CC BY
41
ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЯ
УДК 511.311.21 (234.9)
КАТАСТРОФИЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ ГЛЯЦИАЛЬНЫХ СЕЛЕВЫХ ПРОЦЕССОВ В КАБАРДИНО-БАЛКАРИИ
© 2011 г. H.C. Каменев
Северо-Кавказский институт по проектированию водохозяйственного и мелиоративного строительства, пр. Кирова, 78, г. Пятигорск, 357500, ги
North Caucasian Institute for Designing Water and Land Reclamation, Kirov Ave, 78, Pyatigorsk, 35 7500, skgvh@skgvh. ru
Селевые события второй половины XX — начала XXI в. (по рекам Кулумкол-Су, Герхожан-Су, Геналдон и Гезельдон, Бирджалы-Су), как и сель, спустившийся по руслу р. Булунгу-Су в августе 2007 г. и вызвавший катастрофические последствия для с. Булунгу Чегемского района КБР, свидетельствуют об ухудшении селевой обстановки в российском секторе Кавказа. Анализ этих событий указывает на исключительную роль прорывных механизмов в приледниковых селевых очагах, включая быстрое опорожнение внутриледниковых емкостей как триггерного механизма для старта и последующего развития селевого процесса. Избежать катастрофических последствий возможно лишь путем инженерного сопровождения селевых потоков по урбанизированным приустьевым конусам выноса.
Ключевые слова: деградация оледенения, озерные новообразования, катастрофа, прорывные процессы, селевые потоки.
The debris flow occurrences in the latter half of the 2(fh century to the beginning of the 21st century (on the Kullumkol-Su, Gerkhozhan-Su, Ge-naldon and Gezeldon, Birdzhaly-Su rivers) as well as the debris flow that travelled down the Bulungu-Su riverbed in August, 2007 and caused disastrous consequences for the village of Bulungu, Chegem area, KBR, are indicative of worsening of the debris flow situation in the Russian part of Caucasus. Analysis of such events suggests the exclusive roles of outburst mechanisms on lake neoformations, lying close to glaciers, or a rapid discharge of intraglacial reservoirs as an impulse for the start and further development of debris flow processes. Avoiding destruction of vital facilities and infrastructure in practice is only possible by means of engineering protection from debris flows on urbanized alluvial fans near river-mouths.
Keywords: degradation of glaciation, lake neoformations, disaster, outburst processes, debris flows.
По наблюдениям за изменением климата в целом по России в XX в. выделяется три знаковых интервала: потепление 1910-1945 гг., слабое похолодание 19461975 гг. и наиболее интенсивное потепление после 1976 г.; устанавливается существенно большая чувствительность территории к глобальному потеплению, чем земной шар в целом: размах аномалий среднегодовой температуры РФ достигает 3-4 °С, в то время как в среднем для земного шара он лишь несколько превышает 1 °С; выявляется тренд, указывающий на продолжающуюся тенденцию к потеплению во все сезоны; к 2037 г. по отношению к 2007 г. ожидается повышение глобальной температуры в среднем для территории РФ на ~1,4±0,3 °С [1].
В высокогорьях Кавказа особенностью современного изменения климата является увеличение положительных аномалий среднемесячной температуры воздуха, особенно за период абляции ледников. Для таяния ледников наиболее благоприятным был период 1980-2000 гг., тогда повторяемость теплых месяцев за период абляции за все столетия впервые превысила 60 %. Интенсивное отступление ледников Кавказа за последние десятилетия отражает глобальное потепление [2].
После 1960-х г. ряд ледников Кавказа (например, ледник Твибер на Центральном Кавказе) почти исчезли.
Быстрое сокращение оледенения в последние десятилетия привело к обнажению площадей рыхлых моренных образований и появлению на освобождаю-
щейся из-под льда территории озерных новообразований: площадь группы озер на северо-восточном склоне Эльбруса с 1957 по 2005 г. выросла более чем в 6 раз [3-7].
