Природные и антропогенные лавинные комплексы морских берегов (на примере о. Сахалин) (стр. 2 )

Так, в 1950 г. в с. Неводское (западное побережье Южного Сахалина, Томаринский район) лавиной, сошедшей со склона морской террасы (рисунок 1.5), было разрушено два барака, погибли 24 человека. Лавина сошла с осовного склона западной экспозиции во время общей метели.

Рис. 1.5. Осовный склон, с которого в 1950 г. сошла катастрофическая лавина (Томаринский район, с. Неводское). Фото из архива СФ ДВГИ ДВО РАН.

Перепад высот этого лавиносбора составляет 35 м. Расчетная максимальная дальность выброса лавины (по (Козик, 1962)) – 85 м, а расчетное пиковое давление лавины на препятствие составило 0,18 МПа (по методике , и (Лосев и др., 1991)). Большие значения динамических характеристик лавин обеспечены, главным образом, уклоном лавиносбора, составляющим 32°. Разрушения и большое количество жертв были вызваны расположением бараков непосредственно у подножия склона.

На морских берегах о. Сахалин неоднократно фиксировались случаи повреждения лавинами автомобильного и железнодорожного транспорта. Например, в январе 2003 г. на ул. Береговой в г. Невельск лавиной в море был сброшен грузовик «ЗИЛ». В с. Байково (западное побережье Южного Сахалина, Холмский район) 31 января 2005 г. лавиной был сбит тепловоз (рисунок 1.6). Лавина сошла с осовного склона относительной высотой 50 м.

Рис. 1.6. Тепловоз, сброшенный с рельсов осовом. 31.01.2005, с. Байково (Холмский район). Фото из архива СФ ДВГИ ДВО РАН.

В литературе описан случай, когда лавина объемом 200 м3, сошедшая с 50-метровой морской террасы, опрокин1).

Опасность лавин береговых лавинных комплексов часто недооценивается в связи с маленькими относительными высотами лавиносборов (20–200 м).

Однако, поскольку в большинстве случаев на о. Сахалин автомобильные и железные дороги, а также территории жилой застройки населенных пунктов находятся прямо под уступами морских террас, то даже лавиносборы с перепадом высот 10 м могут причинить ущерб и вызвать человеческие жертвы (Казаков и др., 2008).

1.3. Основные причины высокой лавинной опасности на морских берегах о. Сахалин

Высокая лавинная опасность береговых лавинных комплексов о. Сахалин обеспечивается следующими факторами:

·  расположение территорий жилой застройки и транспортных магистралей у подножия уступов морских террас;

·  высокая частота формирования лавин в береговых природных лавинных комплексах;

·  большие уклоны зон зарождения и транзита лавин, обуславливающие высокие значения динамических характеристик лавин даже при небольших относительных высотах лавиносборов;

·  наличие значительной по площади зоны сноса снега ветром, обеспечивающей дополнительное поступление снега в лавиносбор, что приводит к увеличению объемов и повторяемости лавин.

Таким образом, при оценке лавинной опасности на морских берегах необходимо уделить значительное внимание береговым природным и антропогенным лавинным комплексам, поскольку значительная часть населения острова проживает в населенных пунктах, приуроченных к побережью, а основные транспортные магистрали острова также проходят вдоль береговой линии.

1.4. Защита от лавин на морских берегах

Обеспечение лавинной безопасности на берегах о. Сахалин является в настоящее время серьезной проблемой в связи с масштабами необходимых работ.

Так, невозможно обеспечить инженерную защиту (противолавинные галереи, лавинорезы, снегозадерживающие и снеговыдувающие сооружения в лавиносборах и т. п.) для всех объектов и сооружений, расположенных в лавиноопасных зонах (например, только в г. Невельск более 200 жилых домов и промышленных сооружений находятся в зонах транзита и аккумуляции лавин).

В настоящее время на морских берегах о. Сахалин существуют следующие типы инженерной защиты от лавин:

1.  Противолавинные галереи:

·  два участка железной дороги г. Невельск - с. Горнозаводск, Невельский район, западное побережье Южного Сахалина (рисунок 1.7).

