Природные и антропогенные лавинные комплексы морских берегов (на примере о. Сахалин) (стр. 4 )

Таблица 2.4

Суммарный снегоперенос за зиму на морских берегах о. Сахалин (Лазарева, 1975)

Гидрометеостанция	Суммарный снегоперенос за зиму без учета вида метели, м3/пог. м
Оха	7578
Александровск-Сахалинский	2196
Пограничное	674
Пильво	2131
Макаров	1004
Ильинский	1313
Стародубское	1323
Холмск	3652
Корсаков	518

Фактических данных метелемерных наблюдений на морских берегах о. Сахалин очень мало. Наблюдения проводились в е гг. в г. Холмск и г. Невельск.

При проведении инструментальных наблюдений за метелевым переносом снега (при помощи метелемера ЦПЗ-1) в зоне сноса снега ветром, расположенной на поверхности морской террасы на западном побережье Южного Сахалина (автодорога г. Невельск – с. Горнозаводск) в зимнем сезоне гг. расход снега во время низовых метелей колебался в пределах 2,45 – 4,15 г/см2*мин при средних скоростях ветра всего 6-8 м/с (до 9-14 м/с в порыве).

Таким образом, оценить объемы приноса снега в лавиносбор в береговых лавинных комплексах можно только с помощью расчетных методов.

Однако, несмотря на то, что к настоящему времени разработано достаточно большое число методик расчета снегопереноса (Бялобжеский; 1956; Гришин, 1970, 1973; Динамика…, 1985; Дюнин, 1956, 1963, 1975; Мельник , 1967; Мельник и др., 1971; Шарапов, 1984; Ревякин, Кравцова, 1977; Kobayashi, 1972; Matsuzawa and others, 2010; Radok, 1977), эти методики дают крайне противоречивые результаты. Большинство из них базируется на интенсивности снегопереноса и не учитывает количество выпадающих осадков, размеры и уклон снегосборной площади и т. п.

Наиболее полно вопросы метелевого переноса разработаны , который детально рассмотрел процесс насыщения метелевого потока снегом (Дюнин, 1963) и создал практически весь терминологический аппарат, используемый в России для характеристики снегопереноса. Предложенный в 1960-х годах метод балансов учитывает конкретные условия местности и количество выпадающих осадков. Однако, в этой методике заложены параметры (дефицит влажности воздуха, средняя толщина снежного покрова в поле и на закрытой площадке в лесу и т. п.), получить которые можно только при длительных систематических наблюдениях в конкретном районе, в связи с чем применять эту методику для расчета снегопереноса на малоизученных территориях невозможно (Лобкина и др., 2012).

Существует ряд методик, позволяющих рассчитать объемы снегопереноса, основываясь только на данных гидрометеорологических станций. Большинство из них предлагают для расчета интенсивности снегопереноса использовать формулы, приведенные в таблице 2.5.

Таблица 2.5.

Формулы для расчета интенсивности i и объема Q снегопереноса

Автор методики и год публикации	Формула	Размерность
, 1934		г/(см*мин)
, 1952		г/(см*мин)
, 1954		г/(см2*с)
, 1954		г/(см2*с)
, 1959		г/(см*мин)
D. Kobayashi, 1969		г/(м*с)

Очевидно, что формулы разных авторов имеют одинаковую структуру (произведение коэффициента пропорциональности (с) и скорости ветра (V)), однако результат получается в разных единицах измерения.

Более того, по формуле, представленной произведением коэффициента пропорциональности на скорость ветра в кубе, разные авторы рассчитывают то интенсивность, то объем снегопереноса.

Нами была рассчитана интенсивность снегопереноса по формулам и для скоростей ветра от 6 до 40 м/с (рисунок 2.16).

Рис. 2.16. Зависимость расчетной интенсивности снегопереноса от скорости ветра по методикам и .

Очевидно, что при скоростях ветра более 15 м/с эти методики дают очень большие расхождения.

