CC BY
1УДК 551.311.21
ГЛЯЦИАЛЬНЫЙ СЕЛЕВОЙ ПОТОК В БАССЕЙНЕ РЕКИ КАРГАЛЫ
(ИЛЕ АЛАТАУ) 23 ИЮЛЯ 2015 г.
А. Р. Медеу1, Т. Л. Киренская2, В. П. Благовещенский3, М. А. Аскарова4
1 Д. г. н., член-корр. НАН РК, директор института (Институт географии, Алматы, Казахстан) 2К. г. н., ведущий научный сотрудник (Институт географии, Алматы, Казахстан) 3Д. г. н., руководитель лаборатории природных опасностей (Институт географии, Алматы, Казахстан) 4Д. г. н., профессор кафедры географии, землеустройства и кадастра факультета географии и природопользования (Казахский национальный университет им. aль-Фараби, Алматы, Казахстан)
Ключевые слова: прорывной паводок, противоселевые мероприятия, селевой поток, ущерб.
Аннотация. Рассмотрены условия формирования и негативные последствия гляциального прорывного селевого потока в бассейне р. Каргалы 23 июля 2015 г. Селевой поток сформировался в результате подземного прорыва приледникового моренного озера на высоте 3400 м над ур. м. Причиной прорыва было аномальное повышение температуры воздуха в ледниковой зоне. Объем прорывного паводка составил 260 000 м3. Селевой поток был остановлен селеудерживающей плотиной высотой 28,8 м, построенной в 2003 г. на высоте 1350 м над ур. м. Селехранилище выше плотины оказалось заполненным до высоты 14 м. При сбросе через аварийные отверстия плотины водной составляющей в результате размыва русла реки ниже плотины сформировался вторичный селевой поток, который вызвал подтопление зданий в пос. Каргайлы. Материальный ущерб составил 2 млрд тенге.
Введение. Селевые явления, как и многие опасные природные процессы, в последнее время имеют тенденцию к увеличению повторяемости. Масштабы их воздействия на население, объекты социально-экономического назначения и природу во всем мире, а также и в Казахстане нередко приобретают катастрофический характер. Наглядным примером является гляциальный селевой поток в бассейне р. Каргалы 23.07.2015 г. в центральной части Иле Алатау.
В долине Каргалы селевые потоки отмечались в 1921, 1950, 1958, 1966, 1969 гг. [3]. Все случаи селевых явлений были связаны с выпадением осадков, иногда в сочетании со снеготаянием. Гляциальные селевые потоки ранее не формировались.
В 1990 г. производственным объединением «Казселезащита» Министерства автомобильных дорог КазССР была разработана «Сводная схема противоселевых, лавинных, оползневых и обвальных защитных мероприятий КазССР», в которой бассейн р. Каргалы отнесен к 1-й категории селеопасности (по 3-балльной шкале). Для селевых потоков в долине реки Каргалы по методике КазНИГМИ были получены расчетные характеристики, приведенные в таблице 1.
Таблица 1 - Характеристики селевых потоков редкой повторяемости Р в бассейне р. Каргалы
Расположение створа Площадь водосбора, км2 Р = 0,01% Р = 1%
Максимальный расход, м3/с Объем, тыс. м3 Максимальный расход, м3/с Объем, тыс. м3
воды селя воды селя воды селя воды селя
На отметке 3060 м над ур. м. 16, 2 47,5 340 204 754 14.4 47.4 84.6 157
На выходе из гор 37,0 681 1843 93.4 391
На карте селевой опасности масштаба 1:1 000 000, составленной А. Р. Медеу и Т. Л. Кирен-ской [4], бассейн р. Каргалы отнесен к средней категории (по 5-балльной шкале) селеопасности, которая характеризуется расходами 100-200 м3/с 1 раз в сто лет, 50-100 м3/с 1 раз в 50 лет или 1050 м3/с 1 раз в 20 лет. В высокогорной зоне отмечается высокая селевая опасность, на конусе выноса селевая опасность значительная. На карте селевого риска масштаба 1:100 000 [4] выделены зоны значительного селевого риска вдоль русла реки, начиная со среднегорной части, и весь конус выноса.
Для защиты от селей Казселезащитой в нижней зоне бассейна р. Каргалы на высоте 1350 м над ур. м. в 2003 г. была построена железобетонная контрфорсная ячеистая селезадерживающая плотина: высота - 28,8 м, длина - 128,5 м, ширина понизу - 75 м, объем селехранилища -1,2 млн м3 (рисунок 1).
