CC BY
38ПРИНЦИПЫ ИНЖЕНЕРНОГО ОСВОЕНИЯ НАЛЕДНЫХ ЛАНДШАФТОВ
В. Р. Алексеев
Владимир Романович Алексеев,
доктор географических наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории инженерной геокриологии Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН
Редкий человек, побывавший в краю вечной мерзлоты - в Якутии, Магаданской области, на Чукотке или в Забайкалье, не удивляется ледяным массивам, заполняющим долины рек в тёплое время года. Да и местные жители, привыкшие к сюрпризам северной природы, не сдерживают волнения при виде многометровых глыб чистого голубого льда среди цветущей летней тайги. Наледи... Это простое русское слово таит в себе много тайн и загадок. Оно зовёт и вдохновляет, страшит и увлекает - кого как, в зависимости от возраста, профессии
или образа жизни. Для многих людей наледь - опаснейшая стихия воды и льда, которую трудно предсказать, а ещё труднее остановить или уничтожить. Более всего опасаются наледей водители транспортных средств, дорожники, рыбаки и охотники. Горе тому, кто легкомысленно оставит на ночь машину на гладком речном льду или без разведки, наобум направит колонну по заснеженному руслу: можно не только увязнуть в снежно-ледяной каше, вмёрзнуть в лёд, но и провалиться под ледяной покров, затонуть (рис. 1). Известны многочисленные
Рис. 1. Наледи - одно из самых опасных криогенных явлений на северных дорогах.
Ни один водитель не рискнёт отправиться в путь по автозимнику в одиночку, только в колонне (а) - слишком велик риск вмёрзнуть в ледяную толщу (б, в) или провалиться под лёд (г). Даже в тёплое время года преодолеть наледный участок долины - большая проблема (д) (снимки с сайта Яндекс фотки и др.)
случаи взрыва ледяных и грунтово-наледных бугров пучения, когда в потоках изверженной воды неслись многотонные глыбы льда и мёрзлого грунта. Они буквально срезали стоявшие на пути небольшие деревянные мосты. Не выдерживают мощного криогенного напора и разного рода инженерные сооружения, попавшие в зону наледеобразования - дома, трубопроводы, опоры линий связи и электропередачи и др. Вот почему налед-ные участки речных долин считаются наиболее опасными местами в области криолитозоны.
Миддендорф не ошибся
Что же такое наледь, где и почему создаются особо опасные ситуации? Это не простые вопросы. На них не всегда могут ответить даже опытные мерзлотоведы, учёные и инженеры. В чём же дело?
А дело в том, что, несмотря на широкую известность, многие стороны наледных явлений изучены ещё очень слабо. Причина проста: лишь полвека назад определилось само понятие «наледь». Без четкого же представления об объекте исследования, как известно, невозможно создать ни стройную теорию, ни решить конкретные практические задачи.
Александру Фёдоровичу Миддендорфу, будущему российскому академику, было всего 27 лет, когда он отправился исследовать Сибирь. Три года странствий по малоизвестным и вовсе не известным землям принесли ему неувядающую славу. Среди множества объектов природы, описанных в фундаментальном труде «Путешествие на Север и Восток Сибири (СПб. : Типография Императорской Академии наук, 1860 -1878), особое место заняли уникальные сведения о вечной мерзлоте и так называемых «ледяных долинах» (наледях-тарынах). Это Миддердорф впервые определил генетическую сущность двух «необычных» явлений Севера, указав на их непременную связь с климатом и друг с другом. Это ему принадлежит мысль об аналогии гигантских ледяных полей Таймыра, Якутии и Охотского края и крохотных ледяных «нашлёпок» у себя на родине - в Лифляндии (Прибалтика). Уже тогда в первом приближении наметилась ключевая позиция в оценке разновеликих, но однородных по своему происхождению ледяных образований. Однако потребовалось полтора столетия, прежде чем эта идея воплотилась в основных принципах наледеведения и подтвердила известный постулат: размер не является генетическим признаком природных объектов при их классификации. Важно ли сейчас говорить об этом? Да, важно, ибо содержание основного понятия определяет не только сферу познавательных интересов учёных, но и подходы, принципы и методы решения конкретных практических задач.
