Геологические и ландшафтные критерии оценки лавинной и селевой опасности при строительстве линейных сооружений

Казаков, Николай Александрович

Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему
Геологические и ландшафтные критерии оценки лавинной и селевой опасности при строительстве линейных сооружений
ВАК РФ 04.00.01, Общая и региональная геология

Автореферат диссертации по теме "Геологические и ландшафтные критерии оценки лавинной и селевой опасности при строительстве линейных сооружений"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ЛИТОСФЕРЫ ОКРАИННЫХ И ВНУТРЕННИХ МОРЕЙ

На правах рукописи

РГБ ОД

2 5 ЦЕН 2000

КАЗАКОВ Николай Александрович

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ЛАНДШАФТНЫЕ КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ЛАВИННОЙ И СЕЛЕВОЙ ОПАСНОСТИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ЛИНЕЙНЫХ СООРУЖЕНИЙ (НА ПРИМЕРЕ о. САХАЛИН)

Специальность 04.00.01 - "общая и региональная геология" Специальность 04.00.07 - "инженерная геология,

мерзлотоведение и грунтоведение"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Южно-Сахалинск 2000

Диссертация выполнена в Лаборатории проблем сейсмогеологического риска Института литосферы окраинных и внутренних морей Российской Академии наук.

Научные руководители: доктор геолого-минералогических наук,

профессор, Заслуженный строитель России, академик РАЕН Г.Л. Кофф;

кандидат физико-математических наук, профессор, академик РАЕН И.Г. Минервин

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, профессор, лауреат Государственной премии СССР, академик РАЕН А.И. Шеко; доктор географических наук, академик ОГЭИ МАИ Э.А. Лихачева

Ведущая организация:

ГУП "Росстройизыскания" Госстроя России

Защита диссертации состоится 6 декабря 2000 г. в часов на заседании

Специализированного Совета Д 003.50.01 при Институте литосферы окраинных и внутренних морей РАН по адресу: 109180, г. Москва, Старомонетный пер., д. 22.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института литосферы окраинных и внутренних морей РАН.

"/7 " А^йЛМ 2000 г.

Автореферат разослан "/ ; " А'^ГЛМ 2000

Ученый секретарь

Специализированного Совета, ^

кандидат геолого-минералогических наук — Н.К.Власова

О М-ом.9,о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Активное освоение нефтегазоносных месторождений Дальнего Востока и Северо-Востока Российской Федерации требует решения проблемы оценки лавинной и селевой опасности для магистральных трубопроводов (нефтегазопроводов). В целях эффективного использования средств, выделяемых на проект-но-изыскательские работы, такую оценку целесообразно проводить на ранних стадиях проектирования. Проблема приобретает особую остроту при прокладке нефтегазопроводов через малоосвоенные территории, лавинный и селевой режим которых не изучен или изучен слабо. Кроме того, значительная часть территорий Дальнего Востока и Северо-Востока Российской Федерации относится к районам среднегорья и низкогорья, в которых лавинные и селевые процессы имеют некоторые отличия от лавинных и селевых процессов в районах высокогорья.

Поскольку воздействие лавинных и селевых процессов на магистральные трубопроводы (нефтегазопроводы) носит ряд специфических особенностей, стоимость проектно-изыскательских работ и защитных мероприятий может быть снижена за счет применения рациональных методик оценки степени лавинной и селевой опасности на ранних стадиях проектирования. Особенно важно решение этой задачи для тех территорий, где лавинные и селевые процессы не изучены либо изучены слабо, где использование традиционных методов оценки лавинной и селевой опасности требует проведения трудоемких и дорогостоящих полевых изысканий либо не позволяет получить адекватную оценку степени опасности. Один из путей решения этой проблемы - разработка рациональных методик построения мелко- и сред-немасштабных карт лавинной и селевой опасности, позволяющих аналитическим путем получить количественные характеристики лавинных и селевых процессов и спрогнозировать характер их воздействия на проектируемое сооружение.

Не решен ряд проблем динамики лавин и селей некоторых типов, что не позволяет адекватно оценивать степень лавинной и селевой опасности для объектов и сооружений. Не имеет решения проблема оценки условий формирования и прогноза сейсмогенных лавин (вторичных эффектов землетрясений) - т. е. проблема оценки воздействия лавинных процессов на сооружения в высокосейсмичных районах Сибири и Дальнего Востока.

Цели и задачи работы. Целью настоящей работы является разработка критериев оценки лавинной и селевой опасности для нефтегазопроводов на ранних стадиях проектирования (обоснование предпроектной документации; подготовка обоснования инвестиций в строительство), разработка методологических принципов построения мелко- и среднемасштабных карт лавинной и селевой опасности в малоизученных районах среднегорья и низкогорья и разработка способов оценки условий формирования и прогноза сейсмогенных лавин.

Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи.

1. Проведен обзор современного состояния следующих проблем: критерии оценки степени лавинной и селевой опасности при проектировании магистральных трубопроводов; методологические подходы к разработке среднемасштабных карт лавинной и селевой опасности; оценка условий лавинообразования в высокосейсмичных районах; формирование водоснежных потоков на о. Сахалин; самоорганизации диссипативных структур при лавинных и селевых процессах.

2. Разработана и обоснована модель механизма возникновения волн и самоорганизации диссипативных структур при лавинном и селевом процессе, формирова-

ния солитонов при движении лавин и селевых потоков. Выявлены некоторые общие закономерности развития лавинных и селевых процессов, позволяющие проводить комплексную оценку лавинной и селевой опасности территории.

3. Разработана и обоснована модель лавинного и селевого комплекса как триг-герной геосистемы, согласно которой ведущую роль в лавинном и селевом процессе играют литологические факторы.

4. Выявлен характер воздействия лавинных и селевых процессов на магистральные трубопроводы наземной, надземной и подземной прокладки и разработаны критерии оценки лавинной и селевой опасности в зависимости от их типа.

5. Разработаны: методологические подходы к построению мелко- и среднемас-штабных карт лавинной и селевой опасности при линейных изысканиях в малоизученных районах среднегорья и низкогорья; иерархическая шкала таксономических категорий лавинных и селевых комплексов; алгоритм количественной оценки характеристик лавинных и селевых процессов в среднегорье и низкогорье.

6. Выявлены условия формирования и распространения водоснежных потоков на о. Сахалин.

7. Разработана и обоснована модель механизма формирования сейсмогенных лавин и выявлен характер зависимостей между лавинными и сейсмическими процессами; разработаны рекомендации по оценке лавинной опасности в высокосейсмичных районах и прогнозу периодов формирования сейсмогенных лавин.

Исходные материалы и методы исследования. В основу диссертации положены материалы полевых и камеральных работ, выполненных автором либо под его руководством и при непременном участии на о. Сахалин, Курильских островах (1978-1999 гг.) и в Хибинах (1985-1988 гг.). При проведении полевых и камеральных работ применялись методы исследования, принятые в инженерной геологии, сеяеведении, гляциологии, геологии, геоморфологии и метеорологии, и методы, разработанные автором либо под его руководством и при непременном участии.

Объект исследования - геодинамические геологические процессы: лавинные и селевые. Предмет исследования - динамика и закономерности распространения лавинных и селевых процессов.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

• разработаны иерархическая шкала таксономических категорий лавинных и селевых комплексов и алгоритм расчета характеристик лавинных и селевых процессов на основе данных о геологическом и геоморфологическом строении, ландшафтной структуре и на основе климатической характеристики территории;

• разработана рациональная методика построения мелко- и среднемасштабных карт лавинной и селевой опасности в высокосейсмичных районах среднегорья и низкогорья как карт лавинных и селевых комплексов;

• даны практические рекомендации по оценке лавинной опасности и прогнозу периодов формирования сейсмогенных лавин в высокосейсмичных районах, выявлен и обоснован характер зависимостей между лавинным и сейсмическим процессами;

• установлено, что лавинообразование более зависит от стадии метаморфизма снежной толщи, чем от интенсивности сейсмических воздействий;

• вьивлены и обоснованы общие закономерности развития лавинных и селевых процессов, позволяющие рассматривать лавинные и селевые комплексы как диссипативные системы, в которых происходит самоорганизация пространственно-неоднородных и периодических пространственно-временных структур;

• обоснован механизм образования волн при движении снежных лавин и селей;

• разработана и обоснована модель лавинного и селевого комплекса как триг-герной геосистемы, согласно которой ведущую роль в лавинном и селевом процессе играют литологические факторы.

В региональном плане научная новизна работы заключается в том, что впервые для о. Сахалин:

• исследованы условия формирования и закономерности распространения во-доснежных потоков и установлены районы их распространения на острове;

• определена зависимость между формированием сейсмогенных лавин и стадией метаморфизма снежной толщи на о. Сахалин;

В методологическом плане научная новизна работы заключается в разработке иерархической системы таксонов лавинных и селевых комплексов и алгоритма расчета характеристик лавинных и селевых процессов. Предлагается методика построения мелко- и среднемасштабных карт лавинных и селевых комплексов для оценки степени лавинной и селевой опасности при проектировании магистральных трубопроводов и линейных сооружений других типов.

Предметом защиты являются:

• рациональная методика оценки лавинной и селевой опасности на ранних стадиях инженерных изысканий (разработка предпроектной документации; подготовка обоснования инвестиций в строительство);

• представления о зависимости формирования сейсмогенных лавин от стадии метаморфизма снежной толщи в лавиносборе и практические рекомендации по оценке лавинной опасности в высокосейсмичных районах и прогнозу периодов формирования сейсмогенных лавин;

• представления о механизме волнового движения лавин и селей.

Защищаются следующие положения

I. Рациональная методика построения мелко- и среднемасштабных карт лавинной и селевой опасности при линейных изысканиях как карт лавинных и селевых комплексов.

II. Зависимость формирования сейсмогенных лавин от стадии метаморфизма снежной толщи; практические рекомендации по оценке лавинной опасности в высокосейсмичных районах и прогнозу периодов формирования сейсмогенных лавин.

III. Волновой характер движения - имманентная характеристика снежных лавин и селей, обусловленная развитием упорядоченно-стохастических процессов в диссипативной системе: снежной лавине (селевом потоке) и приводящих к формированию уединенных и периодических волн.

В связи с разработкой методики защищается ряд вводимых нами положений.

1. Компоненты природного лавинного (ПЛК) и селевого комплекса (ПСК): статическая (геоморфологическая): лавиносбор; селевой бассейн; динамическая (литоло-гическая): снежная толща в лавиносборе, трансформирующаяся в лавину, затем - в лавинные отложения; массив рыхлообломочных пород в селевом очаге, трансформирующийся в сель, затем - в селевые отложения.

2. Цитологическая компонента ПЛК: система, включающая снежную толщу в лавиносборе, лавину и лавинные отложения; снежная толща переходит в движение и трансформируется в лавину, а затем - в лавинные отложения; в системе последовательно происходит самоорганизация упорядоченных пространственно-неоднородных и пространственно-временных периодических структур. Цитологическая компонента

ПСК: система, включающая потенциальный селевой массив (массив рыхлообломочных пород в селевом очаге, ПСМ), селевой поток, селевые отложения; ПСМ приходит в движение и трансформируется в сель, затем - в селевые отложения.

3. Процесс развития литологической компоненты лавинного (селевого) комплекса проходит следующие стадии (фазы процесса):

• фаза формирования литологической компоненты - формирование снежной толщи в лавиносборе вследствие метеорологических процессов; формирование ПСМ в селевом очаге вследствие денудационных процессов;

• фаза неравновесного состояния - снежная толща на склоне проходит цикл метаморфических преобразований в результате морфогенеза слагающих ее ледяных кристаллов и вследствие взаимодействия гравитационных и метаморфических процессов переходит в неустойчивое (триггерное) состояние; ПСМ в селевом очаге вследствие процессов, обусловленных взаимодействием сил гравитации и сил трения, переходит в неравновесное состояние (триггерное);

• динамическая фаза - под воздействием внешних факторов (геологических, гидрометеорологических, антропогенных и т. д.): снежная толща переходит в движение и трансформируется в лавину; ПСМ переходит в движение и формирует сель;

• фаза вырождения системы - аккумуляция лавинных и селевых отложений.

4. Лавинный и селевой комплексы - диссипативные системы, в которых последовательно происходит самоорганизация упорядоченных пространственно-неоднородных и периодических пространственно-временных структур. Снежная лавина и селевой поток - фазы детерминированного упорядоченно-стохастического процесса самоорганизации упорядоченных структур.

Практическое значение и реализация результатов. Материалы проведенных исследований позволяют разрабатывать содержание мелко- и среднемасштабных карт лавинных и селевых комплексов для малоизученных территорий и использовать их для оценки лавинной и селевой опасности при проектировании линейных сооружений в высокосейсмичных районах на стадиях "обоснование предпроектной документации" и "подготовка обоснования инвестиций в строительство" и оценивать степень опасности от сейсмогенных лавин в высокосейсмичных районах.

Апробация работы. Основные положения и выводы, содержащиеся в диссертации, докладывались автором на научных симпозиумах, конференциях, семинарах и совещаниях: семинар Госкомгидромета СССР по селевым потокам (г. Алма-Ата, 1980); III Всесоюзное совещание по снежным лавинам (г. Кировск, 1986); IV Всесоюзное совещание по снежным лавинам (г. Нальчик, 1990); научный семинар стран СНГ "Нерешенные проблемы гляциологии" (г. Пущино, 1995); XI Гляциологический симпозиум (г. Дубна, 1998); научно-практическая конференция "Курильские острова: история, современность, перспективы" (Южно-Сахалинск, 1997); XXXIV научно-практическая конференщм преподавателей СахГУ (Южно-Сахалинск, 1999); заседание научно-экспертного совета при администрации Сахалинской области СахГУ (Южно-Сахалинск, 1999); научно-технический семинар-совещание "Память и уроки нефтегорского землетрясения" (Южно-Сахалинск, 24-25 мая 2000 г.).

Изложенные в диссертации принципы бычи использованы: при оценке лавинной и селевой опасности нефтегазопроводов по проектам "Сахалин-1", "Сахалин-2"; при разработке карт лавинных и селевых комплексов о. Сахалин по заказу администрации Сахалинской области; при разработке карт интенсивности проявления лавинных процессов о-вов Итуруп, Кунашир, Парамушир в масштабе 1:200 000 (Федеральная целевая программа социально-экономического развития Курильских островов Сахалинс-

кой области); в учебном процессе - при подготовке студентов по специальности "география" (Сахалинский государственный университет). Карты лавинных и селевых комплексов о. Сахалин в масштабе 1:500 ООО используются при проектно-изыс-кательских и научно-исследовательских работах (СахалинТИСИЗ; Сахалинская геологоразведочная экспедиция; МГУ; СахГУ).

По теме диссертации опубликовано 18 научных статей (из них 11 - в соавторстве), шесть статей (из них две - в соавторстве) находятся в печати. В статьях изложены основные положения и выводы, соответствующие материалам, помещенным в основных разделах представляемой к защите работы. Все опубликованные работы написаны по материалам автора. В публикациях, подготовленных в соавторстве, автором лично разработаны положения, защищаемые в диссертации.

Ряд положений диссертации отражен в 14 научных и 13 научно-технических отчетах (в которых автор диссертации являлся ответственным исполнителем и научным руководителем), в докладах и экспертных документах, представленных в административные органы разных уровней и ведомства Российской Федерации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения. Библиография: 205 наименований. Общий объем работы - 216 страниц машинописного текста, 15 рисунков и 14 таблиц.

Работа выполнена под руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора Г.И. Коффа и кандидата физико-математических наук, профессора И.Г. Минервина, которым автор выражает свою искреннюю благодарность. Автор также благодарит своих коллег Ю.В. Генсиоровского, М.С. Древило, С.П. Жируева, Т.С. Казакову, В.И. Окопного, а также доктора геолого-минералогических наук, профессора Т.К. Злобина за помощь, оказанную при сборе и обработке полевых материалов, ценные советы и всемерную поддержку на всех этапах написания работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА I. Состояние проблемы

Критерии оценки лавинной и сетевой опасности на рашшх стадиях проектирования линейных сооружений. В нормативных документах (СНиП 2.01.15-90, СНиП 2201-95, СНиП 11 -02-96, СНиП 2.05.06-85*) приводятся характеристики лавинного и селевого режима и параметры лавин и селей, которые должны определяться на ранних стадиях проектирования линейных сооружений с использованием карт мелкого и среднего масштаба. Методы геоэкологических исследований при проектировании магистральных трубопроводов рассматриваются в работах Г.Л. Коффа.

Методологические подходы к построению среднемасштабных карт лавинной опасности разрабатывались в работа х В.П. Благовещенского, А.Н. Божинского, К.Ф. Войтковского, H.A. Володичевой, В.Ф. Граковича, В.И. Кравцовой, К.С. Лосева, С.М. Мягкова, И.В. Северского, Г.К. Тушинского, Е.С. Трошкиной и др. Традиционный подход к построению и разработке содержания карт основан на анализе характеристик рельефа и климата. Теория кристалломорфологического развития структуры снежной толщи (Э.Г. Коломыц, В.Н. Голубев и др.) позволяет определять спектры стратиграфических колонок снежной толщи в ландшафтах разных типов. Методологические подходы к составлению карт лавинной опасности на основе учета литологических факторов лавинообразования (метаморфизм снежной толщи) разработаны недостаточно, что приводит к занижению степени лавинной опасности в районах низкогорья и среднегорья.

Методологические подходы к построению среднемасштабных карт селевой опасности рассматриваются в работах Ю.Б. Виноградова, В.Ф. Граковича, В.Ф. Перова, С.М. Флейшмана, Р.В. Хонина, А.И. Шеко и др. А.И. Шеко большое значение уделяет вопросу о необходимости учета геологических факторов селеобразования и рекомендует разрабатывать комплексные карты интенсивности проявления экзогенных процессов, что целесообразно при решении прикладных задач. В.В. Хворостов рекомендует разрабатывать карты на принципах таксономии, что уменьшает нагрузку на карту при повышении информативности.