В формулах применяются эмпирические коэффициенты пропорциональности, что снижает точность расчета в случае использования формулы для участка, находящегося на удалении от местности, в которой выполнялись метелемерные наблюдения. Так, коэффициент пропорциональности (таблица 2.5) рассчитан для равнинных территорий СССР, в связи с чем его невозможно использовать для морских берегов о. Сахалин.

Большинство авторов в своих расчетах принимают плотность снега равной 0,17 г/см3, что соответствует свежевыпавшему снегу, перенос которого наиболее вероятен. Однако даже при слабой метели, когда скорость ветра составляет 6-10 м/с (Гляциологический словарь, 1984), происходит ветровое уплотнение снега, в результате чего его плотность значительно возрастает.

Так, при полевых исследованиях во время мег. на морской террасе в районе р. Чирай (153 км автодороги Невельск – Томари – аэропорт Шахтерский) плотность переносимого метелевого снега составляла 0,20 г/см3 (при средней скорости ветра 18 м/с). На этом же участке 07.04.2011 г. при скорости ветра более 20 м/с происходил ветровой перенос снега плотностью 0,45 г/см3.

Наиболее точными и максимально полно учитывающими условия местности методиками являются метод расходов и метод балансов (Шарапов, 1984).

Так, для расчета объема переносимого снега по румбам применяется метод расходов:

, (2.1)

где - плотность снега в отложенном вале, т/м3;

- время действия ветра определенной скорости определенного направления, час.;

- угол между направлением ветра и стороной защищаемого объекта, град.;

- полный расход снега или интенсивность снегопереноса, равный:

, г/см*мин;

С - коэффициент пропорциональности (масса (объем) снега, переносимого через площадь поперечного сечения ветра в 1 см и высотой в 2 м, перпендикулярно ветру, в единицу времени (1 час) при скорости ветра 1 м/с;

- скорость ветра на уровне флюгера, м/с.

Возможный объем снегоотложений у преград можно рассчитать по методу балансов (Шарапов, 1984):

, (2.2)

где - доля твердых осадков в общей сумме осадков за зимний период;

- плотность снега в отложениях у преград, т/м3;

=E-e - дефицит влажности воздуха или недостаток насыщения, определяемый как разность между насыщающей и фактической упругостью водяного пара при данных температуре и давления, мб;

- сумма осадков за зиму, мм,

- сумма потерь твердых осадков на испарение, таяние, задержание растительностью и неровностями почвы, мм;

- потери на испарение, мм;

А - градусная широта местности4

- потери на таяние при оттепели, мм4

Д - число дней с оттепелью4

- потери на задержание растительностью и неровностями почвы, мм;

h - высота растительности, м;

- коэффициент сдувания;

- средняя мощность снежного покрова в поле, мм воды;

- средняя мощность снежного покрова на закрытой площадке (в лесу), мм воды;

- дальность переноса снега, м:

при <16 м/с;

при >16 м/с;

- скорость ветра на уровне флюгера, м/с.

В качестве примера нами были рассчитаны объем переносимого снега по румбам по методу расходов и возможный объем снегоотложений у преград по методу балансов для участка восточного побережья о. Сахалин, расположенного в Макаровском районе.

Расчеты были проведены для зимнего сезона гг., для зимнего сезона по среднемноголетним данным, а также для мег., во время которой выпало 65 мм осадков (таблица 2.6).

Эти методы дают наиболее точные результаты, однако, их применение ограничено в связи с большим числом входных параметров, которые невозможно получить для малоизученных районов.

Таблица 2.6.

Расчетный объем переносимого снега по румбам по методу расходов и возможный объем снегоотложений у преград по методу балансов

Расчетный период	Объем переносимого снега по румбам по методу расходов, м3/пог. м	Возможный объем снегоотложений у преград по методу балансов, м3/пог. м
Мег.	125,00	140,00
Зимний сезон гг. (декабрь-апрель)	-	1 087,00
Зимний сезон по среднемноголетним данным (декабрь-март)	1 136,00	1 025,00

2.2. Генетические классы лавин на морских берегах о. Сахалин

Выделение генетического класса лавин основано на выявлении основных причин лавинообразования, которые обусловлены метеорологическими явлениями и физическими процессами, происходящими в снежной толще (Казаков, 2000 а).