По современным представлениям [1 - 5] под наледями понимаются ледяные массивы, покровы и корки льда, возникающие при послойном намораживании подземных, поверхностных или атмосферных вод на поверхности твёрдых тел. В области распространения вечной мерзлоты наиболее крупные наледи образуются в результате намерзания подземных (родниковых) вод.
Именно они создают в криолитозоне самые неблагоприятные ситуации и проблемы.
Неизвестное оледенение Сибири
Мы живем в ледниковый период?! Эта сентенция нашла отражение во многих книгах, статьях, кинофильмах. Действительно, около 11% поверхности нашей планеты покрыто ледниками. Антарктида (площадь 14 млн км2) почти полностью состоит изо льда. Мощность ледяного панциря здесь в среднем составляет 2500 - 2800 м, а суммарный объём льда - около 30 млн км3. Более двух третей поверхности Гренландии также закрыты льдом. Многие горные системы мира частично или полностью укутаны ледяным покрывалом. Даже в Африке на горе Килиманджаро существует ледник площадью 3,3 км2 (данные 1996 г.). Под оледенением обычно понимаются толщи льда, состоящие из метаморфизированного (уплотнённого, перекристаллизованного) снега и фирна [6]. Снег - главный источник оледенения. Не будет снега - исчезнут и ледники. Существует ли другая форма оледенения? Да, существует. Это всем известное промерзание водных объектов - рек, озёр, морей. А есть ещё одна форма континентального оледенения Земли - наледная. Она не связана напрямую со снегом и имеет другое происхождение - конжеляционное, т.е. образуется за счёт жидкой воды, циркулирующей в атмосфере, гидросфере и литосфере. Наиболее эффектно наледное оледенение представлено ледяными массивами, формирующимися при излиянии подземных вод (рис. 2).
История науки знает немало примеров тому, как вроде бы очевидные вещи долгое время оставались за пределами внимания учёных. Так случилось и с наледями. Наледная форма оледенения до сих пор не считается общепризнанной. Но время меняет ситуацию. К этому есть все основания. Вот факты.
Согласно последним данным [7], площадь криолитозоны России составляет 10,7 млн км2 - 65% территории государства, при этом область сплошной вечной мерзлоты занимает более 5,2 млн км2 (49%), область прерывистых многолетнемёрзлых пород - 2,4 млн км2 (22%) и область массивно-островной и островной мерзлоты - 3,1 млн км2 (29%). Территория, на которой в нашей стране встречаются крупные наледи подземных вод (тарыны), превышает 7,6 млн км2 (71% криолитозоны). Относительная наледность этой территории (включая наледи речных вод) составляет 0,66% - около 56 000 км2. Общая площадь, ежегодно занимаемая наледями подземных вод, составляет примерно 45 000 км2 (на 3500 км2 больше площади Швейцарии). Количество же ледяных массивов со средней площадью более 1 км2 приближается к 60 000 [3].
Много это или мало? Для сравнения укажем площадь ^л) и количество ^л) ледников на материковой части России: Fл = 2551 км2, Nл = 1727 [6]. Как видим, суммарная площадь наледного (конжеляционного) оледенения в нашей стране превышает оледенение классическое (сублимационное, осадочно-метамор-фическое) в 18 раз. Количество же крупных наледей
Рис. 2. Наледи-тарыны - специфическая форма оледенения области сплошного и прерывистого распространения вечной мерзлоты:
а - гигантская наледь подземных вод в Баргузинской котловине, Прибайкалье (фото Ро1уэсЬ. Яндекс фотки... 0_3f4c0_58bbdd94_or¡g); б - массив тающего наледного льда в речной долине на Колыме (фото Mochalova. Уэта ИЫег... 45035806); в - пласт подземного инъекционного льда на наледной поляне в долине р. Алгама, Южная Якутия (фото ¡ппа-кагтап. Яндекс фотки... 00_437еб_13Т9569Ь_опд)
подземных вод больше количества горно-долинных ледников Азиатской России в 35 раз.
