CC BY
34
УДК 551.578:528.91 Э.Р. Семакова НИГМИ, Узбекистан
ПРИМЕНЕНИЕ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ В СНЕГОЛАВИННЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
Для безопасного и экономически выгодного освоения горных территорий необходимо знать распространение и временную изменчивость опасных и катастрофических явлений, в том числе снежных лавин. Крупномасштабные карты высоты снежного покрова различной обеспеченности и показателей лавинной активности предназначены, прежде всего, для проектирования конкретных объектов на лавиноопасных территориях. Современные географические информационные технологии позволяют существенно автоматизировать процесс и получать карты перечисленных параметров для заданного участка горной территории. Рассмотрим несколько подходов применения ГИС-технологий в снеголавинных исследованиях для трех горных бассейнов Западного Тянь-Шаня, характеризующихся различными физико-географическими и снежно-
л
метеорологическими условиями: урочища Чимган (20,4 км ), популярного места зимнего отдыха, расположенного в 80 км от столицы Узбекистана,
л
бассейна р. Дукант (47км ), на территории которого размещены горнорудные предприятия и геологоразведочные объекты и района перевала Камчик, через который проходит автомагистраль Ташкент-Ош, соединяющая Ферганскую долину с остальной частью республики1.
Основой служила топографическая карта масштаба 1:10 000 для каждого бассейна. С использованием программного обеспечения ArcView GIS [1] были оцифрованы следующие тематические слои карт: граница территории, горизонтали с шагом 25 м, вершины, реки, дороги, постройки, места расположения дистанционных снегомерных реек и снеголавинной станции (СЛС), опоры канатных дорог и противолавинные сооружения.
Входной информацией для построения цифровой модели рельефа служили изолинии абсолютной высоты и отметки вершин. Для описания распределения толщины снега помимо абсолютной высоты были использованы такие численные характеристики рельефа, как кривизна в плане, первая производная по преобладающему направлению ветра, экспозиция, крутизна склонов, расстояние
1 Период наблюдений за высотой снега по 72 равномерно расположенным дистанционным снегомерным рейкам в районе обслуживания СЛС Дукант составлял 44 года, что является достаточным для выявления связи высоты снега с характеристиками рельефа. В бассейне р. Чимган расчет высоты снега в опорной точке (метеорологической площадке СЛС Чимган) проводился с использованием суточных значений температуры воздуха и осадков, ряд которых был удлинен с использованием их связи с этими же метеоэлементами метеостанции «Ташкент-Обсерватория» (коэффициенты корреляции 0,95 и 0,71, соответственно). Для двух этих бассейнов выявлена устойчивая связь высоты снега в лавиносборах, измеряемой по дистанционным снегомерным рейкам, с высотой снега на метеоплощадке. В бассейне же р. Камчик сильный ветровой режим вызывает метелевый перенос снега, и соответственно, отсутствие связи толщины его с
характеристиками рельефа и высотой снега на метеоплощадке.
от тальвегов и гребней, расстояние от русел рек, индекс влияния ветра [2, 3]. Для расчета гридов гребней и тальвегов использовалось расширение Arc View под названием "Hydro". За элементарные площадки-ячейки (их размер равен 10x10 м2), принадлежащие тальвегам, приняты те из узлов сетки, водосборная площадь
Л
которых оказалась больше или равной 100 000 м . Таким образом, с помощью технологий ГИС были формализованы такие геоморфологические понятия, как гребень или ложбина, что позволило работать с некоторыми их характеристиками как с числами.
Поиск связи высоты снега (h) с характеристиками рельефа в точках расположения снегомерных реек осуществлялся на конкретные даты зимнего периода. Наилучшей для бассейна р. Дукант оказалась связь высоты снега с абсолютной высотой местности (Z), расстоянием от русел рек (D) и индексом влияния ветра (W), а для бассейна р. Чимган - с Z, расстоянием от гребней (G) и W. Индекс W учитывает влияние ветра: снег сдувается с наветренных склонов (с тех, где cos(co-k1)<0) на подветренные (туда, где cos(co-k1)>0). Чем круче склон, тем больше этот эффект, что обеспечивает второй множитель в произведении:
^ (COS(CD - k^sin^a - к2\при а Ф 0
[ 0,приа = 0
где со - экспозиция склона, а - угол наклона склона, град.
