Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Основные закономерности формирования селевых конусов выноса (на примере северного склона Заилийского Алатау)

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Основные закономерности формирования селевых конусов выноса (на примере северного склона Заилийского Алатау)"

'о

оо

о^ На правах рукописи

О. Ш 551.311.8 (235.216.1)

ЯФЯЗОВА РОЗА КАШШВНА

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СЕЛЕВЫХ КОНУСОВ ВЫНСПА (НА ПРШЕРЕ СЕВЕРНОГО СКЛОНА ЗАИЛШСКОГО АЛАТАУ)

П.ОО.ОЭ - Метеорология, климатология, агрометеорология II.00.01 - Физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Алматы, 1998

Работа выполнена в Казахском научно-исследовательском институте мониторинга окружающей среда и климата Казгидромета Министерства экологии и природных ресурсов Республики Казахстан

Научный руководитель: кандидат технических наук

Б.С.Степанов

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор,

член-корреспондент МН-АН РК, академик МАН ВШ . А.С.Бейсенова кандидат географических наук С.В.Мизина

Ведущая организация: Казахский Государственный Национальный

Университе т им. аль-Фараби, кафедра геоморфологии

Защита диссертации состоится 20 иарта 1993 г. в 10.00 часов на заседании Регионального диссертационного совета КР 18.09.01 в Казахском научно-исследовательском институте мониторинга окружающей среда и климата.

Адрес: 480072, г.Алматы, пр.Сейфуллина, 597.

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке Казахского научно-исследовательского института мониторинга окружающей среда и климата.

Автореферат разослан февраля 1998 г.

Ученый секретарь Регионального диссертационного совета, кандидат географических наук, ОТО

Е.Ф.Власешш

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Рациональное использование природных ресурсов предполагает обеспечение максимальной зшииты населения и объектов хозяйственной деятельности от разрушительного воздействия катастрофических природных явлений при минимально возможном вмешательстве человека в ход природных процессов. К числу катастрофических явлений, угрожающих нормальному функционированию объектов хозяйственного и социального назначения в горных и предгорных районах Казахстана, относятся мощные сели.

Благоприятные климат и рельеф предгорья, наличие воды способствовали освоению конусов выноса горных рек, однако это освоение до сих пор носит бессистемный характер. Проекты по защите начинаю? разрабатываться и осуществляться после больших капиталовложений в развитие инфраструктуры территорий. При этом значительно сужается и обедняется круг мероприятий, обеспечивающих, при относительно малых затратах, надежную защиту от разрушительного воздействия селей. В значительной мере сказанное объясняется отсутствием достоверных данных о степени риска освоения территорий, так как мощные селевые явления характеризуются редкой повторяемостью.

Существующие в настоящее время рекомендации по расчету характеристик селей, используемые при проектировании селезащитных сооружений, позволяют оценить масштабы селей гляцияльного генезиса, а также селей дождевого генезиса различной обеспеченности. К сожалению, в нормативных документах отсутствуют рекомендации то оценке частоты прохождения мощных селей, что не позволяет оптимизировать мероприятия по селезащите. Это объясняется тем, что до последнего времени сведения о прошедших селях получались путем опроса старожилов, методами дендрохронологии и лихенометрии. Упомянутые методы дают оценку селевой деятельности лишь за последние 100-150 лет, так как возможности лихенометрии существенно ограничены из-за того, что отложения селей на конусах выноса уничтожены в ходе хозяйственного освоения. Существующие методы не позволяют оценить вклад селей гляциального и довдевого генезисов в общий баланс селевых выносов, а также влияние климата на интенсивность селевых процессов, что, в свою очередь, затрудняет оптимизацию мероприятий, направленных на снижение ущерба, наносимого селями.

Цель и задачи исследований. Основной целью проведенных исследований являлось: выявление закономерностей формирования селевых конусов выноса северного склона Зашигйского Алатау, расположенных на предгорной равнине. Достижение этой цели осуществлялось путем решения следующих задач:

- оценка роли климата в активности селевых явлений гляциалъного и дождевого генезисов;

- разработка методики оценки объемов селевых выносов в зависимости от характеристик селевых бассейнов (площади бассейна и оледенения, слоя годового стока, геологического фактора и т.д.).

Методика исследований. В основу метода исследований положено изучение особенностей физических процессов, обусловливающих формирование конусов выноса аллювиального и пролювиалъного генезисов, сопоставление полученных данных с натурными данными (площадей водосборов и оледенения, слоя годового стока, уклонов очагов селеобразования и конусов выноса, форм .и объемов последних). Роль климата в селовой активности северного склона Заилийского Алатау оценивалась на основе изучения размеров ледников и положения климатической снеговой линии, геолого-геоморфэлогического строения очагов селеобразования и особенностей выпадения осадков в высокогорной зоне, фактических ' данных о прохождении селей дождевого и гляциального генезисов за последнее столетие.

Предмет защиты. Но защиту выносятся результаты изучения закономерностей формирования конусов выноса северного склона Заилийского Алатау и роли климата в селевой активности, сценарии изменения селевой активности в ходе прогнозируемого глобального изменения климата, методика расчета объемов отложений, выносимых но конусы выноса за заданный временной интервал.