Подобное крупномасштабное оледенение вызывает естественное недоумение. Откуда столько воды? Ведь мёрзлые горные породы водонепроницаемы, значит, они создают своеобразный экран, барьер, препятствующий как наполнению подземных ёмкостей, так и их разгрузке (опорожнению). Учёные терялись в догадках, пока не выяснилась истинная картина вещей [8 - 10]. Мёрзлая зона земной коры оказалась не монолитной, а пронизанной сложнейшей системой водопоглощающих и водовыводящих каналов - таликов, при этом во многих регионах под вечной мерзлотой сформировались целые моря - криоартезианские бассейны напорных
подземных вод [11]. Наледи, вечная мерзлота, водоносные талики и горизонты вместе с сезоннопротаивающим (деятельным) слоем грунтов образуют различные типы криогидрогеологических структур, многие характерные свойства и жизнь которых ещё только-только раскрываются. Они и создают тот загадочный и тревожный колорит промороженным землям, который старательно не замечают некоторые экспресс-проектировщики и строители. Об этом важно помнить и говорить именно сегодня, когда началось и расширяется беспримерное освоение природных богатств Восточной Сибири и севера российского Дальнего Востока.
С дротиком на мамонтов?
Впервые в большом масштабе проблема борьбы с наледными явлениями возникла при строительстве восточной части Транссибирской железнодорожной магистрали в начале прошлого столетия. На забайкальском и амурском участках этой трассы наледи встречались почти в каждой речной долине, на каждом водотоке. Это были маломощные и небольшие по площади (до 2-3 га) ледяные образования, приносившие много неприятностей строителям и эксплуатационникам. Они заливали мосты и насыпи, врывались в дома и подсобные помещения, выдергивали опоры зданий и сооружений, заполняли выемки и тоннели, выводили из строя дренажные системы и пр. Потребовалось почти три десятилетия, пока на основе проб и ошибок, в том числе на гужевых и автомобильных дорогах, не был создан комплекс способов противоналедной защиты. Наледная опасность в те годы устранялась в основном в местах намораживания речных и грунтовых вод. Применялись мерзлотные пояса, земляные валы, деревянные заборы, резервные выемки, утепление и спрямление русел речек и ручьёв и др. В производстве работ использовались обычные шанцевые инструменты - лом, лопата, тачка и кайло. Лишь после Великой Отечественной войны начали применять бульдозеры, скреперы, экскаваторы, подъёмные краны и пр., но сущность методов не изменилась.
Могучая техника вселила уверенность в том, что с наледями, да и с другими опасными мерзлотными процессами, можно легко справляться в любой точке криолитозоны. Во время инженерно-строительных изысканий на БАМе и на трассе ВСТО я не раз слышал примерно такие заявления: «Сейчас с мерзлотой и наледями нет проблем. Провалится - засыпем, выпучит - подрежем, завалится - снесём, построим новое.
Режимные наблюдения вообще не нужны». Эти люди легкомысленно считают, что главное - в кратчайший срок уложить трубу, а разбираться с негативными явлениями будут потом. Конечно, шапками закидать можно что угодно, но где взять столько шапок? Пренебрежительное отношение к наледной опасности граничит с государственным преступлением, потому что такой подход может привести к грандиозным экологическим катастрофам. Разве не показатель - действующие автомобильные дороги (рис. 3), где проблема противо-наледной защиты до сих пор остается актуальной? Природа не прощает панибратства, а глупость в решении стратегических вопросов освоения территории строго и безжалостно наказывает, в чём мы много раз убеждались на протяжении последних десятилетий.
Сибирь - основной источник природных ресурсов России: нефти, газа, золота, алмазов, полиметаллов, каменного угля, - всего не перечесть. Большая часть этих богатств сосредоточена в зоне сплошного и прерывистого распространения многолетнемёрзлых горных пород, т.е. там, где функционируют наиболее сложные криогидрогеологические структуры и где гигантские наледи-тарыны встречаются почти в каждой речной долине (рис. 4).
Площадь родниковых наледей во многих регионах измеряется десятками квадратных километров [10 - 12]. При этом ледяные массивы, нанизываясь на главное русло реки, периодически смещаются вдоль него, образуя так называемые наледные поляны. Границы таких
г,; [| 1 р _____ т 1 Ы
I "г М®" Щ\ ш ЦН 1 шт
Рис. 3. На автомобильных дорогах опасные наледи образуются практически на всей территории криолитозоны:
а - наледь под мостовым переходом на Колыме (фото Владимира Чеховских); б - наледь в Шебалинском районе на Алтае (Яндекс фотки... 0_6е400_95с33476_оп'д)
У
НеУ Мг
ГврйК
5»*
<% 4 X V
м»
у),
V» ♦ | г~
Рис. 4. Схема распространения гигантских наледей-тарынов на территории Колымского нагорья.
