Природные и антропогенные лавинные комплексы морских берегов (на примере о. Сахалин) (стр. 7 )

В феврале 2012 г. нами были проведены работы по измерению скорости движения обломков снежных карнизов.

Работы проводились на морской террасе, расположенной у устья р. Чирай, в 17 км к югу от п. Ильинский (западное побережье Южного Сахалина) (рисунок 4.4). Средний уклон зоны транзита лавин составляет здесь 38°, относительная высота склона – 100 м. Непосредственно у подножия склона пролегает автодорога г. Невельск – г. Томари – аэропорт Шахтерский.

Средние скорости движения обломков снежных карнизов составляли от 8,1 до 11,5 м/с. В четырех случаях обрушение обломка карниза вызывало сход небольших лавин объемом от 75 до 800 м3. Средние скорости лавин составляли от 8,2 до 12,5 м/с. Фактическая дальность выброса обломков составляла 150 м (достигли автодорожного полотна).

Рис. 4.4. Морская терраса, где проводились работы по измерению фактической скорости движения обломков снежных карнизов (автодорога г. Невельск – г. Томари – аэропорт Шахтерский, западное побережье Южного Сахалина).  Казакова.

Ударное давление, вызываемое крупными глыбами снега (Войтковский, 1977, 1989), рассчитанное на основе фактических данных о скорости движения обломка снежного карниза составляет от 0,017 до 0,041 МПа (таблица 4.3). При таком ударном давлении происходит разрушение деревянных и шлакоблочных сооружений, разрушение наземных и надземных линейных сооружений, повреждение железобетонных сооружений.

Поскольку многие населенные пункты (например, г. Невельск, г. Холмск, г. Томари, с. Горнозаводск и др.), а также практически все основные автомобильные и железные дороги побережий Южного Сахалина проложены непосредственно у подножия уступа морской террасы, то обрушение снежных карнизов (а также сход вызванных этим лавин) представляет существенную опасность для населения.

Таблица 4.3.

Характеристики движения обломков снежных карнизов, обрушенных в феврале 2012 г. (морская терраса, устье р. Чирай, западное побережье Южного Сахалина)

Относительная высота склона, м	Время движения, с	Фактическая дальность выброса, м	Фактическая скорость, м/с	Ударное давление, вызываемое крупными глыбами снега по Войтковскому К. Ф., МПа	Масса глыбы снега, кг	Объем глыбы, м³
80	17	150	8,1	0,017	200	1,5
80	15	150	9,2	0,022	260	1,5
80	12	150	11,5	0,035	200	1,0

Таким образом, наличие в лавинном комплексе зоны сноса снега ветром приводит к существенному увеличению объемов и повторяемости лавин, а также повышает опасность обрушения снежных карнизов, тем самым усиливая воздействие лавинных процессов как на население и хозяйство острова, так и на геосиситемы морских берегов.

4.4. Меры по предотвращению ущерба от обрушения снежных карнизов

Формирование снежных карнизов на морских террасах о. Сахалин является существенной проблемой для населения и хозяйства острова, что связано главным образом с расположением транспортных магистралей и территорий населенных пунктов непосредственно у подножия уступа морской террасы и с высокой скоростью формирования снежных карнизов на морских террасах.

Для предотвращения вызываемого снежными карнизами ущерба необходимо принимать меры по защите: либо профилактическое обрушение карнизов с последующей расчисткой дорожного полотна, либо строительство сооружений инженерной защиты.

Это могут быть как снегозадерживающие сооружения на поверхности морской террасы, так и защитная галерея, которая, помимо защиты от обрушения карнизов, обеспечивает и противолавинную защиту, а так же защиту от склоновых селевых потоков и оползней-оплывин, широко распространенных на морских берегах юго-западного Сахалина. Однако, учитывая суммарную протяженность снежных карнизов вдоль транспортных магистралей Южного Сахалина, строительство инженерной защиты на всей протяженности опасной зоны невозможно.

Что касается профилактического обрушения карнизов, это также требует значительных экономических затрат в связи с высокой необходимой частотой обрушения – до 4 раз в месяц с середины декабря до конца марта на некоторых участках побережья юго-западного Сахалина.

Таким образом, наиболее экономически целесообразной мерой борьбы с образованием снежных карнизов на Южном Сахалине является высадка леса на поверхности морской террасы, что создаст препятствие для приноса снега к бровке склона (Казакова, 2013 в).

Выводы по главе

·  Зона сноса снега ветром, представленная поверхностью морской террасы, обеспечивает большую площадь снегосборного бассейна, что создает благоприятные условия для приноса большого объема снега в лавиносбор и к бровке морской террасы, что приводит к увеличению объемов и частоты схода лавин и к образованию снежных карнизов большой мощности, тем самым усиливая воздействие лавинных процессов как на население и хозяйство острова, так и на геосиситемы морских берегов.