На морских берегах о. Сахалин формируются лавины следующих генетических классов:

1.  Лавины нового снега (свежевыпавшего и метелевого) - образуются из сухого снега при его быстром накоплении за счет большой скорости прироста массы снега во время снегопада или метели при незначительном пределе прочности на сдвиг в основании свежеотложенного снега; как правило, движутся по слою старого снега.

2.  Лавины смешанного снега - образуются из сухого снега (старого снега) или смешанного снега (сухого старого и нового снега; сухого и влажного снега; сухого и мокрого снега), в котором вследствие процессов метаморфизма произошли преобразования структуры и текстуры снежных слоев и сформировались лавиноопасные слои; обычно формируются под воздействием дополнительных причин, в роли которых выступают снегопады, метели, оттепели и антропогенные причины; обладают наибольшими скоростями, объемом и разрушительной силой и наиболее опасны для объектов капитального строительства.

3.  Лавины весеннего снеготаяния (инсоляционные и адвекционные) - образуются при ослаблении связей между кристаллами снега в верхней части снежной толщи в результате воздействия на снежный покров солнечной радиации и (или) адвективных масс воздуха в период весеннего снеготаяния или при оттепели.

Важность генетических классов лавин для оценки лавинной опасности территории обуславливается тем, что динамические характеристики лавин разных генетических классов существенно различаются.

Так, скорости и дальности выброса лавин класса перекристаллизации снежной толщи достигают гораздо больших значений, чем, к примеру, лавин мокрого снега. Скорости и дальности выброса мокрых лавин также значительно ниже скоростей лавин класса перекристаллизации снежной толщи (Казаков, 2000 а, 2006 а).

Например, зарегистрированная дальность выброса лавины смешанного снега (перекристаллизованного и мокрого) на 1/3 больше дальности выброса лавины мокрого снега такого же объема, сошедшей в том же лавиносборе (Восточно-Сахалинские горы, бассейн руч. Хребтовый, лавиносбор № 000). Дальность выброса лавины свежевыпавшего снега, сошедшей в том же лавиносборе, составляет 300 м, как и у лавины мокрого снега, при объеме в три раза меньшем (таблица 2.7) (Казакова, 2009; Казакова и др., 2009 б).

Таблица 2.7.

Дальность выброса лавин разных генетических классов (Восточно-Сахалинские горы, бассейн руч. Хребтовый, лавиносбор № 000)

Генетический тип	Объем, тыс. м³	Дальность выброса, м
Мокрого снега	0,30	300
Смешанного снега (перекристаллизованного и мокрого снега)	0,30	406
Свежевыпавшего снега	0,10	300

2.3. Лавинный режим на морских берегах о. Сахалин

На морских берегах о. Сахалин начало периода потенциальной лавиной опасности приходится обычно на конец ноября, окончание – на середину апреля. Продолжительность периода потенциальной лавинной опасности составляет в среднем от 120 до 140 суток.

В первую половину зимы (до конца декабря - начала января) сходят, в основном, лавины генетического класса нового снега (свежевыпавшего и метелевого) небольшого объема (менее 0,5 тыс. м3). Частота схода таких лавин очень высока (до 10 раз за зимний сезон). Дальность выброса таких лавин обычно невысока, в связи с чем в большинстве случаев они останавливаются на склоне.

Интересной особенностью береговых лавинных комплексов является то, что при крайне малой высоте снежного покрова или его полном отсутствии в ходе зимнего сезона во время метели накапливается критическое количество снега, сходит лавина генетического класса нового снега, а после метели снег на склонах стаивает (Казакова, 2012 г). Таким образом, лавинный конус лежит под абсолютно лишенным снега склоном. Такая ситуация наблюдалась, например, в феврале 2011 г. в береговых природных лавинных комплексах на побережье залива Анива (морские террасы на территории г. Корсаков) (рисунок 2.17).