Рисунок 1 - Селезащитная плотина в русле р. Каргалы
Геоморфологические условия формирования селя. Бассейн р. Каргалы расположен в центральной части северного склона хребта Иле Алатау между долинами рек Улкен Алматы и Аксай. Площадь его водосбора составляет 37 км2. В верхней части бассейна высота водоразделов достигает 4200 м над ур. м. Нижняя часть бассейна находится на высоте 1400 м над ур. м. От высокогорной зоны к предгорьям долина имеет довольно крутое падение. При длине реки в горной части 18 км разность высот составляет 2,8 км. Средний уклон - 9°. На отдельных участках долины уклон достигает 20°. В низкогорье уклоны уменьшаются до 4-5°, в зоне предгорных равнин уклон не превышает 3°.
В бассейне реки Каргалы находится 5 ледников. Только два из них имеют значительные размеры и обширные современные морены. Это ледники Каргалы (площадь - 0,918 км2, длина - 1,55 км) и Гигант (площадь - 0,933 км2, длина - 1,86 км). Моренное озеро имеется только под ледником Каргалы. Оно расположено на высоте 3520 м над ур. м. в вытянутой с юга на север извилистой западине между концом ледника, боковыми и конечной моренами. Длина западины - 550 м, ширина - от 70 до 150 м, максимальная глубина - 20 м. Озеро является нестационарным и появляется только в период таяния ледника. Оно дренируется через внутриморенные каналы стока. Поверхностного стока нет.
В нижней части ледниково-моренного комплекса находится малоподвижный каменный глетчер длиной 850 м, шириной 460 м. Толщина каменного глетчера достигает 50 м. Уклон каменного глетчера в верхней части - 6-7°, в средней - от 9 до 16°, в нижней части на фронтальном уступе - 45°.
Ниже каменного глетчера расположено зандровое поле, сложенное флювиогляциальными отложениями. Крутизна его - 3-4°, ширина - 150 м, длина - 1000 м. Далее до высоты 2200 м над ур. м. долина имеет троговый характер. Днище заполнено старыми задернованными моренами. Ширина днища долины - 200 м, крутизна - около 10°. В нижней части отрезка долины крутизна увеличивается до15-20°. Глубина долины на этом участке - 400-500 м.
Ниже 2200 м над ур. м. до выхода из гор долина имеет У-образный поперечный профиль. Дно долины узкое, занято руслом реки. Ширина - 15-20 м. Отложения делювиально-пролювиальные. Крутизна долины уменьшается от 9° в верхней части до 5° в нижней. Глубина долины - 500-600 м.
Долина выходит на предгорную равнину на высоте 1400 м над ур. м. На расстоянии 600 м от выхода из гор стоит селезадерживающая плотина. Крутизна русла реки перед плотиной - 4,5°. Ниже плотины уклон русла - 3-4°.
Фракционный состав приледниковых морен представлен крупно-, средне-, мелкоглыбовым каменистым материалом с незначительным содержанием дресвяно-песчаного заполнителя. В соседней долине Киши Алматы в отложениях такого же возраста и состава пород в современных моренных отложениях самых поздних генераций содержание мелкозема (фракции размером менее 2 мм) не превышает 30 %. В составе мелкозема количество пылевато-глинистых фракций (размером менее 0,05 мм), как правило, варьирует от 0,4 до 10 % [2]. Эти фракции определяют структурно-реологические свойства разжиженного грунта и селевого потока в силу того, что обладают большой связанностью, липкостью и гидрофильностью.
Поверхности современных морен осложнены термокарстовыми процессами - воронками, провалами, просадками, трещинами, на крутых склонах обнажается погребенный лед.
Метеорологические условия формирования селя. В 2015 г. зима в высокогорной зоне (выше 3000 м) характеризовалась повышенными снегозапасами и температурным фоном. По данным снегомерного маршрута Казгидромета, на 30 марта высота снега в центральной части северного склона Иле Алатау составляла 120 % от нормы. По данным Института географии, на метеорологической станции «Ледник Туйыксу» (3450 м) в июне высота снега была 102 см - 135 % от нормы. Весной и в начале лета осадков выпадало больше нормы, а температурный фон сохранялся повышенным. Это препятствовало зимнему промерзанию ледниково-моренных комплексов, а весной способствовало повышенному увлажнению грунтов.
Метеорологические условия в ледниковой зоне в июле, полученные по данным метеорологической станции «Ледник Туйыксу», приведены в таблице 2. Станция расположена в 20 км к востоку от ледника Каргалы в той же высотной зоне, что и озеро Каргалы. Высота нулевой изотермы рассчитывалась по данным о среднесуточной температуре воздуха с градиентом 8 оС/км [1].
