Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Характеристика природных условий территории карачаево-черкесии
1.1. Геологическое строение 13
1.2. Рельеф 18
1.3. Климат 20
1.4. Атмосферные осадки 23
1.5. Гидрография 25
1.6. Горные озера 36
1.7. Современное оледенение 38
1.8. Почвенно-растительный покров 43
Глава 2. Основные термины и определения. объекты и методы исследования
2.1 Основные термины и определения 49
2.2 Факторы формирования селей 58
2.3 Объекты и методы исследования 63
Глава 3. Особенности селевой деятельности в карачаево-черкесской республике
3.1. Морфометрические особенности селевых бассейнов 73
3.2. Режим селевой деятельности на территории Карачаево Черкесской республики
Глава 4. Определение максимального объема твердых отложений селя статистическими методами для высокогорной и среднегорнои территории западного кавказа 97
4.1 .Разработка методики определения максимального объема
твердых отложений селя
4.1.1 Определение связи максимального объема твердых отложений селя с морфометрическими характеристиками бассейна 120
4.2. Проверка точности эмпирических уравнений зависимости максимального объема твердых отложений селя от морфометрических параметров на независимом материале
4.3. Методика определения максимального объема твердых отложений селя высокогорной и среднегорнои территории Западного Кавказа
Глава 5. Районирование высокогорной и среднегорнои территории кчр по пораженности селями различного генезиса
5.1 Использование геоинформационных технологий в исследовании селевой активности
5.2 Районирование высокогорной и среднегорнои территории Карачаево-Черкесской республики по генезису селеформирования и по пораженности селями различного генезиса 123
5.2.1 Районирование высокогорной и среднегорной территории КЧР по генезису селеформирования в зависимости от высоты истока реки
5.2.2 Районирование высокогорной и среднегорной территории КЧР по пораженности селями различного генезиса Заключение 141
Литература
- Атмосферные осадки
- Факторы формирования селей
- Режим селевой деятельности на территории Карачаево Черкесской республики
- Проверка точности эмпирических уравнений зависимости максимального объема твердых отложений селя от морфометрических параметров на независимом материале
Введение к работе
Актуальность темы. Селевые потоки являются одним из грозных предостережений и напоминаний о разрушительных силах природы, что обусловливает необходимость их изучения. По ежегодно наносимому ими ущербу селевые потоки находятся в первой десятке перечня наиболее катастрофических природных явлений.
Селевые потоки представляют собой серьезную опасность для всех объектов хозяйственной деятельности человека, находящихся в зоне их следования. При выборе горных участков для освоения часто не учитывается влияние селевого потока на тот или иной проектируемый объект, что порой бывает губительным не только для хозяйственного объекта, но и для человека. Поэтому, при разработке различных противоселевых мероприятий следует учитывать селевую опасность бассейна. Селевая опасность – угроза потерь жизни людей и материальных ценностей вследствие схода селя. Оценку степени селевой опасности целесообразно производить на основе двух показателей – степени селевой активности и степени освоенности территории или значимости объектов, расположенных в зоне возможной селевой угрозы в стоимостном выражении. Селевая активность – интенсивность развития селевого процесса во времени и в пространстве. Для оценки селевой активности во времени в пределах одного селевого бассейна используют показатели повторяемости и объема селевых выносов. При определении селевой активности нужно определить суммарный объем всех селевых выносов за длительный (50-100 лет) промежуток времени, что практически очень трудно сделать. Чаще всего селевые бассейны находятся в трудно доступной и малонаселенной местности, где не ведутся постоянные наблюдения за каждым селепроявлением, и определить частоту схода селей является затруднительным. Поэтому, чаще всего селевую активность определяют по максимальному объему твердых отложений селя (отложенный твердый материал на конусах выноса селя и на террасах вдоль русел - следы прохождения селя). Максимальный объем твердых отложений - это одна из основных характеристик селевой активности. Селевая опасность (активность) – интегральный показатель, включающий характеристики распространенности и максимального объема выносов обломочного материала. Активность селей является главным критерием в оценке селевой опасности горных территорий. Нормальная хозяйственная деятельность и дальнейшее освоение горных территорий будут затруднены без правильной оценки поражённости горных бассейнов селевыми явлениями, настоящей и будущей их активности, по которым определяется степень селеопасности.
Распространение и характер селевых процессов на Северном Кавказе позволяют отнести территорию региона к числу наиболее селеопасных в нашей стране. Наиболее поражены селями горные районы Центрального Кавказа (Кабардино-Балкарская республика и республика Северная Осетия-Алания), Дагестана, в меньшей степени - Западного Кавказа (Карачаево-Черкесская республика, район Красной Поляны в Краснодарском крае).
