основные водоразделы и водоразделы более низких порядков (ребра - гребневые линии).
2. Типизация городского рельефа посредством морфодинамического анализа
На основании данных морфодинамического анализа (а также согласно геологическим изысканиям) в первом приближении территория Ярославля представляет собой гетерогенное образование, которое может быть сведено к восьми генетическим типам геоморфологических поверхностей:
современная пойма Волги и ее притоков
первая надпойменная терраса аллювиального и озерного генезиса
вторая надпойменная терраса сложного озерно-ледникового генезиса
третья надпойменная терраса озерно-ледникового и флювио-гляциального генезиса
холмисто-грядовая поверхность морены напора
моренно-водно-ледниковое плато на двучленных отложениях
равнина основной морены, сложенная суглинками.
В свою очередь, эти генетические поверхности были представлены нами в виде совокупности элементарных поверхностей, выделенных согласно описанной выше методике.
Морфодинамический анализ выявил следующую зависимость - чем сложнее поверхность по строению, тем большее количество типов элементарных поверхностей можно выделить в ее пределах.
Поскольку поверхности поймы, первой и второй речных террас достаточно однородны по характеру уклонов территории (слабонаклонные, почти плоские), то в качестве элементарных поверхностей выделялись локальные повышения и понижения в пределах основной поверхности (гривы и межгривные понижения на пойме, "дюны" и "западины" в пределах первой террасы).
Для других генетических поверхностей набор типов элементарных поверхностей заметно усложняется (Табл. 1).
Каждая из выделенных генетических поверхностей обладает специфическим строением и особенностями, во многом определявшими исторический характер освоения (планировку, застройку, использование). Кроме того, литология и пластика рельефа генетических поверхностей во многом обусловливают развитие тех или иных неблагоприятных экзогенно-динамических процессов (подтопление, линейная и плоскостная эрозия, суффозия) а, следовательно, и проблемы существования городского ландшафта, необходимость реабилитации тех или иных элементов природного комплекса и потенциал конструирования новых ландшафтов «с заданными свойствами».
Таблица 1
Типы элементарных поверхностей
| Генетическая поверхность | Элементы рельефа |
| Современная пойма Волги и ее притоков | Основные поверхности пойменных площадок Гривы Межгривные понижения |
| Первая озерно-аллювиальная терраса Волги и ее притоков | Основная поверхность террасовой площадки «Дюны» - взбугренные поверхности «Западины» - обширные депрессии |
| Вторая озерно-ледниковая терраса Волги и ее притоков | Основная поверхность террасовой площадки Одиночные и групповые холмы Западины полусточные, сложной формы |
| Третья водно-ледниковая терраса Волги | Основная поверхность Останцы в виде наложенных холмов и гряд Фасы — прямые стенки вдоль уступа Ячейки стока с развитой многовершинной структурой |
| Моренно-водноледниковая равнина | Привершинные поверхности Субвершины Фасы Своды Вдолькилевые одиночные ячейки стока |
| Равнина основной морены | Привершинные поверхности Субвершины Фасы Слаборазветвленные вдолькилевые ячейки стока Рассеивающие стенки над субвершинами |
| Холмисто-грядовая морена напора | Рассеивающие вдольгребневые «отроги» Привершинные поверхности Субвершины Фасы Своды Ячейки стока сильноразветвленные |
3. Неблагоприятные экзогенно-динамические процессы и их характеристика
Подтопление в пределах города связано в первую очередь с изменением режима Волги. После строительства каскада ГЭС (прежде всего Горьковской ГЭС) уровень воды в реке находится на постоянном высоком уровне, а волжские притоки в своем нижнем (приустьевом) течении находятся в состоянии подпора. В результате этого происходит поднятие уровня стояния грунтовых вод, что в значительной мере затрудняет поверхностный сток на отдельных участках речной долины (например, при выходе водотоков с надпойменной террасы на пойму). Сезонные затопления поймы Волги повлияли на характер ее застройки. Исторически дома строились на возвышенных участках поймы (гривах), тогда как в межгривных понижениях находились сенокосы. Во многих местах заволжской части (например, в Тверицах) такой характер застройки сохранился и по сей день.
Кроме того, процесс подтопления наблюдается в местах существования мелких водотоков (ручьев и мелких рек), в процессе освоения территории засыпанных и заведенных в коллекторы. Зачастую такие участки на карте выглядят как впадающие в Волгу или Которосль ложбины (обычно однорукавные, длиной в несколько сотен метров). Поскольку реконструкция ложбинно-лощинной сети города не проводилась, зачастую здания и сооружения возводились без учета направления стока. Некоторые естественные водотоки оказались перегороженными, что способствовало развитию процесса подтопления и в худшую сторону отразилось на устойчивости самих зданий.