В начале июля произошло резкое повышение температуры воздуха. Положительная температура воздуха в ледниковой зоне сохранялась круглые сутки, достигая в дневное время 19 оС. Высота нулевой изотермы все время превышала 4000 м, что означает, что таяние захватывало всю площадь ледника. Наиболее высокий температурный фон наблюдался с 12 по 24 июля, когда температуры достигали максимальных за весь период наблюдений (с 1956 г.) значений. Это вызвало интенсивное таяние ледников, существенное обводнение талыми водами грунтов моренных комплексов, активные термокарстовые процессы.
Уже к 15 июля, когда были превышены все значения характеристик метеорологического режима, являющиеся критическими (по методике прогноза гляциальных селей Е. А. Таланова, Т. Л. Киренской) для формирования гляциальных селей, Казгидрометом было выдано штормовое предупреждение о селевой опасности на 15-20 июля. Штормовые предупреждения выдавались также 23 июля на 24-27 июля, 27 июля на 28-31 июля и 31 июля на 3-7 августа. Все они подтвердились.
Характеристики селевого потока. При аэровизуальном обследовании, проведенном Казселе-защитой 30 июня 2015 г., в бассейне р. Каргалы под ледником Каргалинский было зафиксировано ледниково-моренное озеро (рисунок 2). Параметры озера, определенные по космическому снимку ЬаМ8а1;, сделанному 11 июля, оказались следующими: длина - 550 м, средняя ширина - 120 м, площадь - 65 тыс. м2. Высота озерной перемычки, определенная по топографической карте М 1:25 000, составляет 3530 м над ур. м. Дно озерной котловины находится на высоте 3520 м над ур. м. Средняя глубина озера при его максимальном наполнении составляет 5 м, а объем - 325 тыс. м3. В ночь с 22 на 23 июля 2015 г. это озеро прорвалось, что привело к формированию гляциального селевого потока. По данным Казселезащиты, озеро опорожнилось на 80%. Значит объем гляциального прорывного паводка составил 260 тыс. м3.
Опорожнение озера происходило по внутриморенным каналам стока через 3 грота с расходом около 5 м3/с. Два грота расположены в западной части озера, один - под каналом стока. После
Таблица 2 - Метеорологические условия в высокогорной зоне в июле 2015 г.
№ п/п Осадки, мм Температура воздуха, оС Высота изотермы 0оС, м над ур. м.
средняя максимальная минимальная
1 2,3 7,1 10,5 3,5 4338
2 0,5 7,4 10,6 4 4375
3 10 12,9 5,9 4700
4 11,3 14,5 7,6 4863
5 29,8 4,5 11,3 1,5 4013
6 6 9,9 1,2 4200
7 7,7 12,2 2,8 4413
8 8,4 11 5,7 4500
9 7,7 11,1 5,6 4413
10 9,8 4,5 9,4 1,5 4013
11 6,8 11,7 1 4300
12 11,6 15,4 7,8 4900
13 12 15,9 8,5 4950
14 11,4 14,8 7,2 4875
15 12,9 17,5 8,7 5063
16 13,2 17,6 9,9 5100
17 0,5 11,4 15,5 9,3 4875
18 12 16,8 8,2 4950
19 1,7 9,7 13,2 7 4663
20 14,4 19,1 6,2 5250
21 13 17,1 10,2 5075
22 10 15 7,8 4700
23 0,8 11,9 15,8 9,6 4938
24 1,3 12 17 8,4 4950
25 21,4 8,9 12,5 5,7 4563
26 10,5 14 5,4 4763
27 10,1 13 6,5 4713
28 7,4 11,4 2,9 4375
29 14,8 5,8 9,3 3 4175
30 6,5 9,5 3,5 4263
31 8,4 13 5 4500
Рисунок 2 - Ледник Каргалы и моренное озеро 30 июня 2015 г.
опорожнения озера перемычка обрушилась над внутриморенным каналом стока. Перетока воды через озерную перемычку не было.
Во врезах на уступах современной, а затем древней морен формировался грязекаменный поток с плотностью не выше 2000 кг/м3. При движении с небольшими деформациями по селевому руслу селевой поток подошел к плотине, удаленной на 16,5 км от озера, с расходом 25-30 м3/с.