На таком фоне резко возрастают селевые опасности, усиливается их негативное воздействие на объекты жизнедеятельности.
На Северном Кавказе, где селевые события выделяются частотой пространственного, временного и мощностью энергетического проявлений, а наиболее значительные имеют гляциальное происхождение, такой прогноз вытекает из анализа обстановки, опирающейся на фактологию последнего сорокалетия XX и первого десятилетия XXI в. Он должен быть услышан и оценен. После каждого мощного селепроявления появляются публикации, описывающие и (или) анализирующие случившееся чаще всего как стихийное бедствие. Так было и с катастрофами уже XXI в.: Тырныауз-ской, Кармадонской и др. О существующих прогнозах стараются не вспоминать. Пример - разрушение курорта «Джилы-Су» в августе 2006 г. при наличии точного краткосрочного (за 2 недели) прогноза. Не были услышаны и предупреждения о нарастании селевой опасности в бассейне р. Булунгу-Су с угрозой для с. Булунгу Чегемского района КБР, заблаговременно переданные в высшие административные инстанции.
Еще в 50-е гг. ХХ в. стало ясно, что наиболее значительные угрозы для Центрального сектора Кавказа исходят от формирующихся у языков ледников за
молодыми фронтальными моренами озерных новообразований, а защититься от катастрофических последствий в устьевых створах селевых трактов можно, лишь инженерно организовав сопровождение потоков в основную реку - приемник. Исходя из этой концепции были составлены и утверждены проекты селе-пропускных лотков на реках Герхожан-Су (защита г. Тырныауз) и Куллумкол-Су (защита а/л «Джай-лык») [2, 3].
На конусе выноса р. Герхожан-Су такой лоток был частично построен, но затем заменен на селепропуск-ную-селеудерживающую плотину, которая через 2 мес. после сдачи в эксплуатацию была разрушена (в 1999 г.). Наиболее мощные селевые потоки по р. Герхожан-Су 1960, 1977 и 2000 гг. связаны с прорывами приледни-ковых зандровых озер у краев ледников: соответственно Восточного, Центрального и Западного Кая-Арты. Их подробный анализ выполнен в [3] и других работах.
Характерные гляциальные селепроявления последних лет
Достаточно широко описаны селевые последствия быстрого продвижения водо-снежно-каменно-ледовых масс из верховий р. Геналдон (2002 г., р. Кармадон, «цена» - 125 человеческих жизней). 2006 и 2007 г. принесли новые селевые беды Центральному Кавказу. В обоих случаях пострадала Кабардино-Балкарская Республика: сели прошли по р. Бирджалы-Су (2006 г., приток р. Малка) и Булунгу-Су (2007 г., приток р. Чегем).
Сель 11 августа 2006 г., вызвавший разрушения на народном курорте «Джилы-Су», - событие, повторяющее 1909 г. по последствиям и сценарию процесса опорожнения водных скоплений у отметок языковых частей одного и того же ледника (Бирджалычиран): ~ 3060 абс. м в 1909 г. и ~ 3300 абс. м в 2006 г.
Стремление к расширению использования водных ресурсов Кавказа, с одной стороны, и нарастание селевой опасности в гляциальных очагах региона, типичное для северных склонов высокогорья Главного Кавказского хребта - с другой, вызывает настоятельную необходимость оценки тенденции в развитии селевой обстановки на рекреационных объектах, таких как расположенные на притоках р. Малка - рек Кара-Кая и Бирджалы-Су. Ныне в устье р. Кара-Кая-Су намечено соорудить плотину ГЭС, в устье соседней р. Бирджалы-Су располагается лечебно-оздоровительное учреждение, функционирующее на базе комплекса минеральных источников. Сели по р. Кара-Кая-Су в исторический период не доходили до ее устья (длина реки - 9,7 км, средний уклон - 0,13). Сели по р. Бирджалы-Су (длина 8,7 м, средний уклон 0,116) в последние 100 лет дважды разгружались в реку - приемник (р. Малка). При этом никаких инженерных защитных мер от селей (каптажи, ванны, другая инфраструктура) в урочище «Джилы-Су», где в летний период одновременно принимают дневные процедуры несколько сотен человек, не проводилось.