Научная новизна исследований состоит в том, что впервые:

выявлены основные закономерности формирования конусоз шпоса пролювиалыюго (селевого) генезиса заключающиеся в том, что объемы конусов выноса, при условии равенства времени накопления наносив, находятся в прямой зависимости от площадей водосборов бассейнов и оледенения, слоев годового стока, средних уклонов верхних частей годных дслин, а также характеристик горных пород, определяющих пластические свойства селевых смесей, что находит сеоэ отражение в обратной зависимости объемов конусов выноса от их уклонов;

установлено, что интенсивность выноса наносов в решающей мере определяется климатом: селевая деятельность практичесш прекращается в периода оледенений; с потеплением климата, при отступании .ледников, активизируются сели гляциального генезиса, мощные сели доэдевого генезиса формируются, когда осадки в жидком виде выпадают в верхнем ярусе накопления наносов, та характеристики достигают максимума при йолном исчезновении оледенепия;

показано, что активность селей определяется не только температурой и осадками, но и изменением площадей водосборов гмдких осадков, средних значений уклонов, а также характеристик стокообразующих поверхностей, обусловленных изменением климата;'

выявлено, что климат XX столетия наиболее благоприятен для формирования мощных селей как дождевого, так и гляциального генезисов, так как средняя интенсивность выноса наносов за последнее столетие в 30-40 раз выше, чем таковая за четвертичный период;

показано, что время, благоприятное для селевой деятельности в четвертичном периоде, составляет менее 5 % от его продолжительности;

определена особенности механизма формирования конусов выноса пролювиального (селевого) генезиса, заключающиеся, в частности, в том, что возможность движения селевой массы на конусах выноса определяется не только ого уклоном, но и глубиной движущейся массы и пластическими свойствами последней;

найдены дешифрирующие признаки аллювиальных и пролювиальных конусов выноса, заключающиеся в том, что на топографической карте горизонтали на аллювиальных конусах выноса имеют вид, близкий по форме к датам окружностей, с центром_в вершине конуса выноса; в отличие от аллювиальных конусов выноса, периферийные горизонтали пролювиальных конусов выноса, если та аппроксимировать окружностями, имеют радиусы большие, чем расстояние от Еершины конуса выноса до соответствующей горизонтали з осевом направлении, а при определенных ситуациях кривизна горизонталей принимает противоположное направление.

Исходные материалы исследований. В качестве исходных данных использовались материалы лабораторных и полевых наблюдений, данные аэрофото- и картографических материалов, отчеты геологических партий, материалы изучения геологического строения карьеров нерудных материалов, а также материалы периодических и

научных изданий.

Практическая значимость заключается в оценке роли климата в сел&формировании, что позволило определить вклад селей дождевого и гляциального генезисов в суммарный вынос наносов в каздом из основных селевых бассейнов северного склона Заилийского Алатау, обосновать сценарий изменения селевой •деятельности на период глобального потепления климата; разработанные методы дешифрирования позволяю? выявить генезис конусов выноса (аллювиальные, пролювиальные) и, тем самым, значительно снизить затраты на противоселевые мероприятия в ситуациях, когда основной объем конуса выноса составляют аллювиальные отложения; предложены метода оценки объемов выноса наносов за заданный промежуток времени, что в условиях отсутствия методов расчета обеспеченности характеристик селей позволяет оптимизировать мероприятия, направленные на снижение ущерба, наносимого селями.

Результаты исследований использованы при составлении карты масштаба 1:1000000 "Селевая опасность территории Республики Казахстан" (Алматы, 1996 г.; тираж 400 экз.).

Апробация работы. Основные положения работы доложены на заседаниях Ученого Совета КазНИГМИ (Алматы, 1993, 1994 гг.), КазНИИМОСК (Алматы, 1996 г.); заседании лабораторий ландшафтоведения и геоморфологии, и геоэкологических проблем горных территорий Института географии МН-АН РК (Алматы, 1997 г.); семинаре по подготовке национального плана действий по рамочной конвенции ООН об изменении климата (Алматы, 1997 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 статей. Список статей приведен ниже.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения. В работе 5 таблиц, 36 рисунков, список литературных источников включает 100 наименований, в том числе 13 иностранных. Общий объем работы составляет 160 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформулированы цель и задачи, предмет защиты, научное и прикладное значение работы._ Кратко описано содержание каждой главы представленной работы.

В первой главе кратко рассмотрены основные селеформирующие факторы. Физико-географические условия, влияющие на процесс селеформирования, разделены на три основные группы факторов: климатические, гидрологические и подстилающей поверхности (рельеф, геология, почвы и растительность). Действие этих факторов на процесс селеформирования неравноценно.

Основными элементами климатического фактора, влияющими непосредственно на формирование селевых процессов, являются атмосферные осадки и температура воздуха. Однако глобальное изменение температуры воздуха может существенно изменить и другие селеформирующие факторы (площади водосборов жидких осадков, их средние значения уклонов, а также характеристики стокообразующих поверхностей), которые определяют характер и масштаб селепроявлений.

Гидрологический фактор лимитирует повторяемость и масштабы селей.

Геолого-генетические комплексы и гранулометрический состав пород имеют важное значение в формировании твердой составляющей селевого потока, во многом предопределяют его энергетический потенциал и структурно-реологические особенности.

Горный рельеф является одним из основных предопределяющих факторов формирования селей. Рельеф Заилийского Алатау имеет ряд зональных особенностей, позволяющих разбить его по вертикали на отдельные пояса. Эти морфологические пояса различаются не только по характеру рельефа, но и по особенностям проявления всего комплекса экзогенных процессов, включая и селевые.