2.  Снегоудерживающие сооружения:

·  219 км железной дороги Южно-Сахалинск – Макаров (восточное побережье о. Сахалин);

·  с. Новосибирское (Холмский район, западное побережье Южного Сахалина) (рисунок 1.8).

3.  Вынос автодороги на отсыпку в море в рамках комплексной защиты от лавин, селей и оползней:

·  189-197 км автодороги Южно-Сахалинск – Оха, Макаровский район (восточное побережье о. Сахалин).

4.  Выполаживание склонов:

·  215-217 км автодороги Южно-Сахалинск – Оха, Макаровский район (восточное побережье о. Сахалин).

5.  Увеличение крутизны склонов для уменьшения снегонакопления и террасирование склонов:

·  143 и 153 км автодороги Невельск – Томари - аэропорт Шахтерский (Томаринский район, западное побережье Южного Сахалина).

Рис. 1.7. Противолавинная галерея в с. Горнозаводск, засыпанная лавинными отложениями. Март 2012 г. Фото автора.

Рис. 1.8. Снегоудерживающие сооружения на 219 км железной дороги Южно-Сахалинск – Макаров (восточное побережье о. Сахалин). Фото автора.

В последние годы на отдельных участках автомобильных и железных дорог достаточно широко практикуется превентивный спуск лавин методами подрезки, и, в более редких случаях, подрыва.

Однако, превентивный спуск лавин практически не возможен в населенных пунктах, этот метод можно использовать на транспортных магистралях, однако он требует значительных экономических затрат; что касается закрытия движения на транспортных магистралях в наиболее лавиноопасные периоды (например, сильная метель), то этот метод также приводит к значительным экономическим потерям в связи с частой повторяемостью подобных ситуаций.

Таким образом, наиболее целесообразный вариант – это разработка проектов комплексной защиты, включающей как инженерные сооружения, так и организационные мероприятия.

Выводы по главе

·  Лавинные процессы на морских берегах имеют широкое распространение на берегах морей Северного Ледовитого, Атлантического и Тихого океанов. В России они особенно широко они распространены на о. Сахалин, Камчатке, Чукотке, Курильских о-вах.

·  Существует ряд работ, в которых упоминаются лавинные процессы на морских берегах, однако, в большинстве из них не учитываются такие параметры береговых лавинных комплексов, как наличие зоны сноса снега ветром и ее площадь, морфологические особенности строения лавиносборов на морских террасах, особенности стратиграфии снежного покрова, и т. п.

·  Лавины на морских берегах ежегодно причиняют населению и хозяйству о. Сахалин экономический ущерб за счет повреждения и разрушения зданий и сооружений, а также завалов транспортных магистралей; помимо этого, в лавинах с уступов морских террас погибают люди.

·  Воздействию лавин, формирующихся в береговых природных лавинных комплексах, подвержены территориях 33 населенных пунктов о. Сахалин, в том числе 8 городских поселений.

·  Протяженность автомобильных и железных дорог, подверженных воздействию лавин береговых природных лавинных комплексов о. Сахалин, составляет более 500 км.

·  С 1928 г. по 2013 г. на о. Сахалин было зарегистрировано 26 случаев попадания и гибели людей в лавинах, сошедших с уступов морских террас и прибрежных пологонаклонных равнин. В эти лавины попали 82 человека, 44 человека из них погибли.

·  Основными причинами высокой лавинной опасности для населения и хозяйства на морских берегах о. Сахалин являются: расположение территорий жилой застройки и транспортных магистралей у подножия уступов морских террас; высокая частота формирования лавин в береговых природных лавинных комплексах; большие уклоны зон зарождения и транзита лавин, обуславливающие высокие значения динамических характеристик лавин даже при небольших относительных высотах лавиносборов; наличие значительной по площади зоны сноса снега ветром, обеспечивающей дополнительное поступление снега в лавиносбор, что приводит к увеличению объемов и повторяемости лавин.

·  Проблеме защиты от лавин на морских берегах о. Сахалин уделяется недостаточно внимания: инженерная защита существует на крайне ограниченном числе участков, превентивный спуск лавин проводится также на ограниченном числе участков.

·  Обеспечение лавинной безопасности на берегах о. Сахалин является в настоящее время серьезной проблемой в связи с очень большим числом линейных (объекты инфраструктуры) и площадных (территории населенных пунктов) объектов, расположенных в зонах воздействия лавин, формирующихся в береговых природных лавинных комплексах.