По складывавшейся на конец июля 2006 г. обстановке Селевой ассоциацией России был спрогнозирован прорыв озерного новообразования в ледовой чаше Бирджалычиран (объем ~ 550 тыс. м3) через перелив
(~ 400 тыс. м3) и разрушение ледового ригеля-перемычки с формированием селевого потока, способного дойти до курорта «Джилы-Су». 28 июля 2006 г. об этом была предупреждена администрация, а 7 августа 2006 г. - Правительство Кабардино-Балкарской Республики. Сценарий был естественным путем реализован 10-11 августа 2006 г. Выходов источников «Джилы-Су» стремительный вал достиг в 4 ч утра 11 августа 2006 г. Случись это в дневное время - жертв избежать было бы нельзя! Отложения селя, имевшего наносо-водную структуру, покрыли площадь в 9 750 м2 слоем средней мощностью в 3,4 м. Объем «твердых» отложений - 33 тыс. м3. С учетом попавшего материала в р. Малку всего на устье р. Бирджалы-Су утром 11 августа 2006 г. вынесено ~ 50 тыс. м3
Максимальный расход селя определен инструментально по оставленным меткам в трех неразмываемых сечениях. Он оказался равным 125 м3/с.
Проведенные работы позволили осуществить прогноз развития ситуации и предложить меры, направленные на осуществление инженерной защиты приустьевой зоны «Джилы-Су». Дано также заключение (отрицательное) о возможности и проблемах строительства ГЭС в устье р. Кара-Кая-Су.
Река Булунгу-Су (площадь бассейна 43,8 км2) образуется от слияния рек Кору и Ракыт, в устьевой части протекает по окраине с. Булунгу. Последний по времени проявления селевой поток пришёл к устью Булунгу-Су 19 июля 1983 г., принеся с собой существенные разрушения. В связи с появлением на аэрофотоматериалах ранее (на картах 1968 г.) не обозначенных приледниковых озёрных новообразований в сентябре 2002 г. выполнено обследование верховий р. Кору и одноимённого ледника. Было установлено, что селевая опасность исходит от моренно-ледовых масс, заполняющих северную подкову «Джорашты». Прорыв воды из внутриледниковых полостей приведёт к возникновению грязе-водо-ледового селя к устью (с. Булунгу) может прийти сель большой разрушительной мощности и больших объемов. Русло р. Булунгу не пропустит под автодорогой, идущей в верховья р. Чегем, даже наносоводный паводок. Прогноз был своевременно доведен до административных органов Кабардино-Балкарской Республики.
В 0 ч 15 мин 3 августа 2007 г. к окраинам юго-западной части с. Булунгу по руслу реки подошел высокоплотный селевой поток. Глыбами и карчем был практически сразу же «закупорен» подмостовой пролет и селевая масса, «свалившаяся» вправо по ходу ~ в 250 м выше моста, прошла через жилые постройки и приусадебные участки (рис. 1). При этом:
- селевой и постселевой потоки в течение 03.08.2007 г. впадали в р. Чегем в 70 м ниже прежнего русла, лишь оттеснив ее на время к левому берегу;
- селевой поток (после «свала» 03.08.2007 г.) распластался по селу и у устья состоял уже лишь из грязевой массы;
- на всем остальном протяжении, вплоть до очага, транспортирующие возможности потока позволяли ему перемещать глыбы весом до 40 т;
- горизонт «высоких вод» в первые несколько дней был хорошо выражен, а валуны и скальные глыбы селевых валов находились в грязевой «обмазке»;
Рис. 1. Селевой поток на улице с. Верхний Чегем. 3 августа 2007 г.