Изученность лавинного режима о. Сахалин. Исследование лавинных процессов проводили Г.К. Тушинский, М.С. Древило, H.A. Казаков, В.И. Окопный и др. Большинством исследователей при наблюдениях за лавинами не учитывается влияние кристалломорфологических характеристик снежного покрова на лавинные процессы, что привело к утверждению о преобладании на Сахалине лавин метелевого и" свежевыпавшего снега (A.B. Иванов и др.). Эта трактовка не отвечает наблюдаемым фактам. Ни одна из существующих работ не дает адекватного представления о лавинном режиме и характеристиках лавинных процессов на острове.

Изученность селевого режима о. Сахалин. Сведения о селевых процессах на о. Сахалин представлены в работах С.М. Флейшмана, В.Ф. Перова, О.И. Будариной, Г.В. Полунина, А.И. Шеко. Исследования селевых процессов проводились H.A. Казаковым, Т.Я. Герасимовой и др. Большинство карт составлено на основе неполной базы данных о селевых потоках и не дают полного представления о селевом режиме и характеристиках селевых процессов.

Водоснежные потоки на о. Сахалин. Водоснежные потоки впервые обнаружены на Сахалине В.Ф. Перовым в 1983 г. Сведения о водоснежных потоках на Сахалине приводятся в работах В.Ф. Перова, О.И. Будариной, T.JI. Сидоровой, H.A. Казакова.

Самоорганизация диссипативных структур в лавинном и селевом комплексе. Некоторые феномены лавинного и селевого процессов (формирование слоев с волокнистой текстурой в снежной толще, волновой характер движения снежных лавин и селевых потоков и др.) не получили объяснения в рамках классических представлений. Решение этих проблем возможно в рамках синергетических представлений (Г. Николис, И. Пригожин, W. Ebeling, Н. Haken, Р. Berge and al.). Большинство геологических систем являются открытыми системами и удовлетворяют определению синергетической (диссипативной) системы (Ф.А. Летников). Определение селевого процесса как открытой системы дал А.И. Шеко. Вопросы о пространственной упорядоченности геосистем, триггерных геосистемах, развитии процессов самоорганизации в снежной толще и представления о роли информации в самоорганизации структуры снега разрабатывались Э.Г. Коломыцем. Вопрос о самоорганизации диссипативных структур при лавинных и селевых процессах не исследован.

Сейсмогенные лавины. В работах А.Н. Божинского, К.С. Лосева, Ю.Д. Москалева, Г.К. Тушинского и др. землетрясения рассматриваются как возможная причина формирования лавин. Ю.Д. Москалев обсуждает вероятность возникновения резонансных явлений в снежной толще при сейсмических колебаниях.

Выводы. Не разработаны критерии и методологические подходы оценки лавинной и селевой опасности при проектировании магистральных трубопроводов и методологические принципы построения среднемасштабных карт лавинной и селевой опасности для районов среднегорья и низкогорья; недостаточно разработаны принципы составления карт интенсивности проявления лавинных процессов, учитывающие литологические характеристики снежной толщи; не исследован вопрос о

самоорганизации диссипативных структур при лавинных и селевых процессах и механизме волнового движения лавин и селей; не разработаны физические модели механизма формирования сейсмогенных лавин; не исследован вопрос об условиях формирования и районах распространения водоснежных потоков на о. Сахалин.

ГЛАВА 2. Самоорганизация упорядоченных структур в лавинных и селевых комплексах

При оценке воздействия лавинных и селевых процессов на объекты и сооружения необходимо адекватно оценивать динамические характеристики лавин и селевых потоков. Оценку лавинной и селевой опасности целесообразно выполнять комплексно. В низкогорье и среднегорье, где лавинные и селевые комплексы часто формируются в одних и тех же морфологических структурах, лавинные и селевые процессы испытывают взаимное влияние. Так, на о. Сахалин лавиносборы и селевые бассейны формируются в одних и те же формах рельефа. Снежный покров в лави-носборе правомерно рассматривать как массив рыхлообломочных пород, аналогичный потенциальному селевому массиву. Определение снежного покрова как осадочной горной породы дано Г.Д. Рихтером. С позиций синергетики, геодинамические экзогенные процессы обладают общими признаками, позволяющими выделить их в отдельный класс природных систем, развивающихся по одним и тем же инвариантам. Лавинный и селевой комплексы удовлетворяют понятию трштерной геосистемы. Переход тригтерной геосистемы (литологическая компонента П Л К и ПСК) из одного состояния (точки бифуркации) в другое вызывается как внешними, так и внутренними причинами. Ведущую роль в лавинном и селевом процессе играют эндогенные процессы, протекающие в литологической компоненте ПЛК и ПСК и приводящие к внутренним преобразованиям в системе. Внешним (экзогенным) факторам - гидрометеорологическим и др. - отводится подчиненная роль.

Анализ материалов полевых наблюдений показывает: важнейшие факторы, определяющие характер лавинного процесса - динамика метаморфизма снежного покрова, селевого процесса, - динамика геологических процессов в селевых очагах. Снежный пласт в лавиносборе, лавина, потенциальный селевой массив и сель -открытые диссипативные системы, существующие вдали от термодинамического и механического равновесия и удовлетворяющие условиям самоорганизации пространственно-упорядоченных структур: диссипативных. Синергетический подход позволяет рассматривать лавинный и селевой процессы как детерминированные упорядоченно-стохастические процессы и дает возможность получить характеристики процессов при недостаточном количестве материалов полевых наблюдений, т. е. при оценке лавинной и селевой опасности в малоизученных районах.

Самоорганизация диссипативных структур в лавинном комплексе (ПЛК). Формирование метаморфизм и снежной толщи в лавиносборе, образование, движение и остановка лавины рассматриваются как различные стадии непрерывного процесса развития литологической компоненты ПЛК. Лавина рассматривается не как самостоятельный объект, а как одно из состояний неравновесной системы литологическая компонента ПЛК при переходе ее из неустойчивого состояния в устойчивое.

Природный лавинный комплекс (ПЛК) включает в себя статическую компоненту - геоморфологическую компоненту - лавиносбор; динамическую компоненту -литологическую компоненту. Литологическая компонента - система, состоящая из снежной толщи в лавиносборе, лавины и лавинных отложений.

Составляющие системы литологическая компонента рассматриваются не как отдельные объекты, а как стадии состояния системы (фазы процесса): фаза формирования литологической компоненты - формирование снежной толщи в лавиносборе вследствие метеорологических процессов; фаза неравновесного состояния - снежная толща на склоне переходит в неравновесное состояние вследствие процессов, обусловленных взаимодействием сил гравитации и трения, проходит цикл метаморфических преобразований вследствие морфогенеза слагающих ее ледяных кристаллов и в результате взаимодействия гравитационных и метаморфических процессов переходит в неустойчивое (триггерное) состояние; динамическая фаза - под воздействием внешних факторов снежная толща переходит в движение и трансформируется в лавину (квазипоток); фаза вырождения системы (статическая) - аккумуляция отложений лавины, переход системы в равновесное состояние и прекращение ее развития. В течение цикла развития система переходит из неупорядоченного состояния (хаотического) в упорядоченное, сопровождающееся самоорганизацией дис-сипативных структур. Процесс завершается остановкой лавины, формированием лавинного снежника и переходом системы в равновесное состояние.

Таким образом, лавинный процесс - детерминированный упорядоченно-сто-хастический процесс, которому присуща внутренняя связь и непрерывность. Каждая стадия развития системы литологическая компонента /7У7/<" рассматривается как подсистемный уровень в тригтерной геосистеме, а смена состояний системы - как переход с одного подсистемного уровня на другой под воздействием внешних факторов, обуславливаемых процессами, происходящими внутри системы. На разных фазах лавинного процесса в литологической компоненте ПЛК возникают следующие типы упорядоченных структур: пространственно-неоднородная структура снежного слоя, образованная вертикальными элементами его текстуры - кластерами ледяных кристаллов; временная периодическая структура снежного пласта на склоне, возникающая в результате механических автоколебаний снежного пласта; периодическая пространственно-временная структура лавины, формирующая цуг периодических (апериодических) волн. При метаморфизме снежного покрова происходит усложнение структуры снежного слоя и упорядочивание его текстуры при уменьшении энтропии системы. Степень упорядоченности подсистемы снежная толща на разных циклах развития описывается в рамках синергетического подхода к описанию сложных систем. В качестве критерия степени упорядоченности системы используется понятие сикергетической информации. При описании снежной толщи как открытой самоорганизующейся системы необходимо учитывать флуктуирующие силы, для чего используется понятие самозарождение смысла (Л. Лесков, В.В. Налимов, Н. Haken). Для расчета количества информации, необходимого и достаточного для формирования упорядоченной структуры снежной толщи, мы используем модификацию известной теоремы Т. Бейеса: Р^у) = kP^y/(j)

где ц - измеряемая величина; к - константа, получаемая из условий нормировки; Y - число измерений; апостериорная вероятность вертикальной ориентировки кластеров ледяных кристаллов в слое; Р - априорная вероятность вертикальной ориентировки кластеров ледяных кристаллов в слое; Рр^ - заданная вероятность вертикальной ориентировки кластеров ледяных кристаллов в слое.

Количественно степень упорядоченности текстуры снежной толщи мы выражаем через модификацию выражения Ф. Федера для расчета фрактальной размерности D множества: D-ln n(e)/h г

где л(е) - размер кластера;

е - минимальное число кластеров, выполняющих снежный слой.

Понятие фрактальной размерности снежного слоя позволяет рассчитать параметры его текстуры. Полевые наблюдения автора диссертации за стратиграфией снежной толщи в естественном залегании (Хибины - 1985-1988 гг.; Сахалин - 1978— 1985 гг., 1989-1999 гт.) показывают: определенные типы текстуры снежного слоя соответствуют определенным классам форм ледяных кристаллов, преобладающим в слое на данной стадии метаморфизма. Так, текстура столбчатого и волокнистого типов формируется в слоях, выполненных кристаллами полускелетного и скелетного классов форм. Параметр вероятности вертикальной ориентировки кластеров ледяных кристаллов составляет 0,7-0,9. В слоях, выполненных кристаллами гранного класса форм (при монолитной текстуре), значение параметра вероятности вертикальной ориентировки кластеров не превышает 0,65. Цикл метаморфических преобразований структуры ледяных кристаллов и текстуры снежного слоя отличается достаточной вариабельностью (как следствие стохастичности внешних факторов). Совокупность вероятных состояний подсистемы снежный слой (фазовая траектория подсистемы) в достаточной степени детерминированы и рассматриваются как аттракторы. Снежная толща с упорядоченной структурой обладает значительной потенциальной энергией - энергией связи между ледяными кристаллами, которая высвобождается при разрушении связей между элементами структуры и должна учитываться при расчетах динамических характеристик лавин. Фронт лавины вследствие диссипативных процессов распадается на серию волн - волновой пакет. Дисперсия волнового пакета в нелинейной среде приводит к возникновению нелинейных волн и их самоорганизации в периодические пространственно-временные структуры, визуально наблюдаемые как волновой цуг. Математически фронт лавины может быть описан как уединенная волна - солитон (кинк). Лавину можно представить состоящей из двух частей: фронт - солитон (кинк), хвостовая часть - периодическая волна. Дальность пробега такой лавины может ограничиваться протяженностью гомогенной снежной толщи или участками резкого расширения лавинного лотка. Динамические характеристики лавины недопустимо рассчитывать только на основе морфометрических характеристик лавиносбора и объема лавин: дальность выброса и скорость лавины в значительной степени зависят от степени перекристаллизации снежной толщи, что подтверждается полевыми наблюдениями автора.

Так, дальность выброса сухой лавины генетического класса трансформации снежной толщи (апрель 1993 г., Восточно-Сахалинские горы, Чамгинский перевал) составила 1300 м при объеме лавины всего 20 000 мЗ; около 600 м лавина двигалась при уклонах менее 50. Обычная дальность выброса лавин такого объема в описываемом районе не превышает 600 м. Случаи формирования лавин с аномальной дальностью выброса и трудно объяснимыми (в рамках классических моделей) явлениями, наблюдавшимися при их движении, неоднократно отмечались как автором, так и другими исследователями. Большинство таких случаев хорошо объяснимы в рамках предлагаемой модели.

При оценке лавинной опасности необходимо учитывать, что большинство принятых методик занижают дальность выброса катастрофических лавин. Так, по нашим наблюдениям, на Сахалине и Курилах в 1979-1997 гг. используемая в изыскательской практике методика расчета предельной дальности выброса лавин В.П. Благовещенского занижаетреальную дальность выброса лавин на 30-50%. Причина заключается в том,

что при оценке энергии, скорости и дальности выброса лавины в большинство расчетных моделей входят только морфометрические параметры лавиносборов и масса снежного пласта в лавиносборе. Лавина рассматривается либо как материальная точка, либо как гидравлический поток. При этом не учитывается вклад, который вносит в суммарную энергию лавины внутренняя энергия снежного пласта: энергия связи между ледяными кристаллами, высвобождающаяся при разрушении снежной толщи, вклад которой в энергию лавины особенно значителен для лавин трансформации снежной толщи. При расчете максимальной скорости и высоты фронта лавин генетического класса трансформации снежной толщи целесообразно использовать предлагаемую нами методику, основанную на представлении о движении фронта лавины как солитона. Характеристики лавин рассчитываются на основе модификации уравнений Кортевега-Д е-Фриза и синус-Гордона, которые приводятся в главе 2. Результаты расчетов хорошо совпадают с фактическими данными, полученными автором при полевых наблюдениях за лавинами на Сахалине и в Хибинах. Лавины нового снега и весеннего снеготаяния движутся в соответствии с классическими представлениями о динамике лавин.

При оценке характера воздействия лавины на сооружение исследователи не учитывают волновой характер движения лавины. Однако цуг периодических волн оказывает на сооружение периодическое воздействие, способное вызвать резонансные явления в конструкциях, приводящие к их повреждению. Расчет давления лавины на сооружение как разового давления сплошного тела в ряде случаев приводит к занижению степени лавинной опасности для сооружения.

Самоорганизация диссипативных структур в селевом комплексе. Формирование потенциального селевого массива, возникновение, движение и разгрузка селя рассматриваются как различные фазы единого процесса самоорганизации диссипативных структур одного непрерывного цикла. Введем несколько определений.

Природный селевой комплекс (ПСК) включает: статическую компоненту - селевой бассейн; динамическую компоненту - литологическую компоненту. Цитологическая компонента ПСК - система, состоящая из потенциального селевого массива (ПСМ), селевого потока, селевых отложений.

Составляющие системы литологическая компонента ПСК рассматриваются не как отдельные объекты, а как стадии состояния системы (фазы процесса): фаза формирования литологической компоненты ПСК - формирование ПСМ накопления в селевом очаге вследствие денудационных процессов; фаза неравновесного состояния-сформировавшийся ПСМ вследствие процессов, обусловленных взаимодействием сил гравитации и сил трения, переходит в неравновесное состояние (тригтерное); динамическая фаза - переход ПСМ в движение под воздействием внешних факторов (гидрометеорологических и т. д.) и формирование селя; фаза вырождения системы -аккумуляция селевых отложений, переход системы в равновесное состояние и прекращение ее развития. Селевой процесс - детерминированный упорядоченно-сто-хастический процесс, которому присуща внутренняя связь и непрерывность.

Среда, в которой возникла и поддерживается селевая волна - ПСМ. Сель - одно из состояний неравновесной системы литологическая компонента при переходе ее из неустойчивого состояния в устойчивое (селевые отложения). Такой подход позволяет объяснить одну из важнейших особенностей динамики селевых потоков -образование волн при их движении. Представление о том, что формирование селевых волн вызывается обрушением порций грунта в сель, упрощает реальную кар-

тину движения селей и не позволяет объяснить феноменологию явления. Математически селевая волна может быть описана как уединенная волна - солитон (кинк). Первая селевая волна вследствие диссипативных процессов как избыток массы распадается на серию волн - волновой пакет. Дисперсия волнового пакета в нелинейной среде приводит к возникновению нелинейных волн и их самоорганизации в периодические пространственно-временные структуры, визуально наблюдаемые как волновой цуг. Формы пиков гидрографов селей и характер движения первой селевой волны соответствуют описаниям солитонов. Количество и расположение селевых волн вполне соответствует картине волнового цуга. Скорость селевой волны при солитонном характере движения селевого потока можно рассчитать на основе модификаций уравнений Кортевега-Де-Фриза и синус-Гордона. Связный сель можно представить состоящим из двух частей: головная цасть - солитон (кинк), хвостовая - периодическая волна. Сформировавшийся солитон движется практически не испытывая сопротивления среды. Дальность пробега такой волны ограничивается лишь длиной ПСМ или участками резкого расширения селевого русла, где волна расплывается вследствие увеличения ширины фронта. В этом случае при значении угла сопряжения потока с бортами русла более 12° возможен отрыв селя от его бортов, что приводит к гидродинамическому удару, резко увеличивающему силу давления селевого потока на препятствие.

Предлагаемая модель позволяет рассчитать некоторые характеристики селей. В некоторых случаях линейная зависимость между пиковым расходом селевого потока и объемом воды, поступающей в селевой бассейн, не прослеживается (Г.М. Беручашвили и др.). Максимальный расход связного селя может зависеть от формы и амплитуды селевой волны, которые в большей степени зависят от .характеристик грунтов и морфометрических характеристик ПСМ, чем от уклонов селевых русел и объема воды, поступающей в селевой очаг. В этом случае пиковый расход селя можно рассчитать из объема селевой волны. В главе приводится вывод формул расчета скорости, высоты и объема селевой волны. Расчеты, выполненные на основе предлагаемой модели, позволили рассчитать характеристики селевых волн для некоторых селевых бассейнов о. Сахалин. Полученные результаты согласуются с оценками, основанными на данных полевых наблюдений.

Таким образом, волновой характер движения - имманентная характеристика связного селя; первая селевая волна может представлять собой уединенную волну -солитон или кинк; пульсации расхода селя возникают в результате самоорганизации его периодической пространственно-временной структуры - цуга периодических (апериодических) волн. При проектировании линейных сооружений и расчете параметров сооружений противоселевой защиты необходимо учитывать эффект гидродинамического удара, возникающего при отрыве связного селевого потока от бортов русла на участках его расширения. При проектировании линейных сооружений необходимо учитывать вероятность значительного превышения дальности выброса и силы давления на препятствие катастрофических селей над значениями, рассчитанными по методикам, принятым в нормативных документах.

