Svahové pohyby

Příčiny vzniku svahových pohybů a stabilita svahů
Klasifikace a druhy svahových pohybů
Svahové pohyby jako environmentální hazardy; ochrana a prevence
Velké katastrofy způsobené svahovými pohyby
Náměty k dalšímu studiu
Odkazy

Svahové pohyby jsou jedním z nejrozšířenějších environmentálních hazardů. Jedná se o pohyb materiálu dolů po svahu účinky gravitace, bez působení tekoucí vody, ledu nebo větru (SUMMERFIELD, M. A., 1991, 167). Vzhledem k tomu, že jejich výskyt je vázán na existenci svahů, tedy ukloněného terénu, představují riziko pro rozsáhlé oblasti zemského povrchu. Oproti jiným hazardům má ovšem jejich dopad čistě regionální rozsah a akutnímu nebezpečí vzniku sesuvů a jiných pohybů svahové hmoty musí čelit pouze členité horské oblasti.

Obr.1, 2: Sesuv v přímořské oblasti u San Francisca a jeho počítačová simulace. Vysoké srážkové úhrny v průběhu roku 1997 způsobily v oblasti několik velkých sesuvů (zdroj: http://www.planning.org/landslides).

Svahové pohyby mají mezi environmentálními hazardy zvláštní postavení. S ohledem na různorodost jejich příčin stojí jednak na pomezí endogenních a exogenních přírodních hazardů (pohyby způsobené zemětřesnou aktivitou oproti pohybům generovaným atmosférickými procesy, především srážkovou činností), ale zároveň také na hranici přírodních a lidmi podmíněných rizik (umělé úpravy svahů). Hybridní povaha je proto častým znakem svahových pohybů (kombinace srážkové činnosti, eroze v důsledku odlesnění apod.)

Příčiny vzniku svahových pohybů a stabilita svahů

Svahové pohyby vznikají v důsledku účinků gravitace, která působí na svahový materiál. Tento materiál můžeme rozdělit do dvou hlavních skupin, a to skalní podloží a zvětralinový plášť (regolit). Skalní podloží představuje podložní horninu, která může být sice narušená přítomností různých trhlin a puklin, ale jinak se chová jako kompaktní masa, jejíž pevnost není ovlivněna např. obsahem vody. Regolit je vrstvou všech zvětralin, které spočívají na horninovém podkladu, zahrnuje tedy půdu a ostatní materiál v různém stádiu zvětrávání. Oproti skalnímu podloží chybí u regolitu kompaktnost. Zvětraliny mohou být rovněž velice oslabeny při saturaci vodou. Většina svahů se samozřejmě skládá s obou typů materiálu a právě jejich poměr pak určuje důležité charakteristiky svahových procesů.
K pohybu svahových hmot dochází, pokud je narušena stabilita svahu. Ta je dána rovnováhou dvou sil působících na svahový materiál, a to smykového odporu o, který brání pohybu, a smykového napětí s, které je naopak silou generující pohyb po svahu (obr. 1). Tíhová síla svahoviny G se pod úhlem α rozkládá na normálovou složku, neboli normálové napětí n, a složku rovnoběžnou se svahem, tedy smykové napětí s.

Obr. 3: Zjednodušené znázornění sil působící na svahový materiál, který se pohybuje po myšlené smykové ploše
(upraveno podle: SMITH, K., 2002, 186).

Úhel α představuje sklon svahu. Při rostoucím sklonu tak roste velikost smykového napětí a tím i možnost pohybu materiálu dolů po svahu (obr. 2).

Obr. 4: Závislost velikosti smykového napětí s a normálového napětí n na sklonu svahu. Pokud při stejné hmotnosti materiálu sklon svahu vzroste z α na α', vzroste i velikost smykového napětí (s´), ale naopak se sníží hodnota napětí normálového (n´).

