Лёд и Снег • 2013 • № 2 (122)
Прикладные проблемы
УДК 504.058
Антропогенное влияние на лавинную и селевую активность
© 2013 г. С.А. Сократов, Ю.Г. Селиверстов, А.Л. Шныпарков, К.П. Колтерманн
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова sokratov@geol.msu.ru
Статья принята к печати 25 февраля 2013 г.
Антропогенное воздействие, инженерные изыскания, моделирование, сели, снежные лавины.
Аnthropogenic impact, debris flows, engineering surveying, modeling, snow avalanches.
Приведены примеры изменения лавинной и селевой активности при антропогенном воздействии на растительность и рельеф. Даётся количественная оценка изменения характеристик отдельных лавин и селей в результате деятельности человека. Делается вывод о преобладающем влиянии человеческого воздействия на лавинную и селевую активность по сравнению с возможными последствиями изменения климата. Высказана необходимость учёта неизбежных изменений природной среды, происходящих в процессе строительства и использования объектов инфраструктуры, при соответствующем планировании противолавинных и противоселевых мероприятий.
Введение
Авторы многочисленных работ, в которых рассматриваются изменения климата, в поисках применения получаемых результатов обращаются, в том числе, и к теме природных опасностей и рисков. Проецируемое в будущее изменение климата связано с изменением амплитуд и повторяемости экстремальных явлений погоды. От последних, в свою очередь, зависят повторяемость и объёмы таких гидрометеорологических природных опасностей, как снежные лавины и сели [15]. Экстремальные по снежности зимы и периоды с максимальным количеством ливневых осадков нередко сопровождаются сходом большого числа лавин и селей. Однако на значительных территориях сходы лавин и селей — достаточно частые события и без экстремальных отклонений от многолетних климатических характеристик. Даже при достаточном количестве материала, способного быть вовлечённым в снежную лавину или сель, их образование определяется не только существующими на определённый момент времени метеоусловиями, но и предысторией формирования лавино- или селеопасных ситуаций. Кроме того, для повторного схода снежной лавины или селя требуется появление нового материала, способного быть вовлечённым в поток, что зависит не только от метеоусловий.
Именно поэтому детальный анализ связи происходящих изменений климата с лавинной актив-
ностью [17] и типов атмосферной циркуляции с селевой активностью [4] не позволил однозначно выделить климатические факторы, вызывающие активизацию или ослабление этих процессов. Существующие тренды свидетельствуют о связанном с изменением климата варьировании во времени относительного веса различных факторов лавинообразования, которое отличается от региона к региону [3, 6]. Колебания климата способствуют изменению соотношения генетических типов селей [5], а также частоты сходов селей по разным высотным зонам [18].
Имеющиеся временные ряды, связывающие изменение климата с опасными гидрометеорологическими процессами, неоднородны по достоверности во времени из-за множественности используемых методов их регистрации, разного объёма наблюдений и различий в полноте регистрации событий. В базах данных отмечается лишь часть сошедших лавин и селей, а работы по обеспечению безопасности самыми разными способами, с разной степенью интенсивности и успешности ведутся уже более века. Количество собранных временных рядов несравнимо с общим объёмом информации о факторах и последствиях изменения климата. Тем не менее, в некоторых из рядов отмечается «несомненное» преобладание антропогенного воздействия над природным, например в долговременной динамике интенсивности эрозионных
Рис. 1. Изменение растительности на склоне над г. Давос c 1945 г. (а — фото Furter AG) до современного состояния (б — фото P. Bebi)
Fig. 1. Change in vegetation on the slope over Davos from 1945 (а — photo from Furter AG) till present time (б — photo P. Bebi)
процессов [12]. Такое воздействие главным образом связывается со строительством объектов разного назначения, которое приводит к изменению окружающих гидрогеологических условий.
При всей очевидности проявления, а также требованиях оценки и прогноза гидрогеологических, геокриологических, гидрометеорологических и других условий в процессе строительства, эксплуатации объектов и вообще инженерных изысканиях [7] нет чёткого понимания того, как изменение природных условий человеком может влиять на частоту и повторяемость опасных гидрометеорологических явлений. Нет и методик оценки такого влияния. Объяснить это можно тем, что, в отличие от индустриальных центров с масштабными изменениями природной среды на их территории и в непосредственной близости, горные районы, ассоци-
ируемые, в том числе, с лавинами и селями, часто рассматриваются как нетронутые земли. Это и делает их привлекательными для туристской индустрии, которая заинтересована, в числе прочего, в получении оценок перспективности бизнеса в зависимости от климатических изменений [10], но при этом мало внимания обращается на возрастающее антропогенное воздействие.