Процесс селеобразования в значительной степени зависит и от состояния почвэнно-растительного покрова, который определяет возможность возншшовения селеопасного поверхностного стока, способного вовлекать в движение рыхлообломочный материал.

Во второй главе описаны морфометрические особенности горных долин и конусов выноса. Известно, что на суше существует три яруса накопления наносов. Два из них - высокогорье и предгорная равнина являются составными частями селевых бассейнов. Верхний ярус накопления наносов включает в себя морены, продукты отложения обвалов, оползней, осыпи, конусы выноса у нижних концов рытвин и т.д. В пределах этого яруса расположены основные очаги селеформирования. Средним ярусом накопления наносов являются конусы выноса, расположенные на предгорной равнине; вершины конусов выноса примыкают к долинам горных рек на выходе

их из гор. Этот ярус классифицируют как зону разгрузки селей. Часть селевого бассейна - горную долину, расположенную между описанными ярусами накопления наносов, называют транзитной зоной или зоной движения селей. Однако лишь в очень редких случаях описываемая зона в полной мере выполняет транзитные функции; как правило, в зависимости от масштабов селевых процессов, здесь происходит либо отложение малых селей, либо мощные сели обогащаются отложениями малых селей, а также рыхлым материалом, поступанцим в долины с примыкающих склонов в межселевой период. Это могут быть осыпи, оползневые массы, конусы выноса у нижних концов рытвин и т.д.

Основными поставщиками рыхлого материала на верхний ярус накопления наносов являются ледники. Наиболее мощные морены, сохранившиеся до настоящего времени, образовались в среднем и верхнем антропогене. Эти морены расположены в диапазоне высот 1700-3500 м над уровнем моря, верхняя их часть перекрывается современными моренами, нижняя, как правило, соответствует границе перехода троговых долин в V-образные долины.

Промежуточные (транзитные) зоны селевых бассейнов приурочены к высотной зоне 1100-2200 м, угол наклона долин в этих зонах составляет 2-8°. Как правило, при подходе селей к промежуточным зонам селевые смеси имеют характеристики (плотность, вязкость, предельное напряжение сдвига), позволяющие, при больших значениях расхода и объема селей, перемещаться им до конусов выноса, расположенных в предгорной зоне, баз остановки и распада.

Анализ формы продольных профилей промежуточных зон свидетельствует о незначительном изменении их уклона на начальных и конечных участках, что свидетельствует об отсутствии систематического (долговременного) накопления наносов в промежуточных зонах, на это же указывает и близость коренных пород (на отдельных участках даже их выход на дневную поверхность).

Наименьшие уклоны имеют промежуточные зоны бассейнов рек Узынкаргалы и Турген, среднее значение уклона около 2,5°; максимум уклона наблюдается в бассейне р.Аксай- около 6°. Нетипичная форма продольного профиля для обсуждаемых зон у р.Есик - следствие образования завальной плотины и заполнения естественного селехранилища наносами.

Мощность отложений наносов в промежуточных зонах

относительно невелика а не превышает, как правило, первых десятков мэтров. Учитывая, что перепад высот в промежуточных зонах составляет II00-I200 н, шшю утверждать: отложения наносов практически не влияют на форму продольных профилей промежуточных зон северного склона Заилийского Алатау. Длина промежуточных зон определяется особенностями орографии селевых бассейнов и для исследуемого района изменяется от 10 до 31 /ал.

Морфометрические характеристики конусов выноса зависят от характера и масштаба- салепроявлений, которые определяются площадью и орографией бассейна, подстилающими поверхностями, осадками, площадью оледенения, мшера логическим к гранулометрическим составами селеформирувдих грунтов.

Дешифрирующими признакам]? конусов выноса являются веерообразный рисунок горизонталей; подошвы конусов выноса определяются по значительному уменьшению значений уклонов, которые принимают значения уклонов примыкающей к ним предгорной равнины; к подошве конусов выноса приурочены зона выклинивания грунтовых вод, сазы, солончаки.

Конусы выноса селевых бассейнов северного склона Заилийского Алатау приурочены к высотной зона 7C0-II00 м, углы наклона составляют 1-3°. Наименьшими наклонами обладают конусы выноса рек Каракастек, Узынкаргалы и Турген. Длины образующих конусов выноса изменяются от 5 до 18 юл. Продольные профили конусов выноса в верхней части относительно крутые, а на периферии - пологи. Значения площадей конусов выноса изменяются в интервале 12-180 км2. В этой главе описана методика определения объемов конусов выноса.

Третья глава посвящена описанию механизмов формирования конусов выноса горных рек. Известно, что формирование аллювиальных конусов выноса обусловлено транспортирующей способностью горных рок. Отсутствие строгой теории образования аллювиальных конусов выноса не позволяет сформулировать критерии подобия, необходимые для моделирования этого процесса с целью получения его количественных характеристик. Однако наблюдение за формированием аллювиальных конусов выноса показало, что физические явления, определяющие конусообразование, не имеют каких-либо принципиальных различий в широком диапазоне изменения количественных. характеристик. определяющих факторов. Это позволяет утверздать, что механизмы процесса формирования конусов выноса, потоками с относительно малыми расходами воды,

могут быть перенесены на объекты, характеризующиеся большими по величине расходами воды и размерами наносов.