Территория Западного Кавказа по своим природно-климатическим условиям является уникальным регионом, представляющим особую ценность, как всемирно известная рекреационная зона, и имеющим большое значение для хозяйственной деятельности. Составной частью этой территории является Карачаево-Черкесская республика (КЧР). В горной части КЧР имеются все необходимые условия и предпосылки для развития селевых процессов: пересеченный рельеф с большими амплитудами высот между водоразделами и днищами долин; крутые уклоны русел горных водотоков; большие скопления рыхлообломочного материала в результате гляциальных, флювиогляциальных и гравитационных процессов; интенсивное водное питание (атмосферные осадки и процессы абляции на многочисленных ледниках).
Исследования селевой опасности различных речных бассейнов на территории КЧР проводились специалистами ФГБУ «ВГИ», МГУ, Ростовского ЦГМС-Р: Абазалиев, 1973; Алексеенко, Афанасьев, 2004; Волобуева, 2008; Ефремов, Чернявский, 2008; Заруднев, Салпагаров, Хома, 2007; Разумов, 2003; Хаджиев, Кондратьева, и др., 2004; Маккавеев, 1972; Останцов, 1987; Сейнова, 1984; Стрешнева, 1976; Строганов и др., 1976; Третьяков, Хворостов, 1987; Черноморец, 2000. И хотя для территории КЧР накоплен достаточно большой объем фактического материала об отдельных сторонах селевых проявлений, однако полученная информация недостаточна для формирования целостного представления о селевой опасности в регионе в целом. Так как подавляющее большинство выявленных селевых бассейнов на территории Карачаево-Черкесской республики находятся в труднодоступных и малоосвоенных районах, исследование их на территории КЧР до сих пор носит лишь эпизодический характер, и до настоящего времени полномасштабных работ по оценке опасности (активности) речных бассейнов КЧР не проводилось. К тому же, являясь сложными динамическими системами, сели требуют постоянного уточнения карт территорий их развития. Для территории Северного Кавказа к настоящему времени селевая активность определена только на территории Кабардино-Балкарской республики (Кондратьева, 2007). Знание этого параметра для интенсивно осваиваемой под рекреационные комплексы территории КЧР имеет важное практическое значение.
Таким образом, изучение селевой опасности (активности) в Карачаево-Черкесской республике, которая является одной из селеопасных территорий на Западном Кавказе, является актуальным.
В данной работе рассматривается высокогорная и среднегорная территория КЧР, т.к. в низкогорном районе республики формируются паводковые сели, которые не являются предметом исследования.
Цель диссертационной работы.
Цель настоящего исследования – оценка селевой опасности, и создание карт районирования по селепроявлениям различного генезиса бассейнов высокогорной и среднегорной территории Карачаево-Черкесской республики.
Задачи:
по архивным, литературным источникам и материалам полевых исследований уточнить характеристики селевых бассейнов горной территории КЧР и составить базу данных максимальных объемов твердых отложений селей на территории КЧР за период с 1957 по 2007 г.г.;
на основе картографического материала, с помощью ГИС-программ, определить морфометрические параметры селевых бассейнов республики;
разработать и создать электронную тематическую карту местоположений селевых бассейнов высокогорной и среднегорной территории КЧР;
провести классификацию селевых бассейнов территории республики по генезису селей в зависимости от абсолютной высоты истока;
найти эмпирические зависимости между значениями максимальных объемов твердых отложений селя и морфометрическими параметрами селевого бассейна, такими как: площадь бассейна, средний уклон русла, длина русла, абсолютная высота истока реки;
провести проверку точности полученных эмпирических уравнений, связывающих максимальный селевой объем с морфометрическими параметрами на независимом материале;
разработать и создать электронные тематические карты районирования территории КЧР по генезису селей в зависимости от абсолютной высоты истока и по пораженности селями различного генезиса.
Защищаемые положения.
-
Результаты районирования территории КЧР по генезису селей в зависимости от абсолютной высоты истока и по пораженности селями различного генезиса.
-
Эмпирические зависимости между значениями максимальных объемов твердых отложений селя и морфометрическими параметрами селевого бассейна (площадь бассейна, средний уклон русла, длина русла).
-
Результаты сравнения максимальных объемов твердых отложений селей, определенных при полевых обследованиях, и полученных теоретическими расчетами.
-
Серия электронных тематических карт для оценки селевой опасности территории КЧР, созданных на основе ГИС-технологий.
-
Методика определения максимального объема твердых отложений селя на территории Западного Кавказа.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые:
-
Проведено районирование высокогорной и среднегорной территории КЧР по генезису селей в зависимости от абсолютной высоты истока и по пораженности селями различного генезиса
-
Найдены эмпирические зависимости между значениями максимальных объемов твердых отложений селя и морфометрическими параметрами селевого бассейна, такими как: площадь бассейна, средний уклон русла, длина русла.