- поток на участке от слияния рек Ракыт и Кору до створа автодорожного моста через р. Булунгу-Су имел примерно одинаковую энергию;
- то же наблюдалось по остальным ~ 5,0 км от устья р. Ракыт до селевого очага (с учетом расхода водной составляющей);
- по всем ~ 8,5 км селевого тракта имели место лишь локальные проявления эрозии и отложения селевого материала, однако плотность потока и расход селя стартовой зоны были настолько значительными, что слияние с водами р. Кору не привело далее ни к распаду селевой массы, ни к изменению характера процесса;
- общий объем выноса по тракту движения подсчитан в ~ 400 тыс. м3 (± 100 тыс. м3); непосредственно на территории с. Булунгу отложилось ~ 80 тыс. м3 (± 20 тыс. м3 на неточность топоосновы 1968 г.) селевого материала;
- селевой поток пришел из верховий среднего истока р. Ракыт, водосбор которого примерно в 2 раза меньше центрального и примерно в 5 раз меньше основного (левого) в условиях распространения здесь рыхлых, хорошо впитывающих воду раздельнозерни-стых моренных отложений; атмосферные осадки, имеющие место накануне в виде не интенсивного дождя до отметок ~ 3200 абс. м (выше шел снег), причиной селя не являлись;
- в ~ 900 м вниз от селевого очага расход потока в сосредоточенном русле имел значение примерно 200 м3/с; боковые селевые валы появились уже примерно в 200 м ниже современного положения языка ледника (на абс. отм. ~ 3300 м), на первом переломе рельефа, после селевой рытвины, местами вскрывающий погребенный лед;
- источником водной составляющей (водного импульса) селя явился участок крайней западной части Западного ледника под вершиной Ракыт на абс. отм. ~ 3650 абс. м (рис. 2), где произошёл, видимо, практически единовременный, выброс значительного (~ 20 ± 10 тыс. м3) объема воды, сосредоточенного во внутриледниковой полости (полостях), с последующим истечением (возможно кратковременным) и наращиванием объема этого истечения;
- под хребтом Коргашинлитау и вершиной Ракыт ныне имеется три разрозненных каровых ледника, 50 лет назад представляющих единый ледовый массив (по аэросъемке конца 50-х гг. XX в.); языки этих ледников ушли за прошедшие годы вверх до 200 м по абсолютной высоте; поверхность центрального и восточного ледников крутая (45-50 °), последние не имеют в своем ложе условий для накопления подледных и внутриледниковых вод; в верхней трети западного ледника такие условия имеются: здесь на переломе ледового рельефа наблюдается мульдообразный участок, отражающий профиль карового ложа;
Рис. 2. Ледник Западный Коргашинлитау 15 июля 2008 г.
Исток р. Ракыт: 1 - участок зарождения селевого потока 2 августа 2007 г. и путь движения водных масс прорыва из внутриледниковой полости; 2 - грот истечения, возникший в 2008 г.
- окружающие Западный ледник склоны круты и сильно разрушены; по леднику и скалам в течение недели, следующей за основным селевым событием, непрерывно сходили обломки пород, аккумулирующиеся на поверхности ледника в виде «свежих» обломков скал и льда (у языка ледника не обнаружены);
- Западный ледник был подготовлен к смещению и спровоцированному внешним воздействием вскрытию заполненных водой полостей;
- путь в ~ 8,5 км от очага выброса водных масс ледника до автодорожного моста через р. Булунгу-Су в с. Булунгу сель 02-03.08.07 г. прошел за 1 ч ±15 мин;
- селевым потоком р. Ракыт устье р. Кору не перекрывалось.