Вышеизложенное позволяет сделать следующие выводы:

1. Лавинный и селевой процессы - детерминированные упорядоченно-стохас-тические процессы развития триггерной геосистемы (литологической компоненты ПЛК и ПСК), которым присущ ряд общих закономерностей, позволяющих при проектно-изыскательских работах проводить комплексную оценку лавинной и се-

левой опасности территории на основе анализа наименее вариабельных групп факторов лавино- и селеобразования: литологических и геоморфологических, которые доминируют в лавинном и селевом процессе. Внешние (гидрометеорологические, сейсмогенные и др.) факторы играют в лавинном и селевом процессе подчиненную роль.

2. Волновой характер движения снежных лавин практически всех генетических и морфологических типов и связных селевых потоков является их имманентной характеристикой и обусловлен развитием упорядоченно-стохастических и диссипативных процессов в лавинном (селевом) потоке.

3. Снежную лавину и селевой поток необходимо рассматривать не как объект, а как стадию состояния объекта (фазу процесса) - литологической компоненты.

4. Лавинный и селевой процессы обладают рядом общих признаков, позволяющих выделить их в отдельный класс геодинамических процессов, а лавинный и селевой комплексы - в отдельный класс природных геосистем, развивающихся по одним и тем же инвариантам.

5. Образование периодических структур и формирование солитонов при определенных условиях характерны для динамических стадий развития многих природных систем: лавин, гляциальных прорывных селей и селей иного генезиса, водо-снежных потоков, дождевых паводков на горных реках, пульсирующих ледников, оползней некоторых типов, что позволяет выделить класс геодинамических систем различного генезиса на основе признака, общего для динамических стадий состояния этих систем: самоорганизации периодических пространственно-временных структур на динамической стадии их развития.

6. Существующими методами расчета дальности выброса лавин и селей не учитывается солитонный характер их движения, что приводит к занижению расчетных значений дальности выброса катастрофических лавин и селей. Опасность недоучета характеристик лавин и селей при строительстве линейных сооружений очевидна.

7. При оценке воздействия, оказываемого на магистральные трубопроводы лавинами генетического класса трансформации снежной толщи и связными селевыми потоками, необходимо учитывать, что сооружение может испытывать не однократное давление фронта лавины (селя), а многократное (пульсирующее) давление серии волн волнового пакета. Такой характер воздействия усиливает эродирующую способность потока и способен вызвать резонансные явления в конструкциях, приводящие к их повреждению.

8. Расчеты характеристик селевых потоков и снежных лавин, проведенные по предлагаемой методике, дают хорошее совпадение с результатами полевых наблюдений за лавинами и селевыми потоками, проводившимися на о. Сахалин.

9. Предложенная модель лавинного процесса позволяет выявить механизм взаимодействия лавинных и сейсмических процессов и механизм образования сейсмо-генных лавин и разработать критерии оценки лавинной опасности в высокосейсмичных районах.

ГЛАВА 3. Методика построения среднемасштабных карт природных лавинных комплексов Природные лавинные комплексы о. Сахалин: обзор факторов лавинообразова-ння и динамики лавинных процессов. Интервал абсолютных высот, в котором развиваются лавинные процессы на Сахалине, - от уровня моря до гребней водоразделов. В горной части объемы лавин превышают 1 млн. м3. Важнейшую роль в лавино-образовании играет метаморфизм снежного покрова, что определяет преобладание лавин генетического класса трансформации снежной толщи: 31 % лавин всех генетических классов и 100% лавин, объем которых превышает 10 ООО м3.

Таблица 1

Распределение лавин по генетическим классам (Восточно-Сахалинские горы, 1980-1995 гг.)

Генетический класс лавины Число лавин, % Объем лавины, тыс. м3 Толщина лавинных отложений, м Макс, дальность выброса лавины, м Плотность лавинных отложений, кг/м3

ср. макс. ср. макс.

Нового снега 50 0,67 5.20 1,98 6,0 400 170-280

Трансформации снежной толщи 31 14,72 1400,0 2,8 40,0 980 270-450

Весеннего снеготаяния 19 1,57 3,4 0,9 3,0 250 350-550

Таблица 2

Объемы лавин разных генетических классов (Восточно-Сахалинские горы, 1980-1995 гг.)

Генетический класс лавины Число лавин, %

Объем лавины, тыс. м3

<0,5 0,5-1,0 1-5 5-10 10-15 15-20 >20

Нового снега 61 55 42 17 00 00 00

Трансформации снежной толщи 4 21 44 83 100 100 100

Весеннего снеготаяния 35 24 14 00 00 00 00

Высота фронта такой лавины объемом около 1 400 000 м3, сошедшей 3 января 1991 г. на Чамгинском перевале (Восточно-Сахалинские горы), достигала 70 м, дальность выброса - около 3 000 м. Объемы лавин генетических классов нового снега и весеннего снеготаяния в основном не превышают 5 500 м3. Продолжительность лавиноопасного периода - от 60 суток на полуострове Крильон до 210 суток в горах центральной части Сахалина, где лавиноопасный период длится с октября-ноября по май (на юге - с ноября-декабря по март-апрель). Период формирования лавин трансформации снежной толщи на южном Сахалине - с конца декабря по начало марта, в центральных районах - с декабря по апрель.

Критерии оценки степени лавинной опасности для линейных сооружении. При

выборе критериев оценки лавинной опасности для магистральных трубопроводов исследовался спектр вопросов о воздействии лавинных процессов на сооружения надземной, наземной и подземной прокладки. Наибольшую опасность для нефтегазопроводов представляют лотковые лавины генетического класса трансформации снежной толщи и грунтовые лавины. Постоянный сход лавин с крутых склонов приводит к формированию у их подножия ям выбивания, глубина которых может превышать 1 м, площадь -180-300 м2. Особенно подвержены процессам лавинной эрозии аккумулятивные формы рельефа и участки, сложенные аргиллитами и алевролитами. На участках, сложенных гидрофильными породами, переувлажнение грунтов вокруг трубопроводов в зонах аккумуляции конусов лавинных отложений приведет к развитию тиксотропных явлений и изменению гидрохимического режима в грунтовой отсыпке. При оценке лавинной опасности для линейных сооружений необходимо использовать такие показатели, как характеристики катастрофических лавин, которые способны причинить сооружениям (особенно подземной прокладки) реальный ущерб. Воздействие лавинных процессов на линейные сооружения наземной и подземной прокладки носит различный характер, что должно учитываться при оценке лавинной опасности на ранних стадиях проектирования.

]. На линейные сооружения подземной и наземной прокладки лавинные процессы оказывают следующие виды воздействий: лавинная эрозия, приводящая к разрушению грунтовой отсыпки над сооружениями, повреждению и разрушению самих сооружений; лавинные удары (в зонах формирования ям выбивания, лавинных бугров и т. д. у подножия склонов); формирование конусов выноса лавин над сооружениями и развитие тиксотропных явлений.

2. На линейные сооружения надземной прокладки лавинные процессы оказывают следующие виды воздействий: давление лавинного тела на сооружение; воздействие воздушной волны лавины.

3. При строительстве и эксплуатации линейных сооружений необходимо учитывать возможность активизации лавинных процессов вследствие антропогенного воздействия на ПЛК. В главе приводятся основные причины и следствия антропогенной активизации лавинных процессов.

4. Активизация лавинных процессов может произойти вследствие глобальных изменений климата и ритмических изменений природных процессов, в связи с чем необходимо составлять прогноз динамики лавинной активности территории в соответствии с ритмами солнечной активности на период 10-30 лет.

5. Антропогенные изменения динамики лавинных процессов могут приводить к увеличению воздействия лавинных процессов на экосистемы, что необходимо учитывать при проектировании линейных сооружений. В главе проанализированы основные виды и последствия воздействия лавинных процессов на экосистемы.

По степени лавинной опасности для сооружений, техники и персонала все лавиноопасные участки на трассах линейных сооружений могут быть разделены на три категории. Для каждой категории рекомендованы группы мероприятий по защите сооружений и персонала и снижению ущербов от лавин.

Методологические принципы построения среднемасштабных карт природных лавинных комплексов. Для расчета характеристик лавинных процессов нами разработаны методологические принципы построения среднемасштабных карт ПЛК в малоизученных районах среднегорья и низкогорья и алгоритм расчета характери-

стик лавинных процессов (табл. 5Трис. 1), основанный на представлениях о ПЛКкак о тригтерной самоорганизующейся геосистеме (глава 2). Представление о снежной толще как о литологическом комплексе позволило разработать унифицированную таксономическую шкалу классификации ПЛ К и ПСК как геосистем, развивающихся по одним инвариантам, позволяющую комплексно разрабатывать содержание лавинных и селевых карт на основе анализа групп доминирующих факторов лавино-и селеобразования: литологических и геоморфологических.

Как подсистемную единицу в ландшафтно-зональной системе мы описываем ПЛ К в соответствии с общими принципами описания сложных систем (Д.С. Черешкин и др.) на основе принципов построения таксономии.

1. Принцип классификации, устанавливающий необходимость классификации значений параметров системы, в соответствии с которым разработана таксономическая шкала ПЛК.

2. Принцип многоуровенного описания. Объект при его системном описании должен быть описан как: элемент более широкой системы; целостное явление; сложная структура, внутреннее строение которой нужно представить с достаточной степенью детализации. В соответствии с этим принципом разработаны принципы описания ПЛК как многоуровенной системы.

Первый методологический принцип построения карт: зависимость характера и скорости метаморфизма снежной толщи от ландшафта. Ландшафтно-индикацион-ные свойства снежного покрова позволяют восстанавливать адекватную картину состояния и развития снежной толщи любой территории на основе ее ландшафтных и климатических характеристик (Э.Г. Коломыц), рассчитывать время появления в снежной толще лавиноопасных слоев и определять наиболее вероятный период формирования лавин класса трансформации снежной толщи. Спектр типов стратиграфических колонок для любой территории определяется полиморфностью ее ландшафтного строения, степенью гидроморфности низших таксономических уровней ландшафта и спектром типов метеорологических условий зимнего сезона. Анализ материалов полевых наблюдений автора диссертации в различных горных регионах показывает, что в сходных природно-климатических условиях в любой горной системе субарктического и умеренного пояса Евразии формируются однотипные спектры стратиграфических колонок.

Второй методологический принцип: доминирование литологических (снежная толща) и геоморфологических факторов лавинообразования и подчиненная роль гидрометеорологических факторов. Основная причина схода лавин - метаморфизм снежной толщи (таблицы 1, 2). Гидрометеорологические факторы не оказывают существенного влияния на энергию лавины. В легенду карты вводится продолжительность формирования лавиноопасного слоя после снегопада, что позволяет прогнозировать начало периодов формирования лавин генетического класса трансформации снежной толщи, которые имеют максимальную дальность выброса, энергию и разрушительную силу и не прогнозируются обычными методами. Мы разделяем лавины на три генетических класса: лавины нового снега - форм1груются во время снегопадов и метелей из слоя свежевыпавшего или метелевого снега толщиной 5-150 см; лавины весеннего снеготаяния - формируются в период снеготаяния из слоя влажного или мокрого снега толщиной 5-100 см; лавины трансформации снежной толщи - формируются в результате метаморфизма снежной толщи и воздействия внешних причин из старого или смешанного снега толщиной 5-350 см и более.

Виды воздействия лавинных процессов на линейные сооружения подземной и наземной прокладки

Таблица 3

Вид воздействия Вызываемые ущербы Характеристики лавинных процессов, определение которых необходимо для оценки воздействия лавин на линейные сооружения

Характеристики лавинных процессов Характеристики лавинного режима

Лавинная эрозия Разрушение грунтовой отсыпки над сооружениями, повреждение и разрушение сооружений Площадная пораженность территории в %; густота сети лавиносборов; макс, дальность выброса; макс, объем; макс, потенциальная энергия Продолжительность лавиноопасного периода; период формирования лавин трансформации снежной толщи; период макс, активности лавин разных генетических классов; частота схода лавин

Лавинные удары То же Глубина ям выбивания; макс, объем лавин; макс, значение потенциальной энергии; макс, давление на препятствие; макс, скорость Скорость формирования ям выбивания; частота схода лавин

Переувлажнение грунтов вокруг трубопроводов в зонах аккумуляции лавинных отложений Развитие тиксспропных явлений и изменение гидрохимического режимав грунтовой отсыпке Толщина конусов выноса; суммарный объем выносов за сезон; плотность отложений Частота схода лавин

Антропогенное изменение динамики лавинных процессов Активизация лавинных процессов и увеличение степени их воздействия на сооружения Прогноз изменения интенсивности и динамики лавинных процессов и лавинного режима вследствие антропогенного воздействия на природные лавинные комплексы

Изменение интенсивности лавинных процессов при изменениях климата То же Прогноз изменения динамики лавинных процессов и лавинного режима вследствие глобальных изменений климата

Воздействие лавинных процессов на экосистемы Экологические риски Прогноз воздействия лавинных процессов на экосистемы вследствие антропогенных изменений динамики лавинных процессов в зоне строительства (изменение микроклимата, гидроморфности ландшафтов; воздействие на биоценозы)

Таблица 4

ТАКСОНОМИЧЕСКАЯ ШКАЛА КЛАССИФИКАЦИИ ПРИРОДНЫХ СЕЛЕВЫХ КОМПЛЕКСОВ. АЛГОРИТМ АНАЛИЗА ФАКТОРОВ СЕЛЕОБРАЗОВАШ1Я И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СЕЛЕВЫХ ПРОЦЕССОР

Таксономический \ровень ]. Класс II. Подкласс.

Компонент природной Макроструктура рельефа Геоморфологическая структура

Фаморы с ел «образования Региональные Геоморфологические

Определяемая характеристика Тип рельефа Характеристики рельефа Характеристики селевых бассейнов

Характер расчлененка рельефа н скороси денудационных Абс. высота. Глубина расчленения, ы Крутизна склонов, град 11рсобдадаю щнй тип селсеого очага Средняя Площадная норажениость территории, Густота сети сслевых русел, ел/км1 Крутизна склонов в еслеком очаге, град

Таксономический уровень 111 Тин

Компонент природной среды Геологическое образование

Факторы селеобразовання Геологические

Определяем« характеристика Очаг твердого питания селей Селевой очаг

Возраст пород Преобладающий сос34в ■юрод Балл устойчивости пород Козфф пород Сопротивление ра 1да&л и в а н ню, кг/см1 Преобладающий тип ||01снциальн0Ю селевого массива, ПСМ (обвоанення, нак-онлеиия) Критическая толщина ПСМ. Скорость накопления критического объема ПСМ, лет Преобладающий тип селевого процесса (сдвиговый, .»ротиоиыо-СДвиговый, эрозионно-транспортный)

Таксономический уровень IV. ПОЛТИН

Компонента природной среды Литологнческнй комплекс

Фаеторы селеобразовання Литологнческие

Фал процесса Неравновесная (состав пород ПСМ) Динамическая Статическая

Определяема* характеристика Заполнитель Преобладающий структурно-реологический тин селевого hoiока (связный; несвязный) Тин селя Макс дальность выброса км Плотность селевой массы, кг/м* Макс. Скорость, Макс, высота селевой волны, добегання. Макс, объем, тыс ы Толщина о!ложений

Средн Макс

•к

вен

Таксономический уровень IV. Иидпш Ожидаемый хара kiep »оздейсткн сооружения и на объекты н

Компонеша природной СреДЫ Климатический район Категория 1: разрушение капитальных сооружений и линейных сооружений подземной прокладки Категория И разрушение деревянных и шлакоблочных сооружений и линейных сооружений надземной прикладки, повреждение железобетонных и линейных сооружений наземной и подземной прокладки Категория HI разрушение деревянных сооружений, повреждение лилейных сооружений надземной прикладки Категория /К повреждение (уничтожение) авторанспортиых средств, угроза человеку

Факторы селеобразовання Ме1соро!Югичсскхе

Определяемая характеристика Метеорологический режим Селевой режим

Селеобразуюшая сумма осадков, Суточный максимум осадков. Генезис водной составляющей Селсопасный период Мсжселсвой ишервал, лег Повторяв мост ь периодов массово! о селеобразов аи ия,

Начало, месяц Окончание, месяц Продолжительное^, сутки Период наибольшей активности, мес

Примечание I. Типы селскых потоков структурно-реологический тин I) связные - ГК- (рязекаменный, Г • грязевой, CK- склоновый, 2)иес»язные • IIB • наносоаодный, ВК • водокаменный, 3)13СП - водоснежный

ЛАВИННЫЕ КОМПЛЕКСЫ о. САХАЛИН

Масштаб 1:500 ООО Класс лавинного комплекса:

I - горный; II - предгорный; III - террассовый. 1,""'- подтип лавинного комплекса Рисунок 1 гС^ граница подтипа лавинного комплекса

СЕЛЕВЫЕ КОМПЛЕКСЫ о. САХАЛИН

Масштаб 1:500 ООО Класс селевого комплекса:

I - горный; II - предгорный; III - террассовый. I,A1- подтип селевого комплекса Рисунок 2 граница подтипа селевого комплекса

ТАКСОНОМИЧЕСКАЯ ШКАЛА КЛАССИФИКАЦИИ ПРИРОДНЫХ ЛАВИННЫХ КОМПЛЕКСОВ.

