Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Лавинные процессы на морских берегах: современное состояние проблемы 12
1.1. Изученность береговых лавинных комплексов 12
1.2. Катастрофические лавины на морских берегах о. Сахалин 16
1.3. Основные причины высокой лавинной опасности на морских берегах о. Сахалин 21
1.4. Защита от лавин на морских берегах 22
Выводы по главе 24
Глава II. Физико-географические и геологические факторы лавинных процессов на морских берегах о. Сахалин 26
2.1. Факторы лавинообразования на морских берегах о. Сахалин 26
2.2. Генетические классы лавин на морских берегах о. Сахалин 54
2.3. Лавинный режим на морских берегах о. Сахалин 56
2.4. Воздействие лавинных процессов на геосистемы морских берегов 57
Выводы по главе 59
Глава III. Роль экзогенных геологических процессов в формировании лавиносборов на морских берегах 62
3.1. Типы экзогенных геологических процессов, формирующих лавиносборы на морских берегах о. Сахалин 62
3.2. Морфологические типы лавиносборов на морских берегах о. Сахалин 69
3.3. Морфометрические характеристики лавиносборов на морских берегах о. Сахалин 73
Выводы по главе 75
Глава IV. Роль зоны сноса снега ветром в формировании лавин на морских берегах о. Сахалин 77
4.1. Характеристики зон сноса снега ветром в береговых лавинных комплексах о. Сахалин 78
4.2. Характеристики снежных карнизов в береговых лавинных комплексах о. Сахалин 80
4.3. Обрушение снежных карнизов на берегах западного побережья Южного Сахалина 83
4.4. Меры по предотвращению ущерба от обрушения снежных карнизов 85
Выводы по главе 85
Глава V. Классификация береговых природных и антропогенных лавинных комплексов о. Сахалин 87
5.1. Классификация береговых природных и антропогенных лавинных комплексов о. Сахалин 87
5.2. Характеристики лавин, формирующихся в береговых лавинных комплексах о. Сахалин 92
5.3. Карта-схема береговых лавинных комплексов Южного Сахалина 112
Выводы по главе 115
Заключение 117
Литература 119
- Катастрофические лавины на морских берегах о. Сахалин
- Генетические классы лавин на морских берегах о. Сахалин
- Морфологические типы лавиносборов на морских берегах о. Сахалин
- Характеристики снежных карнизов в береговых лавинных комплексах о. Сахалин
Введение к работе
Лавинные процессы на морских берегах имеют широкое распространение на Дальнем Востоке (о. Сахалин, п-ов Камчатка, п-ов Чукотка, Курильские о-ва), на берегах морей Северного Ледовитого океана и т.д. На о. Сахалин протяженность береговых природных лавинных комплексов составляет около 1 500 км (60% береговой линии острова).
В связи с широким распространением и высокой повторяемостью лавин в береговых лавинных комплексах эти лавины оказывают значительное влияние как на население и хозяйство приморских территорий, так и на геосистемы морских берегов. Последнее заключается, главным образом, в перераспределении снега на склонах морских террас, изменении условий увлажнения и термического режима почв и выбивании растительности в лавиносборе.
Лавины, формирующиеся в береговых лавинных комплексах, представляют опасность для территорий 33 населенных пунктов о. Сахалин. Важнейшие транспортные магистрали острова на значительном протяжении (более 500 км) проходят у подножия уступов морских террас. Помимо экономического ущерба за счет повреждения и разрушения зданий и сооружений, а также завалов транспортных магистралей, в лавинах с морских террас на о. Сахалин погибают люди. За период наблюдений за лавинами о. Сахалин (с 1928 г. по 2013 г.) в лавины, сошедшие с морских террас, попали 82 человека, 48 из них погибли.
Активная хозяйственная деятельность на морских берегах приводит к изменению природных лавинных комплексов, увеличивая их лавинную опасность, а в некоторых случаях - к созданию новых, ранее не существовавших, антропогенных лавинных комплексов.
Таким образом, при оценке лавинной опасности на морских берегах необходимо уделить значительное внимание береговым природным и антропогенным лавинным комплексам.
Объект исследования: природные и антропогенные лавинные комплексы морских берегов.
Предмет исследования: лавинные процессы на морских берегах.
Цель работы: исследовать береговые природные и антропогенные комплексы и разработать их классификацию в зависимости от формирующих их экзогенных геологических процессов.
Задачи исследований.
-
Изучить береговые природные и антропогенные лавинные комплексы о. Сахалин.
-
Определить роль экзогенных геологических процессов, в том числе антропогенной деятельности, в формировании лавиносборов разных морфологических типов на морских берегах.
-
Определить роль поверхности сноса снега ветром и снегопереноса в формировании лавин береговых природных и антропогенных лавинных комплексов.
