Współczesne procesy morfologiczne w obrębie wykopu kolejowego w Sławkowie (E część Wyżyny Śląskiej) Radosław Stachurski, Jerzy Wach

Transkrypt

1 Geomorfologický Aplikovaná a antropogenní 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 geograf12@poczta.onet.pl University of Silesia, Faculty of Earth Sciences, Będzińska 60, 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

2 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 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 : 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

3 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 bezpośrednio 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 ). 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

4 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 latach, 10 przewidywany profil stoku po ok 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

5 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 m 3 materiału, natomiast na stoku o ekspozycji północnej przemieszczone zostało ok m 3 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 m 3 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 m 3. 55

6 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

7 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 м 3 материала, тогда как по противоположному лишь м 3, что в итоге дает величину м 3. 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 м 3 материала. 57

8 58