Лёд и Снег • 2013 • № 2 (122)
УДК 551.332.56
Эволюция ледниково-озёрного комплекса Петрова (Тянь-Шань) и оценка
риска его прорывоопасности
© 2013 г. И.А. Торгоев1, Ю.Г. Алёшин1, С.А. Ерохин2
1Институт геомеханики и освоения недр Национальной Академии наук Киргизской Республики, Бишкек;
2Госгеолагентство Киргизской Республики, Бишкек geopribor@mail.ru
Статья принята к печати 17 декабря 2012 г.
Ледник, ледниково-моренное озеро, прорыв ледникового озера. Glacier, glacier lake, outburst flood.
Рассматривается ледниково-моренно-озёрный комплекс Петрова в верховье р. Нарын (Тянь-Шань, Киргизия). Из-за ощутимого потепления климата высокогорья и вызванного им отступания ледника существенно увеличиваются размер и объём оз. Петрова, что повышает риск прорыва ледниково-моренной плотины озера. Это весьма опасно для расположенных ниже объектов хвостохранилища рудника Кумтор. Вероятность прорыва оз. Петрова и его последствий основывается на многофакторном анализе для наиболее опасных сценариев - возникновения внутриморенного канала стока и трансформации волны прорыва в селевой поток.
Ледниково-моренно-озёрный комплекс Петрова
Ледниково-моренно-озёрный комплекс Петрова находится на северо-западном макросклоне ледникового массива Ак-Шыйрак в Центральном Тянь-Шане (рис. 1). Ледник Петрова — крупнейший в бассейне р. Нарын (Сырдарья). В настоящее время площадь ледника составляет 69,8 км2, а длина превышает 23 км [2, 6]. Озеро у конца ледника Петрова привлекло к себе внимание в последнее десятилетие в связи с крупномасштабным техногенным освоением района, связанным с разработкой золоторудного месторождения Кумтор. Это внимание особенно усилилось в связи со строительством и эксплуатацией огромного по объёму (V > 100 млн м3) хвостохранилища, очистных сооружений, пульпопровода и других объектов инфраструктуры рудника, размещённых в долине р. Кумтор.
Оз. Петрова — самое крупное по площади и объёму воды моренно-ледниковое озеро Тянь-Шаня, которое служит главным источником водоснабжения высокогорного рудника Кумтор. В 1994 г. при разработке проекта эксплуатации этого золоторудного месторождения была выполнена батиметрическая съёмка акватории озера. Площадь озера составляла 2,784 км2, максимальная измеренная глубина — 24 м, средняя глубина — 8,3 м, объём — 23,1 млн м3. Согласно историческим сведениям [5], озеро начало формироваться в конце XIX — начале XX вв. в обширной внутриморенной депрессии (котловине «выпахивания») в результате отрыва ледника Петрова от внутреннего края последней по возрасту морены и его последующего постепенного отступания. В 1990—2009 гг. средняя
скорость отступания ледника составляла 46 м/год. В табл. 1 приводятся данные об основных морфоме-трических и гидрологических характеристиках озера по основе геодезических и батиметрических измерений 2006 и 2009 гг. [3, 8], а также мониторинга, который ведёт «Кумтор Оперейтинг Компани» [10].
По результатам дешифрирования аэро- и кос-моснимков установлено, что с 1957 по 2009 г. площадь озера увеличилась более чем в 4 раза (с 0,96 до 4,033 км2). Вместе с ростом площади вырос и объём воды в озере, причём этот рост по темпам опережает увеличение площади акватории, что объясняется существенным ростом максимальной глубины озера в его северо-восточной части — 69,3 м [8]. Из табл. 1 следует, что за 2006—2009 гг. среднегодовой прирост объёма воды в озере составил 1,8 млн м3/год. На протяжении последних двух десятилетий повышаются как скорости роста площади, так и объёма воды в озере [6, 8]. Дальнейшее накопление воды приведёт к увеличению напора на путях её фильтрации (установлено геофизическими методами), что может вызвать повышение фильтрационных расходов, усиление протаивания путей фильтрации и окружающих мёрзлых грунтов и в результате — нарастание угрозы внутриморенного прорыва. Озеро питается талыми водами, стекающими с мощного сложно-долинного ледника Петрова (см. рис. 1). Объём стока с ледника составляет 119 млн м3/год, или 3,7 м3/с [6]. Отток воды, поступающей в озеро с ледника, обеспечивается за счёт поверхностного стока по руслу р. Кумтор (исток р. Большой Нарын), которая вытекает из северо-западной части озера. По данным наблюдений на гидрологическом посту
Таблица 1. Основные морфометрические и гидрологические характеристики оз. Петрова
Рис. 1. Карта территории Кыргызстана (а) и космоснимок района ледниково-моренно-озёрного комплекса Петрова (б) с указанием местоположения основных объектов высокогорного рудника Кумтор Fig. 1. Map of Kyrgyzstan (a) and satellite image area of glacial moraine-lake complex Petrova (б) showing the location of the main objects of alpine Kumtor gold mine
ГМС Тянь-Шань, наибольший расход р. Кумтор равен 66,2 м3/с (1943 г.), средние расходы с июня по сентябрь колеблются от 2,9 до 25,2 м3/с [6].
Характеристика рассматриваемого моренно-леднико-вого комплекса дана в монографии Л.Г. Бондарева [2], который ещё в 1963 г. показал, что естественная моренная
Показатели 2006 г. 2009 г.
