CC BY
10
УДК 550.3
Кочетова Т.В. аспирант 3-го года обучения кафедра чрезвычайных ситуаций Кабардино-Балкарский государственный университет им.
Х. М. Бербекова Россия, КБР, г. Нальчик МЕТОДЫ ПРОГНОЗА ЛАВИННОЙ ОПАСНОСТИ НА ПРИМЕРЕ ПРИЛЕГАЮЩИХ РАЙОНОВ ЭЛЬБРУСА
Аннотация: Объектом исследования в статье являются методы прогноза лавинной опасности. Проведен сравнительный анализ между различными методами прогнозирования (качественный, количественный и климатометеорологический).
Ключевые слова: качественный метод, количественный метод, климатометеорологический метод, лавиноопасность, лавинообразования.
Kochetova T. V. graduate student of the 3rd year of study faculty of emergency situations Kabardino-Balkarian State University H.M. Berbekova
Russia, KBR, Nalchik METHODS OF AVALANCHE DANGER PREDICTION BY EXAMPLE ADJACENT REGIONS OF ELBRUS
Annotation: The object of the research in the article are methods for forecasting avalanche danger. A comparative analysis between various forecasting methods (qualitative, quantitative and climatic meteorological) has been carried out.
Key words: qualitative method, quantitative method, climatic and meteorological method, avalanche danger, avalanche formation.
Подавляющая часть высокогорной территории Большого Кавказа подвержена разрушительному действию лавин, которые ежегодно наносят огромный материальный ущерб народному хозяйству и жителям гор. Действие лавин распространяется на участки расположения автомобильных дорог, предприятий горнодобывающей и горноперерабатывающей промышленности, животноводческих ферм и сельскохозяйственных угодий. Под угрозой лавин находятся многие курорты и населенные пункты. Почти ежегодно наблюдаются случаи гибели людей, попавших в лавины.
Лавины являются грозным препятствием на пути к освоению высокогорных районов, поэтому строительство подъездных путей, линий электропередачи в отдаленных горных районах требует значительных сил и средств на защитные мероприятия, которые к тому же зачастую бывают малоэффективными. Все это тормозит развитие промышленности, культуры и экономики высокогорных селений и аулов. Перемещение населения на равнину ведет к перегрузке ландшафтноприродной среды в предгорьях,
интенсивной вырубке лесов, стравливанию и уничтожению лугов, загрязнению рек и озер и т.д., вызывая нежелательные изменения природных условий этих районов.
В то же время улучшение материально-бытовых условий жителей равнинных районов вызывает тягу к экскурсиям, туризму, горнолыжному спорту или просто активному отдыху в живописных высокогорных районах, поэтому за последние годы так сильно возросло число отдыхающих в горах.
Для составления лавинной карты необходимо изучать лавинообразующее действие рельефа как длину и угол наклона лавинных логов и склонов, площади снегосборных бассейнов, а также наряду со средней многолетней мощностью снежного покрова и ее значением в многоснежные годы. Эта последняя величина в сочетании с особыми климатометеорологическими особенностями года вызывает как лавины катастрофических размеров, так и спорадические лавины, т.е. лавины, сходящие через 10—20 и больше лет.
Лавиноопасность для одних и тех же условий в значительной мере связана с высотой снежного покрова и физическими свойствами снега, поэтому изучение динамики снежного покрова по многолетним данным имеет существенное значение при исследовании вопросов лавинообразования.
В.Н. Аккуратов считает, что в результате резкого падения температуры воздуха и линейного сокращения снежного покрова в снегу могут образоваться трещины, равновесие снежного покрова на склоне нарушается, и может сойти лавина «температурного сокращения». Так, по утверждению В.Н. Аккуратова (1956 г.), падение температуры воздуха на Г при плотности снега 0,05 г/см3 может вызвать сокращение снежного поля длиной 1 км на 16,63 см. В правильности таких выводов мы не совсем уверены. Снежный покров не является твердым телом, и температурное сокращение может вызвать только изменение расстояния между частицами снега по всему снежному полю (непрерывные связи). Очень редко в результате дневного таяния и охлаждения ночью при низкой температуре воздуха между частицами снега образуются прочные, непрерывные связи и на поверхности снежного покрова может появиться сплошная корка. Эта корка может дать трещину не только из-за понижения температуры, но и вследствие других причин, например под влиянием сильного ветра.
Обрушение снежных карнизов или действие тяжести людей (последнее мы наблюдали неоднократно во время экспедиций) также может быть причиной образования трещин на поверхности снежного поля. Кроме того, трещины могут возникать в результате наличия неровностей склона и медленного сползания снежного покрова. Все эти виды лавин известны под названием «снежные доски».
Теоретические проблемы лавинообразования освещены в трудах В.Н. Аккуратова [1], А. Алликса [2], М.И. Анисимова [3], К.С. Лосева [4], Ю.Д. Москалева [5], Г.Г. Саатчана [6], Г.К. Сулаквелидзе [7] и др. В исследованиях указанных авторов и их последователей выявляются значительные вариации
условий формирования лавин, обусловленные в основном непрерывно меняющейся метеорологической обстановкой лавиноопасного времени года.