-
Классифицировать лавиносборы в береговых природных и антропогенных лавинных комплексах о. Сахалин.
-
Определить параметры лавинных процессов (объем, повторяемость и генетические классы лавин) и рассчитать динамические характеристики лавин (пиковое давление лавин на препятствие и максимальную дальность выброса лавин) для каждого из выделенных видов лавинных комплексов.
-
Составить карту-схему береговых природных и антропогенных лавинных комплексов Южного Сахалина в масштабе 1:1 000 000 с картой-врезкой в масштабе 1:100 000 для наиболее лавиноопасного участка побережья.
Фактический материал и методы исследований. В основу диссертации вошли материалы 9-летних полевых работ, проведенных автором лично или при непосредственном участии автора на о. Сахалин и Курильских о-вах. В работе использованы архивные материалы лаборатории лавинных и селевых процессов Сахалинского филиала ФГБУН Дальневосточный геологический институт ДВО РАН и АНО НИЦ «Геодинамика». Автором осуществлены экспедиционные исследования на о. Сахалин и Курильских о-вах, проведены наблюдения за лавинными процессами и формированием снежных карнизов на морских берегах о. Сахалин. Измерены динамические характеристики лавин. Обработаны архивные данные о фактических характеристиках 857 лавин, формировавшихся в береговых лавиносборах о. Сахалин в период с 1928 по 2013 гг., и данные об ущербах, причиненных лавинами, сходившими с морских террас.
При сборе и анализе материалов использовались традиционные методы географических исследований. Решение основных задач диссертационной работы основывалось на применении сравнительно-географического, картографического, экспедиционного и других методов исследований динамичных природных систем.
Теоретической и методологической основой диссертационного исследования послужили работы следующих специалистов в области лавиноведения: А.Н. Божинского, К.С. Лосева, И.В. Северского, А.К. Дюнина, Н.А. Казакова, В.М. Котлякова, К.Ф. Войтковского, Ю.Д. Москалева и др.
Научная новизна.
Впервые береговые природные и антропогенные лавинные комплексы классифицированы на основе типизации лавиносборов в зависимости от формирующих их экзогенных геологических процессов.
Установлено, что на морских берегах такой показатель наступления лавинной опасности как критическая толщина снежного покрова в лавиносборе не применим, поскольку из-за ветрового перераспределения снега возможен сход лавин с бортов лотковых лавиносборов даже при отсутствии снежного покрова на большей части лавиносбора.
Обоснована высокая степень лавинной опасности береговых лавинных комплексов для объектов и сооружений капитального строительства.
Впервые составлена карта-схема береговых природных и антропогенных лавинных комплексов Южного Сахалина в масштабе 1:1 000 000 с картой-врезкой в масштабе 1:100 000 для участка западного побережья (наиболее лавиноопасного участка морских берегов Южного Сахалина, где протяженность лавиноопасной зоны составляет 83% протяженности берега).
Защищаемые положения.
-
На морских берегах морфологический тип лавиносбора и его морфометрические характеристики обусловливаются преобладающим типом экзогенного геологического процесса, формирующего мезо- и микрорельеф склона. Знание типа процесса позволяет определить морфометрические параметры лавиносборов и характеристики лавин без дополнительных исследований.
-
В формировании лавин в береговых природных и антропогенных лавинных комплексах важную роль играет наличие в верхней части лавинного комплекса зоны сноса снега ветром, которая обусловливает дополнительный принос снега в лавиносбор, приводя к увеличению объемов и повторяемости лавин.
-
Разработана классификация береговых природных и антропогенных лавинных комплексов, основанная на типизации лавиносборов в зависимости от формирующих их экзогенных геологических процессов, включающая 5 таксономических уровней и позволяющая определять характеристики лавинных процессов на морских берегах в малоизученных районах. Выделено 2 класса лавинных комплексов: I - лавинные комплексы морских террас, включающий 5 подклассов, 10 типов, 12 подтипов, 21 вид; II - лавинные комплексы гористых побережий.
Личный вклад автора. В основу диссертации вошли материалы 9-летних полевых работ, проведенных автором на территории Сахалинской области (о. Сахалин и Курильские о-ва). В работе использованы также материалы исследований, выполненных при непосредственном участии автора совместно с к.г-м.н. Н.А. Казаковым, к.г-м.н. Ю.В. Генсиоровским, Д.А. Бобровой, В.А. Лобкиной, С.В. Рыбальченко, С.П. Жируевым, В.И. Окопным.
Практическое значение работы.
Разработанная методология позволяет определять характеристики лавинных процессов на морских берегах в малоизученных районах на ранних стадиях проектно-изыскательских работ.