Площадь наледей F показана кружками разного цвета
наледей простираются от борта до борта долины, средняя мощность льда колеблется в пределах 1,5 - 3,5 м при максимальном значении до 5 - 8 м, иногда и более. В северных районах криолитозоны и в горах массивы наледного льда часто сохраняются в течение всего тёплого периода года, а наиболее крупные из них остаются на следующую зиму, т.е. являются многолетними. В горах относительная наледность колеблется в пределах 0,2 - 1,5%, в отдельных бассейнах рек может достигать даже 10 - 12%.
Понятно, что вступать в схватку с такими монстрами методами тридцатых годов прошлого столетия наивно. Не помогут ни мощные экскаваторы, ни бульдозеры. Но осваивать наледеопасные участки криолитозоны всё же придётся. Можно, конечно, изменить направление трассы железной дороги или нефтепровода (пойти в обход), но во что это обойдётся? Можно пересечь наледеопас-ный участок долины шириной 2, 3, 5 км, не обращая внимания на предупреждение учёных. Нужен ли такой «смелый прорыв», заведомо обречённый на колоссальные материальные издержки? И кто решится на это? Очень не хочется оказаться в положении тех древних аборигенов края, которые пытались одолеть мамонта одними дротиками, без загона и устройства ловчей ямы.
Суровый климат и необычный водообмен в криоли-тозоне должны учитываться при формировании стратегических позиций освоения местности. Для этого, как минимум, необходимо знать, с чем особо опасным столкнутся изыскатели, проектировщики, строители, да и будущие жители новых поселений.
В чём проблемы?
Опыт инженерного освоения мест формирования крупных наледей-тарынов связан в основном с функционированием автозимников, использованием наледного льда и наледных полян в качестве взлётно-посадочных полос и площадок для вертолётов и легкомоторных самолётов. Крупные сооружения в зоне наледеобразова-ния не встретишь - никому не хочется, чтобы его детище (дом, труба, опора ЛЭП или дорога) зимой было затоплено водой и надолго заковано в лёд. Именно поэтому проблем освоения наледных ландшафтов как бы и не существует. Они не обозначены и не раскрыты ни в одном справочнике, нормативно-техническом документе или учебном пособии. Но это лишь подчёркивает важность обсуждаемой темы, потому что грядущее хозяйственное использование наледных ландшафтов неизбежно.
Проблемы инженерного освоения местности, периодически занятой наледным льдом, объединяются в три основные группы: 1) связанные с обеспечением устойчивости и долговечности зданий, сооружений и коммуникаций; 2) возникающие при производстве строительных работ в периоды формирования наледей, во время их разрушения и после стаивания; 3) появляющиеся при разработке и соблюдении правил и норм экологической безопасности и реализации установленного режима эксплуатации возведённых конструкций. Все эти три группы проблем определяются специфическим гидротермическим режимом, строением и свойствами
наледных ледогрунтовых комплексов, резко отличных от смежных участков территории. Выявлены следующие характерные черты наледных природных комплексов.
1. Зимой наледная долина реки периодически затопляется излившимися из недр земли подземными водами. Замерзание наледной воды приводит к накоплению слоистой толщи льда, который заполняет большую часть территории, облекая и перекрывая наземные предметы. Излившиеся подземные воды часто фильтруются сквозь снежный покров и распространяются далеко за пределы видимой поверхности наледного льда. Образующаяся при этом снежная каша представляет большую угрозу для людей, домашних животных и всех видов наземного транспорта.
2. Послойное намораживание воды и таяние льда сопровождаются изменением микроклимата: зимой в наледной долине в среднем на 1,5 - 2,0 градуса теплее, чем за пределами зоны наледеобразования, а летом, наоборот, холоднее на ту же величину. В наледной долине высокая отражённая радиация, повышенная влажность воздуха, часты туманы и заморозки, на 1,0 -1,5 месяца сокращён вегетационный период растений.