Обследование русла реки показало, что селевой поток двигался как наносоводный паводок повышенной плотности. При этом в поток включались только песчаные и глинистые частицы, галька перекатывалась по дну, а каменные обломки и валуны только вымывались из русла или передвигались на небольшое расстояние. Об этом говорит, в частности, то, что в русле реки во многих местах остались стоять деревья, на стволах которых видны следы грязи до высоты 3 м.
Селевой поток был остановлен селеудерживающей плотиной высотой 28,8 м. Максимальная ширина селевых отложений в верхнем бьефе плотины - 80 м, длина - 500 м, площадь - 15 тыс. м3, толщина отложений - 2-3 м (рисунок 3). Объем твердой составляющей селя составил 45 тыс. м3. Поверх селевых отложений в селехранилище образовалось озеро из воды, поступившей с селем и постселевым паводком. Уровень воды поднимался до высоты 14 м. Суммарный объем селя (грязе-каменной массы и воды) достигал 150 тыс. м3, что составляет 13% емкости селехранилища.
Рисунок 3 - Селевые отложения перед селеудерживающей плотиной
Водная составляющая селя и послеселевого паводка сбрасывалась через два шлюза в теле плотины в русло р. Каргалы. Ниже плотины происходил размыв русловых отложений с выработкой эрозионных врезов глубиной до 2 м. В результате сформировался вторичный селевой паводок с расходом 15 м3/с. Далее расход селя возрос до 30 м3/с. Проволочные габионы, которыми были укреплены берега реки, оказались разрушенными. Сужение русла неграмотно возведенными постройками привело к тому, что селевая масса широко разливалась, происходило выбрасывание камней из потока (рисунок 4).
Через 2 км селевой поток вышел на широкую равнину с низкими берегами, где началось затопление территории и расположенных на ней строений. Селевая масса подтапливала близлежащие дома и участки, территорию школ и другие объекты в пос. Каргайлы (рисунок 5).
По данным Комитета по чрезвычайным ситуациям, в результате прохождения селя пострадало 456 домов, из них 9 получили повреждения, повреждены также 32 автомашины. В ходе спасательных операций эвакуировано 1036 человек. Медицинская помощь оказана 78 пострадавшим. Разрушено 7 мостов и пешеходных переходов. Смыто 27 опор линий электропередач. Повалено 119 деревьев. С затопленных территорий вывезено 276 тыс. м3 грязекаменной массы. В аварийно-спасательных работах было задействовано 1748 человек, 308 единиц техники и 3 вертолета. По оценке специалистов акимата г. Алматы на ликвидацию последствий прохождения селя потребуется 2 млрд тенге.
Заключение. Наличие селезащитной плотины предотвратило выход разрушительного селевого потока в пос. Каргайлы, который бы имел катастрофические последствия. В то же время недостатки в конструкции плотины, заключающиеся в слишком больших размерах аварийных шлюзов, привели к тому, что расходы паводка ниже плотины превысили безопасные значения. Ниже плотины мероприятия по стабилизации русла оказались недостаточными. Конструкция габионов была слабой. Территории, прилегающие к руслу, были застроены с нарушениями нормативов. Все это привело к возникновению чрезвычайной ситуации и значительному материальному ущербу.
Для предотвращения ущерба от селей в бассейне р. Каргалы необходимо провести следующие мероприятия:
1) устранить конструктивные недостатки плотины с тем, чтобы при сбросе паводочных вод не происходило размывания русла реки ниже плотины;
2) провести стабилизацию русла ниже селезадерживающей плотины для безопасного пропуска сбросного паводка;
3) расчистить селехранилище для восстановления его полезной емкости;
4) организовать в высокогорной зоне бассейна р. Каргалы пост для мониторинга селефор-мирующих факторов и селевых явлений и оповещения;
5) установить в бассейне автоматизированную систему раннего предупреждения о прохождении селевых потоков;
6) осуществить превентивные мероприятия, препятствующие наполнению ледниково-морен-ного озера.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Благовещенский В.П. Расчет вертикальных температурных градиентов в горных районах Средней Азии и Казахстана // Криогенные явления Казахстана и Средней Азии. - Якутск, 1979. - С. 83-87.
[2] Вардугин В.Н., Малахов В. Д. Эффективные методы защиты селевых бассейнов Казахстана. - Алма-Ата, 1988.
[3] Медеу А.Р. Селевые явления Юго-Восточного Казахстана: основы управления. - Алматы, 2011. - Т. 1. - 284 с.
[4] Медеу А.Р., Киренская Т.Л. Карты селевой опасности и риска в Иле Алатау // Атлас природных и техногенных опасностей и рисков чрезвычайных ситуаций в Республике Казахстан. - Алматы, 2010. - 264 с.