Velikost smykového odporu o je závislá na několika faktorech, které zahrnují úhel vnitřního tření, velikost normálového napětí n a velikost vnitřní soudržnosti (tj. kohezi) materiálu. Úhel vnitřního tření je dán třecím odporem mezi jednotlivými částicemi svahoviny, který brání tomu, aby po sobě částice volně klouzaly. Výsledná hodnota je ovlivněna především velikostí, tvarem, uspořádáním a množstvím jednotlivých částic materiálu. Nejvyšší je u pevně složených, kompaktních svahovin.
Normálové napětí n je určeno jednak sklonem svahu α (velikost s rostoucím sklonem klesá - viz. obr. 2), jednak přítomností vody ve svahovině. Voda obsažená v pórech materiálu totiž vytváří vztlakovou sílu, která má opačný směr působení než normálové napětí a zmenšuje tak jeho velikost. To vysvětluje, proč ke svahovým pohybům může docházet v závislosti na zvýšených srážkových úhrnech, neboť vyšší obsah vody znatelně snižuje normálové napětí a tím i velikost smykového odporu svahoviny. Naopak ve zcela suchých materiálech (písek, suť) vztlaková síla nepůsobí a normálové napětí je závislé pouze na sklonu svahu.
Kohezní síly jsou výsledkem elektromagnetických a elektrostatických sil, které působí mezi jednotlivými částicemi materiálu a zvyšují tak jeho vnitřní soudržnost. Tyto síly působí především ve svahovinách s vyšším obsahem jílu, malé jsou u písčitých materiálů. Pokud je svahovina pouze částečně saturována vodou může soudržnosti mezi částicemi napomáhat také kapilární koheze.

Poměr sil, které způsobují pohyb materiálu dolů po svahu a sil, které brání tomuto pohybu, určuje stabilitu svahu. Pohyb nastává, pokud velikost smykového napětí překročí velikost smykového odporu, jejichž rovnováha určuje mez bezpečnosti svahu. Podle poměru smykového odporu a napětí můžeme jednotlivé svahy rozdělit do tří kategorií (SUMMERFIELD, M. A., 1991, 167):

svahy stabilní (s < o)
svahy aktivně nestabilní (s > o)
svahy podmínečně nestabilní (s < o nebo s > o)

Svahy podmínečně nestabilní jsou závislé na změně normálového napětí v různých podmínkách, především na zvyšování obsahu vody ve svahovině. Svah tak může být poměrně stabilní, pokud nenastanou větší srážkové úhrny, které snížením normálového napětí převrátí poměr smykového odporu a smykového napětí a následně dojde k pohybu materiálu.
Stabilitu svahů ovlivňují dvě hlavní skupiny faktorů. Na jedné straně stojí procesy, které snižují smykový odpor hornin, a mohou tak svah transformovat ze stabilního do podmínečně nebo aktivně nestabilního stavu. Druhou skupinu tvoří faktory, které přímo zvyšují smykové napětí. Souhrn všech těchto vlivů je uveden v tab. 1.

Tab. 1: Faktory podmiňující stabilitu svahu (upraveno podle: SUMMERFIELD, M. A., 1991, 168).

Faktor	Příklady
Faktory zvyšující smykové napětí svahového materiálu
Zvýšení sklonu svahu	boční eroze vodního toku, stavební činnost
Odstranění laterální opory svahu	vodní eroze, procesy zvětrávání, stavební činnost
Zatížení svahu	akumulace zvětralin, nárůst vegetace, zvýšení obsahu vody, stavby budov
Laterální tlak	zamrzání vody v puklinách
Odstranění vegetace	požáry, odlesňování, stavební činnost
Otřesy	zemětřesení, těžká doprava
Faktory snižující smykový odpor svahového materiálu
Nárůst objemu vody ve svahovině	saturace důsledkem srážkové činnosti
Procesy zvětrávání	rozpad horniny podloží
Změny struktury	vznik trhlin a puklin
Činnost organismů	tlení kořenových systémů

V závislosti na všech výše uvedených faktorech uvádí K. Smith (2002, 183) hlavní druhy terénu, který je může být velmi náchylný k vzniku hazardů svahových pohybů:

oblasti postihované zemětřesnou aktivitou
horská prostředí s velkou výškovou členitostí reliéfu
oblasti se střední výškovou členitostí, které jsou postiženy silnou degradací půdního krytu
oblasti budované mohutnými vrstvami jemných sedimentů, především spraší
oblasti s velkými úhrny srážek během roku