Изучение механизма формирования аллювиальных конусов выноса (расходы вода изменялись в пределах от 2-Ю"6 м3/с до б м3/с, а максимальные размеры влекомых частиц от 2-1.0"3 м до 0,3 м) показало, что обсуждаемые конусы образуются в результате миграции русла (русел) по поверхности конуса выноса, вызываемой отложением влекомых наносов в руслах. Это приводит к тому, что высотные отметки конуса выноса на равных удалениях от его вершины оказываются близкими по величине, а горизонтали на конусе выноса близкими по форме дугам окружностей. Таким образом, если форма горизонталей на топографических картах близка к дугам окружностей, то можно утверждать, что конус выноса имеет аллювиальный генезис.

Механизм формирования конуса выносе наносоводных селей (с плотностью до 1800 кг/м3) практически не отличается от механизма формирования конусов выноса речного потока. В отличие от аллювиальных конусов выноса, образуемых влекомыми наносами, пролювиальные (селевые) конусы выноса формируются в результате отложения смесей, обладающих выраженными пластическими свойствами.

При движении потоков в направлениях, отличных от осевого, при встрече с преградой, в роли которой могут выступать другие конусы выноса, возвышения рельефа и т.д., потек останавливается лишь на время, необходимое для увеличения глубины потока, а затем продолжает движение вдоль преграды к периферии конуса выноса. Вероятность отложений в боковых периферийных частях конусов выноса увеличивается.

Периферийные горизонтали, если их аппроксимировать окружностями, имеют радиусы большие, чем расстояние от вершины конуса выноса до соответствующей' горизонтали в осевом направлении.

Описанная особенность формы рельефа конусов выноса, образующихся в результате отложения селевых смесей, обладающих выраженными пластическими свойствами, может служить дешифрирующим признаком селевых конусов выноса на топографических картах. При атом следует иметь ввиду, что если за последние десятки тысяч лет. селевые явления не имели место, то селевыо конусы выноса могут быть перекрыты аллювиальными отложениями; изогшеы конусов выноса аллювиальных отложений

имеют, как показано выше, форму, близкую к дугам 01фукностей и в периферийной зоне. Неучет указанного обстоятельства может привести к серьезным ошибкам при определении генезиса конуса выноса.

Механизм формирования конуса выноса в естественных и искусственных котловинах, заполненных водой, в значительной мере определяется взаимодействием грязвкаменшх потоков с водной средой. При движении грязекаменшх селей в водной толщб происходит перемешивание селевой смеси с окружающей водой, в результате содержание пылевато-глинистых частиц в селевых смесях по мере продвижения селей уменьшается, пластические свойства вырождаются, возникают условия для проявления кулоновского трения. В результате селевая смесь, перемещавшаяся до входа в озеро на уклоне, близком к 1°, войдя в озеро останавливается на уклонах 3-7°. Наличие над селем воды, поверхность которой практически горизонтальна, приводит к уменьшению сдвигающей силы (последняя становиться пропорциональной не плотности смеси, а разности плотности смеси и воды), практически в два раза.

Одним из важнейших вопросов, возникающих при изучении конусов выноса, является вопрос о количественном соотношении объемов рыхлого материала, выносимых реками и селевыми потоками. Наличие карьеров на конусе выноса р.Аксай позволило изучить внутреннее строение конуса выноса в его средней части. Выяснилось, что основной объем конуса выноса - селевые отложения. Речные отложения начинают прослеживаться лишь в нижней трети конуса выноса, где конус выноса представлен слоями пролювиальных и аллювиальных отложений. Характерная мощность селевых отложений - 1,3 м, речных - 0,2 м. Сопоставление объемов пролювиальных и аллювиальных отложений на конусе выноса р.Аксай позволяет утверждать, что последний состоит в основном из пролювиальных отложений. Имеющиеся данные о строении конусов выноса рек Б.Алматинки и Талгар хорошо согласуются с данными наблюдений на конусе р.Аксай, что позволяет сделать вывод о пролювиальном генезисе конусов выноса рек северного склона Заилийского Алатау.

В этой главе приведена математическая модель, описывающая зависимость объема конуса выноса, расположенного на предгорной равнине, от основных седеформирующих факторов. В основу модели положена концепция, согласно которой конус выноса формировался в результате отложения селей гляциального и дождевого генезисов.

Объем селей доздевого генезиса ставился в зависимость от слоя годового стока и площади бассейна, за исключением той площади, которая покрыта льдом.

Известно, что сели гляциального генезиса формируются при прорыве моренных озер и внутриморенных емкостей, образующихся на ледниках с площадью более 0,5 км2, поэтому объем селей

гляциального генезиса ставился в зависимость от площади

р

оледенения бассейна за исключением ледников с площадью 0,5 км и менее.

В модели учитывается уклон русла в высотном интервале 2200-3500 м (область селеформирования). Геологический фактор учитывается уклоном конусов выноса.

Математическая модель, описывающая зависимость объема конуса выноса от основных селеформирукяцих факторов, имеет вид:

"к

tgB _с г ^

1=1

п ш 0 7 1 1=1 ¿=1 1

Л

где - уклон русла в высотном интервале 2200-3500 м

(область селеформирования); ЪеР-ср= 0,147 - среднее значение уклон конуса выноса; 1£Рср= 0,031 - среднее значеш» Сг_ слой годового стока (мм); р£ - площадь бассейна (км2);

п

^ Р^ - сумма площадей всех ледников бассейна; 1=1

т

£ - сумма площадей ледников бассейна с площадью 0,5 к?.!2 и 3=1 менее.

