Лекция 15. Водогрязевые потоки. Сели хребта Заилийского Алатау

Горные геосистемы хребта Заилийского Алатау (ЗА), входящие в ансамбль орогенного пояса Казахстана (ОПК), отличаются глубокой расчлененностью высокогорного рельефа, крутосклонностью горных долин, наличием современного оледенения (на высотах более 2,5-3 тыс. м), высокой сейсмичностью и значительными темпами дифференцированных вертикаль­ных движений (более 20 мм/год). Напряженный геодинамический режим и структурно-тектонические особенности геосистем ОПК в основных чертах определяют морфоструктуры рельефа, масштабы и активность проявления экзогенных геодинамических процессов эрозионно-денудационного генезиса - селей, оползней, лавин и обрушений склонов. Многие из этих процессов (особенно сели и землетрясения) имеют катастрофические последствия, определяют условия и возможности водохозяйственного и другого использования природных ресурсов, жилищного и промышленного строительства, требуют осуществления широкого комплекса дорогостоящих защитных проектов, создания геомониторинговых систем.

Наиболее масштабными и мощными по энергетическим параметрам являются селевые потоки по долинам северного склона хр.ЗА (Большая и Малая Алматинки, Талгар, Иссык). Исторически здесь установлено более 400 случаев прохождения селей.

Основными генетическими типами являются сели: 1 - дождевые (ливневые), 2 - гляциальные (в результате прорыва талых ледниковых вод), 3 -завально-прорывные (в том числе сейсмосели).

Наиболее мощными и достаточно изученными явились дождевые сели 8 июля 1921 г. по р. Малой Алматинке (объем 3,5 млн. м³, расход потока >1000 м³/с, погибло >500 человек, селевой вал в пределах Алматы достигал 5 м) и сель 8 июля 1950 г. по р. Болольшой Алматинке (объем селевой массы на конусе выноса превысил 1,5 млн. м³, расходы потока достигали 1000 м³/с.

Гляциальные сели формируются при резком увеличении водного стока в период активной абляции. Статистика показывает, что в Казахстане за последние 50 лет наибольшей катастрофичностью отличались именно гляциальные сели. Наблюдавшийся всплеск селевой активности в горных районах республики в основным был определен прорывом ледниковых озер.

Переполнение моренных озер на леднике Туюксу(вследствие отсутствия постоянных профессиональных наблюдений за уровнями подземных вод моренных отложений), прорыв перемычек и поверхностный сброс вод в троговую долину послужили первопричиной крупного селевого потока на р. Малая Алматинка 15 июля 1973 г. В створе селезащитной плотины Медео было задержано более 4 млн. м³ грязекаменной массы, при входе в селехранилище Медео расход потока превышал 5 тыс.м³/с, плотность селевого потока достигала 2-2,4 т/м³ .

Наиболее разрушительным по последствиям явился Жарсайский сель 7 июля 1963 г. по долине р. Иссык, сформировавшийся вследствие прорыва озера(полное отсутствие контроля за уровнем подземных вод в Ивановом логе) на высоте ~ 3400 м. В озеро Иссык (отм. 1745 м) было сброшено 5,8 млн. м³ при расходах >10 тыс. м³/с. В результате перелива через гребень сейсмозавальной плотины озера Иссык образовался вторичный сель, углубивший и размывший горную долину р. Иссык и уничтоживший значительную часть пос. Иссык.

Рисунок 5 - Прохождение и разрушительная деятельность селевого потока в поселке Иссык (1963 г., фото В.П. Бочкарева)

В Приалматинском районе, в 30 км к С-3 от города при прорыве отстойников-накопителей в песчаных массивах Моинкум 28-29 января 1988 г. образовался мощный песчано-грязевой поток. Нанесен огромный ущерб дорожно-транспортным, водохозяйственным и другим объектам, имелись человеческие жертвы. Этот селевой поток по генезису можно отнести к техногенному.