Klasifikace a druhy svahových pohybů

Svahové pohyby můžeme klasifikovat podle dvou základních kritérií, a to rychlost a měřítko procesu. Měřítko zahrnuje rozsah především území postiženého katastrofou, a dále množství transportovaného materiálu. Územní dopad svahových pohybů bývá většinou pouze lokální, větší procesy mohou ovlivnit obyvatelstvo na regionální úrovni.
Z hlediska rychlosti procesů rozdělujeme svahové pohyby na pomalé, středně rychlé a rychlé (KUKAL, Z., 1983, 168). Pohyby pomalé většinou nepředstavují reálný hazard, jejich rychlost totiž můžeme počítat v desítkách cm za rok. Pomalé pohyby jsou zcela přirozeným přírodním úkazem, který v různé intenzitě probíhá na všech svazích. Tyto pochody zahrnují jednak ploužení (creep), jakési popolézání zvětralin dolů po svahu, a dále pak soliflukci a geliflukci, procesy související se saturací regolitu. Nebezpečí pomalých pohybů tkví pouze v tom, že postupně mohou zvyšovat svou rychlost i intenzitu, a nakonec přerůst v reálnou katastrofu.
Středně rychlé jsou pohyby, jejichž rychlost se pohybuje v metrech za hodinu nebo za den. Do této kategorie patří většina sesuvů. Podle profilu smykové plochy dělíme sesuvy na rotační (zakřivená smyková plocha) a translační (planární smyková plocha). Sesuvy už představují značná rizika, mohou ničit komunikace a lidská obydlí, a větší katastrofy si často vyžádají i oběti na životech. Za příhodných podmínek většinu svahů a nebezpečí spočívá především v obtížné možnosti jejich předpovědi.
Největší riziko představují pohyby rychlé, které mohou způsobit velké škody na životech i majetku. Rychlost může dosahovat desítek až stovek km za hodinu. Na případnou evakuaci nebo útěk tak zpravidla nezbývá žádný čas. Mezi rychlé procesy patří řícení skal a všechny druhy tečení (suché proudy, kamenotoky, bahnotoky apod.). Podobné procesy často souvisejí s ostatními pochody, např. tečení může následovat po narušení svahu sesuvem, odnosem materiálu jeho akumulační části. Jako rychlý pohyb můžeme klasifikovat i řícení ledovců (KUKAL, Z., 1983, 184). Dolní část ledovcového splazu se za určitých podmínek (zvýšení teploty a tání, otřesy povrchu) může oddělit od zbytku ledovce a rychle sjet dolů do údolí. Nebezpečná není pouze rychlost pohybu (desítky km/h), ale i fakt že ledovec kromě své hmoty nese i velké množství ostatního svahového materiálu. Na dně údolí proto může způsobit značné škody. Jednotlivé typy svahových pohybů jsou podrobněji zpracovány v samostatné podkapitole.

Obr. 5-8: Dopady rychlých svahových pohybů, souhrnně označovaných pojmem tečení. Fotografie pocházejí z USA,
ze států Colorado, Washington, Ohio a Kalifornie (zdroj: http://landslides.usgs.gov).

Zvláštní kategorií svahových pohybů jsou sněhové laviny. Příčiny a mechanizmy procesu jsou totožné, rozdíl tkví pouze v transportovaném materiálu. Tak jako svah, může se i sněhová pokrývka dostat v důsledku různých faktorů do nestabilního stavu, při kterém vzniká akutní nebezpečí vzniku lavin. Se současným rozvojem cestovního ruchu v horských oblastech a střediscích, nehrozí riziko pouze vlastním obyvatelům hor nebo horolezcům, ale často i běžným turistům. A laviny v ničem za ostatními svahovými pohyby nezaostávají. Každý rok mají na svědomí desítky životů po celém světě. Tomuto problému se věnuje samostatná podkapitola.

Tak jako na souši mohou svahové procesy působit i pod hladinou moří a oceánů. V takovém případě hovoříme o podmořských skluzech. Podmořské skluzy se týkají především oblastí šelfů a kontinentálních svahů. Transportovaným materiálem jsou především terestrické sedimenty, které na šelfy přinášejí říční toky. Na mořském dně mohou pohyby nastávat na svazích s úhlem sklonu již od 2° vzhledem k tomu, že uloženiny jsou poměrně nekompaktní a lehce tak mohou podléhat svahovým pochodům. Většinou se jedná o různé bahnotoky (hlavní podíl jílu), které mohou přerůstat v turbiditní proudy (poměr vody a pevných částí 1:1). Podmořské skluzy nepředstavují velký hazard (jde maximálně o porušení komunikačních spojů), mají ale značný význam při ukládání sedimentů, neboť v důsledku turbiditních proudů vznikají flyšové vrstvy.

Svahové pohyby jako environmentální hazardy; ochrana a prevence

Svahové pohyby, oproti jiným environmentálním hazardům, představují riziko pouze v lokálním nebo regionálním měřítku. To ovšem neznamená, že jejich nebezpečí a potenciální škody nemohou být značné. V roce 1982 způsobily silné deště v okolí San Francisca sérii asi 18 000 sesuvů, které si vyžádaly 25 mrtvých a škody přesahující 100 mil. USD. Šlo tak o třetí největší přírodní katastrofu v oblasti za poslední století. Vedle ztrát na životech zahrnují škody především ničení budov, komunikací, liniových vedení, důlních a vodohospodářských staveb (obr. 9 a 10).