ГЛАВА II. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ И ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ЛАВИННЫХ ПРОЦЕССОВ НА МОРСКИХ БЕРЕГАХ о. САХАЛИН

2.1. Факторы лавинообразования на морских берегах о. Сахалин

Выделяют несколько групп факторов, определяющих интенсивность проявления лавинных процессов на территории (Казаков, 2000 а):

1.  Геологические и геоморфологические факторы. Эти факторы обусловливают морфометрические характеристики лавиносборов (относительная высота, уклон, площадь и т. п.).

2.  Геоботанические факторы. Растительность в лавиносборе влияет на снегонакопление, а также на процессы перекристаллизации снежного покрова. Растительность в зонах зарождения и транзита лавин определяет значения коэффициентов трения при движении лавины, а растительность в зоне сноса снега ветром – на процесс снегоприноса в лавиносбор.

3.  Литологические факторы (снежный покров). К этой группе факторов относятся толщина снежного покрова, продолжительность его залегания, характер метаморфизма.

4.  Гидрометеорологические факторы. Это вторичные факторы, включающие триггерный механизм лавинного процесса. К ним относятся температура воздуха, скорость и направление ветра, продолжительность солнечного сияния, сумма осадков.

Далее рассмотрим основные факторы лавинообразования на морских берегах о. Сахалин.

2.1.1. Геологические и геоморфологические факторы

Важность геологических и геоморфологических факторов лавинообразования заключается в том, что эти факторы обусловливают морфометрические характеристики лавиносборов (относительная высота, уклон, площадь и т. п.) и, следовательно, во многом определяют объемы лавин, ширину лавиноопасной зоны, а также значения динамических характеристик лавин – скорости, давления на препятствие, дальности выброса лавины.

2.1.1.1. Геологические факторы

Такие характеристики горных пород, как балл устойчивости, коэффициент крепости пород и сопротивление раздавливаемости (Геологический словарь, 1970; Справочник по инженерной геологии, 1981; Трескинский, 1984) позволяют оценить скорость их выветривания, что, в свою очередь, позволяет оценить скорость и характер процессов эрозии и денудации (Методика изучения и прогноз экзогенных геологических процессов, 1988; Шеко, 1982).

В сочетании с характеристикой генезиса и возраста пород, это позволяет оценить степень расчлененности склонов и рассчитать такие характеристики лавиносборов как преобладающий морфологический тип, средняя площадь лавиносбора и густота сети лавиносборов (Казаков, 2000 а). Кроме того, геологические факторы влияют на интенсивность лавинных процессов.

Например, на побережье Татарского пролива между г. Горнозаводск и г. Невельск крутые (40-45°) склоны, сложенные песчаниками и алевролитами Невельской свиты (Геология СССР, 1970) (балл устойчивости - III, коэффициент крепости пород – 2-3, сопротивление раздавливаемости – 200-500 кг/см2 (Полунин, 1989)) расчленены густой сетью желобов, заложенных по эрозионным врезам площадью 0,1 – 0,3 га, в которых формируются лавины сравнительно небольшого объема (0,1 – 1,0 тыс. м3). Большая крутизна склонов в зонах отрыва лавин не позволяет накапливаться снежному покрову достаточной толщины, благодаря чему объемы лавин здесь ограничены.

На соседнем участке (г. Невельск) с аналогичными геоморфологическими характеристиками средняя площадь лавиносборов составляет 0,5-1,0 га. Преобладающий морфологический тип лавиносбора – лоток. Лавиносборы заложены по оползневым циркам. Склоны в зонах отрыва лавин менее крутые, чем на предыдущем участке (30-35°), благодаря чему в снежные зимы толщина снежного покрова достаточно велика, а значение коэффициента перекристаллизации снежной толщи может достигать 0,9. По этим причинам средние объемы лавин здесь составляют около 1,0 тысячи м3, максимальные - достигают 18,0 тыс. м3.