Изложенные в диссертации принципы были использованы при разработке схем планировочных ограничений к генпланам населенных пунктов Сахалинской области (лавиноопасные зоны), 2009; при научном сопровождении работ по разработке проектной документации капитального ремонта автомобильной дороги Невельск - Томари - аэропорт Шахтерск на участках км 141 и км 152 с устройством комплекса противолавинных сооружений, 2011; при научно-исследовательских работах по определению динамических характеристик лавин и разработке методов стабилизации снежного пласта в лавиносборе на участках проведения мероприятий по инженерной противолавинной защите автомобильных дорог Невельск - Томари - аэропорт Шахтерск (км 141 и км 152) и Южно-Сахалинск - Оха (км 214 - км 219), 2012; при работах по предупредительному спуску лавин на 143 и 153 км автомобильной дороги Невельск - Томари - аэропорт Шахтерский, 2013.
Апробация работы.
Основные положения и выводы, содержащиеся в диссертации, докладывались автором на научных симпозиумах, конференциях, семинарах и совещаниях (в том числе 4 - международных, 5 - всероссийских и 4 - региональных): III Международная конференция «Лавины и смежные вопросы» (Кировск, 2006); Международная научная конференция «Гляциология в начале XXI века» (Москва, 2009); IV Международная конференция «Лавины и смежные вопросы» (Кировск, 2011); II Международный симпозиум «Физика, химия и механика снега» (Южно-Сахалинск, 2013); XIV Гляциологический симпозиум «Гляциология от Международного геофизического года до международного Полярного года» (Иркутск, 2008); Гляциологический симпозиум «Лед и снег в климатической системе» (Казань, 2010); XV Гляциологический симпозиум «Современная изменчивость криосферы Земли» (Архангельск, 2012); 4-ая Всероссийская конференция молодых ученых «Современные проблемы геологии, геохимии и геоэкологии Дальнего Востока России» (Владивосток, 2012); Всероссийское совещание и молодежная школа по современной геодинамике «Современная геодинамика Центральной Азии и опасные природные процессы: результаты исследований на количественной основе» (Иркутск, 2012) и др.
Публикации. По результатам исследований автором лично и в соавторстве опубликована 31 работа, в том числе 10 статей в научных журналах из перечня ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация включает 133 страницы и состоит из введения, 5 глав и заключения, иллюстрирована 63 рисунками и 16 таблицами; список использованной литературы составляет 157 наименований.
Катастрофические лавины на морских берегах о. Сахалин
Воздействию лавин, формирующихся в береговых лавинных комплексах, подвержены территории 33 населенных пунктов о. Сахалин (Лобкина, Казакова, 2005; Казакова, 2012 а; Казакова, Лобкина, 2012), в том числе 8 городских посе-лений (г. Александровск-Сахалинский, г. Шахтерск, г. Углегорск, г. Макаров, г. Томари, г. Холмск, г. Невельск, г. Корсаков) и 25 сельских поселений (рису-нок 1.3). Несмотря на преобладание в населенных пунктах о. Сахалин небольших ла-виносборов (на территориях населенных пунктов 84% лавиносборов имеют отно-сительные высоты менее 100 м (Казакова, 2010 б)), лавинная опасность террито-рии здесь высока, что связано с большой площадной пораженностью территории лавинными процессами, расположением территорий жилой застройки непосред-ственно у подножия уступов морских террас, т.е. в зонах аккумуляции лавин, а также с высокой повторяемостью лавин в береговых лавинных комплексах (в большинстве прибрежных населенных пунктов о. Сахалин лавины сходят еже-годно).
Важнейшие транспортные магистрали острова на значительном протяжении проходят у подножия уступов морских террас (например, автомобильная дорога г. Южно-Сахалинск – г. Оха, автомобильная дорога г. Невельск – г. Томари – аэ-ропорт Шахтерский). Протяженность автомобильных и железных дорог, подвер-женных воздействию лавин береговых природных лавинных комплексов о. Сахалин, составляет более 500 км.
На морских берегах о. Сахалин происходили лавинные катастрофы (Казако-ва, Лобкина, 2006 а, б; 2007 а, б; 2008). Лавинной катастрофой считается сход ка-тастрофической лавины, т.е. лавины, вызвавшей значительный материальный ущерб и человеческие жертвы (Гляциологический словарь, 1984). За период наблюдений за лавинами о. Сахалин (с 1928 г. по 2013 г.) было зарегистрировано 26 случаев попадания и гибели людей в лавинах, сошедших с морских террас. В эти лавины попали 82 человека, 44 человек из них погибли (ри-сунок 1.4). Здесь необходимо отметить, что нами приводятся только зарегистри-рованные случаи. В действительности жертв лавинных катастроф, произошедших на морских берегах о. Сахалин, больше. В том числе, только за последние 10 лет (2003-2013 гг.) в лавины с уступов морских террас попали 22 человека, 3 человека погибли (таблица 1.1). Рис. 1.4. Число попавших в лавины и число погибших в лавинах на морских бере-гах о. Сахалин с 1950 по 2013 гг. (зарегистрированные случаи).