3. При сильных морозах соприкосновение растекающейся наледной воды с наземными предметами создаёт эффект теплового удара, а её замерзание в трещинах горных пород, в бетоне и других материалах приводит к их шелушению, расклиниванию и более быстрому физическому выветриванию (распаду, рис. 5, а). Зона наледеобразования - это своеобразная каменоломня, где скальные береговые обнажения разрушаются и отступают в 5 - 10 раз быстрее, чем в обычных условиях, а интенсивность диспергирования (измельчения) обломочных отложений в зависимости от состава увеличивается на 1-2 порядка.
4. Накопление наледного льда создаёт дополнительную нагрузку на подстилающие грунты (до 10 т/м2), приводя в одних случаях к их уплотнению или разрыхлению, а в других - к передислокации вследствие динамического удара, оползней и надвигов. Неравномерное распределение толщины ледяного покрова создаёт сложнонапряжённое состояние подстилающих грунтов. Осадка и сползание льда сопровождаются деформациями и разрушением вмороженных в лёд предметов (рис. 5, б) и горных пород.
5. Короткопериодные колебания температуры воздуха с амплитудой более 10 - 15° С вызывают цикличное расширение и сжатие крупных массивов наледного льда. При понижении температуры линейные размеры и объём льда уменьшаются, а при повышении температуры происходит противоположный процесс - термическое расширение льда. Коэффициент объёмного расширения (сжатия) льда считается постоянным: р( = 0,158-10"3 ° С-1. Коэффициент линейного расширения (сжатия) соответственно равен: а1 = р( / 3 = 0,053-10"3 ° С-1. В результате термодинамического воздействия происходят растрескивание, пучение и надвиг наледей на берега, опоры мостов и контактные сооружения. Наибольшие деформации наблюдаются весной при температурах от 0 до -20° С.
Рис. 5. Наледные участки речных долин - арена активного криогенного выветривания и гидротермического движения горных пород:
а - дезинтеграция (распад) аргиллитов на наледной поляне в долине р. Юдомы в результате теплового удара наледной воды и расклинивающего действия льда (фото strann¡c1959 Яндекс фотки... 0_8аа03_5еЬесссс_опд); б - гранитный валун, поднятый на высоту 0,5 м растущими кристаллами инъекционного подземного льда в долине р. Эден, Восточные Саяны (фото автора); в - наледный бугор пучения на Чукотке, образовавшийся при промерзании линзы надмерзлотных подземных вод (фото с сайта ^иШка_682); г - просадка горных пород, вмещающих линзу инъекционного подземного льда в долине р. Нерюнгры, Южная Якутия (фото zhenyalev¡na. Яндекс фотки... 0_70064_а2с01260_-1-опд)
6. В процессе промерзания линз и пластов воды в массивах наледного льда под ним и в толще подстилающих грунтов развивается гигантское давление, способное сминать и сплющивать обсадные металлические трубы, выдёргивать и сдвигать сваи, разрушать защитные короба и ёмкости. Промерзание замкнутых скоплений воды сопровождается деформацией вмещающих горных пород, формированием ледяных и льдогрунтовых бугров
пучения (рис. 5, в), при взрыве которых выбрасываются многотонные глыбы льда и грунта. Формирование линз воды труднопредсказуемо, так как их местоположение меняется из года в год в зависимости от многих факторов.
7. На участках формирования нале-дей-тарынов образуются специфические ледогрунтовые комплексы, создающие крайне опасные ситуации в течение всего года. Верхний ярус комплекса состоит из покровного наледного льда, средний - из слоёв сезоннопромерза-ющего грунта с пластами и линзами инъекционного льда (см. рис. 2, в; 5, г), а нижний - из многолетнемёрзлых или талых водонасыщенных горных пород. Зимой на наледных полянах наблюдается площадное вертикальное поднятие грунтов и льда в среднем на 0,5 - 1,0 м, а летом - их опускание на ту же величину. Ежегодное гидротермическое движение рыхлых отложений вызывает их разрыхление, перемешивание. Всё это резко снижает несущую способность и устойчивость грунтов на наледных участках.