Для прогнозирования времени схода лавин наиболее распространенными методами являются качественный, количественный (аналитический) и климатометеорологический.
Качественный метод прогноза. Состояние снега, оцененное в основном визуально, может указывать на неустойчивость снежного покрова на склоне. Прогнозы, основанные на изучении состояния снежного покрова, являются качественными прогнозами. Этот метод прогноза применим для прогнозирования времени схода всех видов лавин как из сухого, так и из мокрого снега.
Для такого сравнительно густо населенного района Кабардино-Балкарии, как Приэльбрусье, метод качественного прогноза имеет большое практическое значение, так как он может быть успешно применен многочисленными альпинистскими и туристскими группами, горнолыжниками при выборе маршрута, при совершении походов и восхождений в зимних условиях.
Количественный (аналитический) метод прогноза. При количественном методе прогноза для конкретного лавиноопасного участка определяется высота снега, при которой снежный покров еще находится в покое, затем аналитическим путем определяется время, за которое общая высота снега на склоне возрастает до критической величины, при этом необходимо, конечно, учитывать изменение за время снегопада физико-механических свойств снежного покрова, способствующих ускорению схода лавин.
Уравнение для выражения условий равновесия снежного пласта длиной 1, шириной b и толщиной h было предложено Г. Г. Саатчаном [6], затем уточнено Г.К. Сулаквелидзе [7] и имеет вид:
yhlb sina = yhlbf cosa + Ibc + hbc± + 2hlc2, (1)
где y - объемный вес снежного покрова; /- коэффициент трения; а - угол наклона склона;
с1- сила сопротивления пласта снега на разрыв в верхней части склона; с2 - сила сопротивления пласта по боковым граням; с -сила сцепления пласта с подстилающей поверхностью. К.С. Лосев учел силу сопротивления пласта снега излому в нижней части с3, и уравнение (1) получило вид:
yhlb sina = yhlbf cosa + Ibc + hbc± + 2hlc2 + hbc3, (2)
Уравнение (1) можно упростить, если принять во внимание, что hbct, 2hlc2 и hbc3 для лотковых лавин малы по сравнению с
yhlbf cosa + Ibc
Пренебрегая членами hbct, 2hlc2 и hbc3, получаем для критической высоты снежного покрова
Кк =----г, (3)
у(51па-/со5а)
при К <Кк — лавина не сходит;
при К>Кк — образуется снежная лавина.
Формулы (1), (2), (3) выведены из статистических условий равновесия снега без учета реологических свойств снежного покрова. При учете этих свойств кк будет функцией: температуры снежного покрова ^ влажности Р, объемного веса у, кристаллической структуры ш и времени Т, т.е.
Зная величину кк, интенсивность нарастания снежного покрова в м/ч /, можно определить время наступления лавиноопасного периода ТЛП:
Тли. = 7- (4)
Подставляя (4) в (3), получим:
Т =_£__(5)
По этому уравнению определяется время схода лавин после начала снегопада.
Решая уравнение (5) при наиболее благоприятных значениях величин, входящих в первую часть уравнения (5) при а= 65°, с = 10 кг/см2, / = 0,20 и у= 120 кг/см2, получаем высоту слоя свежевыпавшего снега, равную 10 см.
Для повышения точности при определении времени схода лавин величины а, f, с, у и др. необходимо определить в типичном лавиносборе для данного района, на участке, где наиболее возможен сход лавин, что сильно усложняет применение этого метода прогноза из-за опасности возможного попадания исследователей под лавину, что также является большим недостатком метода.
Климатометеорологический метод прогноза. Образование лавин является результатом взаимодействия нескольких
климатометеорологических факторов.
Сопоставляя ход метеорологических элементов с частотой схода снежных лавин для определенного горного района при имеющемся в достаточном количестве статистическом материале, можно выявить определенную взаимосвязь между ними. Метод прогнозирования схода снежных лавин, основанный на выявлении взаимозависимости между изменением метеорологических элементов и частотой схода лавин, называется климатометеорологическим методом прогнозирования. Этот метод получил широкое отражение как в отечественной, так и в зарубежной литературе.