Таксономический уровень 1. КЛАСС II. ПОДКЛАСС. Ш. Тин

Компонента природной среды Макроструктура рельефа Геоморфологическая структура /соло/ ическос образование

Факторы лавниообразо-вания Региональные Геоморфологические Геологические

Определяемая характеристика Тип рельефа Характеристики рельефа Характернаикн лавнносбороь X'jpjKrcpiicniKH пород Характеристики лавиносборов

Хардвер расчленения рельефа и скорость денудационных процессов Абс. высота, м Глубина расчлене ння, м Крутизна склонов, град Макс заложе-НПО, м Крутизна склонов в зоне о 1 рывц лавин, |рад Возраст пород ripcoöju-дающий cociaa порол Саял ус гон-41IBOC1H пород Козфф крепости пород ConpoiHi- ра)давлнва-нню, кг/см1 Преобладающий гни: лоток; желоб;склон (осоа) Средняя площадь. ia Г>стога сегн ланиносбров, ед /км

Таксономический уровень

Компонента природной среды

Группа ландшафтов (ряд высотной поясности) Вариант ландшафта

Факторы лавинообраэо _ваши

Метеорологические

Ландшафтные

Метеорологический режим

Лавинный режим

Определяемая характеристика

Генетический класс лавин

Сумма твердых осадков за сезон £р / макс),

Продолжительность залегания снежного покрова, сутки

Средн. высота снежного покрова fiapr -апрель),

Средн. темпе-раг>ра воздуха за я нварь, град.

Макс, сумма осадков ha снегопад за сутки).

Число снегопадов за сезон, (>10 мм осадков)

Дата схода первой лавины (рацмн среди)

Дата схода последней лавины {ранняя средн.)

Продолжительность лавиноопасного периода {среди макс ), СУТ-

Среднее число лавин за сезон (зима многоснежная срсднсснежнал).

Площадная поражен-ность территории лавинными процессами.

Таксономический уровень

Ожидаемый характер воздействия лавныы на объекты и сооружения.

Факторы лавинообразо-вания

Ландшафтные

Фаза процесса

Неравновесная (зона отрыва лавин)

Определяемая характеристика

Генетический класс лавнн

Высота снежного покрова (зима Много» Сцепная средн.). см

Коэфф. перекристаллизации снежной толиш

Продол житель* ность формирования лавиноопасного слоя, сут.

Динамическая

Для лавин разных генетических классов

Макс, объем, тыс. м1

Средний об ьем,

Макс, высота фронта, м

Макс, скорость, м/с

энергия, кг'м/сМО'

НТВ

давление, т/м2

Для лавин разных генетических классов

Макс, толишна отложений.

Плотность отложений, кг/м'

Категория /. разрушение кашгтальных сооружений н линейных сооружений подземной прокладки.

Категория II: разрушение деревянных и шлакоблочных сооружений м линейных сооружений наземной и надземной прокладки, повреждение железобетонных и линейных сооружений подземной прокладки. Категория III: разрушение деревянных сооружений, повреждение линейных сооружений надземной прокладки. Категория ¡У: повреждение (уничтожение) авторанспортных средств; угроза человеку

IV. подтип

Макс

тыс. м

Примечание /. Генетические классы лавнн. Н - нового снега; Т • трансформации снежной толщи; В - весеннего снеготаяния

Виды воздействия лавинных процессов на линейные сооружения надземной прокладки

Таблица 6

Характеристики лавинных процессов Характеристики лавинного режима

Давление лавинного тела на сооружение Повреждение и разрушение сооружений Площадная поражетость территории в %; густота сети лавиносборов; макс, дальность выброса; макс, объем; макс, значение потенциальной энергии; макс, давление на препятствие; макс, скорость; макс, высота фронта; толщина конусов выноса; плотность отложений Продолжительность лавиноопасного периода; период формирования лавин трансформации снежной толщи; период макс, активности лавин разных генетических классов; частота схода лавин

Давление воздушной волны лавины на сооружение Повреждение и разрушение сооружений Площадная пораженносгь территории в %; густота сети лавиносборов; макс, дальность выброса воздушной волны; макс, высота фронта воздушной волны; макс, давление воздушной волны на препятствие Продолжительность лавиноопасного периода; период формирования лавин трансформации снежной толщи; период макс, активности лавин разных генетических классов; частота схода лавин

Антропоген ное изменение динамики лавинных процессов Активизация лавинных процессов и увеличение степени их воздействия на сооружения Прогноз изменения интенсивности и динамики лавинных процессов и лавинного режима вследствие антропогенного воздействия на природные лавинные комплексы

Изменение интенсивное ти лавинных процессов при изменениях климата То же Прогноз изменения динамики лавинных процессов и лавинного режима вследствие глобальных изменений климата

Третий методологический принцип. Представление о лавинном процессе как о детерминированном цикле развития диссипативных структур в литологической компоненте ПЛК (глава 2) позволяет разработать методику пространственного прогноза лавинных процессов для малоизученных территорий и выделить таксоны: территории, сходные по геоморфологическим и нивальным условиям лавинообра-зования. Характеристики ПЛК в изученных однотипных районах позволяют рассчитать значения искомых характеристик в неисследованных районах и выстраивать иерархический ряд таксономических категорий ПЛК. Карта составляется как карта районирования территории (рис. 1). Количественные характеристики лавинных процессов приводятся в легенде.

Таксономические категории природных лавинных комплексов (на примере о. Сахалин). Рассматриваются основные группы факторов лавинообразования.

Геологические факторы. Лавиносборы формируются благодаря эрозионно-де-нудационным процессам. Скорость их формирования, морфологический тип, площадь, суммарная площадь и густота сети лавиносборов определяются скоростью процессов эрозии и денудации, которая зависит от состава горных пород. Состав пород, коэффициент крепости, балл устойчивости и сопротивление раздавливанию позволяют определить скорость выветривания пород и рассчитать значения характеристик лавиносборов. Кроме того, геологические факторы влияют на интенсивность лавинных процессов. Балл устойчивости, коэффициент крепости и сопротивление горных пород раздавливаемости позволяют оценить скорость их выветривания и скорость и характер эрозионно-денудационных процессов. Это позволяет оценить степень расчлененности склонов и рассчитать такие характеристики лавиносборов, как преобладающий морфологический тип, средняя площадь лавиносбо-ра и густота сети лавиносборов.

Морфология лавиносборов оказывает важное влияние на строение конусов выноса лавин. В лавинных комплексах центрального Сахалина лавиносборы лоткового типа отличаются глубоко врезанными лавинными лотками. В результате в зоне аккумуляции лавинный поток не распластывается, и конусы выноса лавин даже малых объемов имеют значительную толщину. В Восточно-Сахалинских горах конус выноса лавины нового снега при объеме 100-150 м3 может достигать толщины до 3,0 м.

Горы Ламанон, сложенные интрузивными породами - андезитами и дацитами (балл устойчивости - > IV, коэффициент крепости пород - > 10, сопротивление раздавливаемости - 700-1400 кг/см2), несмотря на то, что крутизна склонов превышает 400, очень слабо расчленены эрозионно-денудационными процессами. В результате площади лавиносборов превышают 5 га, площадь пораженности территории лавинными процессами - около 90%, густота сети лавиносборов - 8-10 на км2. Объемы лавин могут превышать 40 тысяч м3, однако вследствие крутизны склонов в зонах отрыва лавин время существования гомогенной снежной толщи недостаточно для того, чтобы коэффициент ее перекристаллизации превысил значение 0,25. В результате здесь преобладают лавины нового снега объемом менее 1 тысячи м3.

Напротив, на побережье Татарского пролива между городами Горнозаводск и Невельск крутые (40°-45°) склоны, сложенные песчаниками и алевролитами Невельской свиты (балл устойчивости - III, коэффициент крепости пород - 2-3, сопротивление раздавливаемости - 200-500 кг/см2) расчленены густой сетью желобов площадью 0,1-0,3 га, заложенных по эрозионным врезам, в которых формируются лави-

ны сравнительно небольшого объема: 0,1-1,0 тысяча м3. Большая крутизна склонов в зонах отрыва лавин не позволяет накапливаться снежному покрову достаточной толщины, из-за чего объемы лавин невелики. Площадная пораженность территории лавинными процессами - до 80%, густота сети лавиносборов - 15-25 на км2.

На соседнем участке с аналогичными геоморфологическими характеристиками (г. Невельск) площадная пораженность территории лавинными процессами - 70%, средняя площадь лавиносборов - 0,5-1,0 га, густота cení лавиносборов -10-12 на км2. Лавиносборы заложены по денудационным воронкам и 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 объемы лавин здесь достигают 18,0 тысяч м3 (в среднем - около 1,0 тысячи м3). Причина различия заключается в том, что в этом районе лавиносборы формируются на склонах, сложенных породами, менее устойчивыми к процессам выветривания и, соответственно, денудации: алевролитами и аргиллитами (балл устойчивости - III, коэффициент крепости пород - 2-3, сопротивление раздавливаемое™ -100-200 кг/см2), более подверженными воздействию эрозионных процессов.

Геоморфологические факторы. Интегральный показатель, лежащий в основе расчета многих характеристик лавин, - глубина расчленения рельефа - используется нами в соответствии с общепринятыми методиками.

Ландшафтные факторы. Ландшафтно-индикационные свойства снежного покрова позволяют оценить интенсивность лавинных процессов в соответствии с полиморфной ландшафтно-зональной системой территории.

Гидрометеорологические факторы рассматриваются нами как подчиненные, включающие триггерный механизм лавинного процесса.

Геологическое, геоморфологическое и ландшафтное строение и климат территории как факторы лавинообразования и лавинный процесс в различных его фазах рассматриваются как элементы единого процесса, развивающегося в триггерной геосистеме- лавинном комплексе. Такой взгляд на лавинный процесс позволяет выбрать группы геологических, геоморфологических, ландшафтных и литологических факторов лавинообразования в качестве основных критериев выделения таксономических единиц иерархического ряда лавинных комплексов: wiacc - подкласс - тип -подтип (таблица^), на основе системного анализа факторов лавинообразования и оценке характера лавинных процессов на исследуемой территории.

I. Класс. Таксономический уровень - группа ПЛК в однотипных морфострук-турах. На Сахалине выделено три класса ПЛК.

1. Горный. Абсолютные высоты рельефа от 300 до 1600, глубина расчленения -400-1500 м. Лавинные процессы носят характер, присущий лавинным процессам в высокогорье. Объемы лавин - более 1 млн. м3.

2. Предгорный: межгорные впадины, предгорные шлейфы и наклонные равнины. ПЛК формируются на склонах речных долин и оврагов. Абсолютные высоты и глубина расчленения рельефа - 100-300 м. Максимальные объемы лавин не превышают 1000 м3, средние - 100-200 м3.

3. Террасовый. ПЛК формируются на склонах морских аккумулятивных и аккумулятивно-денудационных террас. Абсолютные высоты рельефа - 0-200 м, глубина расчленения - от 20 до 200 м. Максимальные объемы лавин - 20 000-25 000 м3, средние-200-1000 м3.

II. Подкласс выделяется по однотипности геоморфологических факторов лави-нообразования, позволяющих рассчитать диапазон некоторых морфометрических характеристик лавиносборов и оценить вероятный характер динамики лавинных процессов. Таксономический уровень - группа лавиносборов с близкими морфо-метрическими характеристиками. Верхняя граница подкласса определяется высотой зоны отрыва лавин, нижняя - границей максимального заложения лавиносборов, не имеет определенной высотной привязки и может колебаться в широком диапазоне. На о. Сахалин выделено шесть подклассов лавинных комплексов.

III. Тип - таксономическая единица, выделяемая по однотипности геологических факторов лавинообразования, под влиянием которых формируются группы лавиносборов со сходными морфометрическими и морфологическими характеристиками. Определяются морфометрические характеристики лавиносборов.

IV. Подтип. Анализируются ландшафтные, литологические и метеорологические факторы лавинообразования и выделяются группы ландшафтов, в которых однотипны спектры стратиграфических колонок снежной толщи. Ландшафтные факторы обуславливают динамику литологаческих факторов: характер и скорость метаморфизма снежной толщи и пространственную изменчивость его структуры, что позволяет рассчитать время наступления периодов наибольшей вероятности формирования лавин наиболее опасного генетического класса - трансформации снежной толщи (т. е. время наступления периода максимальной лавинной опасности), их максимальные объемы и динамические характеристики. На уровне подтипов определяются особенности формирования структуры снежного покрова, характерные для групп ландшафтов, лавинный режим и рассчитываются характеристики лавин разных генетических классов. Приводятся стратиграфические колонки снежной толщи в разных ландшафтах о. Сахалин. Влияние ландшафта на интенсивность проявления лавинных процессов заключается также в том влиянии, которое оказывает на них растительный покров. Лес (даже хвойный) играет в лавинном процессе регулирующую роль, сильно снижая частоту схода лавин, но не прекращая ее полностью. Так, вопреки общепринятому мнению о защитной роли леса, в Восточно-Сахалинских горах вследствие метаморфизма снежного покрова повсеместно отмечается сход лавин небольшого объема (до 300 м3) со склонов, покрытых густым хвойным и смешанным лесом (площадь проективного покрытия - до 100%).

Поскольку в среднегорье и низкогорье растительным покровом в значительной мере регулируется такой параметр, как площадная пораженность территории лавинными процессами, мы определяем этот параметр на таксономическом уровне подтипа ПЛК. Границы подтипов ПЛК выделяются в границах групп ландшафтов и согласуются с ландшафтным районированием территории. На о. Сахалин выделен 31 подтип ПЛК. Количественные характеристики лавинных процессов о. Сахалин приводятся в диссертации (легенда карты лавинных комплексов).

Выводы

1. Предлагаемые методологические принципы позволяют на основе данных о геологической, геоморфологической и ландшафтной структуре и климатических характеристиках малоизученной территории проводить ее районирование по интенсивности проявления лавинных процессов и получать количественные характеристики лавинных процессов и лавинного режима, в том числе при недостатке исходной информации (выделение геологических и геоморфологических структур и определение характеристик растительного покрова на основе дешифр!грования аэрокосмических снимков).

2. Методика позволяет оценить степень лавинной опасности на ранних стадиях проектирования линейных сооружений, определить ожидаемый характер воздействия лавинных процессов на сооружения в зависимости от их класса, рассчитать лавинные риски и снизить затраты на проведение изыскательских работ.

3. На о. Сахалин главную роль в лавинном процессе играет метаморфизм снежной толщи, чем обусловлено преобладание лавин трансформации снежной толщи, что характерно для среднегорья и низкогорья всей Евразии в зоне субарктического и умеренного климатического пояса.

ГЛАВА 4. Методика построения среднемасштабных карт природных селевых комплексов

Селевые комплексы о. Сахалин: обзор факторов селеобразования и динамики селевых процессов. На о. Сахалин формируются связные и несвязные селевые потоки. Водокаменные потоки формируются в селевых бассейнах, врезанных в толщу плохо размываемых пород (интрузивных массивов и т. д.). Плотность грязевых и грязекаменных селей - 1400-1900 кг/м3, наносоводных - не более 1100 кг/м3, водока-менных - 1300-1700 кг/м3. Средние объемы селевых потоков: сотни - тысячи м3, максимальные - до 100 тыс. м3. Скорости селевых потоков - до 9-11 м/с, что обусловлено малой вязкостью селей (из-за сравнительно малого количества глинистых частиц в суспензии), большими уклонами (20°-35°) и малой длиной селевых русел (1002000 м). Расходы селевых потоков: до 50 м3/с - 350 м3/с. Высота первой селевой волны - от 1,5-2,0 м до 3-8 м. Высокие скорости и малая длина селевых русел обуславливают малое время добегания и селевые потоки на о. Сахалин отличаются большей внезапностью, чем в ряде горных регионов России и Средней Азии. Средняя толщина селевых отложений -1-2 м, максимальная - 10-12 м. Отложения водокаменных потоков представлены галечно-валунным материалом с содержанием супесчано-суглинистого заполнителя менее 10%. В отложениях грязекаменных и грязевых потоков содержание супесчано-суглинистых фракций - от 20% до 70%; обломочная фракция представлена дресвяно-щебнистым материалом. Активное формирование селевых потоков происходит в конце мая - начале июня и в августе-сентябре. Межселевой интервал в ПСК горного класса - более 10 лет, в ПСК террасового класса - 1 раз в 1-3 года; раз в 3-5 лет отмечаются периоды массового селеобразования. Селе-образующая сумма осадков - 50 мм, интенсивность - 30-50 мм/сутки.

Критерии оценки степени селевой опасности для линейных сооружений. Воздействие селевых процессов на линейные сооружения надземной, наземной и подземной прокладки носит различный характер, чем определяется выбор критериев оценки лавинной и селевой опасности для разных классов сооружений. Предпочтительно использовать такие показатели, как характеристики катастрофических селевых потоков, способных причинить сооружениям (особенно подземной прокладки) реальный ущерб. Наибольшую опасность для магистральных трубопроводов представляют грязекаменные и водокаменные потоки, обладающие высокой эродирующей способностью. Повышенное увлажнение грунтов под конусами выноса связных селей в зонах аккумуляции вследствие медленного высвобождения жидкой составляющей селевых отложений может приводить к развитию тиксотропных явлений в гидрофильных породах над нефтегазопроводами и изменению гидрохимического режима в грунтовой отсыпке. Наносоводные и водоснежные потоки размывают грунтовую отсыпку над нефтегазопроводами подземной прокладки и повреждают нефтегазопроводы наземной прокладки.

Виды воздействия селевых процессов на линейные сооружения и показатели, необходимые для оценки селевой опасности на ранних стадиях проектирования линейных сооружений разных классов приведены в таблицах 7, 8.

1. На линейные сооружения подземной прокладки селевые процессы оказывают следующие воздействия: селевая эрозия, приводящая к разрушению грунтовой отсыпки над сооружениями, повреждению и разрушению сооружений; формирование конусов выноса селевых потоков над сооружениями и развитие тиксотропных явлений в фунтах над сооружениями.

2. На линейные сооружения наземной и надземной прокладки селевые процессы оказывают следующие воздействия: давление селевого потока на сооружение (удар селя).

3. При строительстве и эксплуатации линейных сооружений возможна активизация селевых процессов вследствие антропогенного воздействия на ПСК, основные причины и следствия которого анализируются в диссертации.

4. При проектировании линейных сооружений необходимо учитывать возможность увеличения интенсивности проявления селевых процессов вследствие естественного изменения факторов селеобразования: глобальных изменений климата и подверженности природных процессов ритмическим изменениям. Рекомендуется составлять прогноз динамики селевой активности в соответствии с ритмами солнечной активности на период 10-30 лет.