-
Создана для высокогорной и среднегорной территории КЧР серия электронных тематических карт для оценки селевой опасности на основе ГИС-технологий.
-
Разработана методика определения максимального объема твердых отложений селя на территории Западного Кавказа.
Исходные материалы и объекты исследования.
В качестве объекта исследования выбрана территория Карачаево-Черкесской республики.
В диссертационной работе использованы данные исследований Ростовского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды с региональными функциями («РОСТОВСКИЙ ЦГМС-Р»), федерального государственного бюджетного учреждения «Высокогорный геофизический институт» (ФГБУ «ВГИ»), а также данные, содержащиеся в литературных источниках, архивных и справочных материалах. Также основой работы явились материалы полевых обследований территории КЧР, выполненных в рамках НИР, в которых участвовал автор в качестве исполнителя.
Основными методами исследования являлись: сравнительно-географический, геоинформационно-картографический, математической статистики и корреляционного анализа.
Практическое значение. Сконцентрированная в диссертации информация может быть использована как научно-исследовательскими, так и проектными учреждениями для научной организации мониторинга и детальных исследований по изучению селевых процессов, организации работ по предупреждению негативного воздействия селевых потоков, районировании территории республик Западного Кавказа по селевой опасности.
Созданные карты могут использоваться для прогнозной оценки селевой деятельности различного генезиса, адаптированной к конкретной части территории КЧР.
Предложенная методика определения максимального объема твердых отложений селя позволяет существенно повысить оперативность и точность оценки селевой опасности горных территорий Западного Кавказа, где не ведутся постоянные стационарные наблюдения за сходом селей, т.е. не определяются объемы от каждого селепроявления и даты их схода.
Апробация работы. Автором опубликовано 10 научных работ. В журналах, рекомендованных для кандидатских диссертаций ВАКом РФ, опубликованы 2 работы. Результаты работы докладывались на семинаре отдела стихийных явлений ФГБУ «ВГИ», на VII Международной научной конференции «Устойчивое развитие горных территорий в условиях глобальных изменений» (г. Владикавказ, 2010), на конференции молодых ученых «Наука и устойчивое развитие» (г. Нальчик, 2010), на совещании Росгидромета «Гидрометеорологические проблемы освоения горных территорий Северного Кавказа в связи с изменением климата» (п. Домбай, 2011), на конференции молодых ученых, посвященной 55-летию института прикладной геофизики имени академика Е.К. Федорова (Москва, 2011), на Всероссийской научно-практической конференции «Новые технологии в науке о Земле и горном деле» (г. Новый Афон, 2012).
Работа удостоена гранта Министерства образования и науки Российской Федерации (Государственный контракт № 14.740.11.1213 "Районирование территории Западного Кавказа по селевой активности" (шифр "2011-1.3.2-151-006") от 14 июня 2011 года в рамках мероприятия 1.3.2 "Проведение научных исследований целевыми аспирантами.", мероприятия 1.3 "Проведение научных исследований молодыми учеными - кандидатами наук и целевыми аспирантами в научно-образовательных центрах", направления 1 "Стимулирование закрепления молодежи в сфере науки, образования и высоких технологий" федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 годы).
Автор диссертации принял участие, в составе группы от ФГБУ «ВГИ», в работах по обеспечению лавинно-селевой безопасности на Красной Поляне (Адлерский район) (февраль 2012, 2013 г.г., Поручение Правительства РФ от 6.04.2010 г. № ДК-П9-2144), где были собраны полевые данные о селепроявлениях на территории краснополянской котловины, которые были использованы в настоящей работе.
Автор благодарит своего научного руководителя кандидата географических наук, доцента Кондратьеву Н.В. за помощь при математической обработке данных и научную поддержку на всех этапах работы над диссертацией. Автор выражает особую признательность доктору физ.-мат. наук, профессору Аджиеву А.Х. за помощь при выполнении работы.
Объем и структура работы.
Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка использованной литературы, содержащего 136 наименований. Объем работы составляет 157 страниц. В работе приводится 11 таблиц, 29 иллюстраций, 3 карты.
Атмосферные осадки
Без горного рельефа селевых явлений быть не может. Сильно расчлененный горный рельеф, обуславливающий наличие крутых уклонов склонов и русел является необходимым условием для формирования селей. Это фактор, обеспечивающий одновременное движение больших объемов водно-грунтовых масс, определяющий масштабность и динамичность селевого явления. Таким образом, образование твердой составляющей формирующихся здесь селевых потоков напрямую зависит от орографических элементов. Для рельефа Карачаево-Черкесии, при общем подъеме территории с севера на юг, характерна сложность и ярусность.