Предгорные равнины ОПК - это районы древних культур, хозяйственного использования земель и богатейших природных ресурсов. Поэтому защита от природных катастроф и опасных явлений всегда была и остается актуальной и жизненно необходимой. В зонах воздействия селевых потоков в Казахстане проживает более 5 млн. человек.

В основе природных катастроф и ОГП лежат геофизические явления, при развитии которых создаются отклонения от среднего равновесного состояния среды, они служат необходимым условием возникновения и проявления ОГП. При неблагоприятных социально-экономических ситуациях и освоении территорий без учета риска проявления ОГП возникают стихийные бедствия, зачастую с катастрофическими последствиями. В ряде своих публикаций академик В.И. Осипов детально анализирует причины и последствия природных катастроф и техноприродных опасностей [9, 10]. Принципиален вывод о том, что мероприятия по уменьшению ущербов от природных катастроф должны быть важным элементом государственной стратегии устойчивого развития экономики, что созвучно с Декларацией Всемирной конференции в Иокогаме (1994 г.).

Региональные закономерности распространения и формирования ГДП определяются постоянными и медленно изменяющимися факторами: геологическими неотектоническими, геоморфологическими. Геологические факторы - основополагающие так как определяют условия (среду развития ГДП). Влияние неотектонических и геоморфологических факторов учтено через понятие о геодинамических режимах и геодинамической обстановке развития ГДП. Геодинамические режимы определяют уровень тектонической напряженности в областях с разной неотектонической подвижностью и различным рельефом. Зональные закономерности формирования и распространения ГДП определяются системой медленно- и быстроизменяющихся ландшафтно-климатических, гидрологических и геокриологических факторов. Картографирование региональных и зональных факторов выполняют предварительным ранжированием по их роли в возникновении и формировании ГДП.

Для разработки пространственно-временных прогнозов ОГП, обоснования систем защитных мероприятий и комплексного использования природных ресурсов в ИГН им. К.И. Сатпаева составлен комплект тематических карт масштаба 1 : 500000. Выполнен системный анализ региональных, зональных и антропогенных факторов формирования геодинамических процессов (ГДП) и их парагенезов. Разработаны унифицированные классификации факторов формирования экзогенных, сейсмообусловленных и техногенных ГДП, послужившие концептуальной основой легенд указанных карт и экспликаций условных обозначений. Легенды составлены с учетом современной модели геодинамического развития горных геосистем, классификаций геологических тел и современных ГДП на генетической основе. Картографирование ГДП — основной метод изучения и объективного отображения закономерностей их формирования и распространения и важнейшая задача инженерно-геологического обоснования проектов хозяйственного использования бассейнов горных рек.

Активность (интенсивность, по Т.Ю. Пиотровской) огп определяет степень его опасности для населения, сооружений и территорий. Она изменяется в пространстве и времени в зависимости от условий формирования - закономерного сочетания региональных и зональных факторов. Экстенсивность определяется процентом пораженности территории процессом и зависит от масштаба развития процесса. Интенсивность ГДП выражается физическими показателями скорости проявления процесса и объемами смещения масс горных пород. Каждый процесс по своей природе обладает определенным диапазоном скорости проявления и возможным объемом смещения горных масс. Существует прямая связь между порядками величин скоростей и объемов смещений - чем больше скорость, тем большие объемы пород вовлекаются в движение. Понятие мощности процессов, отражающее энергетический потенциал, позволяет сравнивать различные процессы между собой. Каждый процесс обладает свойствами интенсивности и экстенсивности, но различие этих свойств бывает очень велико. Например, сейсмодислокации и обвалы обладают высокой интенсивностью, но малой экстенсивностью развития; курумообразование и просадочность имеют максимальную экстенсивность и слабую интенсивность. Указанные характеристики ОГП применимы, естественно, и для селей.