5. Необходим прогноз экологических рисков при активизации селевых процессов вследствие антропогенных изменений в ПСК во время строительства линейных сооружений, которые могут приводить к увеличению воздействия селевых процессов на экосистемы: вплоть до разрушения сложившихся биоценозов. По степени ожидаемого воздействия на линейные сооружения селеопасные зоны разделены на три категории. Для каждой категории селеопасных участков рекомендованы группы мероприятий по предотвращению ущербов и защите персонала в период строительства и эксплуатации линейных сооружений.

Методологические принципы построения среднемасштабных карт природных селевых комплексов (ПСК) и алгоритм расчета характеристик селевых процессов для малоизученных районов среднегорья и низкогорья (таб. Ч, рис. 2), основаны на представлениях о ПСК как о триггерной геосистеме (гл. 2): подсистемной единице ландшафтно-зональной системы, что позволяет выделить доминирующие группы факторов селеобразования: литологические и геоморфологические. Геоморфологическое и геологическое строение и климат территории как факторы селеобразования и селевой процесс в различных его фазах - элементы единой ландшафтно-зональной системы.

Таксономическая шкала классификации ПСК разработана на основе принципов построения таксономии (глава 3).

Первый методологический принцип построения карт: доминирующие факторы селеобразования - геологические, геоморфологические и литологические, подчиненные - гидрометеорологические, что позволяет выделить территории, сходные по геологическим и геоморфологическим условиям селеобразования, и, опираясь на количественные характеристики ПСК в изученных однотипных районах, рассчитать значения искомых характеристик в исследуемых районах.

Второй методологический принцип: характеристики литологических комплексов, типичных для территории, позволяют по скорости выветривания пород рас-

считать скорость накопления критического объема ПСМ. В сочетании с морфологическими характеристиками селевых бассейнов и метеорологической характеристикой территории это позволяет определить характеристики селевого режима.

Третий методологический принцип: формирование потенциального селевого массива, возникновение, движение и разгрузка селевого потока - различные фазы единого детерминированного процесса (глава 2). Это позволяет решить проблему пространственного прогноза селевых процессов. Пред лагаемая методика - пространственный прогноз интенсивности проявления селевых процессов для малоизученных территорий.

При определении периодов максимальной селевой активности влияние осадков учитывалось косвенно, т. к. на о. Сахалин преимущественное значение имеет литологичес-кий фактор: объем и состояние ПСМ. Поскольку большинство селевых бассейнов низкого-рья и среднегорья имеют малые площади и линейные размеры и не могут быть показаны на карте среднего масштаба, карта составлена как карта районирования территории (рис. 2). Количественные характеристики селевых процессов и их режима приводятся в легенде.

Таксономические категории природных селевых комплексов (на примере о. Сахалин). Рассматривая доминирующие факторы селеобразования и селевой процесс как элементы единой геосистемы, мы разработали алгоритм определения количественных характеристик селевых процессов. Принципы построения иерархического ряда таксономической классификации ПСК: класс - подкласс - тип - подтип (таблица^), основаны на логической последовательности анализа геоморфологической, геологической и климатической составляющих ландшафтно-зональных систем, которыми определяются условия формирования ПСМ и развития селевых процессов.

I. Класс. Таксономический уровень - группы ПСК в однотипных морфострук-турах рельефа. На этом уровне определяется общий характер проявления селевых процессов. На Сахалине нами выделено три класса ПСК.

1. Горный. Абсолютные высоты рельефа - от 300 до 1600, глубина расчленения - от 400 до 1500 м. Интенсивность селевых процессов шока. Формируются водокаменные и грязекаменные и водоснежные потоки максимальных объемов - более 100 000 м3. Селевые процессы носят характер, присущий селевым процессам в любых горных системах. Преобладающий тип ПСМ - накопления.

2. Предгорный: межгорные впадины, предгорные шлейфы и наклонные равнины. Абсолютные высоты и глубина расчленения рельефа - 100-300 м. ПСК формируются на склонах речных долин и оврагов. Интенсивность селевых процессов высока, объемы селей - не более 40 000 м3. Тип ПСМ - накопления и обводнения. Формируются грязевые и наносоводные потоки и склоновые сели объемом до 1000 м3.

3. Террасовый. ПСК формируются на склонах морских аккумулятивно-денудационных и аккумулятивных террас и абразионных уступов и в бассейнах водотоков, прорезающих террасы. Абсолютные высоты рельефа - 0-200 м, глубина расчленения -от 20 до 200 м. Длина селеносных водотоков - не более 2 км. Интенсивность селевых процессов - наибольшая на о. Сахалин. Тип ПСМ - накопления и обводнения. Формируются грязекаменные, грязевые и наносоводные потоки объемом до 80 000 м3 (обычно - менее 5 000 м3), а также склоновые сели.

II. Подклассы ПСК выделяются по однотипности геоморфологических факторов селеобразования. Таксономический уровень - группа селевых бассейнов с близкими морфологическими и морфометрическими характеристиками. На о. Сахалин выделено семь подклассов ПСК.

Виды воздействия селевых процессов на линейные сооружения подземной прокладки

Таблица 7

Вид воздействия Вызываемые ущербы Характеристики селевых процессов, определение которых необходимо для оценки воздействия селевых потоков на линейные сооружения

Характеристики селевых процессов Характеристики селевого режима

Селевая эрозия Разрушение грунтовой отсыпки над сооружениями, повреждение и разрушение сооружений Площадная пораженность территории в %; макс, дальность выброса; макс, объем; глубина селевой эрозии; вероятность формирования водоснежных потоков Продолжительность селеопаснош периода; период наибольшей селевой активности; повторяемость селевых потоков за сезон; межселевой интервал

Развитие тиксотрогшых явлений и изменение гидрохимического режима в грунтовой отсыпке Повреждение трубопроводов Площадная пораженность территории в %; толщина конусов выноса; суммарный объем выносов за сезон; плотность отложений Повторяемость селевых потоков за сезон; межселевой интервал

Антропогенн ое изменение динамики селевых процессов То же Прогноз изменения интенсивности и динамики селевых процессов и селевого режима при антропогенных изменениях в природных селевых комплексах

Изменение ингенсивносг и селевых процессов при изменениях климата • То же Прогноз изменения динамики селевых процессов и селевого режима вследствие глобальных изменений климата

Воздействие селевых процессов на экосистемы Экологические риски Прогноз воздействия селевых процессов на экосистемы вследствие антропогенных изменений д инамики лавинных процессов в зоне строительства (изменение микроклимата, гидроморфности ландшафтов и т. д.; воздействие на биоценозы)

Виды воздействия селевых процессов на линейные сооружения надземной и наземной прокладки

Таблица 8

Характеристики селевых процессов Характеристики селевого режима

Давление селевого потока на сооружение Повреждение и разрушение сооружений Площадная пораженность территории в %; макс, дальность выброса; макс, объем выносов; макс.давление на препятствие (сила удара); макс, скорость; макс, высота фронта (селевой волны); толщина конусов выноса; плотность отложений; вероятность формирования водоснежных потоков Продолжительность селеопас-ного периода; период наибольшей селевой агаив-носта; повторяемость селевых потоков за сезон; межселевой интервал

Антропогенно е изменение динамики селевых процессов То же Прогноз изменения интенсивности и динамики селевых процессов и селевого режима при антропогенных изменениях в природных селевых комплексах

Изменение интенсивност и селевых процессов при изменениях климата То же Прогноз изменения динамики селевых процессов и селевого режима вследствие глобальных изменений климата

Воздействие селевых процессов на экосистемы Экологические риски Прогноз воздействия селевых процессов на экосистемы вследствие антропогенных изменений динамики лавинных процессов в зоне строительства (изменение микроклимата, гидроморфности ландшафтов и т. д.; воздействие на биоценозы)

III. Тип. Таксономический уровень - очаг твердого питания селей. Выделяются территории с однотипными геологическими факторами селеобразования и определяются характеристики очага твердого питания селей, состав пород в которых позволяет рассчитать скорость выветривания пород и скорость накопления ПСМ в селевых очагах, а также определить доминирующие типы ПСМ и доминирующие типы селевых процессов. На о. Сахалин выделено 30 типов ПСК.

IV. Подтип. Выделяется по однотипности генетического состава и характеристик рыхлообомочных пород, формирующих ПСМ. Таксономическийуровень-селевой очаг, определяющий тип селевого потока. Анализируются характеристики литологической компоненты ПСК. По составу и характеристикам пород в селевых очагах определяется степень и скорость водонасыщения и связности пород ПСМ и устанавливается преобладание селевых потоков тех или иных структурно-реологических типов, их объемы и характер воздействия селей на сооружения. Структурно-реологический тип селя, обусловленный геологическими факторами, позволяет определить типы селей. В сочетании с информацией, полученной на стадии выделения таксонов более высоких категорий, мы получаем набор параметров для расчета динамических характеристик селевых потоков разных типов методами, разработанными в главе 2. На о. Сахалин выделен 71 подтип ПСК. Количественные характеристики селевых процессов в ПСК о. Сахалин приводятся в диссертации (легенда карты селевых комплексов).

Водоснежные потоки. Водоснежные потоки (ВСП) формируются на о. Сахалин как в глубине острова, так и в прибрежной зоне в интервале абсолютных высот от 500 до 900 м в лавиносборах и селевых бассейнах, поверхность которых лишена растительного покрова и сложена породами, имеющими низкие значения коэффициента инфильтрации. Как правило, ВСП формируются в горных массивах, сложенных плотными интрузивными и зеленокаменными породами. Часто роль подстилающей поверхности играет зеркало скольжения оползня, срывающего со склона дерновой покров. На высотах более 900 м формирование ВСП происходит крайне редко, поскольку снежная толща в этой зоне выполнена корразионно-полиэдри-ческим снегом плотностью 0,45-0,55 г/см5, в котором мала скорость перекристаллизации снежной толщи (глава 3 настоящей диссертации). Повторяемость ВСП - 1 раз в 7-10 лет, объемы - до 50 000 м3 при дальности выброса более 3 км. Высота фронта -до 3-4 м. Период формирования -третья декада марта-вторая декада апреля. Массовое формирование ВСП отмечалось в апреле 1982 и 1989 гг.

Выводы

1. Предлагаемые методологические принципы позволяют на основе данных о геоморфологическом и геологическом строении и климатических характеристиках территории проводить ее районирование по интенсивности проявления селевых процессов и получать количественные характеристики селевых процессов и селевого режима для малоизученной территории, в том числе при недостатке исходной информации (выделение геологических и геоморфологических структур на основе дешифрирования аэрокосмических снимков).

2. Предлагаемая методика позволяет на ранних стадиях проектирования оценить ожидаемый характер воздействия селевых процессов на линейные сооружения в зависимости от их класса и снизить затраты на проведение изыскательских работ.

3. Водоснежные потоки формируются на о. Сахалин в районах среднегорья как в глубине острова, так и в прибрежной зоне, значительно превосходят селевые потоки других типов по скорости и дальности выбросов и в ряде случаев более опасны для линейных сооружений.

ГЛАВА 5. Динамика лавинных процессов и сейсмичность территории (на примере о. Сахалин)

При проектировании линейных сооружений в сейсмичных районах необходимо учитывать вероятность формирования сейсмогенных лавин. Сахалинская область - высокосейсмичный район и одна из наиболее лавиноопасных территорий России.

Определение физических принципов механизма формирования сейсмогенных лавин. Сейсмические колебания включают триггерный механизм лавинного процесса (главы 2,3 настоящей диссертации).

1. Резонансное усиление амплитуды автоколебаний снежного пласта при возбуждении в литосфере поперечных волн (волны Рэлея) с частотами, близкими к частотам автоколебаний снежного пласта, способно привести к его разрушению в зонах концентрации изгибных напряжений.

2. Воздействие на снежную толщу продольных сейсмических волн (волны Лява) может привести к разрушению вертикальных элементов текстуры (кластеров) в слое-волноводе вторично-идиоморфного снега и реализации просадочного механизма ла-винообразования. С учетом эффекта усиления энергии сейсмического толчка за счет волноводных эффектов в снежном слое разрушение лавиноопасного слоя (слоев) возможно при интенсивности землетрясений в лавиносборе 1-2 баллов.

Методика н результаты исследования. Механизмом образования сейсмогенных лавин определяется характер зависимости между лавинными и сейсмическими процессами, что подтверждается результатами проведенных исследований. Случаи вероятного совпадения дат схода лавин с датами землетрясений за 1951-1993 гг. разбиты на две группы событий: со степенью вероятности 80-85% и 60-65% (табл. 9,10, 11). Отмечены следующие закономерности: на период середина декабря-конец марта приходится 85,7% случаев совпадений дат землетрясений с датами схода лавин (в это время снежная толща сложена 10-24 слоями, часть из которых выполнена кристаллами скелетного класса форм, значения коэффициентов вторичного расслоения снежной толщи - 0,80-0,90, коэффициентов перекристаллизации - 0,50-0,80); сила землетрясений в районах лавинообразования в большинстве случаев не превышала 1-3 баллов; объемы сейсмогенных лавин в большинстве случаев превышают объемы лавин, сошедших в предшествующий период; расстояние от очага землетрясения до района лавинообразования - от 20 до 240 км при интенсивности сейсмических колебаний 1-3 балла. При проектировании магистральных трубопроводов в сейсмичных районах необходимо учитывать вероятность формирования сейсмогенных лавин. Сахалинская область - высокосейсмичный район и одна из наиболее лавиноопасных территорий России.

Характер взаимосвязи лавинных и сейсмических процессов на о. Сахалин (таблица 10).

1. В слое свежевыпавшего снега высока скорость релаксации напряжений. Пространственно-неоднородная структура снежного слоя и временная периодическая структура снежного пласта не сформированы: сход лавин при землетрясениях силой менее 5-6 баллов в период снегонакопления (октябрь-середина декабря) маловероятен.

2. В период весеннего снеготаяния (конец марта-начало апреля на юге Сахалина, конец апреля-начало мая - в центральной части) сход лавин при землетрясениях силой менее 5-6 баллов маловероятен: скорость релаксации напряжений в снежной

толще высока; амплитуды автоколебаний пласта уменьшаются вследствие деградации пространстаенно-неоднородной структуры снежного слоя и временной периодической структуры снежного пласта, что резко снижает его способность к возбуждению резонансных колебаний. Исключение составляют периоды глубоких оттепелей, когда высока вероятность инициирования водоснежных потоков.

Таблица 9

Случаи совпадения схода лавин с землетрясениями (о. Сахалин, 1951 -1993 гг.)

Степень вероятности совпадения событий, % Число случаев

Месяц Итого

XI XII I II III IV

80-85 1 3 3 5 1 1 14

60-65 1 12 11 8 5 5 42

Итого случаев 2 15 14 13 6 6 56

Итого, в % 3,6 26,8 25,0 23,2 10,7 10,7 100,0

Число землетрясений за период 29 33 30 33 37 25 187

Число землетрясений за период, % 15,5 17,6 16,0 17,6 19,8 13,5 100,0

Число совпадений со случаями схода лавин, % 6,9 45,5 46,6 39,4 16,2 24,0 24,0

Таблица 10

Расстояние от очага землетрясения до района лавинообразования (о. Сахалин, 1951 -1993 гг.)

Расстояние от очага землетрясения, км Магнитуда землетрясения Число случаев Число случаев, в %

Более 300 3,5-4,1 13 23,2

250-300 3,6-4,1 7 12,5

200-250 3,3-4,7 10 17,8

150-200 3,4-3,6 9 16,1

100-150 3,3-3,6 5 8,9

50-100 3,4-3,6 7 12,5

Менее 50 3,3-3,4 3 5,4

3. В период конец ноября-конец апреля (в горной части острова), середина декабря-середина марта (в прибрежной части) снежный пласт неустойчив вследствие формирования в нем слоев вторично-идиоморфного снега с развитой волокнистой текстурой и самоорганизации пространственно-неоднородной и временной периодической структуры снежного пласта. Землетрясение силой 2-3 балла может вызвать сход лавин катастрофического объема.

4. При оценке степени лавинной опасности и проектировании линейных сооружений необходимо учитывать, что в высокосейсмичных районах частота схода лавин выше, чем в несейсмичных районах на 10-15%. Более опасны территории, на которых происходят слабые и частые землетрясения силой 1-3 балла.

Таблица 11

Характеристики землетрясений п периодов лавинообразования (о. Сахалин, 1951-1993 гг.)

Месяц Число случаев Число лавин Объем лавины, тыс. м3 Расстояние от очага землетрясения до районов лавинообразования, км Характеристика землетрясения

Магни-туда Сила в районах лавинообразования, балл

XI 1 3 0,5 30 3,3

XII 3 3 0,2-15,0 60-110 3,6

I 3 3 0,6-2,0 60-130 3,3-3,6 1

II 5 10 1,5-2.0 40-240 3,4—4,7

III 1 3 до 0,8 70 3,5 1

IV 1 1 0,4 20 3,7

Итого 14 23 - - -

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны рациональные методологические принципы построения мелко-и среднемасштабных карт лавинных и селевых комплексов для малоизученных территорий низкогорья и среднегорья, позволяющие определять степень лавинной и селевой опасности при проектировании линейных сооружений (магистральных трубопроводов) в высокосейсмичных районах на стадиях "обоснование предпро-ектной документации" и "подготовка обоснования инвестиций в строительство".

2. Разработана таксономическая шкала классификации лавинных и селевых комплексов и алгоритм расчета количественных характеристик лавинных и селевых процессов на основе геоморфологической, геологической, ландшафтной и климатической характеристики территории.

3. Выявлен и обоснован характер зависимостей между лавинными и сейсмическими процессами. Установлено, что лавинообразование в большей степени зависит от стадии метаморфизма снежной толщи в лавиносборе, чем от интенсивности сейсмических воздействий. Разработаны практические рекомендации по оценке лавинной опасности в высокосейсмичных районах и по прогнозу периодов формирования сейсмогенных лавин.