8. На месте формирования родниковых наледей происходит трансформация структуры русловой сети: русло реки разбивается на ряд мелководных ветвящихся протоков, которые ежегодно смещаются относительно друг друга, создавая сетчатый рисунок наледной поляны (рис. 6, а - в). Прирост русловой сети, приходящийся на одну наледь, в среднем увеличивается от 3,5 км в горах юга Восточной Сибири до 11,4 км - на плато Путорана, 23 км - в Верхояно-Колымской горной стране и на Чукотке. Суммарный прирост гидрографической сети в области сплошной и прерывистой мерзлоты ^ = 7,6 млн км2) оценивается в 690 тыс. км. Летом на месте наледей-тарынов часто встречаются эфемерные ледогрунтовые острова (рис. 6, г), формируются осушенные безрусловые поверхности выравнивания - долинные педи-менты (рис. 6, д). Структура и динамика русловой сети во многом определяют температурный режим и конфигурацию мёрзлых горных пород и таликовых зон.
9. Размеры наледей меняются из года в год. При этом ледяные поля способны распадаться, полностью исчезать или, наоборот, расширяться, охватывая прилегающую территорию без видимых следов наледных процессов. Многолетняя изменчивость наледей не зависит от их размеров. Установлена короткопериодная цикличность повышения и понижения объёма родниковых наледей продолжительностью от 3 - 5 до 10-11 лет.
Рис. 6. Трансформация русловой сети на участках формирования наледей-тарынов.
Фрагменты топографических карт Верхояно-Колымской горной страны с границами древних наледных полян (точечная линия). Красным цветом показаны массивы наледного льда на дату съёмки. Квадрат сетки 2 х 2 км. Долины рек: а - Куйдусун, б - Юдома, в - Иня. Русло наледных рек в тёплый период года: г - р. Булкут (фото Mekheda Alexander. Panoramio 81393575); д - р. Сунтар (фото Юлии Устиновой. Яндекс фотки... 0_21bd1_54c45lbc_orig)
Развитие циклов даже для генетически однородных ледяных массивов не совпадает во времени и не зависит от колебания температуры воздуха и количества выпадающих за год атмосферных осадков. Это обстоятельство затрудняет прогноз развития наледных явлений и повышает степень их опасности в речных долинах.
10. Мерзлотно-гидрогеологические особенности наледных участков речных долин изучены очень слабо. Неизвестно где, на каких участках под ледяными толщами залегает вечная мерзлота, а где длительное намораживание воды приводит к формированию таликовых зон
сложной конфигурации. Предполагается зависимость температурного режима и обводнённости горных пород от толщины и площади распространения наледей, однако фактических данных очень мало, что не позволяет оценивать состояние криогидрогеологических систем в различные стадии их развития, а также решать вопросы взаимодействия с подземными и наземными геотехническими сооружениями.
Приведённая характеристика свидетельствует об исключительно сложных условиях освоения налед-ных ландшафтов. Не преувеличивая, можно сказать, что здесь затаились ключевые проблемы инженерного мерзлотоведения, решение которых имеет большое значение не только для северной строительно-климатической зоны, но и для всей области распространения вечной мерзлоты.
Не так страшен чёрт...
Человек сдвигает горы, создаёт моря, бороздит просторы Вселенной. Наверное, он может покорить и самую большую Момскую наледь площадью более 100 км2. Но какой ценой? И нужно ли укрощать стихию, если её проще обойти, объехать? Однако все нале-деопасные участки Северо-Восточной Азии не обойдёшь, их десятки тысяч. Рано или поздно придётся выехать на ледяное поле. И тогда жди беды. Тут и пригодятся разработки учёных и инженеров. Опираясь на современные представления о закономерностях развития наледей-тарынов, можно уже сегодня предложить следующие основные принципы обеспечения безопасности при грядущем инженерном освоении наледных ландшафтов.
Принцип I. Полное устранение наледной опасности посредством ликвидации наледеобразующего источника: а) перемещение зоны разгрузки подземных вод в другое место с помощью подземных каптирующих водоводов, водопонижа-ющих скважин, колодцев, искусственных водовыводя-щих или поглощающих таликов и пр.;
б) промораживание водоносных горизонтов и подземных каналов стока естественным или искусственным холодом.
Принцип II. Снижение наледной опасности путём изменения условий наледеобразования (управление процессом растекания и намораживания воды):
а) обеспечение транзита основной части наледе-образующих вод в виде регулируемого поверхностного
или подземного стока (устройство утеплённых каналов, водоводов, траншей, углубление и спрямление русел и пр.);
б) ограничение зоны наледеобразования устройством валов, заборов, щитов, резервных выемок.