Рис. 2.17. Конус выноса лавины, сошедшей во время снегопада. Морская терраса, территория г. Корсаков. 08.02.2011 г.  Бобровой.

Период максимальной лавинной активности приходится на вторую половину декабря - март, когда сходят лавины генетического класса перекристаллизации снежной толщи. В этот период возможен сход лавин максимальных объемов – до 30 тыс. м3. Частота схода лавин максимальных объемов - 1 раз в 10-12 лет.

В период весеннего снеготаяния (середина марта - апрель) создаются условия для схода лавин мокрого снега. Такие лавины формируются ежегодно.

2.4. Воздействие лавинных процессов на геосистемы морских берегов

Лавинные процессы оказывают существенное влияние на геосистемы морских берегов, что обусловлено гравитационным переносом воды в твердом состоянии, т. е. в виде снега (Божинский, Лосев, 1987).

Процесс перераспределения снега заключается в удалении снега из зон зарождения и транзита лавин и перемещении его в зону аккумуляции (конус выноса лавины). Таким образом, в зонах зарождения и транзита лавин происходит вынос влаги и осушение склонов, в зонах отложения - накопление влаги в виде снежного завала, т. е. идет увлажнение нижней части склона.

В горных районах перераспределение снега лавинами приводит к формированию у подножья склонов и на днищах долин лавинных снежников, которые могут сохраняться в течение месяцев после схода основного снежного покрова. На морских берегах снежники стаивают достаточно быстро в связи с небольшими объемами лавин. Необходимо отметить, что в связи с расположением зон аккумуляции лавин многих береговых лавинных комплексов в пределах территорий населенных пунктов либо на автомобильных и железных дорогах, лавинные конусы выноса удаляются при расчистке территории.

Перераспределение снежного покрова приводит к существенным изменениям теплового баланса поверхности склонов на участках развития лавинного процесса. В зонах зарождения и транзита лавин, где происходит вынос снега, устанавливается отличающийся от соседних склонов тепловой режим в связи с изменением теплоизоляции грунта. Следовательно, при низких температурах воздуха в зонах зарождения происходит более глубокое промерзание грунта.

В то же время, в весенний период в разгруженных лавинами зонах зарождения и транзита маломощный снежный покров быстро стаивает и грунт раньше, чем на окружающих склонах, переходит к режиму прогревания (Божинский, Лосев, 1987).

Во время движения лавины оказывают механическое воздействие на ложе зоны транзита лавины (Божинский, Лосев, 1987), захватывая камни и минеральные частицы, сглаживая выступы, срезая кустарник и деревья. Также может происходить разрушение ложа, перемещение материала и его отложение, о чем свидетельствует поверхность минерального конуса выноса.

Помимо воздействия на рельеф, лавины оказывают влияние формирование почвенного покрова и растительности (рисунок 2.18). Это связано с перераспределением лавинами влаги, тепла и с механическим воздействием лавинного тела.

В зонах зарождения и транзита лавин происходит выбивание древесной растительности. На морских берегах этот процесс слабо выражен в связи с безлесностью большей части береговых лавинных комплексов о. Сахалин. Обычно воздействие лавин на растительность здесь заключается в срыве почвенно-растительного слоя и поломах высокотравья и кустарников. Кроме того, регулярное воздействие лавин, обусловленное их высокой повторяемостью в береговых лавинных комплексах, препятствует восстановлению в лавиносборах древесной растительности, уничтоженной ранее при антропогенном воздействии.

Рис. 2.18. Последствия схода лавины с уступа морской террасы: снос снега с зон зарождения и транзита лавины и аккумуляция в нижней части склона; выбивание растительности в зонах зарождения и транзита лавины. Фото автора.

Таким образом, влияние лавин на ландшафт морских берегов заключается главным образом в перераспределении снега на склонах морских террас, эрозии ложа лавиносбора и выбивании растительности в лавиносборе.