Высотная отметка уреза воды,
м над ур. моря: максимальная 3734, 27 3733,76
минимальная 3732,65 3732,40
Сезонная амплитуда колебаний
уровней озера, м 1,62 1,36
Длина озера, м 2680 2885
Ширина, м 1880 1880
Длина береговой линии, м 17030 17950
Площадь зеркала, км2 3,905 4,033
Объём воды, млн м3 60,309 65,718
Средняя глубина, м 15,4 16,3
Максимальная измеренная
глубина, м 24 (1996) 69,3
Годовое количество атмосфер-
ных осадков, мм 280 374
Максимальный расход воды в
р. Кумтор — гидропост КОК, м3/с 27,5 11,23
Годовой сток р. Кумтор, млн м3 Нет свед. 55
Рассчитанный общий приток
воды в озеро, млн м3 Нет свед. 44,98
Объём воды, забираемый для
нужд рудника Кумтор, млн м3 5,7 6,0
дуга (разновозрастная морена напора), подпруживающая оз. Петрова (рис. 2), состоит из мёрзлых моренных отложений с включениями валунов скальных пород, а также погребённого льда разных размеров и конфигурации. Именно присутствие в морене погребённого льда и интенсивное развитие термокарстовых и термопросадочных процессов определяют состояние и структуру моренной плотины, которые отличаются исклю-
Рис. 2. Общий вид участка моренно-ледниковой плотины у Голубого залива с обозначением геофизических профилей на внешнем (а) и внутреннем (б) откосах
Fig. 2. General view of a moraine dam on the site of the Blue Bay with the indication of geophysical profiles at the outer (a) and internal (б) the slopes
чительной изменчивостью, обусловливая возможность прорыва оз. Петрова как поверхностным, так и подземным путём. Поверхностный прорыв озера вероятен за счёт пропиливания и углубления имеющегося в теле плотины прорана, через который из озера вытекает р. Кумтор. В 1998 г. мы смоделировали сценарий развития событий при поверхностном прорыве озера по существующему руслу р. Кумтор для случая с расходом прорывного паводка до 400 м3/с. Оценка зоны поражения прилегающей к оз. Петрова территории рудника [6] показала, что прорывной поток будет паводковым и сосредоточится вдоль русла р. Кумтор, расширяясь (до 260 м) на отдельных участках выполаживания и сужаясь на узких участках днища долины. Расчёт характеристик паводкового поражения при существующей в то время геоморфологии участка показал, что прорывной поток не угрожает хвостохранилищу рудника Кумтор. В зону паводкового поражения попадают лишь автомобильный мост и акведук сбросного пульпопровода фабрики [6].
Таким образом, при поверхностном прорыве оз. Петрова катастрофических последствий воздействия волны прорыва на хвостохранилище не ожидается. Однако в будущем, при наращивании объёма селевых и терригенных отложений на конусе выноса ручьёв, стекающих с ледника Лысый, где сформированы отвалы горных пород, ситуация может измениться (см. рис. 1). В настоящее время наиболее опасный сценарий — вариант внутриморенного (подземного) внезапного прорыва оз. Петрова с трансформацией гидродинамической волны прорыва в разрушительный селевой поток. В этом отношении наиболее уязвимое звено моренной плотины — её самый узкий участок с западной стороны Голубого залива (см. рис. 2).
Результаты геофизического изучения прорывоопасного участка плотины оз. Петрова
В пределах водоудерживающей моренно-ледниковой плотины оз. Петрова активно протекают термокарстовые процессы. В 2009 г. на поверхности плотины насчитывалось 29 термокарстовых озёр, ослабляющих стабильность плотины. Самое большое из них — Голубой залив, который глубоко врезается в среднюю часть плотины (см. рис. 2), значительно снижая её фильтрационную и сейсмическую устойчивость. Сопоставление аэрофото- и космоснимков за 1947—2008 гг. показывает, что площадь залива увеличивалась при его слиянии с более мелкими термокарстовыми воронками. В 2009 г. объём воды в Голубом заливе составлял 750 тыс. м3, максимальная измеренная глубина — 22 м, средняя глубина — 8,6 м [8]. Особую озабоченность вызывает узкий участок во-доудерживающей плотины в крайней западной
части залива (см. рис. 2, б). Здесь озеро от нижележащих участков зандрового поля удерживает лишь узкий (3—4 м по гребню) вал с крутыми (30—35°) откосами. Особенной крутизной (35—36°) отличается внутренний откос плотинной перемычки, спадающий в залив (см. рис. 2, б). Высота гребня плотинной перемычки на этом наиболее уязвимом участке плотины над урезом Голубого залива в 2006 г. составляла всего 11 м. В сентябре 2007 г. на внутреннем откосе, обращённом к заливу, примерно на 30-метровом участке вблизи профиля К2 обнаружен оползень. Мощность оползших мелкообломочных отложений достигала 1,2—1,5 м. В результате оползания на нескольких участках обнажился погребённый лёд (см. рис. 2, б), что доказывает интенсификацию термокарстовых и деградационных процессов в теле плотины.
Для изучения внутреннего строения этого участка моренно-ледниковой плотины группа геофизиков из разных стран выполнила в 2005— 2006 гг. большой комплекс исследований, который включал в себя вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ), электропрофилирование (ЭП), метод естественного электрического поля (ЕП), георадиолокационное зондирование (георадар), методы д
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.