Причина такого различия заключается в том, что в районе г. Невельска лавиносборы формируются на склонах, сложенных породами, менее устойчивыми к процессам выветривания - алевролитами и аргиллитами (балл устойчивости - III, коэффициент крепости пород – 2-3, сопротивление раздавливаемости – 100-200 кг/см2 (Полунин, 1989)), более подверженными воздействию эрозионных процессов (Казаков, 2000 а).

2.1.1.2. Геоморфологические факторы

На морских берегах о. Сахалин лавиноопасными являются:

·  уступы аккумулятивных, цокольных и абразионных морских террас уклоном 25-45°;

·  скальные абразионные уступы уклоном 50-80°, для которых характерны карнизные и прыгающие лавины;

·  лавиносборы приморских горных хребтов, например, хр. Жданко; эти лавиносборы практически не отличаются от хорошо изученных горных лавиносборов, поэтому в настоящей работе не рассматриваются.

Наиболее интересными с точки зрения лавинной опасности для населения и хозяйства являются морские террасы (рисунок 2.1.).

Рис. 2.1. Береговые природные лавинные комплексы (абразионная морская терраса) западного побережья Южного Сахалина, автодорога с. Шебунино – г. Невельск.  Окопного.

Лавиноопасные морские террасы широко распространены на о. Сахалин и занимают более 45% протяженности берегов (Атлас береговой зоны Сахалина, 2002; Александров, 1973; Микишин, 1991).

Террасированное побережье окаймляет обращенные к морю склоны Западно - и Восточно-Сахалинских гор, Сусунайского, Тонино-Анивского, Западного хребтов, Корсаковского плато на юге о. Сахалин. Морские террасы занимают значительные площади Муравьевской низменности и полуострова Терпения, на участках перехода от горных хребтов к прибрежным низменностям в северной части Сахалина, на берегах залива Терпения (Александров, 1973).

На о. Сахалин наиболее широко распространены террасы относительной высотой в 70-80 м и в 25-30 м (Александров, 1973).

Необходимо отметить, что лавиноопасны морские террасы высотой от 7 м. Так, на участке железной дороги Южно-Сахалинск - Макаров в районе с. Взморье лавинами с террасы относительной высотой 7-10 м (рисунок 2.2) неоднократно заваливало железнодорожные пути, проходящие непосредственно под склоном.

Рис. 2.2. Лавиноопасная морская терраса высотой 7-10 м на участке железной дороги Южно-Сахалинск - Макаров в районе с. Взморье. Фото автора.

Таким образом, наибольшую опасность для населения и хозяйства о. Сахалин представляют лавины из береговых лавинных комплексов, представленных уступами морских террас в диапазоне относительных высот от 7 до 200 м.

2.1.2. Геоботанические факторы

Растительность морских берегов о. Сахалин различна.

Так, растительность морских террас западного побережья о. Сахалин чаще всего представлена травянистым разнотравьем (осоковые, злаковые и др.), а также высокотравьем (белокопытник, лабазник, гречиха сахалинская и др.); из кустарников достаточно широко распространены шиповник, можжевельник. Значительные по площади участки покрыты курильским бамбуком. Древесная растительность в большинстве случаев отсутствует либо очень сильно угнетена.

На восточном побережье на значительном протяжении морские террасы также покрыты травянистой растительностью.

Хорошая задернованность склонов и травянисто-кустарниковая растительность в зоне зарождения лавин способствуют активному развитию процессов перекристаллизации снежной толщи и формированию в ней лавиноопасных слоев, представленных ледяными кристаллами полускелетного и скелетного классов форм по классификации (Коломыц, 1977, 1984; Sokratov, Kazakov, 2012; Международная классификация…, 2012), которые появляются на юго-западном побережье Сахалина уже в декабре.

Кроме того, травянистая растительность, также как и курильский бамбук (рисунок 2.3), создают поверхности скольжения лавин с низкими коэффициентами трения (0,17) (Иванов, 1971), что обеспечивает большие значения динамических характеристик лавин.

Рис. 2.3. Отложение лавины, сошедшей по курильскому бамбуку. Западное побережье о. Сахалин, Невельский район. 16.03.2011 г. Фото автора.

Большая часть террас на южном побережье, а также часть их на восточном покрыта смешанным лесом (главным образом, береза и ольха с примесью пихты).