Если для конкретного района или лавиносбора существует достаточно большое количество синхронных наблюдений за интенсивностью нарастания снежного покрова i и временем наступления лавиноопасного периода ТЛ.П., то можно с достаточной точностью прогнозировать сход лавин по продолжительности снегопада. Многолетние наблюдения в Приэльбрусье показали, что величина прироста снежного покрова, необходимая для
лавинообразования, зависит от характера осадков и морфометрических
характеристик лавиносборов. В целом, как это видно из рис. 1, связь между
интенсивность! нарастания снежного покрова и временем наступления
лавинно1 опасности может быть выражена эмпирической зависимостью:
1 11 I =-1-или t = (-- 0,65)-—. (6)
0,068С+0,65 у 0,68 4 '
Рисунок 1 Связь между интенсивностью нарастания снежного покрова, продолжительностью снегопада и сходом лавин: + — наблюдался сход лавин; • — сход лавин не наблюдался
Из рис. 1 видно, что в Приэльбрусье лавина из свежевыпавшего снега может, как правило, сойти только при интенсивном нарастании снежного покрова не ниже 0,1—0,15 см/ч и высоте свежевыпавшего снега не ниже 8 см, при этом чем больше высота ранее выпавшего снега, тем меньше требуется свежевыпавшего, необходимого для схода лавины.
На рис. 2 приведена зависимость высоты нового снега h от высоты старого Н — по данным наблюдений за сходом лавин на северных склонах Большого Кавказа. Эту зависимость можно аппроксимировать уравнением вида:
К =-1--(7)
0,002Я+0,01 4 '
Анализируя рис. 2, видим, что при высоте старого снега выше 80 см сход лавин может наступить и при незначительном выпадении нового снега (2 - 3
см). По-видимому, это относится к тем случаям, когда условия в снежном покрове к моменту выпадения нового снега были уже близки к критическим. Далее с уменьшением высоты старого снега для схода лавин необходимо увеличение количества свежевыпавшего снега, при высоте которого выше 45 см лавины могут образовываться и сходить и при отсутствии старого снега. В горах Закавказья, по данным В.Ш. Цомая и К.Л. Абдушелишвили [8], массовый сход лавин из свежевыпавшего снега наблюдается и при высоте 54—56 см и выше.
Рисунок 2 Связь между высотой свежевыпавшего снега, высотой старого снега и сходом лавин: + — наблюдался сход лавин; • — сход лавин
не наблюдался
В отдельных случаях, когда подстилающая поверхность лавиносбора благоприятствует сходу лавин (минимальная шероховатость), количество необходимого для схода лавин снега зависит от крутизны склонов и плотности выпадающего снега (рис. 3). Графики на рисунке можно аппроксимировать уравнением вида:
Н = 22,5 - 0,17а (при д = 0,15 г/см3), (8)
к = 7~83 (при д = 0,30 г/см3). (9)
/г см
-1-1-1-1-1-
20 30 40 50 60 а
Рисунок 3 Зависимость критической высоты снега от крутизны склона: 1 — при плотности снега 0,15 г/см3; 2 — при плотности снега 0,30 г/см3
При плотности снега 0,15 г/см3 и угле наклона 60° лавины начинают сходить уже при высоте снежного покрова 11 см. С уменьшением крутизны склонов критическая высота снега, необходимого для схода лавин, увеличивается и достигает 20 см при угле наклона 17 - 17,5°. При д = 0,30 г/см3 зависимость от а криволинейна, причем критический угол наклона склона превышает 22°, а критическая высота снега становится выше 13 см.
Обобщение материалов большого комплекса экспедиционных исследований, охвативших почти все основные долины Большого Кавказа, данных гидрометеостанций и постов, снегомерных съемок гидрометеослужбы и использование аэрофотосъемочного материала позволили выявить сложную картину распределения снежного покрова и лавин.
Кроме детального физико-географического обобщения условий залегания снежного покрова в работе выявлены статистические данные, характеризующие климатические факторы, предопределяющие снежно-лавинный режим. Полученные данные позволили определить границу распространения лавин, продолжительность периода лавинной опасности, режим схода их и другие важные вопросы лавинной деятельности.
В зависимости от особенностей рельефа и количества выпадающих твердых осадков степень поражения лавинами отдельных долин и их частей на исследуемой территории очень неоднородна. Кроме того, внутри
лавиноопасной зоны существуют обширные нелавиноопасные площади, приуроченные в основном к Северной депрессии. Наряду с такими значительными площадями на Большом Кавказе даже в зоне наибольшей лавинной деятельности встречаются безопасные участки, пригодные для строительства различного рода народнохозяйственных объектов.
Использованные источники:
1. Аккуратов В.Н. Генетическая классификация лавин. - Труды Эльбрусской высокогорной комплексной экспедиции АН СССР. - Нальчик, 1959, 1 (4).
2. Алликса А. Avalanches, "Geographical Review", 1924, б
3. Анисимов М.И. Снег и снежные обвалы. - М., 1958
4. Лосева К.С. По следам лавин. - Л.: Гидрометеоиздат, 1983. — 136 с
5. Москалев Ю.Д. Возникновение и движение лавин. - Л.: Гидрометеоиздат 1966.г. 152 с.
6. Саатчан Г.Г. Снег и снежные обвалы. - М., 1936
7. Сулаквелидзе Г.К. Некоторые физические свойства снежного покрова - М.: АН СССР, 1955. С. 24-54.
8. Абдушелишвили К.Л. Распространение снежных лавин в Грузии. -Тр.Закавказ. НИГМИ, 1966. вып. 20.