Горные хребты системы Большого Кавказа занимают большую часть территории КЧР. На северо-востоке расположены Сычевы горы (вые. до 852м над ур. м) - останцы размытой куэсты (Лесистого хребта). Легко поддающиеся размыву кайнозойские отложения, слагающие хребет, состоят из осадочных пород палеогена, с широким распространением мергелей и глин, и неогена, представленных конгломератами.
Аллювиальные русловые и террасовые отложения наиболее крупных рек; пролювий в устьях притоков главных рек и временных ручьев;. эрозионных борозд и рытвин, микроструйчатого смыва составляют основу твердой составляющей потенциально возможных здесь селей.
Южнее протягиваются Пастбищный хребет, высотой до 1500м над ур. м, и Скалистый хребет (2644м над ур. м, гора Малый Бермамыт). Они разделены продольной, южные межгорной котловиной и имеют пологие северные и крутые короткие склоны. Северные склоны Скалистого хребта прорезаны каньонообразными долинами, южные осложнены крупными обвалами, осыпями, оползнями. Развиты карстовые формы рельефа. Карстовые формы рельефа, широко распространенные на Пастбищном и Скалистом хребтах, приводят к отсутствию поверхностного стока, поглощая большую часть осадков, и не способствуют процессам селеформирования. А вот мощные аллювиально-делювиальные отложения у подножий эскарпов южных склонов обоих хребтов, несмотря на частичное их смывание интенсивными осадками, являются твердой составляющей формирующихся здесь селей [15, 21].
Южнее расположены широкая Северо-Юрская депрессия (800-2000 м над ур. м) с хорошо разработанными поперечными террасированными долинами рек и с плато Бечасын (ср. вые. 2000-2300 м над ур. м) на востоке. К югу от Северо-Юрской депрессии протягивается среднегорно-высокогорный Передовой хребет с вершинами выше 3000 м над ур. м (Уруп, Кынгыр-Чад). На крайнем юге поднимаются высокогорные Боковой хребет (с наивысшей западной вершиной Эльбруса) и Главный, или Водораздельный, хребет Большого Кавказа высотой до 4046м над ур. м (Домбай-Ульген, высшая точка Западного Кавказа), разделенные Штулинской депрессией. Хребты имеют сильно и глубоко расчлененные крутые склоны, с современными и реликтовыми формами горно-ледникового рельефа. Долины более крупных горных рек преимущественно четковидные: межгорные котловины (Домбайская, Архызская, Тебердинская и др.) при пересечении хребтов сменяются более узкими ущельями. Такой рельеф Карачаево-Черкесии приводит к развитию селевых потоков, обладающих большой разрушительной силой и скоростью. Речная сеть часто имеет коленчатый рисунок. На севере небольшие площади занимает возвышенная аллювиальная Восточно-Кубанская наклонная равнина. Она представлена террасами рек Кубань (до 11 террас), Большой Зеленчук и Малый Зеленчук [1, 18].
Таким образом, наиболее благоприятными районами, отличающимися по вышеописанным тектоно-геоморфологическим показателям, с точки зрения возможности развития селевых процессов республики, можно считать западный склон Эльбрусского вулканического массива, Боковой хребет и северные склоны Главного Кавказского хребта.
Так как в рельефе наблюдается подъем территории с севера на юг, в этом же направлении меняются и климатические особенности.
На равнине климат Карачаево-Черкесии умеренно континентальный; в горах выражена высотная климатическая зональность, усложненная местными орографическими условиями; большую роль в формировании местного климата играют горно-долинные ветры и фены (40-75 дней в год).
В образовании селевых потоков большую роль играют гидрометеорологические условия. Они прямо влияют на селепроявления через следующие свои показатели: температура воздуха (режим), атмосферные осадки (количество, состав, интенсивность), увлажненность территории, снежный покров (размеры и интенсивность таяния), а так же наличие малых рек с большими уклонами русел и их паводочный режим.
Разнообразие и сложность рельефа со значительными колебаниями абсолютных и относительных высот в сочетании с особенностями циркуляции атмосферы создают на рассматриваемой территории большое разнообразие в температурном режиме [18, 26, 104,100]. Закономерным для температуры воздуха является её понижение с увеличением абсолютных высот.
Понижение среднегодовой температуры воздуха с высотой идет с градиентом 0,43- 0,48С/100 м. Наиболее значительно они изменяются на высотах от 500 до 1500 м. В холодный период (ноябрь-март) градиент температуры самый минимальный (0,30 - 0,35С/100 м), а в теплый период (апрель-октябрь) самый высокий (0,60 С/100 м) [27, 104].
Среднегодовая температура воздуха понижается от 8,7С на высоте 525 м (Черкесск); 7,0С - 929 м (Зеленчукская); 4,6С - 1456 м (Архыз); 3,6С - 2037 м (Клухорский Перевал); -0,5С - 2500 м (Марухский ледник) до -10,2С на высоте 4250 м над ур. м (Эльбрус). Среднегодовая температура воздуха положительна до высоты 2550 м над ур. м, выше она отрицательна.
