Моделирование казбекских ледниковых завалов ХУШ-Х1Х вв.
А.Н. Божинский, С.С. Черноморец
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Проведено моделирование «казбекских завалов», в результате которых в XVШ—XIX вв. массы, оторвавшиеся от языка Девдоракского ледника, перекрывали долину р. Терек.
Введение
Девдоракский ледник (Центральный Кавказ) известен тем, что в ХУШ—Х1Х вв. здесь неоднократно происходили катастрофы, известные под названием «казбекские завалы», когда отрывалась часть языка ледника и быстро перемещалась вниз по долине рек Амилишка и Кабахи, а затем перекрывала долину р. Терек. В результате на длительный период прерывалось сообщение по Военно-Грузинской дороге, которая в начале XIX в. была единственной транспортной линией, соединявшей Россию с ее провинциями в Закавказье. Геналдонская катастрофа 2002 г. на леднике Колка в Северной Осетии, расположенном в нескольких километрах от Девдоракского ледника, заставила вновь обратить внимание на Девдоракский ледник как источник катастрофических потоков в прошлые столетия.
Один из способов понять механизм подобных событий — их моделирование. До сих пор моделирование ледниковых катастроф недостаточно разработано, хотя на примере Геналдонской катастрофы такая работа начата [2, 3, 9]. Для Девдоракского ледника моделирование катастроф пока не проводилось. В настоящей статье представлены разультаты моделирования движения сорвавшихся масс этого ледника с целью описания и оценки масштабов как прошлых, так и, возможно, будущих катастрофических завалов. Были использованы литературные источники XIX в. [1, 6, 10—13] и данные, полученные экспедицией "Каз-бек-2005", посвященной 180-летию исследователя казбекских завалов Б.И. Статковского [16].
Зона развития и действия катастрофического
потока
Девдоракский ледник (Девдорак, Девдораки) расположен на восточном склоне «спящего» вулкана Казбек. По леднику проходит государственная граница: небольшой его участок в верхней части ледосбора относится к Российской Федерации, а остальная часть к Республике Грузия. Язык ледника в настоящее время оканчивается на высоте 2252 м (данные GPS-измерений в августе 2005 г.). Зона зарождения катастрофических потоков, произошедших в XVШ—XIX вв. (рис. 1), расположена на высотах около 2050—2200 м.
Лед и захваченные каменные обломки двигались сначала по долине р. Амилишки (рис. 2), а
после ее слияния с р. Чач (высота точки слияния по топографической карте масштаба 1:25000 составляет 1715 м) — по долине р. Кабахи. При впадении р. Кабахи в Терек (1345 м) потоки упирались в правый борт долины Терека, поворачивали на север и далее двигались по Дарьяльскому ущелью. Здесь, на участке с малыми уклонами в результате торможения и остановки потоков образовывались завалы.
История событий
Первый достоверно зафиксированный завал в результате «обрушения» Девдоракского ледника произошел в 1776 г. На протяжении последующего полувека отмечались завалы в 1778, 1785, 1808, 1817 и 1832 гг. [10]. Затем несколько раз завалы прогнозировались, но ледово-каменные массы либо не доходили до р. Терек, либо прогнозы не оправдывались. Завал 1776 г. был описан Я. Рейнегсом. Дарьяльское ущелье р. Терек было тогда перекрыто на 3 дня. Этот завал был наиболее крупным из всех зафиксирован-
Рис. 1. Зона зарождения и действия катастрофического ледово-каменного потока — язык Девдоракского ледника и верховья реки Амилишка. Окружностью обведен участок отрыва ледниковых масс, стрелкой показано направление движения. Фото О.В. Тутубалиной, 8 августа 2005 г.
Fig. 1. Origin and influence zone of catastrophic ice-debris flow: the tongue of Devdorak Glacier and upper reach of Amilishka River. Circled: rupture area of the glacier masses, the arrow shows direction of the movement. Photo by O.V. Tutubalina, 08.08.2005
ных и сопровождался значительным ущербом и жертвами среди населения. Завал 1817 г. перекрыл Терек на сутки.
Лучше других изучен завал 1832 г. Объем отложений в долине Терека, по измерениям военных топографов, составил 1,6 млн кубических сажен (около 15 млн м3). Лед перекрывал долину Терека в течение 2 лет — река текла под завальными массами. Выше завала над Тереком была устроена временная гужевая дорога.
В 1843 и 1855 гг. также отмечались подвижки Девдоракского ледника, что заставило проводить наблюдения за изменением его положения. Однако движение потока было относительно медленным, и долина Терека не перекрывалась [10]. В 1860-е годы было организовано несколько экспедиций для изучения ледника и нижележащей долины. В 1861 г. академик Г.В. Абих посетил Девдоракский ледник и сделал вывод о том, что он представляет опасность, после чего несколько комиссий изучали причины казбек-ских завалов. Первые две работали в 1862—1865 гг., в том числе в 1864 и 1865 гг. под руководством Б.И. Статковского. В 1876 г. вновь прогнозировалась высокая вероятность катастрофы, и ледник в 1877 г. был обследован третьей комиссией [1, 13].