·  Во многих береговых лавинных комплексах Южного Сахалина зона сноса снега ветром создана при антропогенной деятельности.

·  Площади зон сноса снега ветром на морских берегах о. Сахалин достигают 120 га и более.

·  Высокая интенсивность снегопереноса на берегах о. Сахалин в сочетании со значительной протяженностью морских террас обеспечивает широкое распространение снежных карнизов, протяженность которых может достигать 200 м, толщина - до 5 м, плотность - 350-550 т/м3.

·  Обрушение снежных карнизов причиняет значительный ущерб за счет повреждения и разрушения зданий, сооружений и транспортных средств. Большие величины ударного давления обрушившихся блоков карниза обеспечены, главным образом, высокой плотностью снега (350-550 т/м3).

·  Ударное давление, вызываемое крупными глыбами снега, рассчитанное на основе фактических данных о скорости движения обломка снежного карниза составляет от 0,017 до 0,041 МПа для лавиносбора относительной высотой 80 м со средним уклоном 38°.

·  Наличие в лавинном комплексе зоны сноса снега ветром приводит к существенному увеличению объемов и повторяемости лавин, а также повышает опасность обрушения снежных карнизов.

·  Наиболее экономически целесообразной мерой борьбы с образованием снежных карнизов на Южном Сахалине является высадка леса на поверхности морской террасы, что создаст препятствие для приноса снега к бровке склона.

ГЛАВА V. КЛАССИФИКАЦИЯ БЕРЕГОВЫХ ПРИРОДНЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ ЛАВИННЫХ КОМПЛЕКСОВ о. САХАЛИН

5.1. Классификация береговых природных и антропогенных лавинных комплексов о. Сахалин

Классификация береговых природных и антропогенных лавинных комплексов (на примере Южного Сахалина) выполнена на основе геоморфологических факторов, определяющих характеристики лавинного режима, объем лавин, динамические характеристики лавин (дальность выброса лавины и давление лавины на препятствие). Именно определение этих характеристик является приоритетным при решении прикладных задач по разработке мероприятий противолавинной защиты, поскольку дальность выброса лавины определяет нижнюю границу лавиноопасной зоны, а давление лавины на препятствие определяет уязвимость сооружения.

Классификация включает 5 таксономических уровней (рисунок 5.1):

Рис. 5.1. Таксономические уровни классификации береговых природных и антропогенных лавинных комплексов и признаки их выделения.

Береговые лавинные комплексы о. Сахалин в зависимости от типа берега можно разделить на два класса (рисунок 5.2): I - лавинные комплексы морских террас; II - лавинные комплексы гористых побережий.

Лавинные комплексы морских террас имеют широкое распространение на о. Сахалин (46% протяженности берегов острова) и наиболее характерны для берегов Центрального и Южного Сахалина.

Лавинные комплексы гористых побережий менее распространены (14%); к ним относятся, например, лавиносборы хр. Жданко, Тонино-Анивского хребта и др.

В настоящей работе комплексы гористых побережий не рассматриваются, так как они практически не имеют отличий от хорошо изученных лавинных комплексов горных районов.

Природные и антропогенные лавинные комплексы морских террас о. Сахалин имеют ряд характерных особенностей, позволяющих рассматривать их как специфический класс лавинных комплексов:

·  абсолютная высота склонов не превышает 200 м (что позволяет не учитывать вертикальный градиент осадков при расчете лавинообразующих сумм осадков);

· 

Рис. 5.2. Береговые лавинные комплексы о. Сахалин. 1 – класс морских террас; 2 – класс гористых побережий.

высокая степень перекристаллизации снежной толщи (коэффициенты перекристаллизации достигают значений 0,85-1,00), что связано с относительно небольшой высотой снежного покрова и повышенной влажностью воздуха;

·  активный метелевый перенос снега на морских берегах, который обеспечивает дополнительный принос снега в лавиносбор;

·  такой показатель наступления лавинной опасности, как критическая толщина снежного покрова в лавиносборе, обычно принимаемая равной 30 см, не пригоден, поскольку из-за ветрового перераспределения снега возможен сход лавин с бортов лотковых лавиносборов даже при отсутствии снежного покрова на большей части лавиносбора;

·  наличие в большинстве комплексов зоны сноса снега ветром, представленной поверхностью морской террасы (обеспечивает большую площадь снегосборного бассейна, что создает благоприятные условия для приноса большого объема снега в лавиносбор);

·  растительный покров обычно представлен травянистой растительностью (это обеспечивает благоприятные условия для перекристаллизации снежного покрова и формирует поверхность скольжения лавины с низкими значениями коэффициентов трения 0,15-0,17);

·  характерный продольный профиль лавиносбора с постоянным большим уклоном в зонах отрыва и транзита лавин и резким выполаживанием в зоне аккумуляции;

· отсутствие поворотов продольного профиля лавиносбора, что влияет на динамику лавины, форму тела лавины, размеры его головной части, дальность и направление выброса лавины.