Obr. 9, 10: Ničivá síla svahových pohybů může ničit budovy, silnice i další stavby. Fotografie zachycují dva sesuvy v oblasti Kalifornie z roku 1972 (Thua Creek), resp. 2005 (Blue Bird Canyon). Tato část USA je díky kombinaci klimatu (poměrně časté srážky) a členitého reliéfu velice náchylná k vzniku svahových pochodů (zdroj: http://landslides.usgs.gov; http://www.em.gov.bc.ca).

Dopady svahových pochodů závisí především na rychlosti procesu a objemu zasaženého svahového materiálu, spolu s připraveností a informovaností společnosti. Svahové pohyby mohou vznikat jako čistě přírodní procesy nebo mohou být generovány lidskou činností, především necitlivými úpravami terénu (stavby komunikací, domů apod.). Mohou proto fungovat jak v odlehlých územích, tak v člověkem obývané krajině. Obecně lze říci, že všechny svahy se sklonem od 25° představují reálné riziko sesuvů a jiných pochodů (SMITH, K., 2002, 196). Nejvíce jsou tedy zasaženy horské oblasti, které jsou poměrně hustě obývány lidskou společností. K nim patří např. území jihoamerických And v Peru nebo Ekvádoru, kde mnohé vysoko položené městské oblasti jsou vystaveny akutnímu riziku svahových pohybů (zvláště pokud připočteme velké srážkové úhrny vzhledem k poloze v tropickém pásu).

Obr. 8: I člověk může být příčinou nestability svahů. Děje se tak především necitlivými úpravami terénu
(zdroj: http://interactive2.usgs.gov/learningweb).

Jedním z důležitých prvků ochrany proti svahovým procesům je mapování stability svahů. Většina zemí, která je ohrožena možným vznikem tohoto hazardu, má zpracované podklady, které dokumentují míru rizika vzniku jednotlivých pochodů. Výjimkou není ani ČR, která patří mezi země silně postižené svahovými procesy, a to především ve východní části (pohoří Západních Karpat s mladým horským reliéfem). Podle J. Rybáře (2004) je v karpatské soustavě na území ČR postiženo rizikem sesuvů a jiných pohybů v průměru 3% území, ve Vsetínských vrších je to dokonce 10%. Obr. 3 ukazuje sesuvné oblasti Českého masivu. Vzhledem k většímu stáří reliéfu je zde postiženo asi 1% území, především křídové oblasti České tabule a mladší pohoří sopečného původu.

Obr. 9: Sesuvná území v Českém masivu (převzato: KUKAL, Z., 1983, 187).

Prevence hazardu svahových pohybů spočívá vedle předpovědí a vymezení postižených území i v aktivní ochraně, která souvisí s úpravami svahů a celkovým krajinným land-use. Činnosti se soustřeďují především na zpevňování svahů a omezení vlivu vody v regolitu. K. Smith (2002, 197) uvádí několik možných alternativ technologických úprav svahů, které snižují riziko vzniku svahových procesů:

Úprava profilu svahu souvisí se zmenšením jeho sklonu. Používá se především v sídelních oblastech, kde jsou budovy stavěny přímo na svazích.
Odvodnění svahu pomocí drenážních systémů pro povrchovou i podpovrchovou vodu. Opatření směřuje především ke zmenšení vztlakové síly v regolitu.
Obnovení rostlinného krytu má několik důvodů. Kořenové systémy samy o sobě zpevňují svahový materiál a zároveň působí jako přírodní drenáž (díky transpiraci). Koruny stromů navíc chrání svah před přímými účinky atmosférických srážek. Vegetace na druhé straně ale nesmí být příliš, neboť její váha by mohla zvýšit smykové napětí materiálu na svahu.
Bezpečnostní stavby jako pilíře nebo ochranné zdi mohou zbrzdit posun svahových hmot, ale vzhledem k jejich nákladnosti i rozměrům je použití tohoto opatření limitováno na menší svahy.
Jiné metody zvyšující ochranu zahrnují chemickou stabilizaci a zpevňování svahu cementem nebo jinými materiály, které snižují propustnost půdního krytu.

Obr. 10: Několik možností úprav svahu vedoucích ke snížení rizika svahových pohybů (upraveno podle: SMITH, K., 2002, 190).

Velké katastrofy způsobené svahovými pohyby

V rámci celého zemského povrchu dochází každý rok k desítkám větších či menších katastrof způsobenými svahovými pohyby. Vzhledem k množství těchto událostí je téměř nemožné určit jedinou, největší katastrofu, pokud jde o počty obětí nebo velikost zasaženého území. Příklady v této kapitole jsou vybrány pro lepší ilustraci účinků svahových procesů.