REFERENCES
[1] Blagovechshenskiy V.P. Calculation of a vertical temperature gradients in the mountain areas of Central Asia and Kazakhstan // Cryogenics phenomena of Kazakhstan and Central Asia. Yakutsk, 1979. P. 83-87 (in Russ.).
[2] Vardugin V.N., Malakhov V.D. Effective methods of protection of mudflow basins of Kazakhstan. Alma-Ata, 1988 (in Russ.).
[3] Medeu A.R. Mudflow phenomena of South-Eastern Kazakhstan: basic of management. Almaty, 2011. Vol. 1. 284 p. (in Russ.).
[4] Medeu A.R., Kirenskaya T.L. Maps of mudflow danger and risk in Ile Alatau // Atlas of natural and technogenic hazards and emergency risk in the Republic of Kazakhstan. Almaty, 2010. 264 p. (in Russ.).
ЦАРГАЛЫ вЗЕН1 АЛАБЫНДАГЫ (ТЛЕ ЛАТАУЫ) ГЛЯЦИАЛДЫ СЕЛ ТАС^ЫНЫ
23 ТАМЫЗ 2015 ЖЫЛ
А. Р. Медеу1, Т. Л. Киренская2, В. П. Благовещенский3, М. А. Аскарова4
:Г. f. д., КР ¥ГА корреспондент-мYшесi, институт директоры (География институты, Алматы, Казакстан) 2Г. f. к., институттын жетекш кызметкерi (География Институты, Алматы, Казахстан)
3Г. f. д., ТабиFи кауш-катерлер зерханасынын жетекшiсi (География институты, Алматы, Казахстан) 4Г. f. д., География жэне табитатты пайдалану факультетi, География, жерге орналастыру жэне кадастр кафедрасы (Эл-Фараби атындаFы Казак ^лттык университет^ Алматы, Казахстан)
ТYЙiн сездер: катты таскын, селден сактану шаралары, сел таскыны, шыFын.
Аннотация. КарFалы езеш алабындаты 23 тамыз 2015 ж. болтан гляциалды сел таскынынын калыптасу жатдайы мен салдарлары карастырылды. Сел таскыны т.д. 3400 м бшкпктеп жер астындаты мрдык ма-нындаты морена келiнiн тасуынан калыптаскан. Таскыннын кенеттен болуы мрдык белдеуiндегi ауа температурасынын калыптан тыс кетерiлуiмен тYсiндiрiледi. Таскын келемi 260 000 м3 к¥рады. Сел таскыны 2003 ж. Т.д. 1350 м бшкпкте салынтан, езiнiн биiктiгi 28,8 м жететш бегет аркылы токтатылтан. Таскын кой-масы 14 м биiктiкке дешн толып кеткен. Бегеттiн апаттык жарыктарынан жиналтан судын эсерiнкен езен антарын су шайып кетудiн нэтижесiнде бегеттен теменiрек жерде екiншi сел таскыны пайда болып, Картай-лы ауылындаты тимараттар сута кеттi. Жалпы материалдык шытын 2 млрд тенгенi к¥рады.
GLACIAL MUDFLOW IN THE KARGALY RIVER BASIN (ILE ALATAU)
23 JULY 2015
1A. R. Medeu, T. L. Kirenskaya2, V. P. Blagoveschenskiy3, M. A. Askarova4
1 Doctor of Geographical Sciences, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Kazakhstan, Director of the Institute (Institute of Geography, Almaty, Kazakhstan)
2Candidate of Geographical Sciences, Leading Researcher (Institute of Geography, Almaty, Kazakhstan) 3Doctor of Geographical Sciences, Head of Natural Hazards Laboratory (Institute of Geography, Almaty, Kazakhstan)
4Doctor of Geographical Sciences, Professor, Department of Geography, Land Management and Cadastre (Al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan)
Keywords: damage, mudflow, outburst flood, protective measures.
Abstract. The conditions of formation and the negative effects of an outburst glacial mudflow in the Kargaly River basin July 23, 2015 are discussed. The mudflow formed as a result of the underground outburst of a moraine lake at an altitude of 3400 m. The reason for the outburst was an abnormal increase in temperature in the glacial zone. Volume outburst flood was 260 000 m3. Mudflow was stopped by the protective dam with a height of 28.8 m, built in 2003 at an altitude of 1350 m a.s.l. The basin above the dam was filled to a height of 14 m. A water stream below the dam results an erosion of the riverbed and formed a secondary mudflow which caused flooding of the buildings in the village Kargayly. The material damage amounted to 2 billion tenge.