Здесь необходимо отметить, что, вопреки существующему мнению о защитной роли древесной растительности, лес, с одной стороны, удерживает снежные массы на склоне, с другой - способствует увеличению скорости метаморфизма снежного покрова, что приводит к формированию неустойчивой снежной толщи и увеличению дальности выброса и энергии лавин. Лес в зонах отрыва лавин способствует снижению частоты их формирования и уменьшению объемов, но не способен полностью исключить возможность отрыва на склонах крутизной более 35°. Такие лавины имеют небольшие объемы, но представляют серьезную опасность для людей и сооружений легкого типа (Казаков, 2006 б).

2.1.3. Литологические факторы (снежный покров)

К этой группе факторов относятся толщина снежного покрова, продолжительность его залегания, характер метаморфизма.

Характеристики снежного покрова побережий о. Сахалин можно охарактеризовать на основании данных 11 гидрометеорологических станций (ГМС): Оха, Александровск-Сахалинский, Пограничное, Пильво, Углегорск, Макаров, Ильинский, Стародубское, Холмск, Невельск, Корсаков (рисунок 2.4).

Средняя продолжительность залегания снежного покрова, его средняя и максимальная высоты, а также даты формирования и разрушения устойчивого снежного покрова варьируются на разных побережьях острова. Так, средняя продолжительность залегания снежного покрова колеблется от 197 суток на севере до 144 суток на юге.

На севере острова (ГМС «Оха») средняя продолжительность залегания снежного покрова максимальна для о. Сахалин и составляет 197 суток. Средняя высота снежного покрова здесь также одна из наибольших для морских побережий острова и составляет 60 см, максимальная достигает 179 см.

На западном побережье Центрального Сахалина (по данным ГМС «Александровск-Сахалинский») снежный покров появляется, как правило, в третьей декаде октября, образование устойчивого снежного покрова происходит в начале первой декады ноября (Генсиоровский, 2007; Древило, 2000 б). Средняя продолжительность залегания снежного покрова по данным ГМС «Александровск-Сахалинский» составляет 178 дней. Южнее эта величина уменьшается и, по данным ГМС «Углегорск», составляет уже 156 дней.

Рис. 2.4. Схема расположения прибрежных гидрометеостанций о. Сахалин.

Средняя высота снежного покрова по данным ГМС «Александровск-Сахалинский» составляет 31 см. Максимальной высоты снежный покров достигает в последней декаде февраля - первой декаде марта и составляет на открытых местах 40-50 см, на защищенных - 100-120 см. Высота снежного покрова значительно колеблется из года в год. В малоснежные зимы высота снежного покрова в г. Александровске-Сахалинском составляла 10-14 см.

Однако, в многоснежные зимы его высота на открытых участках достигала 133 см. С третьей декады марта высота снежного покрова начинает уменьшаться: временами осадки выпадают в виде дождя, появляются частые дневные оттепели, снег тает и уплотняется. Средняя дата разрушения снежного покрова - середина второй декады апреля - близка к дате перехода температуры воздуха через ноль градусов. Разрушаться снежный покров в прибрежной части начинает в третьей декаде апреля, сходит в первой декаде мая.

По данным ГМС «Углегорск» средняя высота снежного покрова составляет 20 см; максимальной высоты снежный покров достигает в конце первой – начале второй декады марта и на открытых участках вдоль береговой полосы равняется 40-45 см.

Число дней со снежным покровом на западном побережье Южного Сахалина составляет в среднем 150 суток. По данным ГМС «Томари» максимальной высоты снежный покров достигает в первой декаде марта и составляет на открытых местах 40-50 см, на защищенных 60-70 см. В многоснежные годы высота снежного покрова может достигать 120-130 см. В прибровочной части уступов морских террас мощность снежных карнизов может превышать 300 см.

Несколько южнее, на берегах залива Невельского, высота снежного покрова вдоль береговой полосы составляет 70-120 см. Средняя высота снежного покрова составляет 35 см по ГМС «Холмск» и 53 см по ГМС «Невельск», а максимальная – 73 см и 113 см соответственно.

На восточном побережье Центрального Сахалина продолжительность залегания снежного покрова составляет 186 суток, его средняя высота составляет 77 см, а максимальная – 147 см.