Объем зарегистрированных катастрофических лавин, сходивших на мор-ских берегах о. Сахалин, в большинстве случаев составлял менее 1 тыс. м3, что обусловлено, главным образом, относительными высотами лавиносборов, не пре-вышающими 200 м, и их небольшими площадями, а также незначительной высо-той снежного покрова на морских берегах острова.
Необходимо отметить, что достаточно высоко количество антропогенных лавин с морских террас. Во многих приморских городах о. Сахалин (г. Невельск, г. Углегорск, г. Томари и др.) часты случаи спуска лавин детьми, катающимися по лавиноопасным склонам.
Так, в 1950 г. в с. Неводское (западное побережье Южного Сахалина, Тома-ринский район) лавиной, сошедшей со склона морской террасы (рисунок 1.5), бы-ло разрушено два барака, погибли 24 человека. Лавина сошла с осовного склона западной экспозиции во время общей метели.
Перепад высот этого лавиносбора составляет 35 м. Расчетная максимальная дальность выброса лавины (по С.М. Козику (Козик, 1962)) – 85 м, а расчетное пи-ковое давление лавины на препятствие составило 0,18 МПа (по методике К.С. Лосева, А.Н. Божинского и В.Ф. Граковича (Лосев и др., 1991)). Большие значения динамических характеристик лавин обеспечены, главным образом, ук-лоном лавиносбора, составляющим 32. Разрушения и большое количество жертв были вызваны расположением бараков непосредственно у подножия склона.
На морских берегах о. Сахалин неоднократно фиксировались случаи повре-ждения лавинами автомобильного и железнодорожного транспорта. Например, в январе 2003 г. на ул. Береговой в г. Невельск лавиной в море был сброшен грузо-вик «ЗИЛ». В с. Байково (западное побережье Южного Сахалина, Холмский рай-он) 31 января 2005 г. лавиной был сбит тепловоз (рисунок 1.6). Лавина сошла с осовного склона относительной высотой 50 м.
В литературе описан случай, когда лавина объемом 200 м3, сошедшая с 50-метровой морской террасы, опрокинула лесовоз (Иванов, 1971).
Опасность лавин береговых лавинных комплексов часто недооценивается в связи с маленькими относительными высотами лавиносборов (20–200 м). Однако, поскольку в большинстве случаев на о. Сахалин автомобильные и железные дороги, а также территории жилой застройки населенных пунктов на-ходятся прямо под уступами морских террас, то даже лавиносборы с перепадом высот 10 м могут причинить ущерб и вызвать человеческие жертвы (Казаков и др., 2008).
Высокая лавинная опасность береговых лавинных комплексов о. Сахалин обеспечивается следующими факторами: расположение территорий жилой застройки и транспортных магистра-лей у подножия уступов морских террас; высокая частота формирования лавин в береговых природных лавинных комплексах; большие уклоны зон зарождения и транзита лавин, обуславливающие высокие значения динамических характеристик лавин даже при небольших отно-сительных высотах лавиносборов; наличие значительной по площади зоны сноса снега ветром, обеспечи-вающей дополнительное поступление снега в лавиносбор, что приводит к увели-чению объемов и повторяемости лавин. Таким образом, при оценке лавинной опасности на морских берегах необ-ходимо уделить значительное внимание береговым природным и антропогенным лавинным комплексам, поскольку значительная часть населения острова прожи-вает в населенных пунктах, приуроченных к побережью, а основные транспорт-ные магистрали острова также проходят вдоль береговой линии.
Обеспечение лавинной безопасности на берегах о. Сахалин является в на-стоящее время серьезной проблемой в связи с масштабами необходимых работ. Так, невозможно обеспечить инженерную защиту (противолавинные гале-реи, лавинорезы, снегозадерживающие и снеговыдувающие сооружения в лави-носборах и т.п.) для всех объектов и сооружений, расположенных в лавиноопас-ных зонах (например, только в г. Невельск более 200 жилых домов и промышлен-ных сооружений находятся в зонах транзита и аккумуляции лавин).
Однако, превентивный спуск лавин практически не возможен в населенных пунктах, этот метод можно использовать на транспортных магистралях, однако он требует значительных экономических затрат; что касается закрытия движения на транспортных магистралях в наиболее лавиноопасные периоды (например, силь-ная метель), то этот метод также приводит к значительным экономическим поте-рям в связи с частой повторяемостью подобных ситуаций.
Таким образом, наиболее целесообразный вариант – это разработка проек-тов комплексной защиты, включающей как инженерные сооружения, так и орга-низационные мероприятия.
Генетические классы лавин на морских берегах о. Сахалин
На морских берегах о. Сахалин начало периода потенциальной лавинной опасности приходится обычно на конец ноября, окончание – на середину апреля. Продолжительность периода потенциальной лавинной опасности составляет в среднем от 120 до 140 суток.
В первую половину зимы (до конца декабря - начала января) сходят, в ос-новном, лавины генетического класса нового снега (свежевыпавшего и метелево-го) небольшого объема (менее 0,5 тыс. м3). Частота схода таких лавин очень вы-сока (до 10 раз за зимний сезон). Дальность выброса таких лавин обычно невысо-ка, в связи с чем в большинстве случаев они останавливаются на склоне. Интересной особенностью береговых лавинных комплексов является то, что при крайне малой высоте снежного покрова или его полном отсутствии в ходе зимнего сезона во время метели накапливается критическое количество снега, сходит лавина генетического класса нового снега, а после метели снег на склонах стаивает (Казакова, 2012 г). Таким образом, лавинный конус лежит под абсолют-но лишенным снега склоном. Такая ситуация наблюдалась, например, в феврале 2011 г. в береговых природных лавинных комплексах на побережье залива Анива (морские террасы на территории г. Корсаков) (рисунок 2.17).
Период максимальной лавинной активности приходится на вторую полови-ну декабря - март, когда сходят лавины генетического класса перекристаллизации снежной толщи. В этот период возможен сход лавин максимальных объемов – до 30 тыс. м3. Частота схода лавин максимальных объемов - 1 раз в 10-12 лет.
В период весеннего снеготаяния (середина марта - апрель) создаются усло-вия для схода лавин мокрого снега. Такие лавины формируются ежегодно. Лавинные процессы оказывают существенное влияние на геосистемы мор-ских берегов, что обусловлено гравитационным переносом воды в твердом со-стоянии, т.е. в виде снега (Божинский, Лосев, 1987). Процесс перераспределения снега заключается в удалении снега из зон за-рождения и транзита лавин и перемещении его в зону аккумуляции (конус выноса лавины). Таким образом, в зонах зарождения и транзита лавин происходит вынос влаги и осушение склонов, в зонах отложения - накопление влаги в виде снежного завала, т.е. идет увлажнение нижней части склона.
В горных районах перераспределение снега лавинами приводит к формиро-ванию у подножья склонов и на днищах долин лавинных снежников, которые мо-гут сохраняться в течение месяцев после схода основного снежного покрова. На морских берегах снежники стаивают достаточно быстро в связи с небольшими объемами лавин. Необходимо отметить, что в связи с расположением зон аккуму-ляции лавин многих береговых лавинных комплексов в пределах территорий на-селенных пунктов либо на автомобильных и железных дорогах, лавинные конусы выноса удаляются при расчистке территории.
Перераспределение снежного покрова приводит к существенным изменени-ям теплового баланса поверхности склонов на участках развития лавинного про-цесса. В зонах зарождения и транзита лавин, где происходит вынос снега, уста-навливается отличающийся от соседних склонов тепловой режим в связи с изме-нением теплоизоляции грунта. Следовательно, при низких температурах воздуха в зонах зарождения происходит более глубокое промерзание грунта. В то же время, в весенний период в разгруженных лавинами зонах зарожде-ния и транзита маломощный снежный покров быстро стаивает и грунт раньше, чем на окружающих склонах, переходит к режиму прогревания (Божинский, Ло-сев, 1987). Во время движения лавины оказывают механическое воздействие на ложе зоны транзита лавины (Божинский, Лосев, 1987), захватывая камни и минераль-ные частицы, сглаживая выступы, срезая кустарник и деревья. Также может про-исходить разрушение ложа, перемещение материала и его отложение, о чем сви-детельствует поверхность минерального конуса выноса. Помимо воздействия на рельеф, лавины оказывают влияние на формирова-ние почвенного покрова и растительности (рисунок 2.18). Это связано с перерас-пределением лавинами влаги, тепла и с механическим воздействием лавинного тела. В зонах зарождения и транзита лавин происходит выбивание древесной рас-тительности. На морских берегах этот процесс слабо выражен в связи с безлесно-стью большей части береговых лавинных комплексов о. Сахалин. Обычно воздей-ствие лавин на растительность здесь заключается в срыве почвенно-растительного слоя и поломах высокотравья и кустарников. Кроме того, регулярное воздействие лавин, обусловленное их высокой повторяемостью в береговых лавинных ком-плексах, препятствует восстановлению в лавиносборах древесной растительности, уничтоженной ранее при антропогенном воздействии.
Последствия схода лавины с уступа морской террасы: снос снега с зон за-рождения и транзита лавины и аккумуляция в нижней части склона; выбивание расти-тельности в зонах зарождения и транзита лавины. Фото автора.
Таким образом, влияние лавин на ландшафт морских берегов заключается, главным образом, в перераспределении снега на склонах морских террас, эрозии ложа лавиносбора и выбивании растительности в лавиносборе.
Растительность в зонах зарождения лавин береговых лавинных ком-плексов о. Сахалин способствует активному развитию процессов перекристалли-зации снежной толщи и формированию в ней лавиноопасных слоев; раститель-ность в зонах транзита большинства береговых лавинных комплексов о. Сахалин создает поверхности скольжения лавин с низкими коэффициентами трения, что обеспечивает большие значения динамических характеристик лавин; раститель-ность в зонах сноса снега ветром во многих береговых лавинных комплексах не может препятствовать снегопереносу, что особенно характерно для западного по-бережья Южного Сахалина.
Для береговых лавинных комплексов о. Сахалин характерна небольшая высота снежного покрова, обычно не превышающая 60 см, в связи с чем (помимо небольших площадей лавиносборов) средние объемы лавин здесь невелики (до 1 тыс. м3). Однако в многоснежные зимы высота снежного покрова на мор-ских берегах может достигать 150-180 см на севере острова и 100-130 см на юге. Продолжительность залегания снежного покрова на морских берегах о. Сахалин составляет, в среднем, 160 дней.
Характер метаморфизма снежного покрова на морских берегах о. Сахалин обусловлен сочетанием относительно небольшой высоты снежного покрова, повышенной влажности воздуха и более высокими температурами, чем во внутренней части острова, что приводит к увеличению скорости сублимацион-ной перекристаллизации снежной толщи.
Морфологические типы лавиносборов на морских берегах о. Сахалин
При воздействии этих процессов формируются лавиносборы, соответст-вующие классификации морфологических типов лавиносборов (Божинский, Ло-сев, 1987) (рисунок 3.6): 1. Лавиносборы, четко выраженные в рельефе с надежно выделяемыми зо-нами зарождения, транзита и отложения: ) воронки. 2. Лавиносборы, выраженные в рельефе, но не имеющие хорошо опреде-ляемых зон зарождения и транзита: ) врезы; ) мульды. Морфологические типы лавиносборов. 1 - лавиносборы, четко выраженные в рельефе с надежно выделяемыми зонами зарожде-ния, транзита и отложения (воронки); 2 - лавиносборы, выраженные в рельефе, но не имеющие хорошо определяемых зон зарождения и транзита (2а - врезы; 2б - мульды; 3 - лавиносборы, не выраженные в рельефе (осовные склоны). По (Божинский, Лосев, 1987). Лавиносбор рассматривается как лавиновмещающая форма рельефа (для лавиносборов, выраженных в рельефе) или как особый ландшафтный участок (для лавиносборов, не выраженных в рельефе), созданный с участием лавин (Божин-ский, Лосев, 1987). Лавиносборы этих морфологических типов широко представлены на мор-ских берегах о. Сахалин, в том числе, на территориях населенных пунктов остро-ва (рисунок 3.7 – 3.10). При воздействии эрозии формируются лотковые лавиносборы, представ-ляющие собой узкие желоба с уклоном 30-45 в зонах зарождения и транзита ла-вин. Особенность таких лавиносборов заключается в том, что их количество мо-жет достигать 56 на погонный километр (эрозионные врезы шириной 10-15 м), например, участок к северу от с. Ясноморское (западное побережье острова, Не-вельский район) (см. рисунок 3.8). Это определяет значительный ущерб в периоды массового лавинообразования, несмотря на небольшие объемы лавин и незначи-тельные их дальности выброса (менее 500 м). Рис. 3.7. Лавиносборы, четко выраженные в рельефе с надежно выделяемыми зо-нами зарождения, транзита и отложения (воронки), г. Невельск, западное побережье о. Сахалин. Фото автора.
Оползневыми процессами формируются обычно также лотковые лавинос-боры – мульды или воронки (см. рисунок 3.6, 3.8). Характерной особенностью мульд является продольный профиль с большим постоянным уклоном в 30-45, что обеспечивает высокие скорости лавин и высокое давление лавины на препят-ствие даже при небольших относительных высотах лавиносборов.
Кроме того, оползневыми процессами формируется характерный для бере-гов Южного Сахалина тип лавинных комплексов, представленный чередованием воронок и небольших осовных склонов в нижней части склона. Воронки по срав-нению с осовными склонами имеют большие относительные высоты и большие площади, но меньшие уклоны, в связи с чем лавины из воронок обычно имеют большие объемы.
Скальные абразионные уступы, крутизной обычно более 50, представляют собой специфический тип лавиносборов, для которых характерно образование снежных карнизов, а также возможен сход лавин с верхней, более пологой части (прыгающие лавины (Руководство, 1965)).
В связи с активной хозяйственной деятельностью на морских берегах фор-мируются антропогенные лавинные комплексы, отличные от природных. Обычно это либо образующиеся при подрезке склонов уступы, создающие условия для формирования прыгающих лавин, либо ровные крутые осовные склоны. Необходимо отметить, что такие осовные склоны имеют чаще всего боль-шой уклон (30-45) в зонах зарождения и транзита лавин; кроме того, они лишены древесной растительности, а поверхность скольжения лавины в них представлена травянистой растительностью, что обеспечивает низкие значения коэффициентов трения (0,15-0,17), и, следовательно, высокие значения динамических характери-стик лавин даже при небольших относительных высотах лавиносборов.
Образованные при воздействии экзогенных геологических процессов лави-носборы отличаются морфометрическими характеристиками (таблица 3.1). Таблица 3.1. Морфометрические характеристики разных морфологических типов лавиносборов мор-ских берегов (на примере Южного Сахалина) Морфологический тип лавиносбора Характеристики лавиносбора Относительная высота, м Площадь, га Ширина, м Глубина, м Средний уклон, град. воронка 100 – 200 0,7 – 5,0 30 – 120 5 - 15 30 – 45 врез 20 – 150 0,1 – 0,6 15 – 30 1 - 5 30 – 45 мульда 30 – 150 0,2 – 1,5 20 – 130 5 - 10 30 – 45 осовный склон 7 – 100 0,1 – 6,0 40 – 300 - 25 – Как видно из таблицы, морфометрические характеристики лавиносборов каждого морфологического типа имеют достаточно широкий диапазон значений, что обусловлено геологическим и геоморфологическим строением морского бере-га. Единственной общей чертой преобладающего большинства береговых лави-носборов является большой средний уклон лавиносбора, составляющий 25-45; такие уклоны обусловливают высокие значения динамических характеристик ла-вин. Согласно фактическим данным, полученным нами в 2012 г. при спуске ла-вин с осовного склона средним уклоном 38 на 153 км автодороги Невельск - То-мари - аэропорт Шахтерский (морская терраса в устье р. Чирай), скорости лавин достигали 8,2-12,5 м/с при относительной высоте склона 80 м, длине пути лавины менее 100 м и небольших объемах лавин.
Еще одной характерной особенностью береговых лавиносборов является прямолинейность продольного профиля. Поскольку продольный профиль лави-носбора – это пространственная кривая, то он характеризуется не только кривиз-ной, но и кручением, что влияет на динамику лавины, форму тела лавины и раз-меры его головной части, а также дальность и направление выброса лавины (Бо-жинский, Лосев, 1987). Кроме того, максимальных значений скорость и давление лавины на пре-пятствие достигают в подножии склона, т.е. в точке начала выполаживания про-дольного профиля лавиносбора, где в условиях о. Сахалин обычно расположены автомобильные или железные дороги, территории жилой застройки приморских населенных пунктов либо промышленные объекты. Например, в г. Невельск мно-гоэтажные жилые дома на некоторых участках расположены менее чем в 20 м от подножия лавиноопасного уступа морской террасы. Такое их расположение при-водит к регулярным ущербам, причиняемым лавинами (лавины выбивают окон-ные рамы квартир, расположенных на первых этажах).
Характеристики снежных карнизов в береговых лавинных комплексах о. Сахалин
Обрушение снежных карнизов причиняет значительный ущерб за счет по-вреждения и разрушения зданий, сооружений и транспортных средств. Большие величины ударного давления обрушившихся блоков карниза обеспечены, глав-ным образом, высокой плотностью снега (350-550 т/м3). В феврале 2012 г. нами были проведены работы по измерению скорости движения обломков снежных карнизов. Работы проводились на морской террасе, расположенной у устья р. Чирай, в 17 км к югу от п. Ильинский (западное побережье Южного Сахалина) (рису-нок 4.4). Средний уклон зоны транзита лавин составляет здесь 38, относительная высота склона – 100 м. Непосредственно у подножия склона пролегает автодорога г. Невельск – г. Томари – аэропорт Шахтерский.
Средние скорости движения обломков снежных карнизов составляли от 8,1 до 11,5 м/с. В четырех случаях обрушение обломка карниза вызывало сход не-больших лавин объемом от 75 до 800 м3. Средние скорости лавин составляли от 8,2 до 12,5 м/с. Фактическая дальность выброса обломков составляла 150 м (дос-тигли автодорожного полотна). Рис. 4.4. Морская терраса, где проводились работы по измерению фактической скорости движения обломков снежных карнизов (автодорога г. Невельск – г. Томари – аэ-ропорт Шахтерский, западное побережье Южного Сахалина). Фото Н.А. Казакова. Ударное давление, вызываемое крупными глыбами снега (Войтков-ский, 1977, 1989), рассчитанное на основе фактических данных о скорости движе-ния обломка снежного карниза составляет от 0,017 до 0,041 МПа (таблица 4.3). При таком ударном давлении происходит разрушение деревянных и шлакоблоч-ных сооружений, разрушение наземных и надземных линейных сооружений, по-вреждение железобетонных сооружений. Поскольку многие населенные пункты (например, г. Невельск, г. Холмск, г. Томари, с. Горнозаводск и др.), а также практически все основные автомобиль-ные и железные дороги побережий Южного Сахалина проложены непосредствен-но у подножия уступа морской террасы, то обрушение снежных карнизов (а также сход вызванных этим лавин) представляет существенную опасность для населе-ния.