Несоответствие рассчитанных и фактических значений объемов конусов выноса рек Ахсай, Каскелен и Шамалган объясняется их возрастом. Возраст конусов выноса рек восточной и центральной части составляет 1-1,2 млн лат, а возраст кбйусов выноса западной части - 400-500 тыс.лет. Поэтому объемы вторичных конусов выноса рок Аксай, Каскелен и Шамалган примерно в 2,5 раза мепьшз, чем можно было ожидать, исходя из

физико-географических условий этих бассейнов. Поскольку возраст конусов виносв различен, то для приведения их объемов к генеральной совокупности фактические объемы конусов выноса рек Аксай, Каскэлен и Шэмвлган увеличены в 2,5 раза. Коэффициент корреляции г = 0,94 ± 0,03, абсолютное значение средней относительной ошибки |е| = 18 %. Выражение (I) получено в предположении о том, что возраст всех конусов выноса одинаков -равен продолжительности четвертичного периода.

Объем выноса рыхлого материала на конус выноса за определенный промежуток времени (Ю определяется из соотношения:

А\Ч

= V?

ь/т.

(2)

где Т - продолжительность четвертичного периода, млн лет.

Из выражения (2) следует, что объем выноса рыхлого материала на конус выноса р.М.Алматинкн за 100 лет равен 0,25 млн м3. В действительности, объем выноса (с учетом отложений селя 1973 г., задерганных плотиной Медеу) составляет около 8-10 млн м3.

Следовательно, интенсивность переноса рыхлого материала с верхнего яруса на средний ярус за последние 100 лет в 30-40 раз превышает среднее значение за период 10 ООО и более лет, что позволяет сделать вывод о важности роли климата в процессах селеформирования.

В четвертой главе рассмотрено влияние изменения климата на селевую активность в четвертичном периоде. Известно, что 90 % времени климат в плейстоцене был холоднев современного. В конце позднего плейстоцена началось потепление, которое продолжается в течение всего голоцена. На фоне общего потепления климата имели место крупные колебания климата. Несмотря на то, что в голоцене преобладала тенденция к потеплению, лишь 50 % времени голоцена приходится на теплый климат. Следовательно, из 10 % времени плейстоцена, климат которого близок к современному, лишь половина этого времени бала теплой и влажной, что ^обусловливает селевую активность.

Известно, что крупные ледники не сразу реагируют на изменения климата, реакция запаздывания может составлять от нескольких лет до нескольких десятилетий. Периода повышенной

селевой активности (сели гляциального генезиса) синхронны с временем формирования конечных морен.

Дождевые сели, соизмеримые с селями гляциального генезиса, формируются на северном склоне Заилийского Алатау тогда, когда языки ледников отступают до высоты 3000-3500 м. Объясняется это тем, что выпадение дождей в высотной зоне 3000 м и более создает благоприятные условия для образования седеформирующих паводков. Учитывая это, можно утверждать, что селевой оптимум составляет менее 5 % времени четвертичного периода. Текущее столетие характеризуется повышенной селевой активностью. По мнению ряда исследователей, при сохранении существующих темпов загрязнения атмосферы, глобальная приземная температура воздуха в ближайшие десятилетия (30-50 лет) увеличится в среднем на 3 °С. В такой ситуации можно ожидать существенного увеличения селевой активности на северном склоне Заилийского Алатау. Уменьшение площади оледенения приведет к прекращении селей гляциального генезиса в ряде бассейнов; однако увеличится вероятность возникновения, быстрого роста и прорыва озер моренно-ледниковых комплексов в бассейнах, характеризующихся относительно мощным оледенением.

Увеличение температуры воздуха, вследствие изменения климата, на 4-5 °С поднимет верхнюю границу зоны выпадения осадков в жидком виде и практически все очаги селеформирования окажутся в этой зоне. Вероятность формирования селей дождевого генезиса резко возрастет. Если изменение климата будет не столь существенным, увеличение температуры воздуха на"1-1,5 °С, скорее всего, не приведет к заметному изменению селевой активности северного склона Заилийского Алатау.

Для определения средних значений гидрометеорологических характеристик и возможных их колебаний используются статистические методы, однако в полной мере они не могут быть использованы для определения обеспеченности расходных и объемных характеристик селей. Описанный подход правомерен для определения вероятностных характеристик селей дождевого генезиса, ибо, как отмечалось выше, они мало зависят от изменения климата, наблюдавшегося в последние столетия, и неприемлем для определения характеристик селей гляциального генезиса, на которые климат оказывает решающее влияние.

Образование и развитие озер и емкостей моренно-ледниковых комплексов определяются закономерностями процессов оледенения,

зависящих, в свою очередь, от изменения климата, поэтому вероятность селей гляциального генезиса практически равна нулю в период наступания ледников и максимальна на той стадии деградации последних, когда таяние ледников еще велико, а их площадь достаточна для образования водоемов, прорыв которых приводит к формированию селей, обладающих катастрофическими характеристиками. Данные об основных закономерностях возникновения и развития озер моренно-ледниковых комплексов позволяют, пусть в первом приближении, определить вероятность их катастрофического опорожнения.