Южнее, на побережье залива Терпения, средняя дата образования устойчивого снежного покрова приходится на вторую половину второй декады ноября. Средняя продолжительность залегания снежного покрова по данным ГМС «Макаров» составляет 161 день. Средняя высота снежного покрова здесь составляет 58 см. Максимальной высоты снежный покров достигает в третьей декаде февраля - первой декаде марта, составляя в среднем на открытых участках 45-50 см. Высота снежного покрова значительно колеблется из года в год.

Отмечались зимы, когда высота снежного покрова в г. Макарове составляла 11-12 см. Вместе с тем, в многоснежные зимы его высота на открытых участках достигала 96 см. С третьей декады марта высота снежного покрова начинает уменьшаться: временами осадки выпадают в виде дождя, появляются частые дневные оттепели, снег тает и уплотняется. Средняя дата разрушения снежного покрова - середина второй декады апреля - близка к дате перехода температуры воздуха через ноль градусов.

В районе перешейка Поясок на восточном побережье снежный покров появляется, как правило, в первой декаде ноября, а образование устойчивого снежного покрова происходит в конце второй декады ноября. Число дней со снежным покровом составляет 155-165 дней. Максимальной высоты снежный покров достигает во второй декаде марта: на открытых местах 50-60 см, на защищенных 80-90 см. В многоснежные годы высота снежного покрова составляет 150-170 см.

Продолжительность залегания снежного покрова на восточном побережье Южного Сахалина составляет 154 дня (по данным ГМС «Стародубское»). Средняя высота снежного покрова здесь составляет 58 см.

На южном побережье о. Сахалин устойчивый снежный покров появляется, как правило, в конце третьей декады ноября. Разрушается снежный покров в конце первой декады апреля. Продолжительность залегания снежного покрова здесь составляет 144 дня (по ГМС «Корсаков»). Средняя высота снежного покрова составляет 57 см. Максимальной высоты снежный покров достигает в первой декаде марта и составляет на открытых местах 40-50 см, на защищенных - 80-90 см. В многоснежные годы высота снежного покрова достигает 120-130 см.

Однако, в многоснежные зимы высота снежного покрова на морских берегах может достигать 150-180 см на севере острова и 100-130 см на юге.

В отдельных случаях высота снежного покрова в лавиносборе может превышать 2 м, что обусловлено высокой интенсивностью метелевого переноса снега на морских берегах. Например, высота снежного покрова в зоне зарождения лавин в осовном лавиносборе, представленном уступом морской террасы, на 153 км автодороги Невельск – Томари – аэропорт Шахтерский (р. Чирай), западное побережье Южного Сахалина), уже к концу февраля достигает 170-230 см (см. рисунки 2.5, 2.7).

В целом, для береговых лавинных комплексов о. Сахалин характерна небольшая высота снежного покрова, не превышающая 60 см (таблица 2.1), в связи с чем средние объемы лавин здесь невелики и не превосходят в большинстве случаев 1 тыс. м3.

Таблица 2.1

Характеристики снежного покрова в береговых лавинных комплексах о. Сахалин по данным прибрежных гидрометеостанций

№	Гидрометеостанция	Абс. высота гидрометео- станции, м	Число дней со снежным покровом	Высота снежного покрова, см
сред.	макс.
1	Оха	13	197	60	179
2	Александровск-Сахалинский	29	178	31	65
3	Пограничное	6	186	77	147
4	Пильво	37	172	37	74
5	Углегорск	39	156	20	44
6	Макаров	38	161	58	96
7	Ильинский	17	156	19	61
8	Стародубское	12	154	58	119
9	Холмск	90	148	35	73
10	Невельск	166	150	53	113
11	Корсаков	34	144	57	135

2.1.3.1. Перекристаллизация снежного покрова

Одним из основных факторов, влияющих на лавинообразование в береговых лавинных комплексах о. Сахалин, является перекристаллизация снежного покрова (Древило, 1981, 1988, 2000 а, б; Древило и др., 2000; Drevilo M., 1996, 2003; Kazakov N. А. and others, 2012), определяющая частоту формирования лавин и значения их динамических характеристик (Казаков, 2000 а, б, 2009; Рыбальченко, Казаков, 2011; Kazakov and others, 2012).