Для района Чимган кг=34,7, Дукант - ^=10,9. Ветер в урочище Чимган дует преимущественно с юго-запада, тогда если существует эффект сдува-надува, именно к склонам северо-восточной экспозиции и должен быть приурочен максимум. Комбинация же трех переменных: абсолютной высоты, индекса влияния ветра и расстояния от гребней объясняет 84% дисперсии. Средняя квадратическая ошибка расчета уменьшается с 33 см для однопараметрической зависимости h (Z) до 24 см для варианта h (Z,W,G).
Полученные карты высоты снега в урочище Чимган были использованы для расчета участков, благоприятных для горнолыжного спорта (толщина снега на этих участках превышает 1 метр для года с 50% обеспеченностью, склоны имеют экспозицию близкую к северной).
Карта максимальной высоты снега 5% обеспеченности, полученная для бассейна р. Дукант, применена при расчете максимальных снегозапасов и прочностных характеристик конструкций - давления на кровлю, сопротивления сползанию снега. Используя метод прогноза лавин при снегопадах для условий Средней Азии [4] , появляется возможность на любую дату и время получить карты лавиноопасных участков, и провести на этих склонах, соответственно, необходимые профилактические меры лавинной безопасности.
Для определения оптимального расположения пунктов наблюдения за лавиноопасными склонами использовались такие программные и
2 В прогностическом уравнении этого метода учитывается высота снега перед снегопадом и ожидаемый прирост высоты снега, который может быть рассчитан как произведение плотности свежевыпавшего снега и прогнозируемой суммы осадков.
инструментальные средства геоинформационной системы, как Visibility Analysis.
С использованием сведений по зарегистрированным лавинам в урочище Чимган за период наблюдений получено распределение числа лавин по экспозиции и углу наклона склона в зоне их формирования и удельные вероятности формирования лавины с участка единичной площади [5]. Для расчета максимальной дальности выброса лавины от места, где возможно ее формирование, использовалась «норвежская формула» [6], показавшая свою эффективность во многих горных странах. Определив места, где зарождаются лавины, имея GRID "Flow Direction", рассчитав матрицу углов наклона и, пользуясь уравнением максимальной дальности выброса лавины, были получены пути сходящих лавин, положив, что лавина движется в том же направлении, в котором стекает вода, на основе которых определены участки урочища, поражаемые лавинами с различной частотой. На примере карты территории, поражаемой лавинами 1 раз в 50 лет, проведена оценка безопасности размещения различных объектов в урочище.
Комплекс противолавинных сооружений на перевале Камчик предусматривает для каждого лавиносбора индивидуальный вид защиты3. С использованием средств ArcView выявлены участки, защищенные противолавинными сооружениями, и получено вероятное уменьшение числа людей, попавших в лавину, в зависимости от наличия противолавинных сооружений.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ArcView GIS Environmental Systems Research Institute, Inc., Redlands, CA 92373. -1996. - 340 p.
2. Какурина, Е.Г. Опыт построения крупномасштабной карты высоты снежного покрова / Е.Г. Какурина, Ф.И. Перцигер, Ab. Яковлев // Тр. СAНИГMИ. - 2001. -Вып.161(242). - С. 83-95.
3. Semakova E.R. Mapping of Snow Pack and the Avalanche Risk (The local basin of Western Tien-Shan as example) // Proceedings of the First International Conference on Hydrology and Water Resources in Asia Pacific Region. - Kyoto, Japan, 13-15 March 2003. -Vol. 2. - P. 1037-1042.
4. Канаев, ЛА. Об универсальном методе прогноза лавин при снегопадах для условий Средней Aзии/ ЛА. Канаев, A3. Яковлев. // МГИ. Хроника, обсуждения. - М. -1993. - Вып. 76. - С. 107-109.
5. Исаев, A.A. Технология построения крупномасштабной карты частоты поражения лавинами / A.A. Исаев, Е.Г. Какурина, Ф.И. Перцигер // Тр. СAНИГMИ. - 2001. -Вып. 161(242). - С. 43-54.
3 Увеличение риска поражения людей и материально-технического ущерба лавинами за последние годы объясняется резким увеличением транспортного потока через перевал Камчик и присутствием строителей-автодорожников. В настоящее время строительство новых и реконструкция старых противолавинных и снегоудерживающих защитных сооружений на склонах лавиносборов позволяет значительно понизить риск от лавин и увеличить пропускную способность на новой действующей автодороге.
6. K. Lied. Snow avalanche experience through 25 years at NGI. /Norwegian Geotechnical Institute. Publication 203, Oslo. - 1998, P. 7-14.
© Э.Р. Семакова, 2007