Для установления характеристик селя были проведены работы, особое внимание при которых уделялось установлению максимального расхода по оставленным следам в недеформируемых сечениях. Съёмка поперечных профилей и уклонов производилась инструментально, что позволяло считать установленные расходы достаточно точными. Последние определялись на двух устьевых участках - р. Ракыт и р. Булунгу-Су. Максимальные расходы селя составили соответственно 244 и 302 м3/с (средние по нескольким сечениям). Высота селевой волны - 5,8 м.
Таким образом:
- реки Ракыт и Кору (репрезентативные для рассмотрения современных тенденций селеактивности) в
связи с изменяющейся в результате потепления климата гляциальной обстановкой в верховьях становятся крайне селеопасными;
- характер процессов, ведущих к возникновению условий для развития водного потока по селевому сценарию с катастрофическими для низовий р. Булун-гу-Су параметрами, в бассейнах его притоков различен: крутые каровые ледники Ракыт отступают со снижением общей устойчивости ледового разреза, усилением возможностей вскрытия внутриледнико-вых полостей, а также повышением роли обвальных воздействий на поверхность и структуру ледового массива; более пологий ледник Кору с его западин-ными и термокарстовыми озерами наступает (в связи с уменьшением площадных боковых сопротивлений на контактах лёд-берега из-за быстрого стаивания прискального льда);
- внутриледниковый очаг селя 2007 г. исчерпал свой потенциал на несколько ближайших селеопас-ных периодов;
- высока угроза сработки очагов в верховье основного (левого) потока р. Ракыт, особенно р. Кору; энергетика селевого потока последнего может превысить «разрядившуюся» в августе 2007 г. в несколько раз; инженерно не защищенное устье р. Булунгу-Су не смогло принять сель, пришедший из очага по р. Ракыт: последствия селя, зарождающегося по р. Кору, будут более значительными;
- с. Булунгу рано или поздно пострадает и от р. Салык-Су, сель по которой 12 июня 1996 г. носил катастрофический характер, а также от селевых потоков по р. Кам-Су;
- прорыв быстро наращивающих в последнее десятилетия свой объем озерных новообразований у морено-ледниковых комплексов (с катастрофическими последствиями на западинных водоемах у ледников западный Джайлык в 1993 г. и Кая-Арты в 2000 г., термокарстовых на леднике Бирджалычиран в 2006 г.), а также внутриледниковых полостей, заполнение которых возможно даже в течение одного сезона (Корга-шинлитау, 2007 г.), среди современных факторов селе-формирований гляциального генезиса превалирует.
Зародившиеся в предледниковых зонах селевые потоки, прежде чем выйти к устьевой части трактов передвижений (обычно к вершинам конусов выноса отложений аналогичных процессов прошлых лет), проходят в условиях Центрально-Кавказского региона путь протяженностью до 10-15 км. Потоки переформируются, распадаются или, наоборот, обогащаются твердым материалом: все зависит от морфолого-инженерно-геологических особенностей дна и склонов транзитных долин. И здесь эти потоки могут быть перегорожены оползающими массами вследствие донной и боковой эрозии. Без учета таких обстоятельств прогноз негативных последствий и назначение мероприятий инженерной защиты могут оказаться ошибочными.
Из вышеизложенного можно сделать следующие выводы.
1. Первое потепление XX в. на территории России в 1910-1945 гг. было замечено российскими учеными и получило название «потепление Арктики». Период второй волны (после 1976 г.), длящийся по настоящее
время, ощущается не только научной общественностью, но и на бытовом уровне, особенно горовосходителями: многие ледовые маршруты начала второй половины XX в. ныне стали скально-осыпными. Нашим современникам выпало жить в период «потепления Кавказа».
2. На рубеже XX и XXI вв. в высокогорных областях северного слона Кавказской горной системы тенденция к глобальному потеплению вызвала сокращение ледникового покрова. С уходом на более высокие абсолютные отметки языков ледников обнажаются массивы рыхлых раздельнозернистых, преимущественно моренных образований, сравнительно быстро появляются, растут и исчезают перигляциальные водоемы. Усиливаются угрозы и риски возникновения по речным трактам селевых режимов. Наиболее значительные по разрушающему эффекту сели связаны с прорывами (опорожнениями) приледниковых озерных новообразований и быстрым истечением вод из внут-риледниковых полостей.