Принцип III. Сохранение естественного режима наледеобразования:
а) локальное промораживание или протаивание подстилающих горных пород без изменения условий разгрузки подземных вод;
б) оставить всё как есть, ничего не менять.
Реализация принципов I и II позволяет использовать типовые конструкции инженерных сооружений без их приспособления к изменившимся условиям строительства. Принцип III предполагает модернизацию известных или создание новых конструкций и технологий, адаптированных к сложным условиям освоения наледных ландшафтов. Назначение и использование того или иного принципа требует тщательного изучения условий наледеобразования, сезонной и многолетней динамики наледей и наледеобразующих источников, учёта прогнозных характеристик наледеобразования и процессов изменения мерзлотно-гидро-геологических условий при изменении климата и под влиянием деятельности человека. Очевидно, что разным видам обустройства территории должны соответствовать и разные принципы управления природными процессами (таблица). В любом случае эффективное использование наледных природных комплексов требует большого количества информации теоретического, фактологического и методического характера. Есть основание полагать, что будущее строительство
в границах современных наледных полян принесёт новые технические решения на всех стадиях инженерного освоения местности.
Предвидеть - значит победить
Прогноз событий будущего - одна из главных задач науки. Предсказать грядущее очень важно. Но ещё важнее опередить опрометчивые решения сегодня, т.е. сделать так, чтобы общество было готово к возможным катаклизмам, заведомо подготовилось к ним, приняло адекватные меры.
Наледная опасность коварна и жестока. Предупредить, победить стихию можно лишь зная природу её хитросплетений. А это значит, нужны специальные исследования, наблюдения, эксперименты. Многие учёные-мерзлотоведы и инженеры пытались выяснить глубинную суть наледных явлений, проникнуть в их тайну. Не всем и не всегда это удавалось. Известно около трёх десятков полигонов, на которых проводились режимные наблюдения за наледными процессами продолжительностью от 3 до 30 лет. Забайкалье, Центральная, Восточная и Южная Якутия, Северный Урал и Чукотка, Алтай и Приморье - сеть стационаров во второй половине XX столетия охватывала почти всю криолитозону России. Но вот парадокс: многие вопросы происхождения и динамики родниковых наледей остались не освещёнными. Лишь в отдельных точках удалось вскрыть мерзлотно-гидрогеологическую обстановку и проследить её связь с динамикой наледеобразующих источников и намораживанием ледяных массивов [10, 11, 13 - 15]. Причина в том, что исследования проводились не согласованно, без единой
Рекомендуемые принципы инженерного освоения наледных ландшафтов при различных видах обустройства местности
Мероприятия Принципы инженерного освоения местности
I II III
а б а б а б
Строительство зданий и сооружений городского типа (урбанизация, промстройка) + + + +
Укладка трубопроводов + + + +
Укладка кабелей и других подземных коммуникаций + + +
Возведение насыпей автомобильных и железных дорог, строительных площадок + + +
Строительство мостов и виадуков + + +
Устройство автозимников, ледовых переправ, взлётно-посадочных площадок и полос на льду +
Строительство аэродромов и ВПП на земляном основании + +
Возведение опор линий связи и электропередачи + +
Устройство водозаборов и водоводов + +
Строительство плотин, создание водохранилищ + +
Устройство складов-холодильников + + + +
Разработка россыпных месторождений полезных ископаемых + + + + + +
Выемка русловых строительных материалов + +
Складирование грузов + +
Устройство хвостохранилищ и отстойников + + + +
Обеспечение судоходства маломерных судов и лодок +
программы, по разным методикам, а главное - не сопровождались изучением подземной, наиболее важной и сокрытой части наледных систем. Не было бурения, сопряжённых мерзлотно-гидрогеологических геофизических, гидроклиматических, гляциологических и многих других нужных работ. На полигонах обычно измерялась толщина льда, определялись границы ледяных массивов, в лучшем случае фиксировался наледный сток. Этого явно было недостаточно для того, чтобы представить, понять и смоделировать весь цикл явлений, определяющих морфодинамику специфического наземного оледенения.