4. Выявлены общие закономерности развития лавинных и селевых процессов:

• лавинный и селевой комплексы - триггерные геосистемы; доминирующую роль в лавинном и селевом процессе играют литологические факторы, подчиненную - внешние факторы (гидрометеорологические и т. д.);

• при лавинном и селевом процессе происходит самоорганизация диссипатив-ных структур: пространственно-неоднородных, временных периодических и периодических пространственно-временных;

• снежная лавина и селевой поток - динамические стадии состояния литологи-ческой компоненты лавинного и селевого комплекса: фазы детерминированного упорядоченно-стохастического процесса, которому присуща внутренняя связь и непрерывность;

• обоснован механизм образования волн при движении снежных лавин и селевых потоков; предложенная модель характерна для многих геодинамических процессов (снежные лавины, гляциальные прорывные сели и селевые потоки иного генезиса, водоснежные потоки, дождевые паводки на горных реках, пульсирующие ледники, некоторые типы оползней);

• установлено, что водоснежные потоки распространены на большей части о. Сахалин как в горной части острова, так и в прибрежных районах; определены условия их формирования для зоны муссонного климата.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Лавины Сахалина и краткий обзор мероприятий по борьбе с ними. — Южно-Сахалинск: СУГМС - ИП № 5 (89), 1980. — 74 с. (Соавторы: Жукова З.И., Любаев В.Я., Иванов A.B.).

2. Районирование о. Сахалин по степени проявления селевой деятельности // Труды гидрометцентра Сахалинского УГМС. Региональные исследования. — Южно-Сахалинск: СУГМС, 1988. С. 131-137. (Соавтор: ЖуковаЗ.И.).

3. Автоколебания снежной толщи // Труды IV Всесоюзного совещания по снежным лавинам. — Нальчик: ВГИ, 1989. С. 55-65. (Соавтор: Древило Н.Р.)

4. Условия формирования селевых паводков в малых водотоках // Природные катастрофы и стихийные бедствия в Дальневосточном регионе. — Владивосток: ДВО РАН, 1990. —Т. 2. С. 394-400. (Соавтор: Жукова З.И.).

5. Автоколебания снежного пласта в лавиносборе, волноводы в снежной толще и образование пластовых лавин // Материалы гляциологических исследований. — М.: ИГ РАН, 1990. — Вып. 70. — С. 49-57. (Соавторы: Древило Н.Р.).

6. Электродинамика снежной толщи: образование и движение лавин // Материалы гляциологических исследований. — М.: ИГ РАН, 1997. — Вып. 82.—С. 161-164.

7. К вопросу о современном состоянии оценки степени лавинной опасности Курильских островов // Научно-практическая конференция "Курильские острова: история, современность, перспективы": Тезисы докладов.—Южно-Сахалинск, 1997. — Т. 2. С. 91-92. (Соавтор: Древило М.С.).

8. К вопросу об оценке селевой опасности Курильских островов // Научно-практическая конференция "Курильские острова: история, современность, перспективы" : Тезисы докладов. —Южно-Сахалинск, 1997. — Т. 2. С. 93-94.

9. Лавинный процесс как процесс самоорганизации упорядоченных структур // Материалы гляциологических исследований. — М.: ИГ РАН, 1998. — Вып. 84. — С. 155-158.

10. Лавинный режим Восточно-Сахалинских гор // Материалы гляциологических исследований. — М.: ИГ РАН, 1999. — Вып. 87. — С. 211-215. (Соавторы: Окопный В.И., Жируев С.П., Генсиоровский Ю.В., Аникин В.А.).

11.0 возможном механизме образования сейсмогенных лавин // Материалы гляциологических исследований. — М.: ИГ РАН, 2000. — Вып. 82. — С. 102-106.

12. Зависимость механических характеристик снежного покрова от его электрических свойств // Материалы XXXIV научно-методической конференции преподавателей СахГУ (апрель, 1999): Тезисы докладов.—Южно-Сахалинск: СахГУ, 2000.— Ч. И, —С. 25-27.

13. Самоорганизация временных периодических структур и солитонов при экзогенных процессах // Ученые записки Сахалинского государственного университета. — Южно-Сахалинск: СахГУ, 2000, —Вып. 1. —С. 129-138.

14. Мониторинг снежного покрова о. Сахалин // Материалы гляциологических исследований. — М.: ИГ РАН, 2000. — Вып. 89. — С. 211-215. (Соавторы: Древило М.С., Окопный В.И., Жируев С.П., Генсиоровский Ю.В.).

15. Условия формирования сейсмогенных лавин на о. Сахалин // Научно-технический семинар-совещание "Память и уроки нефтегорского землетрясения" 24-25 мая 2000 г.: Сборник тезисов. — М: ПОЛТЕКС, 2000. С. 125-129. (Соавтор: Минервин И.Г.).

16. Mechanism of formation the debris - flow wawes in coherent debris-flows generation by rain // Proceedings of the Second International Conference, Taipei, Taiwan. — Rotterdam: Balkema, 2000. (Соавтор: Минервин И.Г.).

17. Селевые процессы на о. Сахалин // Прикладная геоэкология, чрезвычайные ситуации и земельный кадастр. — М.: ИЛ РАН, 2000. —Вып. 4. — С. 35-38. (Соавтор: Минервин И.Г.).

18. Оценка лавинных рисков на автомобильных дорогах о. Сахалин // Материалы общероссийской конференции "Оценка и управление природными рисками". — М.:ИГЗ РАН, 2000.

19. Фрактальная размерность текстуры снежной толщи // Ученые записки Сахалинского государственного университета. — Южно-Сахалинск: СахГУ ( в печати).

20. Диссипативные структуры и нелинейные волны при склоновых процессах // Прикладная геоэкология, чрезвычайные ситуации и земельный кадастр. — М.: ИЛ РАН (в печати).

21. Периодические структуры и солитоны в селевом потоке // Геоэкология, геокриология и инженерная геология. — М.: ИГЭ РАН (в печати).

22. Методика построения среднемасштабных карт природных селевых комплексов // Прикладная геоэкология, чрезвычайные ситуации и земельный кадастр. —■ М.: ИЛРАН (в печати), (соавторы: Жируев С.П., Минервин И.Г.).

23. Таксономические категории природных селевых комплексов о. Сахалин // Прикладная геоэкология, чрезвычайные ситуации и земельный кадастр. — М.: ИЛРАН (в печати), (соавторы: Жируев С.П., Минервин И.Г.).

24. Водоснежные потоки на о. Сахалин // Материалы гляциологических исследований. — М.: ИГ РАН (в печати).

Подписано в печать 28.10.2000. Формат бумаги 60x90 1/16 Бумага офсетная № 1. Заказ № 1384. 2,5 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Издательство СахГУ

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Казаков, Николай Александрович

Введение.

Глава I. Постановка проблемы.

1.1. Критерии оценки лавинной и селевой опасности на ранних стадиях проектирования линейных сооружений (нефтегазопроводов).

1.2. Методологические подходы к построению среднемасштабных карт лавинной опасности.

1.3. Методологические подходы к построению среднемасштабных карт селевой опасности.

1.4. Изученность лавинного режима о. Сахалин.

1.5. Изученность селевого режима о. Сахалин.

1.6. Водоснежные потоки на о. Сахалин.

1.7.Саморганизация упорядоченных структур при геологических процессах

1.8.Сейсмогенные лавины.

Положения, выносимые на защиту.

Глава II. Самоорганизация упорядоченных структур в лавинных и селевых комплексах.

2.1. Самоорганизация диссипативных структур в геологических системах

2.2. Самоорганизация диссипативных структур в лавинном комплексе.

2.3. Самоорганизация диссипативных структур в селевом комплексе.

Выводы.

Глава III. Методика построения среднемасштабных карт природных лавинных комплексов.

3.1.Природные лавинные комплексы о. Сахалин: обзор факторов лавинообразо-вания и динамики лавинных процессов.

3.2.Критерии оценки степени лавинной опасности для линейных сооружений (нефтегазопроводов).

3.3. Методологические принципы построения среднемасштабных карт природных лавинных комплексов.

3.4.Таксономические категории природных лавинных комплексов о. Саха

Выводы.

ГЛАВА IV. Методика построения среднемасштабных карт природных селевых комплексов.

4.1. Природные селевые комплексы о. Сахалин: обзор факторов селеобразова-ния и динамики селевых процессов.

4.2.Критерии оценки степени селевой опасности для линейных сооружений (нефтегазопроводов).

4.3.Методологические принципы построения среднемасштабных карт природных селевых комплексов.

4.4.Таксономические категории природных селевых комплексов.

4.5.Водоснежные потоки на о. Сахалин.

Выводы.

ГЛАВА V. Динамика лавинных процессов и сейсмичность территории (на примере о. Сахалин).

5.1.Определение физических принципов механизма формирования сейсмоген-ных лавин.

5.2. Методика и результаты исследования.

5.3. Характер взаимосвязи между лавинными и сейсмическими процессами на о. Сахалин.

Выводы.

Введение Диссертация по геологии, на тему "Геологические и ландшафтные критерии оценки лавинной и селевой опасности при строительстве линейных сооружений"

В связи с начавшимся в последние годы активным освоением нефтегазоносных месторождений Дальнего Востока и Северо - Востока Российской Федерации все большую актуальность приобретает необходимость оценки лавинной и селевой опасности для магистральных трубопроводов: нефте- и газопроводов.

В целях эффективного использования средств, выделяемых на проектно -изыскательские работы, оценку степени лавинной и селевой опасности для проектируемых сооружений целесообразно проводить на ранних стадиях проектирования.

Проблема оценки лавинной и селевой опасности приобретает особую важность в связи с проектированием нефтегазопроводов, трассы которых пролегают через малоосвоенные территории, лавинный и селевой режим которых изучен слабо или вообще не изучен. Кроме того, значительная часть территорий Дальнего Востока и Северо - Востока Российской Федерации относится к районам среднегорья и, особенно, низкогорья, в которых динамика лавинных и селевых процессов порой носит специфические черты, неприсущие лавинным и селевым процессам, развивающимся в районах высокогорья.

Поскольку воздействие лавинных и селевых процессов на такой вид линейных сооружений, как магистральные трубопроводы (нефтегазопроводы) имеет ряд специфических особенностей, стоимость проектно-изыскательских работ и противолавинных и противоселевых мероприятий может быть снижена за счет применения рациональных методик оценки степени лавинной и селевой опасности на ранних стадиях проектирования. Особенно важно решение этой задачи при проектировании линейных сооружений на тех территориях, где лавинные и селевые процессы не изучены либо мало изучены, что при использовании традиционных методов оценки лавинной и селевой опасности требует 6 проведения трудоемких и дорогостоящих полевых изысканий либо не позволяет получить адекватную оценку лавинных и селевых процессов.

Таким образом, особую важность приобретает проблема разработки методик построения мелко- и среднемасштабных карт лавинной и селевой опасности территории, позволяющих аналитическим путем (в камеральных условиях) в сжатые сроки получить количественные характеристики лавинных и селевых процессов на малоизученных территориях и спрогнозировать характер их воздействия на проектируемое сооружение.

Большинство существующих методик оценки лавинной и селевой опасности и методик построения лавинных и селевых карт мелкого и среднего масштабов разработано на материалах наблюдений, проводившихся в районах высокогорья. Использование таких методик для оценки характеристик лавинных и селевых процессов в районах среднегорья и низкогорья зачастую не позволяет адекватно оценить степень лавинной и селевой опасности для проектируемого сооружения. Между тем, районы низкогорья и среднегорья занимают значительную часть территории Сибири и Дальнего Востока.

В настоящее время не имеет удовлетворительного решения проблема оценки некоторых динамических характеристик снежных лавин и селевых потоков и условий формирования лавин некоторых типов, что в ряде случаев не позволяет адекватно оценивать степень лавинной и селевой опасности для объектов и сооружений.

При строительстве линейных сооружений в высокосейсмичных районах необходимо оценивать степень опасности воздействия на сооружения вторичных эффектов землетрясений. Для решения данного вопроса необходимо, в частности, решить проблему определения условий формирования и прогноза сейсмогенных лавин. Решение этой проблемы необходимо для оценки воздействия лавинных процессов на сооружения при освоении нефтегазоносных месторождений в высокосейсмичных районах Сибири и Дальнего Востока. В настоящее время данная проблема не имеет решения. 7

Целью настоящей работы явилась разработка критериев оценки лавинной и селевой опасности для линейных сооружений на ранних стадиях инженерных изысканий (обоснование предпроектной документации; подготовка обоснования инвестиций в строительство) и разработка методологических принципов построения среднемасштабных карт лавинной и селевой опасности в малоизученных районах среднегорья и низкогорья.

Поскольку лавинный процесс допустимо рассматривать как геологический экзогенный процесс (определение снежного покрова как осадочной горной породы дано еще Г.Д. Рихтером [138]), появляется возможность поиска критериев и разработки методологических подходов, позволяющих проводить комплексную оценку лавинной и селевой опасности территории.

В настоящей диссертации обобщены результаты исследований снежных лавин и селевых потоков, проводившихся автором на Сахалине, Курильских островах и Кольском полуострове в 1978 -1999 г.г.

На основе материалов полевых наблюдений за снежным покровом, лавинами и селями, полученных автором диссертации, выявлены основные закономерности развития лавинных и селевых процессов на острове Сахалин.

Анализ материалов наблюдений за снежными лавинами и селевыми потоками позволил, также, выявить ряд не отмечавшихся ранее закономерностей развития лавинных и селевых процессов, общих для любых регионов мира.

В представленной работе приводится наиболее полная на сегодняшний день и не противоречивая характеристика лавинного режима о. Сахалин.

Детальные исследования селевых процессов на, о. Сахалин проводившиеся автором настоящей диссертации, позволили дать в представленной работе наиболее полную на сегодняшний день характеристику селевого режима, распространения и особенностей селевых процессов на острове.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения. Библиография: 205 наименований. Общий объем работы - 189 страниц машинописного текста, 15 рисунков на 15 страницах, 14 таблиц на 11 страницах. Работа включает 2 приложения.

Заключение Диссертация по теме "Общая и региональная геология", Казаков, Николай Александрович

ВЫВОДЫ

1. Поскольку для начала лавинного процесса необходимо сочетание целого ряда условий (степень перекристализации снежного покрова; характер подстилающей поверхности и т.д.), вероятность схода лавин при землетрясениях силой до 7 баллов не превышает 10 %. Вопрос о верхнем пределе силы землетрясения, способного вызвать формирование лавины, требует проведения дальнейших исследований.

2. При оценке опасности возникновения сейсмогенных лавин необходимо учитывать, что большую опасность с точки зрения причины инициирования лавин представляют слабые и частые землетрясения силой 1 - 3 балла, про

195 исходящие в периоды трансформации снежной толщи. Вероятность совпадения сильных землетрясений редкой повторяемости с периодом трансформации снежной толщи невелика.

3. Наиболее вероятно формирование сейсмогенных лавин в лавинос-борах, подстилающая поверхность которых представлена стелющимися кустарниками (кедровый стланик, стелющаяся ольха, курильский бамбук и т.д.): т.е., в лавиносборах среднегорья и низкогорья Южной Сибири и Дальнего Востока.

4. При оценке опасности возникновения на исследуемой территории сейсмогенных лавин необходимо и достаточно определить характер, скорость и количественные характеристики метаморфизма снежной толщи в различных природных лавинных комплексах, используя разработанные методы. Дальнейшая задача сводится к прогнозу сейсмогенных лавин.

5. Прогноз сейсмогенных лавин тесно связан с краткосрочным прогнозом землетрясений. Поскольку задача такого прогноза в настоящее время не имеет удовлетворительного решения, задача прогноза сейсмогенных лавин может быть сведена к определению периода вероятной активизации лавинных процессов при сейсмических событиях.

В рамках вышеизложенных представлений о характере связи между землетрясениями и лавинообразованием задача прогноза сейсмогенных лавин для ограниченной территории может быть сведена к определению периода вероятной активизации лавинных процессов при сейсмических событиях.

Таким образом, проблема прогноза сейсмогенных лавин может быть решена путем регулярных наблюдений за динамикой метаморфизма снежного покрова в зонах отрыва лавин (т.е., сведена к мониторингу состояния снежного покрова в лавиносборах) и не выходит за рамки составления специализированного прогноза лавин для групп лавиносборов.

Необходимые для оценки степени вероятности лавинообразования сейсмические характеристики могут быть рассчитаны для группы лавиносборов методами, принятыми в сейсмологии. К таким характеристикам относятся: веро

196 ятность сейсмических толчков различной степени интенсивности, сейсмическая жесткость подстилающих пород, спектры максимальных ускорений и амплитуды смещений при сейсмических колебаниях.

5. При оценке степени лавинной опасности территории необходимо учитывать, что в высокосейсмичных районах частота схода лавин генетического класса трансформации снежной толщи выше, чем в несейсмичных, в среднем на 10 -15 %. По этой причине, при проектировании магистральных трубопроводов в сейсмичных районах частоту схода лавин генетического класса трансформации снежной толщи необходимо увеличивать на 10 %. При этом необходимо учитывать, что более лавиноопасны территории, на которых происходят слабые и частые землетрясения силой 1-3 балла, чем территории, на которых происходят сильные землетрясения редкой повторяемости.

6. Вышеприведенные зависимости могут быть использованы для оценки рисков от вторичных эффектов при землетрясениях при проектировании линейных сооружений и разработке мероприятий по их защите от снежных лавин. Опасность от сейсмогенных лавин для линейных сооружений не выходит за рамки критериев опасности от лавин генетического класса трансформации снежной толщи.

198

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты исследований, проведенных в диссертации, позволяют сделать следующие выводы, отражающие основные положения диссертации.

1. Разработаны рациональные методологические принципы построения мелко- и среднемасштабных карт лавинных и селевых комплексов для малоизученных территорий низкогорья и среднегорья, позволяющие разрабатывать содержание карт для оценки лавинной и селевой опасности при проектировании линейных сооружений (магистральных трубопроводов) в высокосейсмичных районах на стадиях «обоснование предпроектной документации» и «подготовка обоснования инвестиций в строительство».

3. Выявлен и обоснован характер зависимостей между лавинными и сейсмическими процессами. Установлено, что лавинообразование в большей степени зависит от стадии метаморфизма снежной толщи, чем от интенсивности сейсмических воздействий. Разработаны практические рекомендации по оценке лавинной опасности в высокосейсмичных районах (вторичные эффекты) и по прогнозу периодов формирования сейсмогенных лавин.