Впоследствии Девдоракский ледник изучали гляциологи, в частности В.Ш. Цомая, который неоднократно высказывал идеи о потенциальной опасности новых завалов [8, 14]. Детальный исторический обзор событий на Девдоракском леднике приведен в [7].
Терминология
Слово «завал», употреблявшееся в XIX в., в настоящее время не используется для обозначения типа процесса. Кроме того, под завалом тогда пони-
Рис. 2. Штриховка, оставленная при движении катастрофических потоков. Долина р. Амилишка. Фото О.В. Тутубалиной, 21 мая 2005 г. Fig. 2. Striations left by catastrophic flows in the Amilishka River valley. Photo by O.V.Tutubalina, 21.05.2005
мали как сам процесс, так и его результат — ледово-каменную дамбу в долине Терека. При определении, какой из принятых современных терминов более характеризует процесс ледниковых катастроф, возникают сложности. Так, Б.И. Статковский [10] считал Казбекские завалы селями. Однако, по современным представлениям, они отличаются от «классических» селей очень высокими скоростями, а также механизмом движения. Изучение катастрофы 2002 г. на соседнем леднике Колка показало, что подобные гравитационные потоки обладают свойствами нескольких процессов. Разные исследователи применяли термины «сход ледника», «обвал ледника», «ледово-каменный сель», «пульсация ледника», «ледяная лавина», «ледниковая лавина», «collapsing glacier» (рухнувший ледник), «glacier-slip triggers floods» (ледниковый оползень, вызвавший паводок), mudslide (оползень), «avalanche» (лавина), «glacier disaster» (ледниковая катастрофа), «avalanche of ice» (ледяная лавина), «rock-ice slide» (каменно-ледовый оползень) [15].
По-видимому, катастрофические гравитационные потоки имеют черты селевого, лавинного, обвального, оползневого механизмов движения, но полностью не относятся ни к одному из этих типов — их можно считать особым видом процессов. В [15] предложено называть их ледово-водно-каменными потоками Уаскаранско-Казбекского типа; при моделировании использовался термин водно-ледово-каменный поток [2, 3].
Моделирование и обсуждение результатов
Казбекские завалы представляли собой отложения ледово-каменных потоков, двигавшихся по долинам рек Амилишка и Кабахи и перекрывавших часть долины р. Терек — Дарьяльское ущелье. Отложения в основном состояли изо льда. Масса льда отрывалась от Девдоракского ледника, язык которого лежал на дне долины со значительными уклонами. Вместе с тем присутствие каменных включений в завалах свидетельствует о вовлечении каменного материала по пути движения. Роль воды при движении ледово-каменного потока представляется незначительной. В этой связи при моделировании движения потока использована одномерная однофазная гидравлическая модель гравитационного лавинного потока [5].
При моделировании было принято приближенное соотношение для объема льда и каменного материала: лед — 0,8, каменный материал — 0,2. Средняя плотность ледово-каменного аккумулятивного тела составила 1300 кг/м3. В модели используются три параметра: коэффициенты сухого ц и турбулентного kt трения и коэффициент вовлечения me. Кроме того, задан начальный объем V0 льда, вовлекаемого в движение. Поскольку фактические вариации значений параметров модели не известны, были приняты достаточно широкие диапазоны их изменения, используемые при моделировании лавин: 0,22<у<0,32, 0,001<kt<0,005. Толщина слоя рыхлооб-ломочного каменного материала считалась постоян-
Н абс, м
Казбек 5000-9 о
4000300020001000
°о„ И»
* --Силишка
°°°°о оооо
___Р-Кабахи
р.Терех
О ООО о о
о
2000
4000
6000
8000
10000
12000 Х,м
Рис. 3. Продольный профиль Девдоракского ледника и долин рек Амилишка, Кабахи и Терек (на участке завала).
Стрелкой показан путь движения при катастрофах Fig. 3. Longitudinal profile of Devdorak Glacier and valleys of the Amilishka River, the Kabakhi River and the Terek River (in its dammed part). The dashed line shows the path of catastrophic movements
ной по длине и равной 1 м; коэффициент вовлечения те составил 0,0005. С учетом известной оценки объема завала 1832 г. был принят диапазон изменения начального объема У0 льда, вовлекаемого в движение: 10,5<К0<16,5 млн м3. Предполагалось, что срыв ледовой массы происходил на участке длиной 500 м при ширине ледника 300 м. Параметры площади срыва были фиксированными, а изменение объема определялось вариацией толщины ледника в диапазоне 70<Н<110 м. Продольный профиль пути движения был составлен по топографической карте масштаба 1:50000 (рис. 3).
Параметры модели /г, ^, У0 полагались случайными и нормально распределенными в заданных диапазонах изменения; средние значения и дисперсии соответствовали равномерному распределению параметров в этих диапазонах. Далее было проведено статистическое моделирование движения по модели ледово-каменной лавины. Процесс моделировался до точки остановки переднего фронта ледово-каменного тела. На выходе модели фиксировались: точка остановки переднего фронта, максимальная высота Нтах, длина L и погонный (на единицу ширины) объем V ледово-каменного завала. С помощью метода Монте-
Таблица 1
Результаты статистического моделирования*
Хар
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.