Наледи-тарыны - это лишь внешнее проявление термодинамического состояния верхней части земной коры. В макромасштабе они отражают процессы водообмена в криогидрогеологических структурах разного порядка, а на местности, в границах наледных полян, -подповерхностную миграцию подземных вод, промерзание подстилающих горных пород и образование линз и пластов инъекционного подземного льда. Чтобы в полной мере раскрыть механизм этих сложных процессов, нужны комплексные исследования на специальных наледных полигонах-бассейнах. Программа таких работ разработана и опубликована [2, 4], но, к сожалению, не была в полной мере реализована из-за начавшихся социально-экономических потрясений. Сейчас, в связи с предстоящим более широким освоением арктических и восточных районов нашей страны, она вновь стала актуальной. Более того, всестороннее изучение наледей-тарынов приобрело стратегическое значение. От того, как мы организуем опережающий комплекс полевых наблюдений и исследований, зависит экологическая безопасность, надёжность и экономическая эффективность многих будущих при-родно-технических систем Севера - автомобильных и железных дорог, нефте- и газопроводов, промышленных и гражданских зданий и пр.
Список литературы
1. Алексеев, В. Р. Наледеведение : словарь-справочник /В. Р. Алексеев. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007. - 418 с.
2. Алексеев, В. Р. Принципы организации и научно-информационное обеспечение борьбы с наледями /
B. Р. Алексеев // МГИ. - 1989. - Вып. 66. - С. 133-138.
3. Алексеев, В. Р. Криогенез и геодинамика на-ледных участков речных долин / В. Р. Алексеев // Геодинамика и тектонофизика. - 2015. - Т. 6. - Вып. 2. -
C. 171-224 (http://dx.doi.org/10.5800/GT-2015-6-2-0177).
4. Алексеев, В. Р. Программа комплексных наблюдений на наледных полигонах / В. Р. Алексеев, Б. Л. Соколов // МГИ. - 1980. - Вып. 40. - С. 148-152.
5. Гляциологический словарь. - Л. : Гидрометео-издат, 1984. - 528 с.
6. Долгушин, Л. Д. Ледники / Л. Д. Долгушин, Г. Б. Осипова. - М. : Мысль, 1989. - 447 с.
7. Королева, Н. А. Мерзлотно-экологическое картографирование криолитозоны России : автореф. дисс. ... канд. геогр. наук/Н. А. Королева. - М. : МГУ, 2011. - 24 с.
8. Швецов, П. Ф. Подземные воды Верхоянско-Колымской горноскладчатой области и особенности их проявления, связанные с низкотемпературной вечной мерзлотой / П. Ф. Швецов. - М. : Изд-во АН СССР, 1951. - 279 с.
9. Швецов, П. Ф. Живая вода в недрах Севера / П. Ф. Швецов. - М. : Наука, 1981. - 86 с.
10. Шепелев, В. В. Родниковые воды Якутии /В. В. Шепелев. - Якутск: Якутское кн. изд-во, 1987. - 128 с.
11. Толстихин, О. Н. Наледи и подземные воды Северо-Востока СССР / О. Н. Толстихин. - Новосибирск : Наука, 1974. - 164 с.
12. Швецов, П. Ф. Гигантские наледи и подземные воды хребта Тас-Хаяхтах / П. Ф. Швецов, В. П. Седов. - М.; Л. : Изд-во АН СССР, 1941. - 81 с.
13. Седов, В. П. О связи наледей в бассейне р. Яны с подземными водами / В. П. Седов, П. Ф. Швецов // Советская геология. - 1940. - № 12. - С. 86-92.
14. Седов, В. П. Подземные воды и наледи в Северной Якутии / В. П. Седов, П. Ф. Швецов // Наука и жизнь. - 1940. - № 2. - С. 16-18.
15. Шепелёв, В. В. Режим источника и наледи Мугур-Тарын в Центральной Якутии / В. В. Шепелёв // Исследование наледей. - Якутск : ИМЗ СО АН СССР, 1979. - С. 87-97.
ЛФХШ М^фшхммслш
Приверженность к истине - это привычка основывать свои убеждения на наблюдениях и выводах настолько неличных и настолько освобождённых от местных предрассудков и предубеждений темперамента, насколько это возможно для человеческого существа.
Бертран Рассел
Хорошая классификация является фундаментальной основой всякой теоретической работы.
Ж. Орсель