В зависимости от типа экзогенных геологических процессов, формирующих лавиносборы, в классе морских террас выделено пять подклассов:

1)  участок морской террасы, где лавиносборы сформированы эрозионными процессами;

2)  участок морской террасы, где лавиносборы сформированы оползневыми процессами;

3)  участок морской террасы, где лавиносборы сформированы абразией;

4)  участок морской террасы, где лавиносборы сформированы антропогенной деятельностью;

5)  участок морской террасы, где лавиносборы сформированы без выраженного воздействия экзогенных геологических процессов.

Последний подкласс включает осовы, т. е. лавиносборы, не выраженные в рельефе, ровные склоны (Божинский, Лосев, 1987).

Внутри подкласса выделены типы лавинных комплексов, которые представляют собой ряд соседних лавиносборов, занимающих участок берегового уступа, ограниченный водотоками (рисунок 5.3), а не отдельный лавиносбор, поскольку:

·  лавиносборы имеют одинаковую экспозицию;

·  на многих лавиноопасных участках морских террас лавиносборы разных типов чередуются (например, узкие эрозионные врезы и осовы);

·  в некоторых типах террасовых лавинных комплексов при значительной высоте снежного покрова возможен сход лавины с линией отрыва, охватывающей несколько смежных лавиносборов;

·  зона сноса снега ветром обычно общая для комплекса лавиносборов.

границы типа береговых лавинных комплексов

Рис. 5.3. Тип берегового лавинного комплекса, представленный рядом соседних лавиносборов, занимающих участок морской террасы, ограниченный водотоками. Западное побережье Южного Сахалина, Невельский район.

Типы лавинных комплексов разделяются на подтипы в зависимости от морфологического строения отдельного лавиносбора (Божинский, Лосев, 1987):

1) лавиносборы, четко выраженные в рельефе с надежно выделяемыми зонами зарождения, транзита и отложения (воронки);

2) лавиносборы, выраженные в рельефе, но не имеющие хорошо определяемых зон зарождения и транзита (врезы и мульды);

3) лавиносборы, не выраженные в рельефе (осовы - ровные склоны).

Далее идет дифференциация лавинных комплексов на виды, выделенные с соответствии с морфометрическими характеристиками лавиносбора.

Классификация разработана на примере Южного Сахалина, вся территория которого относится к Южно-Сахалинской климатической области. Метеорологические факторы лавинообразования здесь относительно близки, поэтому не учитываются в приведенной в данной работе классификации.

Таким образом, классификация выглядит следующим образом (рисунок 5.4).

Рис. 5.4. Классификация природных и антропогенных лавинных комплексов морских террас.

Для каждого вида лавинных комплексов Южного Сахалина определены морфометрические параметры лавиносборов (ширина, площадь, средний уклон), средние и максимальные объемы лавин, их повторяемость и преобладающие генетические классы лавин, рассчитаны пиковое давление лавины на препятствие и максимальная дальность выброса лавины (таблица 5.1).

5.2. Характеристики лавин, формирующихся в береговых лавинных комплексах о. Сахалин

Для каждого вида природных и антропогенных лавинных комплексов нами были определены морфометрические параметры лавиносборов (ширина, площадь, средний уклон), а также средние и максимальные объемы лавин, их повторяемость и преобладающие генетические классы лавин.

На морских берегах о. Сахалин формируются лавины следующих генетических классов (Казаков, 2009):

·  лавины нового снега (свежевыпавшего и метелевого);

·  лавины смешанного снега (перекристаллизованного и свежевыпавшего, метелевого либо мокрого снега);

·  лавины весеннего снеготаяния (инсоляционные и адвекционные).

В большинстве видов лавинных комплексов преобладают лавины смешанного снега.

Морфометрические параметры определены по данным натурных наблюдений на морских берегах о. Сахалин, а также по топографическим картам побережий в масштабе от 1:25 000 до 1:5 000 для различных участков.

Средние и максимальные объемы лавин, их повторяемость и преобладающие генетические классы лавин определялены по фактическим данным о лавинах, сходивших в береговых лавинных комплексах острова, приведенных в литературе (Кадастр лавин, 1980, 1986, 1991; Каталог лавин, 1990), а также по материалам наблюдений, проведенных автором в гг., и проведенных коллективом лаборатории лавинных и селевых процессов Сахалинского филиала Дальневосточного геологического института ДВО РАН с 1970-х гг. по 2013 г.