За последние 50 лет, на рассматриваемой территории, наблюдается отклонение среднегодовой температуры воздуха от нормы и составляет 1,3-2,5С.
Средняя температура воздуха холодного периода отрицательна по всей горной территории. Причем, среднемесячные температуры воздуха отрицательны в низкогорье ( 1000 м над ур. м) в декабре-феврале, в среднегорье (1000-2000 м) в декабре- марте, в высокогорье ( 2000 м над ур. м) в ноябре - марте.
Средняя температура воздуха теплого периода по всей горной территории положительная до высоты около 3350 м над ур. м, выше она отрицательна.
Самыми теплыми месяцами на всех высотных интервалах являются июль и август, когда среднемесячная температура воздуха составляет: в низкогорье 21,0-17,2С; в среднегорье 16,1-12,7С; в высокогорье 11,1- -1,4 С. Эти месяцы соответствуют наиболее селеопасному периоду в высокогорье, что связано с интенсивным таянием ледников [27, 104, 110].
Факторы формирования селей
Селевой поток - временный горный русловой поток, характеризующийся высоким содержанием твердого материала и резким подъемом уровня. Селевой поток состоит из воды и продуктов разрушения горных пород (крупнообломочного материала, песчаных, пылеватых и глинистых частиц) и характеризуется внезапным возникновением и быстрым (метры в секунду) и кратковременным (до нескольких часов) движением [120].
Сель - кратковременный с большой разрушительной силой паводок, с очень большим (до 75% общей массы потока) содержанием минеральных частиц и обломков горных пород, возникающий в результате интенсивных дождей или активного таяния снега в бассейнах небольших горных рек со значительными уклонами при наличии больших скоплений продуктов выветривания [113].
Селевые выносы характеризуются беспорядочным распределением обломочного материала; громадные глыбы, мелкие камни, песок и ил перемешаны в них хаотично. Движение селевых потоков неравномерно, что обусловлено их составом, в котором преобладает каменный материал, в том числе и крупные обломки — несколько метров в поперечнике. Движутся такие потоки иногда с большой скоростью — 30—40 км/ч и причиняют значительный ущерб крупным населенным пунктам и хозяйственным объектам.
Сель — поток с очень большой концентрацией минеральных частиц, камней и обломков горных пород (до 50—60% объёма потока), внезапно возникающий в бассейнах небольших горных рек, и вызванный, как правило, ливневыми осадками или бурным таянием снега.
Сели характеризуются продвижением его лобовой части в форме вала из воды и наносов или чаще наличием ряда последовательно смещающихся валов. Прохождение селя сопровождается значительными переформированиями русла. Сель возникает в результате интенсивных и продолжительных ливней, бурного таяния ледников или сезонного снегового покрова, а также вследствие обрушения в русло больших количеств рыхлообломочного материала (при уклонах местности не менее 0,08—0,10). Решающим фактором возникновения может послужить вырубка лесов в горной местности — корни деревьев держат верхнюю часть почвы, что предотвращает возникновение селевого потока.
По степени насыщенности наносами и их фракционному составу сели делятся на: - грязевые сели - смесь воды с мелкозёмом при небольшой концентрации камней; - грязекаменные сели - смесь воды, гальки, гравия, небольших камней; - водокаменные (наносоводные) сели - смесь воды с преимущественно крупными камнями [118, 120, 128].
Для возникновения селей общей причиной является наличие в горных бассейнах количества воды, достаточного для приведения в движение продуктов разрушения горных пород, находящихся на склонах и в руслах водотоков. Такое количество воды образуется в высокогорьях в результате таяния ледников и постоянных снежников, прорыва горных озер, и таяния на склонах сезонного снежного покрова сопровождающихся ливневыми осадками.
Селевая активность - интенсивность развития селевого процесса во времени и в пространстве. Для оценки с.а. во времени в пределах одного селевого бассейна используют показатели повторяемости и объема селевого выноса. Эти показатели ранжируются и оцениваются в условных единицах, давая интегральную оценку, выраженную в приведенной селевой активности, которая представляет собой частное от деления суммарного объема селевых выносов на число лет, образующих отрезок учтенного времени [84]. Селевая опасность - угроза потерь жизни людей и материальных ценностей вследствие схода селя. Оценку степени селевой опасности целесообразно производить на основе двух показателей - степени селевой активности и степени освоенности территории или значимости объектов, расположенных в зоне возможной селевой угрозы в стоимостном выражении [84].
Районирование селеактивных территорий - разделение селеактивных территорий на районы с более или менее однородными характеристиками селевых явлений. Таксономические категории мелкомасштабного р.с.т. составляют селевые зоны, различающиеся господством разных генетических типов селей, селевыми регионами, которые различаются селевым режимом, селевыми областями, различающимися по степени активности и специфике формирования селей. [67, 84]
Объем селевых выносов. Для бассейнов, в которых происходят селевые явления важно оценить величину объема селевых выносов. Объем селевых выносов - количество обломочного материала (в м ), которое выносится селевым потоком за один раз. Объем селевых выносов определяется типом и генезисом селя, площадью и строением селевого бассейна и лежит в широком диапазоне значений. По объемам селевых выносов селевые потоки можно подразделить на шесть групп: 1)менее 1 тыс. м - очень мелкие; 2) 1 -10 тыс. м3 - мелкие; 3) 10 - 100 тыс. м3 - средние; 4) 100 тыс. - 1 млн. м3 -крупные; 5) 1 - 10 млн. м - очень крупные; 6) более 10 млн. м - гигантские. Максимальные значения объемы селевых выносов составляют для среднегорий - 500 тыс. м3, для высокогорий - 5 млн. м3 [25, 30, 118]. Суммарный объем вынесенного селевым потоком твердого материала является индикатором мощности селя и говорит о фактической селеопасности конкретного бассейна. Объем селевых выносов - одна из основных характеристик селевой активности [84].
Режим селевой деятельности на территории Карачаево Черкесской республики
Согласно проведенному нами анализу архивных данных [52, 79, 78, 89, 104] на территории республики господствуют сели дождевого генезиса, они составляют 92 % от общего числа селепроявлений. Сели дождевого генезиса доминируют и на всех высотных интервалах в селевых бассейнах и очагах любого типа. Причём, доля их с уменьшением абсолютных высот увеличивается с 89,1 % в высокогорье, 98,6 % в среднегорье, до 100 % в низкогорье. При этом критическая норма селеформирующих осадков в пределах всех морфоструктур увеличивается в направлении с востока на запад и с юга на север [123].
Ледниковые сели в чистом виде единичны (0,2 %). Их образование связано с высокими температурами воздуха, вызывающими активное таяние снега и льда на ледниках. Сели этого генезиса могут возникнуть в истоках р. Аманауз бассейна Большого Зеленчука. Чаще существует вероятность формирования смешанных ледниково-дождевых селей (4,6 %). Проявления этих селей отмечены в районе Эльбрусского вулканического массива в истоках Уллукама и его правого притока р. Уллухурзук, и в истоках левого притока Худеса - р. Чемарткол бассейна Кубани. Ледниковые и ледниково-дождевые сели формируются только в высокогорье [104].
Сели снеготаяния в чистом виде здесь не зафиксированы. Смешанные снегодождевые сели возникают достаточно редко (2 %) и полностью зависят от интенсивности схода снежного покрова, его мощности и метеорологической ситуации. Размеры их, как правило, невелики. Их количество возрастает с востока на запад. Сели данного генезиса отмечаются на склонах высокогорных (2,6 %) и среднегорных (0,7 %) хребтов в основном на западе республики, в бассейнах Малого Зеленчука, Урупа, а чаще всего - в бассейне Большой Лабы [123].
Известны единичные случаи возникновения лимногенных селей (1,2 %). Главными причинами их зарождения в зоне высокогорных Бокового и Передового хребтов являются прорывы плотин моренно-запрудных и карово-моренных озёр, зафиксированных в бассейнах Теберды и Учкулана, а в среднегорье - прорывом плотин из оползневых масс, отмеченных в долине р. Мара бассейна Кубани [70].
Сейсмогенные сели в чистом виде вряд ли могут проявляться на рассматриваемой территории. Однако, опасность возникновения обвально-запрудных озёр в средне- и высокогорной зонах в результате сейсмических процессов достаточно высока, например, как это случилось в бассейне Теберды в верховьях р. Хутый, когда произошёл прорыв карового озера Хрустальное в результате переполнения его талыми ледниковыми водами и землетрясения в 1963 г. [70]. Опасность возникновения обвально-запрудных озёр в результате сейсмических процессов особенно высока в узких долинах, борта которых сложены породами, склонными к оползанию, или скальными массивами с повышенной трещиноватостью.
Вулканический тип селепроявлений, по-видимому, имел место в прошлом в районе Эльбрусского массива. Гипотетическая возможность селевых событий, связанных с вулканической деятельностью, в этом районе сохраняется и сейчас, так как рядом исследователей г. Эльбрус не считается потухшим вулканом [104].
На территории КЧР не проводится постоянный мониторинг за селевыми бассейнами. Наблюдения за селевыми явлениями происходят эпизодически. Но даже по тем имеющимся данным можно сделать анализ режима селевой деятельности территории КЧР.