4. Выявлены общие закономерности развития лавинных и селевых процессов, позволяющие рассматривать лавинный и селевой комплексы как дисси-пативные системы:

• лавинный и селевой комплексы являются триггерными геосистемами, в которых доминирующую роль в лавинном и селевом процессе играют литоло-гические факторы; внешние факторы (гидрометеорологические и т.д.) играют подчиненную роль;

199

• при лавинном и селевом процессе происходит самоорганизация диссипа-тивных структур: пространственно-неоднородных, временных периодических и периодических пространственно-временных;

• снежную лавину и селевой поток правомерно рассматривать не как объекты, а как динамические стадии состояния литологической компоненты лавинного и селевого комплекса (фазы развития процесса); при этом лавинный и селевой процессы должны рассматриваться как детерминированные упорядо-ченно-стохастические процессы, которым присуща внутренняя связь и непрерывность;

• обоснован механизм образования волн при движении снежных лавин и селевых потоков;

• предложенная модель характерна для многих геодинамических процессов (снежные лавины, гляциальные прорывные сели и селевые потоки иного генезиса, водоснежные потоки, дождевые паводки на горных реках, пульсирующие ледники, некоторые типы оползней).

5. Установлено, что водоснежные потоки распространены о. Сахалин и формируются как в горной части острова, так и в прибрежных районах. Дана оценка условиям возникновения водоснежных потоков в низкогорье и средне-горье в зоне муссонного климата.

6. На основе разработанной методики построены карты лавинных и селевых комплексов о. Сахалин в масштабе 1: 500 ООО и лавинных комплексов о.о. Итуруп, Кунашир и Парамушир в масштабе 1: 200 ООО, которые используются при проведении инженерных изысканий в Сахалинской области.

200

Библиография Диссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Казаков, Николай Александрович, Б. м.

1. Акифьева К.В., Божинский А.И., Родионовский М.В., Суханов Л.А.

2. О разрушительном дальнодействии воздушной волны лавин. Материалы гляциологических исследований, вып.66, М., ИГ РАН, 1989 с. 187 - 191.

3. Аккуратов В.Н. Генетическая классификация лавин. Труды Эльбрусской высокогорной экспедиции, 1(4). Нальчик, АН СССР, 1959.

4. Арнольд В.И. Теория катастроф. М., Наука, 1990 127 с.

5. Арсеньев С.С., Вахрушев М. М., Шелковников Н.К. Новое эволюционное уравнение для нелинейных длинных волн на воде. Вестник МГУ (физика), № 2, М, МГУ, 1995 с.74 - 79.

6. Атлас Сахалинской области. М., ГУГК, 1967 -135 с.

7. Атлас снежно-ледовых ресурсов мира. М., ГУГК, 1998.

8. Беручашвили Г.М. Метод определения максимальных расходов селевых потоков в момент их возникновения. Тезисы докладов XV Всесоюзной научно-технической конференции по противоселевым мероприятиям в г. Ташкенте 27-29.09.78 г. М.,1978-с. 15-21.

9. Благовещенский В.П. Во до- снежные потоки в Хибинах. Исследования снега и лавин в Хибинах. Л. Гидрометеоиздат, 1975 с.88 - 97.

10. Благовещенский В.П., Миронова Е.М., Эглит М.Э. Расчеты параметров лавин в малоизученных горных районах. Материалы гляциологических исследований, вып.79, М., ИГ РАН, 1995 с.36 - 40.

11. Божинский А.Н., Лосев К.С. Основы лавиноведения. Л. Гидрометеоиздат, 1987-280 с.

12. Божинский А.Н., Назаров А.Н. Математическая модель движения селевых потоков. Материалы гляциологических исследований, вып.79, М., ИГ РАН, 1995 -С.55 58.201

13. Болов В.Р. Формирование, прогноз и искусственное обрушение лавин, обусловленных снегопадами, метелями, сублимационной перекристаллизацией снега. Автореф. канд. дисс., Нальчик, 1981 -28 с.

14. Болов В.Р. Руководство по предупредительному спуску снежных лавин с применением артиллерийских систем КС-19. М., Гидрометеоиздат, 1984 -107 с.

15. М.Борисенков Е.П., Пасецкий В.М. Тысячелетняя летопись необычайных явлений природы. М., Мысль, 1988 523 с.

16. Бударина О.И., Перов В.Ф., Сидорова T.JL Селевые явления о. Сахалин. Вестник МГУ, География, № 3, 1987 с. 76-81.

17. Будыко М.И. Глобальная экология. М., Мысль, 1977 327 с.

18. Вернадский В.И. Кристаллография. М, Наука, 1988 342 с.

19. Виноградов Ю.Б. Методы расчета основных характеристик селевых потоков Тезисы докладов XV научно технической конференции по противоселе-вым мероприятиям, вып. И. М., Минводхоз СССР, 1980 - с. 9 - 14.

20. Виноградов Ю.Б. Гляциальные прорывные паводки и селевые потоки. J1., Гидрометеоиздат, 1977- 155 с.

21. Виноградов Ю.Б. Этюды о селевых потоках. Л.,Гидрометеоиздат,1980.

22. Вишик М.И. Фрактальная размерность множеств. Соросовский образовательный журнал, № 1, 1998 с. 122 - 127.

23. Войтковский К.Ф. Лавиноведение.М., МГУ, 1989 158 с.

24. Войтковский К.Ф. Механические свойства снега, М, 1977 216 с.

25. Войтковский К.Ф., Корольков В.Г. Водоснежные потоки на плато Путорана. Материалы гляциологических исследований, вып.84, М., ИГ РАН, 1998с. 92 94.

26. Володичева H.A., Муравьев Я.Д. Снежные лавины вулканических районов Камчатки. Труды 2-го Всесоюзного совещания по лавинам. Л., Гидрометеоиздат, 1987 -с. 384-390.202

27. Володичева H.A., Пашков А.Д. Ведущие факторы лавинообразования в малоизученных горных районах Восточного Саяна. Снежный покров в горах и лавин. М., Наука, 1987- с. 126-131.

28. Волькенштейн М.В. Энтропия и информация. М., Наука, 1986 192 с.

29. Гаряев П.П. Волновой геном. М, Общественная польза, 1994 280 с.

30. Гвоздецкий H.A., Михайлов Н.И. Физическая география СССР (азиатская часть). М., Мысль, 1978 512 с.

31. География лавин. (Под ред. Мягкова С.М., Канаева JI.A.). М., МГУ, 1992 -332 с.

32. Геологический словарь. Т.т. 1,2. М., Недра, 1978 970 с.

33. Геология СССР, том 33. Остров Сахалин. М., Недра, 1970 403 с.

34. Гляциологический словарь. (Под ред. Котлякова В.М.). JL, Гидрометеоиз-дат,1984 -527 с.

35. Голубев В.Н. Кинетика и механизм гомогенной перекристаллизации воды. Проблемы инженерной гляциологии. Новосибирск, Наука (Сибирское отделение), 1986-с. 5-10.

36. Гофф А.Г., Оттен Г.Ф. Экспериментальное изучение движения снежных обвалов. ТНИС, вып.ХХУП, Тбилиси, 1936 с.62-79.

37. Гулевич В.П. Снежные лавины Прибайкалья. Материалы гляциологических исследований, вып.73, М, ИГ РАН, 1992 с. 131 - 135.

38. Давыдов A.C. Солитоны в молекулярных системах. Киев, Наукова Думка, 1988 -304 с.

39. Дзюба В.В., Золотарев Е.А. Районирование Советского Союза по преобладающему генезису лавин. Материалы гляциологических исследований, вып.50, М., ИГ РАН, 1984 с. 104-109.203

40. Динамика масс снега и льда (сборник), JL, Гидрометеоиздат, 1985 456 с.

41. Дородницын В.А., Еленин Г.Г. Симметрия нелинейных явлений. Компьютеры и нелинейные явления. М.,Наука,1988 с. 123 - 191.

42. Древило М.С. Структура снежного покрова в зонах лавинообразования о. Сахалин. Материалы XI Гляциологического симпозиума. Материалы гляциологических исследований, вып. 88, М., ИГ РАН, 1999

43. Древило М.С. О классификациях отложенного снега. Южно-Сахалинск, Сахалинское УГМС, 1981 24 с.

44. Древило М.С. Структура снежного покрова о. Сахалин (подзона средней светлохвойной тайги). Труды Гидрометцентра Сахалинского УГМС. Региональные исследования. Южно-Сахалинск, 1988 с. 124 -127.

45. Древило М.С., Жируев С.П., Окопный В.И., Казаков H.A., Генсиоровский Ю.В. Мониторинг снежного покрова о. Сахалин. Материалы гляциологических исследований, вып. 88, М., ИГ РАН, 2000.

46. Дюнин А.К. В царстве снега, Новосибирск, Наука, (Сибирское отделение), 1983 160 с.

47. Дюнин А.К., Бялобжеский Г.В., Чесноков А.Г. Защита автомобильных дорог от лавин. М., Транспорт, 1987 60 с.

48. Епифанов В.П. Механика деформируемого льда. Итоги науки и техники. Серия «Гляциология», т.8, М, ВИНИТИ, 1991 198 с.

49. Ефремов Ю.В., Панов В.Д. Лавинно ударные процессы и связанные с ними формы рельефа. Материалы гляциологических исследований, вып.63, М., ИГ РАН, 1988 - с.137 - 142.

50. Иванов A.B. Теория криогенных и гляциогенных гидрохимических процессов. Итоги науки и техники. Серия «Гляциология», т.5, М, ВИНИТИ, 1987 -236 с.

51. Иванов A.B. Общий обзор лавинного режима острова Сахалин. Лавины Сахалина и Курильских островов. Л., Гидрометеоиздат, 1971 с. 4 - 25.

52. Иванов A.B., Васильев А.Б. Некоторые результаты натурных исследований лавинного режима в условиях муссонного климата. Лавины Сахалина. Л., Гидрометеоиздат, 1975 с.34 - 55

53. Жукова З.И., Казаков H.A., Любаев В.Я., Иванов A.B. Лавины Сахалина и краткий обзор мероприятий по борьбе с ними. Сахалинское УГМС ИП № 5 (89). Южно-Сахалинск, 1980 - 74 с.

54. Инструкция по проектированию и строительству противолавинных защитных сооружений. СН-517-80. М.,1980 16 с.

55. Исаенко Э.П. Проектирование железных дорог в лавиноопасных районах. Методические указания. Новосибирск, НИИЖТ, 1972 78 с.

56. Искусственная активизация оползней. М., Недра, 1989 134 с.

57. Кадастр лавин СССР том 18 Дальний Восток, Сахалин и Курильские острова. Выпуск 4, Л., Гидрометеоиздат, 1986.

58. Казаков H.A. Селевые потоки на Южном Сахалине. (Отчет о НИР). Гидро-метфонд, 1978 32 с.

59. Казаков H.A. Лавинная опасность и расчет ожидаемых ущербов от лавин на автолесовозной дороге Верхне-Тымского леспромхоза (Восточно-Сахалинские горы). Отчет о НИР. Южно-Сахалинск, Гидрометфонд, 1992 -24 с.205

60. Казаков H.A. Электродинамика снежной толщи, образование и движение лавин. Материалы гляциологических исследований, вып. 82, М., ИГ РАН, 1997 с.161 - 164.

61. Казаков H.A. К вопросу об исследовании селевых процессов на Курильских островах. Тезисы докладов научно-практической конференции «Курильские острова: история, современность, перспективы», Т.2, Южно-Сахалинск, 1997 -С.93 -94.

62. Казаков H.A. Методика оценки рисков от снежных лавин на автомобильных дорогах (на примере о. Сахалин). Отчет о НИР. Сахалинский государственный университет, Южно-Сахалинск, 1997 26 с.

63. Казаков H.A. Лавинный процесс как процесс самоорганизации упорядоченных структур. Материалы гляциологических исследований, вып.84, М., ИГ РАН, 1998 с.155 -158.

64. Казаков H.A. Самоорганизация упорядоченных структур и возникновение солитонов при экзогенных природных процессах. Ученые записки Сахалинского Государственного университета, вып.1, 2000 с. 116 - 125.

65. Казаков H.A. О возможном механизме образования сейсмогенных лавин. Материалы гляциологических исследований, вып.88, М., ИГ РАН, 2000с. 102 -106.

66. Казаков H.A. Периодические структуры и солитоны в селевом потоке.

67. М., Геоэкология, геокриология и инженерная геология, МАИК "Наука", РАН. 2000.

68. Казаков H.A. Фрактальная размерность текстуры снежной толщи. Ученые записки Сахалинского Государственного университета, вып.2, 2000.

69. Казаков H.A. Оценка лавинных рисков на автомобильных дорогах о. Сахалин. Материалы общероссийской конференции «Оценка и управление природными рисками». М., ИГЭ РАН, 2000.

70. Казаков H.A., Авдеев В.И. Лавинная опасность и рекомендации по защите от лавин территории энергоуправления в г. Шахтерске. (Отчет). Гидрометфонд, Сахалинское УГМС. 1989 32 с.

71. Казаков H.A., Древило Н.Р. Автоколебания снежного пласта в лавиносборе, волноводы в снежной толще и образование пластовых лавин. Материалы гляциологических исследований, вып.70, М., ИГ РАН, 1990 с.49 - 57.

72. Казаков H.A., Древило М.С., Жируев С.П., Окопный В.И., Генсиоровский Ю.В. Лавинная и селевая опасность нефтепровода по проекту «Сахалин -1». (Отчет о НИР). Сахалинское отделение МАНЭБ, Южно-Сахалинск. Exon, Tondon, 1997 84 с.

73. Казаков H.A., Древило М.С., Жируев С.П., Окопный В.И., Генсиоровский Ю.В. Оценка лавинной и селевой опасности по трассе нефтегазопровода по проекту «Сахалин-2». (Отчет о НИР). ГУП "Росстройизыскания", Москва, 1998 168 с.

74. Казаков H.A., Жируев С.П. Методика построения среднемасштабных карт природных селевых комплексов. Прикладная геоэкология, чрезвычайные ситуации и земельный кадастр. М., ИЛ РАН, 2000.207

75. Казаков H.A., Жируев С.П., Минервин И.Г. Таксономические категории природных селевых комплексов о. Сахалин. Прикладная геоэкология, чрезвычайные ситуации, земельный кадастр и мониторинг. М., HJI РАН,2000.

76. Казаков H.A., Жукова З.И. Составление кадастра селей о. Сахалин. Карты распространения селей в Сахалинской области в масштабе 1: 100 000,1:25 000. (Отчет о НИР, тема 1.13.01.). Гидрометфонд СССР, 1982 61 с.

77. Казаков H.A., Жукова З.И. Районирование о. Сахалин по степени проявления селевой деятельности. Труды Гидрометцентра Сахалинского УГМС. Региональные исследования. Южно-Сахалинск, Сахалинское УГМС, 1988 —с. 131-137.

78. Казаков H.A., Жукова З.И. Условия формирования селевых паводков в малых водотоках. Природные катастрофы и стихийные бедствия в Дальневосточном регионе, т.2. Владивосток, ДВО АН СССР, 1990 с. 394 - 400.

79. Казаков H.A., Любаев В.Я. Лавинная опасность лесовозной дороги Верхне-Тымского леспромхоза через Чамгинский перевал. Карта-схема лавинной опасности дороги, масштаб 1:25 000. Гидрометфонд, Сахалинское УГМС. Южно-Сахалинск, 1981 -51 с.

80. Казаков H.A., Минервин И.Г. Селевые процессы на о. Сахалин. Прикладная геоэкология, чрезвычайные ситуации, земельный кадастр и мониторинг, вып. 4. М., ИЛРАН, 2000 с. 35 -38.

81. Казаков H.A., Окопный В.И., Жируев С.П., Генсиоровский Ю.В.,

82. Аникин В.А. Лавинный режим Восточно-Сахалинских гор. Материалы гляциологических исследований, вып.87, М., ИГ РАН, 1999 с. 211 - 215.

83. Карта лавиноопасных районов Советского Союза. М., МГУ, 1971.

84. Кноринг Л.Д., Деч В.Н. Геологу о математике. Л., Недра, 1989 208 с.208

85. Коваленко И.Н., Кузнецов Н.Ю., Шкуренков В.М. Случайные процессы (справочник). Киев, Наукова Думка, 1983 366 с.

86. Козик С.М. Расчет движения снежных лавин. Л., Гидрометиздат, 1962 74 с.

87. Коломыц Э.Г. Структура снега и ландшафтная индикация. М., Наука, 1976 -206 с.

88. Коломыц Э.Г. Методы кристалло морфологического анализа структуры снега. М., Наука, 1977 - 199 с.

89. Коломыц Э.Г. Кристалло морфологический атлас снега. Л., Гидрометеоиз-дат, 1984-214 с.

90. Коломыц Э.Г. Полиморфизм ландшафтно зональных систем. Пущино, ОНТИРАН, 1998 -312 с.

91. Котляков В.М. Мир снега и льда. М., Наука, 1994 286 с.

92. Кофф Г.Л. и др. Оценка последствий чрезвычайных ситуаций. М., РЭФИА, 1996-364 с.

93. Кофф Г.Л. и др. Методика геоэкологических исследований для проектирования и строительства магистральных трубопроводов. Прикладная геоэкология, чрезвычайные ситуации, земельный кадастр и мониторинг.

94. М., ИЛРАН, Полтекс, 1999 с. 17 -22.

95. Кофф Г.Л., Чеснокова И.В. Оценка и характеристика ущербообразования по экономическим районам России. Прикладная геоэкология, чрезвычайные ситуации, земельный кадастр и мониторинг. № 3. М., ИЛРАН, Полтекс, 1999 -с. 37 -50.

96. Кравцова В.И. Лавины Скандинавии. Материалы гляциологических исследований, вып.79, М., ИГ РАН, 1995 с.41 - 50.

97. Кулаков A.B., Румянцев A.A. Введение в физику нелинейных процессов. М., Наука, 1992-159 с.

