Содержание к диссертации
Введение
Глава I. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ГЛЯЦШШЬНЫХ СЕЛЕЙ 10
1.1. Распространение и механизмы возникновения 10
1.1.1. Понятие 10
1.1.2. Сели при прорывах озер, подпруженных активным льдом 10
1.1.3. Сели при пульсациях ледников 12
1.1.4. Сели при обрушениях снежно-фирновых масс с крутых склонов 13
1.1.5. Сели при прорывах лавинных снежно-завальных озер. 14
1.1.6. Сели при прорывах озер, подпруженных мерзлыми ледосодержащими моренами 15
1.1.7. Сели при прорывах внутриледниковых и внутри-моренных каналов стока и емкостей 18
1.1.8. Сели при обрушениях переувлажненных моренных или склоновых отложений 19
1.1.9. Сели при интенсивном таянии ледников в связи с жаркой погодой 21
1.1.10. Сели при интенсивном таянии ледников в.связи .с извержениями вулканов -.22
1.2. Гляыиальные сели Заилийского Алатау 23
1.2.1. Бассейн р. М.Алматинки 25
1.2.2. Бассейн р. Иссык - р. Жарсай 31
1.2.3. Бассейн р. Талгар 40
1.2.4. Бассейн р. Б.Алматинки 45
1.2.5. Бассейн pp. Каскелен, Узункаргалы, Чилик . 51
1.2.6. Общие выводы 53
Глава 2. УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ГЛЯЩАЛЬШХ СЕЛЕЙ В ЗАШШЙСКОМ АЛАТАУ 62
2.1. Условия подстилающей поверхности 62
2.1.1. Ледники и морены 62
2.1.2. Приледниковые озера 73
2.1.3. Внутриморенные каналы стока и емкости . 83
2.1.4. Таликовые массивы 91
2.2. Гидрометеорологические условия 95
2.2.1. Температура воздуха 95
2.2.2. Атмосферные осадки 103
2.2.3. Ледниковый сток III
Глава 3. ПРОГНОЗ ГЛЯЦИАЛЬНЫХ СЕЛЕЙ 126
3.1. Факторы гляциальных селей 126
3.1.1. Исторические закономерности возникновения гляциальных селей 126
3.1.2. Качественная модель факторной обусловленности гляциальных селей 130
3.2. Существующие предложения по прогнозу . 131
3.3. Современные возможности прогноза гляциальных селей 141
3.4. Метод фонового прогноза гляциальных селей Заилийского Алатау 146
3.4.1. Опасность возникновения гляциальных селей как объект прогноза 146
3.4.2. Общая характеристика программы опознавания образов ПОИСК 146
3.4.3. Разработка, оценка точности и апробация метода фонового прогноза гляциальных селей
Заилийского Алатау 151
3.4.4. Порядок составления прогноза 174
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ЗАДАЧИ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ . 177
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 181
ПРИЛОЖЕНИЯ 196
- Распространение и механизмы возникновения
- Условия подстилающей поверхности
- Исторические закономерности возникновения гляциальных селей
Введение к работе
Сели являются грозным стихийным бедствием. Их действию в Советском Союзе подвержены все горные районы. Поэтому ЦК КПСС и Совет Министров СССР неоднократно обращали внимание различных ведомств и организаций на усиление борьбы с селями. В соответствии с директивными указаниями партийных и правительственных органов в последние годы проделаны большие работы.
Министерством геологии СССР и УГКС СССР проведены работы по оценке селеопасности и исследованию условий образования селей на обширных территориях. В КазНЙИ Госкомгидромата осуществлены эксперименты по созданию и изучению искусственных селей в натуральных условиях, разработаны и продолжают разрабатываться методы расчетов и прогнозов селей, издано Руководство по их изучению. В ЗакНИИ Госкомгидромета разработаны и внедрены в практику проекты селезащитных сооружений. Географическим факультетом МГУ составлена карта селеопасных районов СССР и изданы специальные монографий. Во ВСЕГИНГЕО разработаны теоретические основы и методы долговременных региональных прогнозов селевых процессов. Подразделениями Министерства мелиорации и водного хозяйства СССР разрабатываются и проводятся мероприятия по борьбе с селями. Большую деятельность по координации научных исследований осуществляет селевая комиссия Научного Совета по инженерной геологии и грунтоведению Академии наук СССР.
Проблеме селей огромное внимание уделяется также и в Казахстане. В 1973 г. здесь, впервые в нашей стране, для планирования, координации и реализации различных мероприятий по защите от селевой и лавинной опасности создано Главное управление по строительству и эксплуатации селезащитных сооружений при Совете Министров Казахской ССР (Казглавселезащита).
По заданиям и предложениям Казглавселезащиты разработаны и продолжают разрабатываться генеральные схемы противо-селевой защиты г. Алма-Аты и других населенных пунктов Алма-Атинской, Талды-Курганской, Восточно-Казахстанской, Семипалатинской, Джамбулской и Чимкентской областей.
Казглавселезащитой ведется также обширное строительство селезащитных сооружений. На р. Малой Алматинке ею по проекту Казахского филиала Института "Гидропроект" завершено строительство уникальной в мировой практике 150-метровой ка-меннонабросной селезадерживающей плотины с емкостью селехранилища 12,5 млн.м3. В верховьях р.Малой Алматинки на высоте 3000 м сооружена 17-метровая насыпная плотина с селехранилищем более 220 тыс.м3. Для защиты западной части г.Алма-Аты на р.Большой Алматинке построена 40-метровая железобетонная ячеистая плотина с емкостью селехранилища 14,5 млн.м3. Ведется и планируется строительство селезащитных сооружений также и в других селеопасных районах Казахстана.
Казглавселезащитой наряду со строительством крупных селезадерживающих сооружений осуществляется обширный комплекс эксплуатационных профилактических мероприятий. В частности, в летний период с помощью вертолетов ею осуществляются регулярные аэровизуальные осмотры селеопасных объектов, организуется на них широкая сеть временных гидрометеорологических
7 постов наблюдений, проводится принудительное опорожнение наиболее опасных приледниковых озер, стабилизация селеопас-ных русел. В целях предупреждения селевой опасности и своевременного принятия мер Казглавселезащита совместно с Казахским управлением по гидрометеорологии и контролю природной среды разработала и использует схему оперативного оповещения и сигнализации об угрозе селей.
Весь комплекс мероприятий, проводимых Казглавселе защитой и ЛЖ КазССР, резко уменьшает ущерб, причиняемый селями народному хозяйству Казахстана. Однако эти работы не могут в достаточной мере решить селевую проблему. Важным дополняющим их звеном должны являться прогнозы селей.
Вопрос о прогнозировании селей в Казахстане особенно остро стоит для территории хребта Заилииского Алатау. В этом районе под угрозой селей находятся города Алма-Ата, Каскелен, Талгар, Иссык и другие населенные пункты с общим числом жителей около 1,5 млн.человек.
Хребет Заилийский Алатау является наиболее селеактивным в республике. Здесь формируются ливневые и гляциальные сели. В последние два десятилетия существенно участились случаи схода крупных и катастрофических гляциальных селей. Они наблюдались на реках Иссык в 1963, 1977, 1982 гг.; Малая Алма-тинка - в 1973 г.; Большая Алматинка - в 1975, 1977 гг.; Каскелен - в 1980 г. Прошедшие сели нанесли существенный ущерб и в отдельных случаях повлекли человеческие жертвы.
Несмотря на высокую активность и опасность гляциальные сели Заилииского Алатау изучены слабо. Не имеется и удовлетворительных методов их прогноза (прил. I). Данная работа
8 направлена на восполнение этих пробелов. В ней главное внимание уделено решению практической задачи - разработке метода оперативного фонового прогноза гляциальных селей.
Работа состоит из 3 глав.
В первой главе анализируются известные факты о гляциальных селях в различных районах мира, в том числе в большей степени в Заилийском Алатау. При этом основное внимание уделено прежде всего исследованию закономерностей возникновения гляциальных селей, что является весьма важным для разработки методов их прогноза. Проведенные в первой главе исследования позволили сложить общее представление об изученности механизмов возникновения гляциальных селей, определить основные их типы и особенности, выявить статистические закономерности гляциальных селей в Заилийском Алатау.
Во второй главе по материалам многолетних полевых исследований автора, данным опубликованных работ, фондовым материалам УГКС КазССР и других ведомств анализируются условия возникновения гляциальных селей в Заилийском Алатау. С этой целью в главе исследована роль современного оледе.нения и его динамики в процессах появления, развития и селевого действия гляциальных селевых очагов: приледниковых озер, внутриморен-ных каналов стока и таликовых массивов, а также оценено значение гидрометеорологических условий в возникновении гляциальных селей. Некоторые разработки по указанным вопросам внедрены в практику (прил. 2).
В третьей главе на основе проведенных исследований выделены главные факторы гляциальных селей и разработана качественная модель факторной обусловленности их возникновения. Оценены возможности учета главных факторов. Проведен анализ существующих методов прогноза гляциальных селей. Впервые с помощью вычислительной программы ПОИСК (автор Ю.В.Хоменюк), реализующей топологические принципы опознавания образов, разработан удовлетворительный метод оперативного фонового прогноза гляциальных селей Заилийского Алатау по комплесу гидрометеорологических данных. В настоящее время этот метод внедряется в Главном управлении по строительству и эксплуатации селезащитных сооружений при Совете Министров Казахской ССР (прил. 3).
Автор выражает глубокую признательность за постоянную помощь в исследованиях научным руководителям кандидату географических наук Г.А.Токмагамбетову и кандидату технических наук Ю.В.Хоменюку, благодарит за ценные советы доктора географических наук И.С.Соседова, кандидатов географических наук П.А.Судакова и В.П.Мочалова, за техническое содействие - А.Б.Максимова, А.П.Брисковского и М.Б.Мирную.
Распространение и механизмы возникновения
О стихийных явлениях, именуемых гляциальные сели, известно давно - с тех пор как человеком начали осваиваться горноледниковые территории. Тем не менее научное представление об этих селях выработалось лишь в последнее столетие.
Вопросу о понятии гляциальных селей уделялось большое внимание. Многими исследователями предлагались разнообразные их определения /25, 29, 32, 39, 43, 48, 60, 74, 95, 99, 105, 116, 122, 124 и др. / . В настоящее время большинство из них устарели. По мнению автора, наиболее совершенным из известных является понятие, представленное в "Руководстве по изучению селевых потоков" /99/, в монографиях С.М.Флейшмана /122/ и "Селеопасные районы СССР" /105/. В этих источниках под гляциа-льными понимаются сели, которые сформированы ледниковыми водами. Думается, что такое определение несмотря на простоту, позволяет наилучшим образом выделить всеобщее и существенное в гляциальных селях. Это определение и принято в данной работе. На его основе выделяются разнообразные по механизмам возникновения сели.
I.I.2. Сели при прорывах озер, подпруженных активным льдом
Сели, возникающие при прорывах озер, подпруженных активным льдом, распространены в районах с хорошо развитым покровным или горным оледенением. Там прорываются озера, расположенные: I) на поверхности ледников; 2) между краем ледника и бортом долины; 3) в углах слияния двух ледников; 4) в боковых речных долинах, подпруженных наступающим главным ледником,или в главных долинах, подпруженных наступающим боковым ледником; 5) в боковой долине при отступлении ледника притока /31/. Первые три типа озер образуются в западинах горно-ледникового рельефа, четвертый тип наиболее часто связан с пульсациями ледников и пятый - обычно возникает в стадии деградации оледенения. Прорывы указанных озер в большинстве случаев происходят по подледниковым путям, длина которых нередко составляет десятки километров. Образовавшиеся при прорывах паводки зачастую носят катастрофический характер. Их водные расходы составляют тысячи м3, а объемы - миллионы м3. Отмеченный тип паводков тем не менее зачастую не приводит к образованию селевых потоков, поскольку такие паводки обычно проходят в широких и пологих речных долинах.
Обширная сводка о прорывах приледниковых озер, подпруженных активным льдом, приведена в монографии Ю.Б.Виноградова /12/. Ряд дополнительных фактов по рассматриваемому вопросу можно найти в работах А.Н.Кренке /66/, Г.Н.Голубева /31, 32/, Ле Руа Ладюри /71/ и др. Согласно этим источникам, селевые явления указанного генезиса неоднократно отмечались в Альпах, на Скандинавском полуострове, в Исландии, на Канадских арктических островах, в Кордильерах Северной и Южной Америк, Каракоруме и др. В нашей стране они имели место на островах Советской Арктики /41/, на Памире /12, 32, 67, 79/ и на Тянь-Шане /I, 12, 31, 32/.
Существует несколько гипотез, объясняющих прорывы при ледниковых озер, которые подружены активным льдом. Их критический анализ проведен Г.Н.Голубевым /31/. Согласно его выводам, наиболее реальными признаются лишь две. Первая гипотеза состоит в том, что прорывы озер происходят при ВСПЛЫТИЙ ледниковой плотины, когда уровень воды в водоеме достигает 9/Ю ее высоты. В этом случае, как предполагается, в теле ледника открываются законсервированные внутриледниковые каналы стока или трещины, которые быстро расширяются за счет тепломеханического воздействия на них водных потоков, что и обуславливает лавинообразный характер сброса воды из озера. Данная точка зрения широко распространена в литературе /I, 12, 31, 41, 133, 136/. На ее основе разработаны и расчетные модели /9, 28/, которые позволяют с удовлетворительной точностью рассчитывать гидрографы прорывных паводков.
Условия подстилающей поверхности
О стихийных явлениях, именуемых гляциальные сели, известно давно - с тех пор как человеком начали осваиваться горно-ледниковые территории. Тем не менее научное представление об этих селях выработалось лишь в последнее столетие.
Вопросу о понятии гляциальных селей уделялось большое внимание. Многими исследователями предлагались разнообразные их определения /25, 29, 32, 39, 43, 48, 60, 74, 95, 99, 105, 116, 122, 124 и др. / . В настоящее время большинство из них устарели. По мнению автора, наиболее совершенным из известных является понятие, представленное в "Руководстве по изучению селевых потоков" /99/, в монографиях С.М.Флейшмана /122/ и "Селеопасные районы СССР" /105/. В этих источниках под гляциальными понимаются сели, которые сформированы ледниковыми водами. Думается, что такое определение несмотря на простоту, позволяет наилучшим образом выделить всеобщее и существенное в гляциальных селях. Это определение и принято в данной работе. На его основе выделяются разнообразные по механизмам возникновения сели.
Сели, возникающие при прорывах озер, подпруженных активным льдом, распространены в районах с хорошо развитым покровным или горным оледенением. Там прорываются озера, расположенные: I) на поверхности ледников; 2) между краем ледника и бортом долины; 3) в углах слияния двух ледников; 4) в боковых речных долинах, подпруженных наступающим главным ледником, или в главных долинах, подпруженных наступающим боковым ледником; 5) в боковой долине при отступлении ледника притока /31/. Первые три типа озер образуются в западинах горно-ледникового рельефа, четвертый тип наиболее часто связан с пульсациями ледников и пятый - обычно возникает в стадии деградации оледенения. Прорывы указанных озер в большинстве случаев происходят по подледниковым путям, длина которых нередко составляет десятки километров. Образовавшиеся при прорывах паводки зачастую носят катастрофический характер. Их водные расходы составляют тысячи м3, а объемы - миллионы м3. Отмеченный тип паводков тем не менее зачастую не приводит к образованию селевых потоков, поскольку такие паводки обычно проходят в широких и пологих речных долинах.
Обширная сводка о прорывах при ледниковых озер, подпруженных активным льдом, приведена в монографии Ю.Б.Виноградова /12/. Ряд дополнительных фактов по рассматриваемому вопросу можно найти в работах А.Н.Кренке /66/, Г.Н.Голубева /31, 32/, Ле Руа Ладюри /71/ и др. Согласно этим источникам, селевые явления указанного генезиса неоднократно отмечались в Альпах, на Скандинавском полуострове, в Исландии, на Канадских арктических островах, в Кордильерах Северной и Южной Америк, Каракоруме и др. В нашей стране они имели место на островах Советской Арктики /41/, на Памире /12, 32, 67, 79/ и на Тянь-Шане /I, 12, 31, 32/.
Существует несколько гипотез, объясняющих прорывы при ледниковых озер, которые подружены активным льдом. Их критический анализ проведен Г.Н.Голубевым /31/. Согласно его выводам, наиболее реальными признаются лишь две. Первая гипотеза состоит в том, что прорывы озер происходят при ВСПЛЫТИЙ ледниковой плотины, когда уровень воды в водоеме достигает 9/Ю ее высоты. В этом случае, как предполагается, в теле ледника открываются законсервированные внутриледниковые каналы стока или трещины, которые быстро расширяются за счет тепломеханического воздействия на них водных потоков, что и обуславливает лавинообразный характер сброса воды из озера. Данная точка зрения широко распространена в литературе /I, 12, 31, 41, 133, 136/. На ее основе разработаны и расчетные модели /9, 28/, которые позволяют с удовлетворительной точностью рассчитывать гидрографы прорывных паводков.
Исторические закономерности возникновения гляциальных селей
При выявлении факторов гляциальных селей важное значение представляет исторический анализ данных о их возникновении. Первоначально приведем известные факты.
В Альпах в период "Малой ледниковой эпохи", проявившейся в ХУІ-ХІХ вв., распространенными были сели, возникающие при прорывах озер, лодпруженных наступающими ледниками, и при обвалах ледников /71/. После 1850 года в стадии деградации альпийского оледенения эти явления прекратились /71/. Зато потом в конце XIX - начале XX века здесь были зарегистрированы случаи прорывов моренных озер и внутриледниковых емкостей /12/.
На Кавказе в ХУШ-ХІХ вв. часто отмечались обрушения Дев-доракского /102/ и ряда других ледников /24/. После их сокращения, начавшегося в конце XIX в., по настоящее время обвалов на этих ледниках не было. С конца XIX в. на северном Кавказе появляются моренные озера /22/. Их прорывы в XX в. нередко приводили к формированию крупных селей /62, 89/. В этот же период здесь отмечались сели за счет интенсивного таяния льда и прорывов внутриледниковых емкостей /62/ и сели оползневого генезиса /123/. В настоящее время многие моренные озера на Кавказе исчезли /24/, ледники сократились, что явилось а целом причиной уменьшения активности гляциальных селей в юследние 70-80 лет /23/.
В Заилийском Алатау активность возникновения гляциальных зелей в ранней стадии деградации оледенения (до 1930-1940 го-юв) была низкой. Это подтверждается известной информацией о їблях (1.2.6), а также некоторыми специальными исследованиями 40/. С 1950 годов по мере дальнейшей деградации оледенения активность возникновения гляциальных селей здесь начала воздет ать, достигнув максимума в середине 1970 годов, а затем на стала снижаться (рис.9). Основными причинами возникнове-шя гляциальных селей в Заилийском Алатау в последние 30-40 ют были прорывы приледниковых озер и внутриморенных емкостей, і также - обрушения переувлажненных ледниковым стоком морених или склоновых отложений (1.2.6). В настоящее время проры-!Н озер и внутриморенных каналов стока случаются реже, а мно-ие из них уже исчезли (2.1.2-3).
Представленные исторические данные отчетливо показывают, то типы возникновения гляциальных селей и их активность зави-ят от климатических условий. Эта закономерность в различных нтерпретациях отмечалась многими исследователями.
П.В.Ковалев /62/ считает, что особенно благоприятной для ляциальных селепроявлений является фаза деградации оледеяеия,когда большое распространение получают мертвые льды", оторые способствуют "... накоплению наледниковых и внутри-едниковых вод, скопляющихся на поверхности ледника в налед-ЙКОВЫХ озерах и внутри ледника в подледниковых бассейнах" з. 216). Для нивальной фазы оледенения, по мнению П.В.Ковале-а, также характерна высокая селевая активность, которую он вязывает с лавинной деятельностью, обуславливающей селефор-арование по типу прорывов снежно-завальных озер. Самыми не-яагоприятными для гляциальных селеобразований П.В.Ковалев считает фазы наступления и стационарного состояния оледенения. Этот вывод им обосновывается тем, что в такие периоды "... не увеличивается область возможного питания селей твердым материалом, а климатические условия не благоприятствуют интенсивному таянию; к тому же ойычно уменьшается количество лавин и ледовых обвалов с высоко расположенных ледников, если не происходит дальнейшего увеличения атмосферных осадков" (с. 217). С последним выводом автора можно не согласиться. Подтверждением тому, например, служат данные по Альпам, где в период наступления ледников,напротив,отмечалась очень высокая селевая активность /71/.