Если дата зарождения озера неизвестна, то вероятность того, что объем озера (в каком-либо произвольно взятом году) равен одному из 50 возможных значений составляет 2 %, а вероятность того, что значение объема У превысит значение У^ совокупности всех его возможных значений определяется по формуле:

Р = 2 (50 - -Ь), (3)

где t - возраст озера, которому соответствует значение объема У^. и = 1,2.....49).

Если озеро существует и известен его возраст, период времени (Т), по истечении которого объем озера примет максимальное значение, становится величиной детерминированной

Т = 50 - 1;. (4)

Активность мощных селевых явлений в решающей мере определяется климатом. Вторая половина XX века характеризуется резкой активизацией гляциальных селей, наступившей после окончания в середине прошлого столетия так называемого Малого ледникового периода. Прогнозируемое увеличение глобальной температуры приведет в ближайшие десятилетия к практическому исчезновению небольших ледников в ряде горных бассейнов Казахстана и сведению к нулю там селевой опасности гляциального генезиса, а усиление деградации мощных ледников приведет к активизации селевых процессов. Весьма вероятно^ и усиление активности селевых явлений довдевого генезиса, связанное с подъемом высоты климатической, снеговой линии и увеличением вороятности выпадения интенсивных осадков в жидксм виде в высокогорной зоне, где расположены основные очаги формирования

дождевик селэй, поэтому стратегия защити населения, объектов хозяйственной и иной деятельности долгзш строиться с учетом возможных, изменений частоты повторения и мощности селевых явлений.

В пятой главе приведены рекомендации по оцешсе солевой опасности, базирующиеся на основе данных, полученных при изучении конусов выноса.

В Казахстане проводится больссй комплекс работ, направленных на уменьшение ущерба, наносимого солевыми явлениями. Особое внимание уделяется противоселэвым мероприятия:.: в бассейнах рек северного склона Зашшйского Алатау, на конусах выноса которого располокены крупные населенные пункты: Алматы, Каскэлен, Талгар, Есих и др., сосредоточены основные объекты сельскохозяйственного профиля.

Мощные дождевые сели, формирующиеся в высокогорной зоне, крайне редкое явление, поэтому сведения о них, а тем более о факторах, вызвавших селевые явления, единичны и не позволяют получить каких-либо надеаиых статистических оценок их параметров и повторяемости. При определении характеристик паводков, вызванных прорывом емкостей моренно-ледниковых комплексов, недопустимо использование статистических методов, применяемых для решения гидрологических задач, так как в ходе вычисления гидрологических характеристик принимается гипотеза о том, что • ряды гидрологических величин рассматриваются как совокупности случайных величин без учета их временной последовательности. В то время как прорыв емкостей моренно-ледниковых комплексов -процесс неслучайный и возможен лишь на определенной стадии отступания ледников.

Образование и развитие упомянутых емкостей определяются закономерностями процесса оледенения, зависящего, в свою очередь, от изменения климата. Поэтому вероятность формирования селей гляциалыюго генезиса практически равна нулю в период наступания ледников и максимальна на той стадии их деградации, когда таяние ледников еще велико, а их площади достаточны для образования' емкостей, прорыв которых приводит к формировашю катастрофических селей.

Рекомендации по проектированию противоселевых защитных сооружений позволяют рассчитать максимально возможные характеристики дождевого и гляциалыюго генезисов, однако оценка объема наносов, выносимых селями на конусы выноса за

определенный период времени до настоящего времени но производилась. Наиболее полная информация об этих важнейших для практики селезащиты характеристиках хранится в конусах выноса. Изучение формы конусов выноса позволяет определить их генезис, что в благоприятной ситуации (отложения аллювиальные) многократно снижает затраты на возведение инженерных сооружений, обеспечивающих защиту населения и объектов хозяйственного и иного назначения от воздействия паводковых вод и наносоЕодных селей, по сравнению с затратили, необходимыми да»; защиты от грязекамбнных селей.

Изучение реологических свойств селевых смесей, получаемых путем смешения отложений на конусах выноса с водой, увеличивает достоверность расчета уравнительной поверхности отложений, задерживаемых глухими плотинами, что позволяет оптимизировать характеристики последних. По большинству селевых бассейнов северного склона Заилийского Алатау данные о повторяемости селей, выходящих за пределы горных долин, отсутствуют. В такой ситуации для определения объемов селевых выносов за определенный промежуток времени целесообразно использовать соотношение:

V? в

— *,«, (5) где и - рассчитываемый объем выноса (км3); т? - объем конуса

В Х»В о

выноса бассейна, для которого рассчитывается объем выноса (км-3); .т - объем конуса выноса бассейна, который принят в

К «В 13 ) л

качестве эталона (юг); - объем выноса за расчетный период

на эталонный конус выноса (км3).

Для Заилийского Алатау в качестве эталонного объекта целесообразно использовать бассейн р.М.Алматинки, как бассейн, наиболее изученный в плане селевой деятельности. Если бассейн р.М.Алматинки принять за эталонный объект при оценке селевой деятельности в створах, соответствующих вершинам конусов выноса, то возможные объемы выноса из бассейнов рек северного склона Заилийского Алатау за 100 лет приведены в табл.1 (объем выноса из бассейна р.М.Алматинки за последнее столетие "принят равным 10 млн м3).