Согласно словарю Перова [84] режим селевой деятельности характеризуется продолжительностью селеопасного периода и повторяемостью селей, со следующей градацией: частая - 3-5 лет и чаще; средняя - 6-15 лет; редкая - 16 лет и реже.
Анализируя данные таблицы 3.1, нами выявлено, что повторяемость селевых потоков на территории КЧР изменяется в широком диапазоне - от частой (до 5 лет) до редкой (более 100 лет). Причём преобладают селевые бассейны со средней и редкой повторяемостью. Наибольшая повторяемость характерна для Приэльбрусья; наименьшая для западной части низкогорной зоны куэстовых хребтов [104, 123].
Чаще формируются селевые потоки с небольшими объёмами единовременных выносов (менее 10 тыс. м ), отмечающиеся на всех высотных интервалах и характеризующиеся, в основном, средней повторяемостью. Причем, сели с объёмами выносов до 1 тыс. м формируются в среднем в высокогорье один раз в 1-5 лет, в среднегорье - один раз в 5 лет, в низкогорье - 1 раз в 5-10 лет; с объёмами выносов от 1 до 5 тыс. м3 в высокогорье - один раз в 5-10 лет, в среднегорье - один раз в 15-20 лет, в низкогорье - один раз в 50 лет; а с объёмами выносов от 5 до 10 тыс. м соответственно один раз в 15-20 лет, один раз в 20-30 лет и один раз в 50 лет и реже (табл. 3.1).
Реже отмечаются сели с объёмами выносов от 10 до 50 тыс. м . Их повторяемость варьирует от одного раза в 15-20 лет в высокогорье, одного раза в 20-50 лет в среднегорье до одного раза в 50 лет и реже в низкогорье.
Ещё более редкая повторяемость у селевых потоков с объёмами выносов более 50 тыс. м3: в высокогорье - один раз в 20-30 лет, в среднегорье - один раз в 30-50 лет и реже. В низкогорье сели с объёмами выносов более 50 тыс. м3 практически отсутствуют (табл. 3.1).
Селевые потоки с объёмами выносов более 200 тыс. м3 единичны. Они отмечаются только в высокогорье Западного Приэльбрусья в пределах Бокового и Передового хребтов. Повторяемость таких селей на северных склонах этих хребтов в среднем составляет один раз в 15-20 - 50 лет, а на их южных склонах, в зонах «дождевой тени» - один раз в 100 лет и реже [80]. В отдельные годы вследствие выпадения большого количества атмосферных осадков редкой повторяемости отмечается массовый сход селевых потоков. За последние сто лет массовый сход селей в КЧР, зафиксирован в 1903, 1962, 1966, 1970, 1980, 1981, 1984, 1999, 2002, 2007 гг. В 1909, 1981, 1983, 1984, 2006 гг. селевыми явлениями были охвачены четыре и более основных речных бассейнов (31 %), при этом, самый массовый сход селевых потоков, охвативший 46 % основных речных бассейнов, был зафиксирован в 1981 г. Наиболее мощные селевые потоки в речных бассейнах формировались в 1903, 1909, 1914, 1925, 1927, 1939, 1962, 1963, 1968, 1970, 1978, 1981, 1983, 1984, 1986, 1999, 2002, 2006 и 2007 гг. Отдельные сели фиксировались и в другие годы и несколько лет подряд, или несколько раз из одного селевого русла в течение одного селеопасного периода [52, 123].
Продолжительность селеопасного периода КЧР, которая в условиях господства дождевых селей напрямую зависит от изменения и высоты нулевой изотермы и продолжительности периода выпадения жидких атмосферных осадков, варьирует в разных частях рассматриваемой территории: от трёх месяцев в нивально-гляциальной и субнивальной зонах до семи месяцев в пределах среднегорных и низкогорных хребтов с нарушенным почвенно-растительным покровом. С учётом единичных селепроявлений он продолжается с мая по август на высотах более 2000 м в районе Главного, Бокового и Передового хребтов и с середины марта по середину октября в районах хребтов зоны куэст. Наиболее активны селепроявления (90 % сходов селевых потоков) в мае-сентябре, а период наибольшей селеопасности (70 % сходов селевых потоков, а также практически всех наиболее крупных и катастрофических) приходится на летнее время: июнь-июль, когда выпадает максимальное количество осадков тёплого периода и июль-август, что связано с интенсивным таянием снега и льда на ледниках в высокогорной зоне [63, 123].
Проверка точности эмпирических уравнений зависимости максимального объема твердых отложений селя от морфометрических параметров на независимом материале
Для решения практических задач по освоению горных территорий особую роль играют карты-схемы селевых бассейнов различных масштабов. В данной главе приводятся результаты использования геоинформационных систем (ГИС) для построения карты-схемы селевых бассейнов Карачаево-Черкесии.