Озера аккумулируют значительные объемы воды (Большое Алматинское - 11, Иссык - 18 млн. м³), служат природными регуляторами стока и гасителями селевых потоков. Сейсмоустойчивость таких завальных плотин проверена упомянутыми катастрофическими землетрясениями недавнего прошлого. Для каждого из таких объектов авторами [3] оценена возможность использования гидроресурсов завальных озер (путем строительства каскадов малых ГЭС), дана оценка прорыва их селями и разработаны системы превентивных и защитных мероприятий. С этой целью для перспективных участков и горных долин составлены карты типизации по степени суммарного риска наиболее опасных геодинамических процессов (сели, обвалы, лавины, каменные глетчеры). Количественная оценка вероятного максимального риска произведена по показателям интенсивности и экстенсивности (площадной пораженности) проявления этих процессов в условиях высокой долговременной сейсмичности. Выявлены перспективные для строительства гидроэнергетических комплексов и других видов хозяйственного использования горные долины, их участки, створы и каскады гидроузлов малых ГЭС. Последние высокорентабельны, используют экологически чистые самовозобновляемые ресурсы (суммарно более 60 млрд. кВт. ч) при небольших капиталовложениях и коротких сроках строительства. Естественные озера, небольшие водохранилища и бесплотинные водозаборы оптимальны для обеспечения работы каскадов малых ГЭС в условиях горных геосистем с высокой сейсмичностью.

Для проведения комплекса работ по исследованию проблемы борьбы с селями и защите населенных пунктов и хозяйственных объектов от селей, лавин, оползней и других геодинамических процессов в 1973 г. было создано Главное управление Казселезащита. Это госуправление занимается изучением, проектированием, строительством и эксплуатацией защитных сооружений, проводит профилактические мероприятия по предотвращению селевой и лавинной опасности. Разработаны генеральные схемы противоселевых мероприятий для Алматы, Иссыка, Каскелена и населенных пунктов предгорных областей РК. Построены уникальные селезадерживающие плотины (150-метровая камненабросная плотина Медео с емкостью селехранилища 12,6 млн.м³, 40-метровая железобетонная плотина на р. Большая Алматинка с емкостью селехранилища 14,5 млн.м).

В общем случае инженерная защита от селей осуществляется с помощью реализации превентивных мероприятий, которые могут быть пассивными (строительство капитальных защитных сооружений, дамб, плотин, селеуловителей, отстойников, селехранилищ, требующее значительных материальных и финансовых ресурсов, весьма трудоемкое) и активными (контролируемое опорожнение или снижение уровня ледниковых озер, строительство туннелей, скважин, эвакуационных каналов для сброса воды, требующее меньших затрат и времени).

Примерами последних могут служить опорожнения озера №2 в бассейне р. Малая Алматинка (1964-1966), озера №13 в бассейне р. Кумбельсу (1980), озера ледника Богатырь (1985), озера №6 у ледника Маншук Маметовой (1997), озер №19 и №20 в бассейне р. Левый Талгар (1998).

Рисунок 6. Контролируемое опорожнение озера №6 у ледника Маншук Маметовой в долине р. Малая Алматинка (1997 г.)

Однако и после проведения превентивных мероприятий необходим постоянный мониторинг селеопасности. С этой целью весьма эффективно использование специальных аппаратно-программных комплексов космического мониторинга земной поверхности с низкоорбитальных искусственных спутников Земли. Примером такого оборудования может служить комплекс УниСкан, разработанный российской фирмой СканЭск и обладающий разрешающей способностью фотоснимков до 2 м (в зависимости от используемого спутника).

Осн.: 3[1-6]

Доп.: 6[1-15]

Контрольные вопросы:

1. Сколько случаев прохождения селей установлено по долинам северного склона хр.Заилийский Алатау (Большая и Малая Алматинки, Талгар, Иссык)?

2. Охарактеризуйте основные генетические типы селей.

3. Дайте характеристику одного из самых катастрофических селей на р. Иссык в 1963 г.

4. Какие явления лежат в основе природных катастроф и ОГП?

5. На основе каких работ осуществляются пространственно-временные прогнозы ОГП, обоснование систем защитных мероприятий и комплексного использования природных ресурсов в ИГН им. К.И. Сатпаева?

6. С помощью каких мероприятий осуществляется инженерная защита от селей?

План лабораторных работ