Таблица I

Расчетные значения объемов выноса за 100 лет

Название реки

выноса

ТЫС.М"3

Объем

Расчетная емкость возведенных и строящихся селехраншшщ, тыс.м

Узынкаргалы Каскелен

19300 11300 29700 10000 41200 70500

14600 2208 8200 12600 3700 12800

Б.Алматинка М.Алматинка Талгар

Есик

Из данных табл.1 можно сделать вывод о значительном несоответствии объемов выноса потенциально возможных селей объемам соответствующих селехраншшщ в бассейнах рек Каскелен, Б.Алматинка, Талгар и Есик.

Анализ уравнения (I), результаты которого приведены в табл.2, позволяет дать некоторые рекомендации по увеличению эффективности защитных мероприятий, направленных на снижение ущерба, наносимого селями.

Объемы отложений селей различного генезиса на конусах выноса

Таблица 2

Объем отложений, км-

,3

Название реки

суммарный дождевого гляциального генезиса генезиса

Каракастек

Узынкаргалы

Шамалган

Каскелен

Аксай

Б.Алматинка

М.Алматинка

Талгар

Есик

Турген

1,09 5,28 1,06 3,1 2,72 7,04 2,66 12,9 13,9 8,12

1,09 3,39 0,82 2,07 1,25 3,55 1,34 5,52 6,15 4,60

1,88 0,25 1,03 1,47 3,49 Г,32 7,40 7,79 3,51

Из данных табл.2 следует, что более 50 % наносов на конусах выноса бассейнов рек Талгар и Есшс - отложения селей гляциально-го генезиса. Следовательно, проведение профилактических работ на глорегаю-ледниковых комплексах этих бассейнов, прежде всего искусственное опорожнение поверхностных и внутриледгопгавых водоемов, способно значительно снизить селевую активность.

В заключении приведены основные результаты работы.

Оценка объема выноса наносов за четвертичный период в целом, в среднем и верхнем антропогене, голоцене и &<.. последнее столетие позволила сделать вывод об определяющей роли климата з активности селевых явлений гляциалыюго и дождевого генезисов. Установлено, что селевой оптимум составляет менее 5 % вромени четвертичного периода. Текущее столетие характеризуется повышенной селевой активностью. По мнению ряда ученых, глобальная приземная температура воздуха в ближайшие десятилетия повысится. В такой ситуации можно ожидать существенного увеличения селевой активности на северном склоне Заилийского Алатау. Уменьшение площади оледенения приведет к прекращению селей гляциального генезиса в бассейнах рек Узынкаргалы, Ламалган, Каргалинка, Проходная и некоторых других бассейнах; эднако увеличится вероятность возникновения, быстрого роста и трорыва озер моронно-ледниковых комплексов в бассейнах, характеризующихся относительно мощным оледенением.

Значительно увеличится вероятность формирования селей и дождевого генезиса. Увеличение температуры воздуха, вследствие вменения климата, на 4-5 °С поднимет верхнюю границу зоны зыпадения осадков в жидком виде и практически все очаги зелеформирования окажутся в этой зоне. Вероятность формирования зелей дождевого генезиса резко возрастет. Если изменение климата 5удет не столь существенным, увеличение температуры воздуха на [-1,5 °С, скорее всего, не приведет к заметному изменению зелевой активности северного склона Заилийского Алатау.

Комплексный анализ селеформирующих факторов позволил разработать методику оценки объемов селевых выносов в ¡ависимости от характеристик селевых бассейнов (площади (ассейна и оледенения, слоя годового стока, геологического зактора и т.д.). Эта методика позволяет определить объем выноса ¡з бассейнов, по которым не имеется сведений о прохождении селей ¡а последнее столетие, дать некоторые рекомендации по увеличению »ффективности защитных мероприятий, направленных на снижение

ущерба, наносимого селями, оценить степень обоснованности проектных решений (воплощенных в реалышо сооружения) защиты населенных пунктов и объектов хозяйственного значения, расположенных на конусах выноса северного склона Заилийского Алатау.

В результате изучения механизмов формирования конусов выноса найдены дешифрирующие признаки, позволяющие определить генезис конусов выноса (аллювиальный, пролювиальный)„

Выявление генезиса отложений (аллювиальные, пролювиальныэ) позволяет в благоприятной ситуации (отложения аллювиальные) многократно снизить затраты на возведение инженерных сооружений, обеспечивающих защиту населения и объектов хозяйственного и иного назначения от воздействия паводковых вод и наносоводных селей по сравнению с затратами, необходимыми для защиты от грязекаменных селей. Выполненные исследования позволяют на качественно болое высоком уровне осуществить оценку селевой опасности на территории Казахстана.

Изучение закономерностей образования конусов выноса, в существенно отличных условиях, позволит создать теорию их формирования для всей территории Казахстана, и на ее основе разработать новые методы оценки селевой опасности.

Но теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Степанов Б.С., Яфязова Р.К. О роли пластических свойств селевых смесей в переносе наносов // Гидрометеорология и экология. - 1995. - J§ 2. - С. 57-65.

2. Степанов B.C., Яфязова Р.К. Особенности формирования конусов выноса северного склона Заилийского Алатау // Гидрометеорология и экология. - 1995. - I 3. - С. 18-28.

3. Степанов Б.С., Яфязова Р.К. О роли климата в селевой активности северного склона Заилийского Алатау // Гидрометеорология и экология. - 1995. - Jf 4. С. 46-59.