Географические информационные системы (ГИС) начали разрабатываться около 30 лет назад, первая работающая ГИС (создана в Канаде (CGIS)) появилась в начале 60-х г.г. В Росси такого рода исследования начались почти на двадцать лет позже. Исторически ГИС развивались на базе информационно-поисковых систем и позднее картографических банков данных. ГИС рассматривались как первый этап автоматизированного создания карт. Позднее в функции ГИС (в их широком понимании) начали включать блоки математико-картографического моделирования и автоматизированного воспроизведения карт. Рассматривая карту как инструмент для географического анализа и выделяя подсистему пользователя, ГИС стали охватывать и область использования карт. [31, 59]. В круг выполняемых задач большинства ГИС входит создание карт или использование картографического материала как источник информации.
Для создания карт в данной работе в качестве геоинформационной системы была использована система Quantum GIS 1.6.0.
Географическая информационная система (Quantum GIS 1.6.0.) представляет собой пакет программного обеспечения, предназначенный для создания, визуализации, поиска и анализа пространственных данных.
Пространственные данные относятся к информации о географическом положении объекта. Зачастую это предполагает использование географических координат, таких, как широта и долгота. Наряду с термином «пространственные данные», часто используются другие термины, например: географические данные, ГИС-данные, картографические данные, данные о местоположении, данные о координатах и данные о пространственной геометрии.
Круг задач приложений для работы с пространственными данными достаточно широк. Производство карт — наиболее простая для понимания функция геоинформационных приложений. Картографические программы выводят пространственные данные в пригодном для просмотра на экране или распечатки виде. Приложения могут представлять данные в виде статических (простое изображение) или динамических карт, которые предназначены для просмотра посредством настольного приложения или на веб-странице [132].
Многие ошибочно полагают, что геоинформационные системы просто создают карты, но анализ пространственных данных — другая важнейшая задача геоинформационных систем. Примерами подобного анализа могут быть вычисления: 1. расстояний между географическими объектами; 2. площадей (например, в квадратных метрах) определённой территории; 3. количества пересечений одних географических объектов другими; 4. площадей перекрытия объектов; 5. количества объектов в пределах определённого расстояния от заданной точки; 6. и так далее...
Эти функции кажутся очень простыми, однако, они применяются в самых различных направлениях многих областей науки. Результаты анализа могут быть показаны на карте, но зачастую оформляются в виде отчётов для поддержки принятия управленческих решений [115].
Последние события в сфере услуг на основе определения местоположения предвещают появление новых возможностей, основанных на комбинировании функций карт и анализа. Например, если есть телефон, который отслеживает своё местоположение, при наличии соответствующего программного обеспечения, он может подсказать, какие рестораны находятся в пределах пешей досягаемости. Подобные прикладные реализации геоинформационных технологий по существу выполняют анализ пространственных данных и вывод результатов в удобной для пользователя форме.
В дополнение к традиционным табличным данным (которые также широко используются в геоинформационных приложениях), существует два основных тип пространственных данных: растровые и векторные.
Первый тип геоинформационных данных — растровые данные, которые чаще называют просто «растр». Наиболее распространёнными видами растровых данных являются цифровые спутниковые снимки или аэрофотоснимки. Карты свето-теневой отмывки или цифровые модели рельефа также представляются в виде растровых данных. В виде растровых данных могут быть представлены любые объекты карты, но в их применении существуют определённые ограничения.
Растр представляет собой регулярную сетку ячеек, или, в случаях, когда говорят об изображении, пикселей. Сетка имеет фиксированное количество строк и столбцов. Каждая ячейка имеет числовое значение и определённое пространственное разрешение (например, 30x30 метров).
Несколько перекрывающихся растров используются для получения изображений с более чем одним значением цвета (то есть, набор растров по одному для каждого значения красного, зеленого и синего комбинируется для создания цветного изображения). Спутниковые изображения также представлены в виде данных, состоящих из нескольких «каналов». Канал по существу являются отдельными растрами, покрывающими одну и ту же область, которые содержат значения определённой длины световой волны.
Очевидно, что большие растры имеют больший размер файла. Растр с меньшим размером ячейки передает более детальное изображение, но занимает больше места. Хитрость заключается в нахождении баланса между размером ячейки для целей хранения, и размером ячейки для исследовательских или картографических целей. - Векторные данные В геоинформационных системах также используются векторные данные. В самом простом смысле, вектор — это способ описания местоположения с помощью набора координат. Каждая координата соотносится с географическим местоположением с помощью системы значений X и Y.
Векторные данные можно рассматривать со ссылкой на декартову плоскость — систему координат, образованную двумя осями—X и Y, которую можно встретить, например, в графике снижения пенсионных накоплений или расчета процентов по ипотеке. Система координат — одно из основных понятий в картографии и анализе пространственных данных [133, 136].