Выводы по главе

·  На морских берегах о. Сахалин лавиноопасными являются уступы морских террас уклоном 25-45°; скальные абразионные уступы уклоном 50-80°, для которых характерны карнизные и прыгающие лавины; лавиносборы приморских горных хребтов.

·  Наибольшую лавинную опасность для населения и хозяйства представляют лавинные комплексы морских террас, занимающие более 45% протяженности берегов о. Сахалин.

·  Лавиноопасны морские террасы высотой более 7 м.

·  Растительность в зонах зарождения лавин береговых лавинных комплексов о. Сахалин способствует активному развитию процессов перекристаллизации снежной толщи и формированию в ней лавиноопасных слоев; растительность в зонах транзита большинства береговых лавинных комплексов о. Сахалин создает поверхности скольжения лавин с низкими коэффициентами трения, что обеспечивает большие значения динамических характеристик лавин; растительность в зонах сноса снега ветром во многих береговых лавинных комплексах не может препятствовать снегопереносу, что особенно характерно для западного побережья Южного Сахалина.

·  Для береговых лавинных комплексов о. Сахалин характерна небольшая высота снежного покрова, обычно не превышающая 60 см, в связи с чем (помимо небольших площадей лавиносборов) средние объемы лавин здесь невелики (до 1 тыс. м3). Однако в многоснежные зимы высота снежного покрова на морских берегах может достигать 150-180 см на севере острова и 100-130 см на юге.

·  Продолжительность залегания снежного покрова на морских берегах о. Сахалин составляет в среднем 160 дней.

·  Характер метаморфизма снежного покрова на морских берегах о. Сахалин обусловлен сочетанием относительно небольшой высоты снежного покрова, повышенной влажности воздуха и более высокими температурами, чем во внутренней части острова, что приводит к увеличению скорости сублимационной перекристаллизации снежной толщи.

·  Суммы осадков за зимний период на морских берегах о. Сахалин колеблются от 140 мм по ГМС «Пильво» до 332 мм по ГМС «Невельск». Наибольшее количество зимних осадков характерно для западного побережья Южного Сахалина (более 300 мм).

·  В лавинообразовании в береговых лавинных комплексах о. Сахалин важную роль играет метелевый перенос снега, обеспечивающий дополнительный принос снега в лавиносбор, что приводит к увеличению объемов и повторяемости лавин, и к бровке лавиносбора, что обеспечивает формирование снежных карнизов.

·  На морских берегах о. Сахалин благодаря снегопереносу возможен сход небольших лавин с боковых частей воронкообразных лавиносборов даже при отсутствии снежного покрова на большей части лавиносбора, поэтому такой показатель времени наступления лавинной опасности, как критическая толщина снежного покрова в лавиносборе, обычно принимаемая равной 30 см, не применим для береговых лавинных комплексов.

·  В связи с активной хозяйственной деятельностью на морских берегах о. Сахалин лавинные комплексы морских берегов подвержены сильной антропогенной нагрузке, увеличивающей степень лавинной опасности для населения и хозяйства острова.

·  На морских берегах о. Сахалин формируются лавины следующих генетических классов: нового снега, смешанного снега, весеннего снеготаяния.

·  Продолжительность периода потенциальной лавинной опасности на морских берегах о. Сахалин составляет в среднем 120-140 суток.

·  Лавины оказывают влияние на геосистемы морских берегов, которое заключается главным образом в перераспределении снега на склонах морских террас, эрозии ложа лавиносбора, изменении условий увлажнения и термического режима почв и выбивании растительности в лавиносборе.

ГЛАВА III. РОЛЬ ЭКЗОГЕННЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ФОРМИРОВАНИИ ЛАВИНОСБОРОВ НА МОРСКИХ БЕРЕГАХ

Экзогенные геологические процессы обусловливают морфологическое строение лавиносбора, от которого зависят особенности снегонакопления и метаморфизма снежного покрова в лавиносборе и параметры лавин (объем, значения динамических характеристик, ширина лавиноопасной зоны).