Характеристики движения обломков снежных карнизов, обрушенных в феврале 2012 г. (морская терраса, устье р. Чирай, западное побережье Южного Сахалина) Относительная высота склона, м Время движения, с Фактическая дальность выброса, м Фактическая скорость, м/с Ударное давление, вызываемое крупными глыбами снега по Войтковскому К.Ф., МПа Масса глыбы снега, кг Объем глыбы, м 80 17 150 8,1 0,017 200 1,5 80 15 150 9,2 0,022 260 1,5 80 12 150 11,5 0,035 200 1, Таким образом, наличие в лавинном комплексе зоны сноса снега ветром приводит к существенному увеличению объемов и повторяемости лавин, а также повышает опасность обрушения снежных карнизов, тем самым усиливая воздей-ствие лавинных процессов как на население и хозяйство острова, так и на геосис-темы морских берегов.
Формирование снежных карнизов на морских террасах о. Сахалин является существенной проблемой для населения и хозяйства острова, что связано, глав-ным образом, с расположением транспортных магистралей и территорий населен-ных пунктов непосредственно у подножия уступа морской террасы и с высокой скоростью формирования снежных карнизов на морских террасах. Для предотвращения вызываемого снежными карнизами ущерба необходи-мо принимать меры по защите: либо профилактическое обрушение карнизов с по-следующей расчисткой дорожного полотна, либо строительство сооружений ин-женерной защиты. Это могут быть как снегозадерживающие сооружения на поверхности мор-ской террасы, так и защитная галерея, которая, помимо защиты от обрушения карнизов, обеспечивает и противолавинную защиту, а так же защиту от склоно-вых селевых потоков и оползней-оплывин, широко распространенных на морских берегах юго-западного Сахалина. Однако, учитывая суммарную протяженность снежных карнизов вдоль транспортных магистралей Южного Сахалина, строи-тельство инженерной защиты на всей протяженности опасной зоны невозможно.
Что касается профилактического обрушения карнизов, это также требует значительных экономических затрат в связи с высокой необходимой частотой об-рушения – до 4 раз в месяц с середины декабря до конца марта на некоторых уча-стках побережья юго-западного Сахалина. Таким образом, наиболее экономически целесообразной мерой борьбы с об-разованием снежных карнизов на Южном Сахалине является высадка леса на по-верхности морской террасы, что создаст препятствие для приноса снега к бровке склона (Казакова, 2013 в). Выводы по главе
Зона сноса снега ветром, представленная поверхностью морской терра-сы, обеспечивает большую площадь снегосборного бассейна, что создает благо-приятные условия для приноса большого объема снега в лавиносбор и к бровке морской террасы, что приводит к увеличению объемов и частоты схода лавин и к образованию снежных карнизов большой мощности, тем самым усиливая воздей-ствие лавинных процессов как на население и хозяйство острова, так и на геосис-темы морских берегов. Во многих береговых лавинных комплексах Южного Сахалина зона сноса снега ветром создана при антропогенной деятельности. Площади зон сноса снега ветром на морских берегах о. Сахалин дости-гают 120 га и более. Высокая интенсивность снегопереноса на берегах о. Сахалин в сочета-нии со значительной протяженностью морских террас обеспечивает широкое рас-пространение снежных карнизов, протяженность которых может достигать 200 м, толщина - до 5 м, плотность - 350-550 т/м3. Обрушение снежных карнизов причиняет значительный ущерб за счет повреждения и разрушения зданий, сооружений и транспортных средств. Боль-шие величины ударного давления обрушившихся блоков карниза обеспечены, главным образом, высокой плотностью снега (350-550 т/м3). Ударное давление, вызываемое крупными глыбами снега, рассчитанное на основе фактических данных о скорости движения обломка снежного карниза составляет от 0,017 до 0,041 МПа для лавиносбора относительной высотой 80 м со средним уклоном 38. Наличие в лавинном комплексе зоны сноса снега ветром приводит к су-щественному увеличению объемов и повторяемости лавин, а также повышает опасность обрушения снежных карнизов. Наиболее экономически целесообразной мерой борьбы с образованием снежных карнизов на Южном Сахалине является высадка леса на поверхности морской террасы, что создаст препятствие для приноса снега к бровке склона.