Таблица 5.1.

Природные и антропогенные лавинные комплексы морских террас (на примере Южного Сахалина)

Таксономический уровень	Морфометрические параметры лавиносбора	Объем лавин, тыс. м³	Преобладающий генетический класс лавин*	Повторяемость лавин, раз в год	Пиковое давление лавины на препятствие, МПа	Максимальная дальность выброса лавин (по ), м
Класс	Подкласс	Тип	Подтип	Вид	Относительная высота, м	Уклон, град.	Ширина, м	Площадь, га	Сред.	Макс.
морские террасы	участок морской террасы, где лавиносборы сформированы эрозионными процессами	узкие эрозионные врезы	врез	низкие крутые	<50	30-45	15-30	0,1-0,2	0,05-0,10	0,50	Н	1-10	0,042-0,148	35-170
	средние крутые	50-100	30-45	15-30	0,1-0,4	0,05-0,30	2,00	Н	1-10	0,095-0,210	170-335
	высокие крутые	100-150	30-45	15-30	0,1-0,6	0,05-0,30	10,00	Н	1-10	0,134-0,258	335-500
	участок морской террасы, где лавиносборы сформированы оползневыми процессами	глубокие широкие оползневые ложбины (мульды)	мульда	низкие крутые	30-50	30-45	30-50	0,2-0,5	0,05-0,50	5,00	С	1-5	0,073-0,148	100-170
	средние крутые	50-100	30-45	30-100	0,5-1,0	0,05-1,00	15,00	С	1-5	0,095-0,210	170-335
	высокие крутые	100-150	30-45	50-130	0,7-1,5	0,05-1,50	20,00	С	1-5	0,134-0,258	335-500
	чередование воронок и небольших треугольных осовов в нижней части склона	воронка	высокие крутые	100-150	30-35	80-120	0,7-1,5	0,05-0,10	25,00	Н	1-5	0,134-0,197	335-500
	осов	низкие крутые	30-50	35-40	40-80	0,2-0,5	0,05-0,5	6,00	Н	1-5	0,053-0,079	100-170
	оползневые воронки	воронка	высокие крутые	150-200	30-45	-	2,0-5,0	0,10-1,00	30,00	С	1-5	0,164-0,297	500-700
	воронки в центральной части лавиноопасного склона и мульды по боковым частям	воронка	высокие крутые	100-150	30-45	30-70	0,8-1,5	0,05-1,00	15,00	С	1-5	0,134-0,285	335-500
	мульда	высокие крутые	100-150	30-45	20-40	0,5-1,0	0,05-0,50	10,00	С	1-5	0,134-0,285	335-500
	участок морской террасы, где лавиносборы сформированы абразией	скальные обрывы	-	-	50-100	50-80	-	-	0,05-0,10	0,30	-	<1	-	-
	участок морской террасы, где лавиносборы сформированы антропогенной деятельностью	скальные обрывы	-	-	20-100	50-80	-	-	0,05-0,10	0,20	-	<1	-	-
	крутые ровные осовы	осов	низкие крутые	20-50	30-45	50-200	0,5-3,0	0,05-0,30	8,00	С	1-5	0,036-0,089	70-170
	средние крутые	50-100	30-45	50-200	1,0-6,0	0,10-1,00	15,00	С	1-5	0,057-0,126	170-335
	участок морской террасы, где лавиносборы сформированы без выраженного воздействия экзогенных геологических процессов	отдельные прямоугольные осовы	осов	очень низкие пологие	<20	25-30	50-200	0,1-1,5	1,00	2,00	С	0,5-1	0,020-0,036	35-70
	очень низкие крутые	<20	30-45	80-300	0,2-1,2	0,10-0,50	3,00	С	1-5	0,025-0,056	35-70
	низкие пологие	20-50	25-30	50-200	0,3-2,5	0,50-1,00	10,00	С	0,5-1	0,029-0,057	70-170
	низкие крутые	20-50	30-45	80-300	0,5-3,0	0,10-0,80	8,00	С	1-5	0,036-0,089	70-170
	средние крутые	50-100	30-45	80-300	1,0-6,0	0,10-1,00	15,00	С	1-5	0,057-0,126	170-270
	отдельные треугольные осовы	осов	средние крутые	50-80	30-45	200	0,4-0,6	0,10-1,00	10,00	С	1-5	0,057-0,113	170-270

*Примечание. Буквами обозначен генетический класс лавин: Н - лавины нового снега (свежевыпавшего и метелевого); С - лавины смешанного снега (перекристаллизованного и свежевыпавшего, метелевого либо мокрого снега).