Антропогенное изменение горных территорий
Представление о том, что степень изменения природы человеком во всех своих проявлениях лишь увеличивается, не всегда соответствует действительности. Так, на рис. 1 даны фотографии одного и того же склона швейцарской долины с разницей более 60 лет. Помимо возросшей степени застройки днища долины,
видно увеличение залесённости. Последнее связано с отказом в Швейцарии от вырубки леса для отопления домов и расширением площадей, защищённых таким образом от схода снежных лавин. В то же время инженерные противола-винные мероприятия снижают влияние лавин на лес, что изменяет его видовой состав, структуру и динамику развития. Утверждается, что для Альп — это наиболее значительное вмешательство в функционирование экосистемы [16].
Успешное развитие горнолыжных курортов подразумевает не только личную безопасность катающихся, но и продолжительное залегание в течение года снежного покрова достаточной толщины для качественного катания [10]. В современных условиях это достигается за счёт искусственного снега, уже ставшего стандартным и при проведении международных соревнований, и при подготовке туристских трасс. Искусственный снежный покров отличается от естественного не только микроструктурой снега. Его использование серьёзно нарушает естественный гидрологический режим, устойчивость склонов, видовое разнообразие растительных сообществ, микробиологический и химический состав грунтовых вод [13, 14]. Вместе с тем применение искусственного снега может повышать устойчивость снежного покрова на склоне и таким образом снижать лавинную опасность.
Среди изменений горных ландшафтов самое очевидное — преобразование рельефа. Путём уничтожения зон лавинообразования можно уменьшить лавинную опасность. На рис. 2 видно, что построенная у подножия для защиты дороги противолавинная дамба больше не нужна из-за исчезновения к настоящему времени верхней части лавиносбора. В других случаях, например на Красной Поляне, в результате вырубки леса на склоне образуются новые лавинные очаги (рис. 3). Интенсивное освоение горных территорий, происходящее в настоящее время в районе Красной Поляны, также способствует образованию новых селевых очагов. На рис. 4, а показаны отложения, сформированные при строительстве дороги на склоне, которые питают вновь образованный очаг зарождения селевого потока на одном из водотоков на хр. Аибга в верховьях р. Мзымта (см. рис. 4, б). Простая констатация фактов изменения лавинной и селевой активности мало помогает в планировании мер защиты. Требуется расчёт параметров и характеристик
Рис. 2. Открытый карьер на плато Юкспор, Хибины. Фото Ю.Г. Селиверстова
Fig. 2. Open mining at the Yukspor Mt. plateau, Khibiny Mts. Photo Yu.G. Seliverstov
опасных явлений, учитывающий антропогенные изменения природной среды.
Изменение параметров лавин и селей в результате антропогенного изменения природной среды
В настоящее время существует большое число методик расчёта динамических характеристик лавин, которые можно с разной степенью достоверности использовать в различных условиях и регионах [8]. Приведённые в ведомственных строительных нормах [2] формулы, хотя и критикуются специалистами [9], всё-таки позволяют в первом приближении оценить возможные последствия изменения характера поверхности склона при строительных работах. Согласно [2],
(1)
a„=9,8(sina„-/ncosa„),
где у„ — скорость лавины в конце отрезка пути п, ап — ускорение лавины на отрезке пути п,
м-с
-1.
м-с-2; 8п — длина отрезка пути лавины п, м; ап — угол наклона отрезка пути лавины п, градусы;/п — коэффициент трения на отрезке пути лавины п.
Очевидно, что по мере продвижения лавины, её рассчитываемая скорость уп определяется изменением угла наклона склона ап и коэффициента трения /п. Последний принимается «равным 0,25 для скальных, снежно-ледяных и
Рис. 3. Изменение растительности и рельефа при строительстве горнолыжного комплекса «Альпика-сервис», Красная Поляна:
а -1993 г., № 1-4 - номера лавиносборов; б - сейчас (фото
Высокогорного геофизического института, Нальчик)
Fig. 3. Change in vegetation and relief during the construction
of the Ski resort «Alpika-Service», Krasnaya Polyana:
а - 1993, № 1-4 - numbering of the avalanche catchments; б -
recently (photo from Mountain Geophysical Institute, Nalchik)
Рис. 4. Антропогенные отвалы породы на склоне хр. Аиб-га — а (фото Ю.Г. Селиверстова) и питаемый ими селевой лоток — б
Fig. 4. Anthropogenic piles at the slope of Aibga ridge - а (photo Yu.G. Seliverstov) and the debris flow chute supplied by the piles - б
травяных гладких поверхностей и 0,3 для всех остальных поверхностей» [2]. Уже только два этих принятых значения, несомненно, значительно упрощают действительность [8 и др.]. Принятые в ВСН 02-73 положения имеют ряд существенных недостатков, которые частично были решены в более современных моделях движения лавин [11 и др.]. Однако модель, объединяющая механизм отрыва и динамику лавины, п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.