4. Степанов B.C., Яфязова Р.К. К определению обеспеченности характеристик селей // Гидрометеорология и экология. -1996. - Л I. - С. 32-43.

5. Яфязова Р.К. О генезисе конусов выноса рек хр.Заилийский Алатау / Каз.н-и.гидромет.ин-т (КвзШГМИ). - Алмэты, 1995. - 5 с.: I ил. - Деп. в КазгосИНТИ 30.03.95, » 5983 -КаЭ5.

6. Яфязова Р.К. О конусах' выноса горных рек Заилийского Алатау / Каз.н-и.гидромет.ин-т (КазНМГММ). - Алматы,

1995. - а е.: 4 ил. - Доп. в КазгосИНТИ 30.03.95, .'5 5982-Ка95.

7. Яфязова Р.К. Климат и селевая активность / Квз.н-и.гидромет.ин-т (КазНИГМИ). - Алмвтн, 1995. -5 е.: 2 ил. - Деп. в КазгосИНТИ 30.03.95, & 5984-Ка95.

8. Яфязова Р.К. Особенности накопления и переноса наносов на северном склоне Заилийского Алатау / Каз.н-и.гидромет.ин-т (КазНИГМИ). - Алматы, 1995. -II е.: 2 ил. - Деп. в КазгосИНТИ 25.04.95, й 6064-Ка95.

Э. Яфязова Р.К. Особенности механизмов формирования конусов заноса горных рек // Гидрометеорология и экология. -

1996. - & 2. - С. 175-187.

10. Яфязова Р.К. Влияние климата на солеформирувдие факторы // Гидрометеорология и экология. - 1997. - ДЗ. -С. 209-216.

Яфязова Роза Кайюмовна

Кум-к,айыр жиинтыгиньщ конустык сипатшщ сел Кауп1н тудыратын нег!зг1 ерекшел1ктер1 (мысалыга 1ле Алатауыньщ солтуст1к бойы)

11.00.09- "Метеорология, климатология, агрометеорология" 11.00.01 - "Физикалщ география, жер бетШн, геофизикасы мен геохимиясы" • мамандыгы бойынша география гилымдарыныц кандидаты гылыми дережес1не усынылатын диссертация

Макалада агыстар мен сел туз1л1мдер1 эсер1нен калыптаскан кум-кайырлы конустыц механиз1м1 айтылады, талдап-таратудыц (дешифрирующие) кер1н1с 6ерет1нд1г1 аннк,талган. Кум-кайырлы конус-тардьщ турлер1 олардыц генезис1н аньщтауга мумк!нд1к берет1нд1г1 атап керсет1лед1.

Кум-к;айыр жиынтыгыныц конустык, сипатыньщ сел к;ауп1н тудыратын себептер1н1ц натеиатикалык модел1 усынылган. Аталмыш модель - сел кауп1н аныктауга. сел келт1рер шыгынды кем!туге, сак-тык; шараларын жасауга мумк1нд!к жасайды.

1лебойы Алатауы солтуст1к беткейлер1ндег1 езен суынан жи-налган киыршык-салындыны зерттеу барысында селд1ц пайда болмауы-на климаттыц кубылыстары басты тулга екенд1г1н керсет1лд1. Кли-маттыц алдагы жузжылдыктагы болжаулы езгер1стер! Казак,станнын, таулы жуйелер1ндег! селд1ц белсенд!л1г1не айтарльщтай ьщпал ету1 мумк1н. Климат езгер1стер1 барысында 1лебойы Алатауы солтустИ; беткейлер1ндег1 ыктималды селд1ц белсенд1л1г1не бага бер!лед1.

Yafyazova Rose Kaiymovna

The main conformity to natural laws of detrital fan formation of mud flows (for example of the northern slope of Zailiysky Alatau)

The defence for the doctor's degree in geographical sciences 11.00.09 - meteorology, climatology and agrometeorology 11.00.01 - physical geography, geophysics and geochemistry of landscapes

Mechanism of detrital fan formation by mountain rivers and mud flows is described. It is shown that contour and relief of detrital fan allow to determine their genesis.

The present mathematical model describing dependence of the volume of detrital fan on the main mud flow-forming factors. The model allows to evaluate a role of mud flow-forming factors, to find optimal strategy on implementing measures on decreasing damage caused by mud flows.

The study of conditions of detrital fan formation by mountain rivers and mud flows on the northern slope of Zailiysky Alatau showed that climate plays the leading role in formation of mud flow glacial and rain genesises. Possible climate change in the near' future can essentially influence on mud flow activity in mountainous systems of Kazakhstan. Evaluation of possible changes in mud flow activity on the northern slope of Zailiysky Alatau depending on climate change scenario is worked out.

Яфязова Роза Кайюмовна

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СЕЛЕВЫХ КОНУСОВ ВЫНОСА (НА ПРИМЕРЕ СЕВЕРНОГО СКЛОНА ЗАИЛИЙСКОГО АЛАТАУ)

11.00.09 - Метеорология, климатология, агрометеорология II.00.01 - Физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

••Подписано к печати 09.02.98 г. Формат бумаги 60x84 1/16. Объем 1,3. Уч.изд.л. 1,8. Тираж 100

Цех полиграфии Казгидромета, г.Алматы, пр.Абая,32.