3. В каждом потенциально селеопасном бассейне в силу особенностей общегеологической (четвертичной) истории имеются разные возможности реализации катастрофических сценариев для хозяйственно осваиваемых устьевых частей горных рек (конусов выноса). Даже в территориально сближенных бассейнах может складываться отличный ход процессов переноса водными потоками твердого материала, дальности и объема выноса селевых отложений, что зависит от морфологических условий тракта движения.
4. Для гляциальных зон с селевыми очагами важнейшей является продолжительность периода высоких температур в июле - августе, вызывающая повышенную абляцию ледовых масс на фоне пониженной общей и (или) фильтрационной устойчивости сдерживающих естественных плотин, не обязательно абсолютно водонепроницаемых.
5. Не всякая приледниковая или ледниковая емкость при реализации прорывного сценария на ней способна дать начало селевому процессу: для этого внешние откосы естественной подпруды (чаще всего новейшей морены) должны иметь крутизну 30-35 о; крутизна ~ 20 о является недостаточной, а в интервале 25-30 о возможность лавиноопасного нарастания условий перехода водного паводка в селевой может быть реализована лишь при определенных объемах водных масс (~ > 80-100 тыс. м3) и относительных высотах размываемого склона (~ > 80-100 м). При этом каждый прошедший значительный сель меняет геоморфологические предпосылки последующего.
6. Оползни к руслам с образованием короткожи-вущих завальных водоемов являтся иногда причиной вторичных (в том числе катастрофических) волн селей, зародившихся в гляциальных очагах
7. Поскольку погода в высокогорье контрастно отличается от предгорий, где в основном и располагаются действующие пункты метео- и гидрологических наблюдений, а прорывы приледниковых озер не могут быть оценены по сезонным аэровизуальным наблюдениям (или по аэрокосмофотоснимкам), для объектов, потенциально достигаемых селевыми потоками, необходимо:
- организовать пункты метеонаблюдений в при-ледниковых зонах (хотя бы за температурой, осадки не являются определяющим фактором);
- ежесезонно во второй половине июня и повторно в середине июля проводить наземные обследования состояния подпруд и (или) термокарстовых озёр с целью инженерной оценки возможности их прорыва -опорожнения.
Литература
1. Груза Г.В., Ранькова Э.Я. Оценка предстоящих измене-
ний климата на территории Российской Федерации // Метеорология и гидрология. 2009. № 11. С. 15-29.
2. Божинский А.Н., Запорожченко Э.В., Черноморец С.С.
Моделирование катастрофических селей в бассейне
Поступила в редакцию_
р. Куллумкол-Су (Кавказ) // Вестн. МГУ. Сер. 5. География. 2008. № 5. С. 31-36.
3. Запорожченко Э.В. Сели бассейна реки Герхожан-Су:
история проявления, условия формирования, энергетические характеристики // Сб. науч. тр. ОАО «Севкавги-проводхоз». Пятигорск, 2002. Вып. 15. С. 80-148.
4. Золотарев Е.А. Эволюция оледенения Эльбруса. М.,
2009. 237 с.
5. Познанин В.Л., Геворкян С.Г. Импактный механизм под-
готовки ледника Колка к селевой катастрофе: физические процессы при крупных обвалах // Криосфера земли, 2007. Т. 11, № 2. С. 84-91.
6. Рототаева О.В., Носенко Г.А. Динамика и устойчивость
ледников Эльбруса // Гляциология в начале XXI века: материалы Междунар. науч. конф. М., 2009. С. 122-129.
7. Руководство по изучению селевых потоков. Ленинград,
1976. С. 144.
22 июня 2010 г.