98. Лавиноопасные районы Советского Союза. (Под ред. Г. К. Тушинского) М.,МГУ, 1970- 198 с.

99. Ландольт Э. Горные потоки, снежные лавины, каменные осыпи и средства к уменьшению повреждений, причиненных ими. Тифлис, типография2091. М. Шарадзе, 1893 113 с.

100. Лесков Л. Семантическая Вселенная. Вестник МГУ, сер.7, Философия, №2, 1994-с.З 18.

101. Летников Ф.А. Синергетика геологических систем. Новосибирск, Наука, 1992 -229 с.

102. Лосев К.С. Лавины СССР. Л., Гидрометеоиздат, 1966 131 с.

103. Лосев К.С., Божинский А.Н., Гракович В.Ф. Прикладное лавиноведение. М., ВИНИТИ, серия «Гляциология», 1991 172 с.

104. Маэно Н. Наука о льде. М, Мир, 1980 230 с.

105. Мельников O.A., Оскорбин Л.С., Павлов Ю.А., Соловьев С.Л. Сейсмическое районирование территории СССР. Сахалин. М., 1980, с. 256 263.

106. Методические разработки крупномасштабной оценки лавинной опасности. (Под ред. Мягкова С.М.). М., МГУ, репринт. 1986 122 с.

107. Методическое руководство по инженерно геологическому изучению се лей. (Под ред. Шеко А.И.). М., Недра, 1971 - 158 с.

108. Молочников A.B., Пузанов В.П. Сведения об обвалах в районе города Кировска. Снег и снежные обвалы в Хибинах. Сборник работ снежно-метеорологической службы, вып. 1. Л., Гидрометеоиздат, 1938 -е. 51 65.

109. Монастырский И.Ф. Распределение снежного покрова в горных районах Сахалина. Лавины Сахалина и Курильских островов. Л., Гидрометеоиздат,1971 с.140-144.

110. Москалев Ю.Д. Динамика снежных лавин и снеголавинные расчеты. Л., Гидрометеоиздат, 1977 с. 232.

111. Мягков С.М. География природного риска. М., МГУ, 1995 222 с.

112. Мягков С.М., Трошкина Е.С. Условия образования лавин в прибрежных районах северных Курил, Камчатки и Чукотки. Материалы гляциологических исследований, вып.50, М., ИГ РАН, 1984 с. 109 - 114.

113. Налимов В.В. Вероятностная модель языка. М., Наука,1979 303 с.

114. Научно- прикладной справочник по климату СССР (Сахалинская область). Л., Гидрометеоиздат, 1990 300 с.210

115. Николаев В.А. Проблемы регионального ландшафтоведения. М., МГУ, 1979- 160 с.

116. Николаевский В.Н. Теория нелинейных волн и характеристики сейсмических сигналов. Нелинейные волновые процессы, вып. 42, М., Мир, 19887 -с. 273 -295.

117. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. М., 1979.

118. Одум Ю. Экология. Т.т. 1,2. М., Мир, 1986 804 с.

119. Отчет о работах селевого отряда по изучению селевых явленийо. Сахалин за 1983г. (Проблемная лаборатория снежных лавин и селей. Географический факультет МГУ). М.,1984 73 с.

120. Отуотер М. Охотники за лавинами. М, Мир, 1980 254 с.

121. Перов В.Ф. Материалы к изучению снежников, ледников и мерзлотного рельефа Хибинских гор. Информационный сборник о работах по МГГ,1. U.M., МГУ, 1965- 192 с.

122. Перов В.Ф. Селевые явления на территории СССР. М., ВИНИТИ, 1989 -148 с.

123. Перов В.Ф. Водоснежные потоки. Материалы гляциологических исследований, вып.79, М, ИГ РАН, 1995 с. 177 185.

124. Перов В.Ф. Селевые явления. Терминологический словарь. Изд.: МГУ, М 1996-45 с.

125. Перов В.Ф., Сидорова T.JI. Метеорологические условия формирования водоснежных потоков. Материалы гляциологических исследований, вып.64, М., ИГ РАН, 1988 -с. 41 -47.

126. Полунин Г.В., Бузлаев В.А. Цитологические комплексы и проявления экзогенных процессов о. Сахалин. Карта масштаба 1: 500 000. М., ГУГК, 1984.

127. Практическое пособие по прогнозированию лавинной опасности. Л., Гид-рометиздат, 1979 200 с.

128. Пригожин И. От существующего к возникающему. М., Мир, 1985.211

129. Рагозин A.Jl. Общие положения оценки и управления природным риском. Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология, № 5, 1999, с. 417- 429.

130. Райе Дж. Механика очага землетрясения. М., Мир,1982 217 с.

131. Распространение и режим лавин на территории СССР. Л., Гидрометеоиз-дат, 1970 с.91.

132. Ревякин B.C., Варганова М.С. Развитие структуры снежной толщи Алтая. Докл. Томского отдела Географического общества СССР, вып. 2, 1973.

133. Ресурсы поверхностных вод СССР, т. 18, вып. 3,4. Л., Гидрометеоиздат, 1964, 1967,1973,1976.

134. Рихтер Г.Д. Роль снежного покрова в физико географическом процессе. Труды Института географии АН СССР, т. 40, 1948 - 172 с.

135. Рубин А.Б. Биофизика. Книга 1. М., Высшая школа, 1987 320 с.

136. Руководство по изучению селевых потоков. Л., Гидрометеоиздат, 1976 -143 с.

137. Руководство по снеголавинным работам (временное). Л. Гидрометеоиздат, 1964-397 с.

138. Рябинкин Л.А. Теория упругих волн. М., Недра, 1987 182 с.

139. Рябцева K.M., Тушинский Г.К. Стратиграфия снега как показатель особенностей природно-территориальных комплексов. Информационный сборник о работах географического факультета МГУ по МГГ, № 1, 1958 с. 18 - 32.

140. Саатчан Г.Г. Снег и снежные обвалы. ТНИС, вып.XXVII, Тбилиси, 1936 -С.2- 59.

141. Салищев К.А. Картография. М., Высшая школа, 1982 272 с.

142. Сампер Г. Математика для географов. М., Прогресс, 1981 296 с.

143. Сапунов В.Н. Процессы формирования водоснежных потоков в Хибинах. Склоновые процессы (лавины и сели), вып. 4. М., МГУ, 1980 с. 110 - 116.

144. Северский И.В. Снежные лавины Заилийского и Джунгарского Ала-Тау. Алма-Ата, Наука, 1978 255 с.212

145. Северский И.В., Благовещенский В.П. Оценка лавинной опасности горной территории. Алма-Ата, Наука, 1983 220 с.

146. Селеопасные районы Советского Союза. (Под ред. Флейшмана С.М., Перова В.Ф.) М., МГУ, 1976 308 с.

147. СНиП 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы. М., 2000.

148. СНиП 2.01.15-90. Инженерная защита зданий, территорий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения проектирования. М.,1992.

149. СНиП 22-01-95. Геофизика опасных природных воздействий. М., 1996.

150. СНиП 11-02-96. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. М.,1997.

151. Составить карты распространения опасных геологических процессов (сели, лавины). Отчет о НИР. ПНИИС. М., 1987 149 с.

152. Составление карты распространения вторичных эффектов землетрясений в масштабе 1:500 000 на о. Сахалин (лавины, сели). Отчет о НИР. (Иванов А.В.-раздел «Лавины», Казаков H.A.- раздел «Сели»). Госстрой РФ, М., 199582 с.

153. СП 11-102-97.Инженерно- экологические изыскания для строительства. М., 1997.

154. Справочник по климату СССР. Вып. 34, Л., Гидрометеоиздат, 1971.

155. Справочник по инженерной геологии. (Под ред. Чуринова M.B.) М., Недра, 1981 325 с.

156. Трескинский С.А. Склоны и откосы в дорожном строительстве. М., Транспорт, 1984 156 с.

157. Трошкина Е.С. Оценка структурно-стратиграфических особенностей снежного покрова горных районов Советского Союза для прогнозирования лавин. Склоновые процессы (лавины и сели), вып. 4, М., МГУ, 1980с.18 -32.213

158. Трошкина Е.С. Факторы лавинообразования в горных районах СССР. Материалы гляциологических исследований, вып. 62. М., ИГ РАН, 1988 с.85-89.

159. Трошкина Е.С. Лавинный режим горных территорий СССР. М., ВИНИТИ, серия «Гляциология», т. II, 1992- 188 с.

160. Тушинский Г.К. Лавины. Возникновение и защита от них. М., Географгиз, 1949-56 с.

161. Тушинский Г.К. Космос и ритмы природы Земли. М., Просвещение, 1966 -120 с.

162. Урумбаев H.A. Исследование воздушных волн снежных лавин. Автореф. канд. дисс., М, МГУ, 1973 24 с.

163. Федер Ф. Фракталы. М., Мир, 1991 260 с.

164. Физические свойства горных пород и полезных ископаемых. Справочник геофизика. (Под ред. Дортман Н.Б.). М., Недра, 1984 455 с.

165. Физический энциклопедический словарь. М., Советская энциклопедия,1985-928 с.

166. Филиппов А.Т. Многоликий солитон. М., Наука, 1990 286 с.

167. Флейшман С.М. Сели. Л., Гидрометеоиздат, 1978 312 с.

168. Формирование оползней, селей, лавин. Инженерная защита территорий. (Под ред. Золотарева Г.И., Григоряна С.С., Мягкова С.М.). М., МГУ, 1987 -180 с.

169. Фрейдлин B.C. Максимальные расходы водоснежных потоков, прошедших в Хибинах 14 мая 1977 г. Тезисы докладов XV научно технической конференции по противоселевым мероприятиям, вып. II. М., Минводхоз СССР, 1980-с. 98-101.

170. Хворостов В.В. Селевые явления в бассейнах рек Кубани и Кумы. Автореф. канд. дисс., М., 1996 26 с.

171. Хонин Р.В. Оценка морфометрических параметров селевых очагов для целей расчета характеристик селей. Тезисы докладов XVI Всесоюзной науч214но технической конференции по методам расчета и прогноза селевых потоков. М., Гидрометеоиздат, 1981 - с. 81 - 82.

172. Цытович Н.А. Механика грунтов, М, Высшая школа, 1983 288 с.

173. Черешкин Д.С., Кононов А.А., Тигценко Д.В. Принципы таксономии угроз безопасности информационных систем. М., 1999.

174. Чернов Ю.К. Количественные оценки возможных сейсмических воздействий на северо-востоке о. Сахалин. (Репринт). Южно-Сахалинск, ИМГиГ ДВО РАН, 1991 -54 с.

175. Чижевский A.J1. Земное эхо солнечных бурь. М., Мысль, 1973 345 с.

176. Шаскольская М.П. Кристаллография, М, Высшая школа, 1983 376 с.

177. Шейдеггер А. Физические аспекты природных катастроф. М., Недра, 1981 -232 с.

178. Шеко А.И. Закономерности формирования и прогноз селей. М., Недра, 1980-296 с.

179. Шурова И.Е. О сверхзвуковом характере течения в снежной лавине и расчете давления лавины на препятствие. Успехи Советской гляциологии. Фрунзе, ИЛИМ, 1968 с. 359 - 364.

180. Щукин И.С. Общая геоморфология. Т. 1 3. М., 1960 - 1974.

181. Щукин И.С. Четырехъязычный энциклопедический словарь по физической географии. М., Советская энциклопедия, 1980 703 с.

182. Эйби Дж. Землетрясения. М., Недра, 1982 264 с.

183. Эйзенберг Д., Кауцман В. Структура и свойства воды, Л, Гидрометеоиздат, 1975 -280 с.

184. Ablowitz М., Segur Н. Solitons and the Iuverse Scattering Transform. SIAM Philadelphia, 1981.

185. Atkins P.W. The second law. New York, Scientific American Books, 1984.

186. Berge P., Pomeau Y., Vidal C. L' Ordere Dans Le Chaos. Paris, 1988.

187. Drevilo M. Upon significance of the landscape indication method in Sakhalin snow - avalanche studies - Proceedings of the International Conference «Avalanches and Related Subject», Kirovsk, Russia, 1996 - p. 160-164.215

188. Ebeling W. Strukturbildung bei irreversible!! Prozessen. Teubner,1976

189. Flaig W. Lavinen. Leipzig, 1936.

190. Haken H. Advanced Sinergetics. Berlin, Heidelberg, Springer Ser. Sinergetics, 1983.

191. Haken H. Information, Springer Ser. Sinergetics, Berlin, Heidelberg, 1983.

192. Handbook of snow. (Edited by D.M. Gray, D.H. Male). Pergamon PRESS Ca-nadLtd, 1981.

193. Landslides. Analisis and control. (Editor by R. Shuster, R. Krizek). Washington National Academy of Science, 1978.

194. McClung D. Fracture Mechanical Models of Dry Slab Avalanche Release. Journal of Geophisical Researcy, vol. 86, NO. B11, 1981. Pages 10783 10790.

195. Newell A. Solitons in mathematics and phisics. By Society for Industrial and Applied Mathematics, 1985.

196. Nonlinear Electromagnetics. Edited by L.E.Uslengi. Academic Press, Publisher New York, London, Toronto, Sydney, San Francisco, 1980.

197. Observation Guidelines and Recording Standarts for Weather, Snowpack and Avalanches. Prepared by Canadian Avalanche Association. ISBN 0-9699758-0-5, 1995.

198. Shannon C. Mathematical Theory of Communication. Bell System Techn. J., 1948.

199. Shreyder P. The avalanche-hazard index. Annals of glaciology, 13, Canada, 1989-p. 241-247.

200. Shunichi Kobayashi, Kaoru Izumi. A study on slush flow disaster. Japan-U.S. Workshop on Snow Avalanche, Landslide, Debris Flow Prediction and Control, 1991 -c. 197-205.216

201. Г 0 P н ы й IЕ"5 Песчано-глинистые, алевролиты, конгломераты, туфогенные песчаники iii

202. Б-6 Crsn.dn Известково-кремнистые эффузивы среднего, основного и кислого состава IV1.-7 Crtm, Песчаники, алевролиты, аргиллиты и гравелиты III

203. Б-8 Т-Сг, Кремнистые и глинистые сланцы, алевролиты, яшмы, известняки, андезиты и порфириты IV

204. Б-а Pz3 Песчано-глинистые и кремнистые сланцы, песчаники, туфы, порфириты и известняки IV

205. Б-5 щебень ,дресва М) супесчано-суглинистый связный ГК ск 0,5 0,1 1600. 1900 7,5 6,0

206. Д-7 Рг Зеленокаменные породы с прослоями кварцитов и мраморов IV

207. Б-2 Ы2 Туфы, туффиты, лавы основного состава IV

208. Б-3 Ы, Песчаники, алевролиты, конгломераты, песчано-гл инистые породы III

209. Б-1 'г глыбы, щебень, дресва (с) пески, супесь, суглинки несвязный ВК 0,5 1600 8,0

210. Б-2 >2 щебень , дресва (ей) супесчано-суглинистый связный гк СК 0,5 0,1 1700 1900 7,5 6,02.3 200-500 накопления 1,0 2-3 Э-С . Б-3 "1 щебень , дресва м супесчано-суглинистый несвязный НВ 0,7 1200 8,0

211. Б-Э '2 щебень , дресва (ей) супесчано-суглинистый связный г ГК 0,2 0,5 1300 1500 5,0 6,0

212. Б-3 !з щебень , дресва' М> супесчано-суглинистый связный г ГК 0,3 0,7 1400 1800 5,0 8,0

213. Б-3 '4 щебень ,дресва М) супесчано-суглинистый связный гк СК 0,3 0,1 1700 1900 6,0 6,0

214. Б-3 '5 щебень , дресва И) супесчано-суглинистый связный ГК 0,3 1500 61еБ'3 щебень ,дресва (сс!) супесчано-суглинистый связный ГК СК 0,8 0,1 1700 1900 8,0 6,0щебень , дресва М) супесчано-суглинистый связный ГК СК 0,5 0,1 1700 1900 8,0 6,0

215. Б-3 ■8 щебень , дресва (сф супесчано-суглинистый связный ГК 0,3 1600 7,52.3 200-500 накопления 1,0 3-5 Э-С щебень , дресва (сс1) супесчано-суглинистый связный ГК 1,0 1500 8,01. ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕЛЕВЬ

216. Класс II. Подкласс : геоморфологические факторы селеобразования. Ш.Тип :геологи

217. И Макро- И Характеристика рельефа Характеристика селевых бассейнов И Очаг твердого питания селей

218. Н структу- Н Геоморфологи- Абс. Глубина Уклоны, Площадь, Площад- Количество Преобла- Н Возраст Преобладающий Балл

219. Д ра Д ческая вы- расчле- град га ная селевых даю- Д пород состав устои

220. Е релье- Е структура сота, нения, поражен- бассейнов щий тип Е пород чивост

221. К фа К м м ность ед/1км* селевого К поро(

222. С С территории, %% очага с1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 141. Резко 1. |А расчлененные горы с 5001500 300-700 более 35 10-300 1-30 0.1 -0,8 дациты .андезиты, моноциты,сиениты, >IV

223. Г гребневидными и крутосклонными грядами и узкими глубоко врезанными долинами; куполообразные скальный габбро-диориты1. О экструзивы 1. Песчаники,алевролиты,

224. N, конгломераты, песчано-глинистые

225. Р ,A-2 породы III-IV1. Конгломераты,1. Рд песчаники,н |А-3 алевролиты III1. Песчано-глинистые

226. Cr5„.d„ породы, туфогенныеы |А4 песчаники IVй 1. Песчаники,1. Crcm.t алевролиты,

227. А-5 аргиллиты и гравелиты III1. Кремнистые иглинистые

228. Т-Сг сланцы, алевролиты, песчаники,яшмы,д-е известняки IV

Информация о работе

Казаков, Николай Александрович
кандидата геолого-минералогических наук
Б. м., 2000
ВАК 04.00.01

Диссертация

Геологические и ландшафтные критерии оценки лавинной и селевой опасности при строительстве линейных сооружений - тема диссертации по геологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы