CC BY
320
СОВРЕМЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ МОНИТОРИНГЕ СНЕЖНЫХ ЛАВИН
Светлана Сергеевна Дышлюк
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доцент, кандидат технических наук, доцент кафедры картографии и геоинформатики, тел. (383)361-06-35, e-mail: ss9573@ yandex.ru
Жанна Александровна Дранникова
Восточно-Казахстанский Государственный Технический Университет им. Д. Серикбаева, Республика Казахстан, г. Усть-Каменогорск, 070000, ул. Серикбаева 19, аспирант специальности "Картография", СГГА, преподаватель кафедры «Геодезия, землеустройство и кадастр», тел. (7232) 54-07-76, e-mail: zhannadrannikova27@gmail.com
В данной статье рассмотрены основные факторы и причины возникновения и схода снежных лавин на территории Восточно-Казахстанской области, Республики Казахстан.
Ключевые слова: снежные лавины, мониторинг, предотвращение.
MODERN GIS TECHNOLOGIES APPLICATION FOR MONITORING OF SNOW BREAKS
Svetlana S. Dyshlyuk
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph.D., Assoc. Prof., Department of Cartography and GIS, tel. (383) 361-06-35, e-mail: ss9573@ yandex.ru
Zhanna A. Drannikova
D. Serikbaev East Kazakhstan State Technical University, 070000, Kazakhstan, Ust-Kamenogorsk, 19 Serikbaev, lecter of department of "Geodesy, Land Management and cadastre", postgraduate of speciality "Cartography", SSGA, tel. (7232) 54-07-76, e-mail: zhannadrannikova27 @gmail. com
In this paper, the main factors and causes of occurence and avalanching in the East Kazakhstan region, Kazakhstan is considered.
Key words: snow break, monitoring, early warning.
С каждым годом возрастает освоенность горных территорий - строятся дороги, рудники, гидростанции, возводятся города, базы отдыха и спорта. Освоение гор связано с многочисленными природными процессами, протекающими здесь. Это землетрясения, снежные лавины, селевые потоки, оползни, обвалы, катастрофические подвижки ледников. Подобные явления сопровождаются быстрыми смещениями огромных масс снега, горных пород, грязекаменной смеси и мощными паводками. Изучение этих катастрофических явлений, разработка методов их прогноза и обоснование мероприятий по защите от них становятся актуальными и практически значимыми.
Стихийные бедствия в горах возникают при экзогенных процессах. К числу наиболее массовых природных явлений, распространенных повсеместно в горах, относятся лавины и сели. Знакомство с их основными особенностями,
распространением и условиями развития показывает всю сложность проблемы исследования природы этих явлений и, в частности, разработки прогнозов. В формировании лавин и селей участвуют многие компоненты природной среды, каждый из которых находится в непрерывном изменении. Сочетание различных природных условий, приводящих к образованию лавин и селей, оказывается каждый раз новым, отличным от предшествующих.
В пределах лавинного или селевого региона можно выделить лишь основные типы, например метеорологических ситуаций, вызывающих сход лавин и селей. Для прогнозирования отдельных лавин или селей необходимы специальные наблюдения в данном лавиносборе или бассейне. Это слишком трудоемко и, главное, не решает полностью проблему безопасности. Основным направлением в борьбе со стихийно-разрушительными процессами при освоении горных территорий становится организация надежной защиты от них. Наиболее приемлемы в наши дни способы защиты от лавин и селей, связанные с их локализацией. Но кардинальное решение проблемы защиты и борьбы с лавинами заключается в комплексе мероприятий, воздействующих на ход процессов лавино- и селеформирования. Эти мероприятия включают полную застройку лавиносборов снегозадерживающими сооружениями, террасирование и посадку в районе селевого бассейна насаждений, строительство запруд в селевых руслах [1].
Снежные лавины - одно из опасных природных явлений, которые могут вызвать гибель людей и причинить значительные разрушения. Среди прочих опасностей лавины выделяются тем, что причиной их обрушения может стать деятельность человека. Непродуманное природопользование в горных регионах (вырубка лесов на склонах, размещение объектов на открытых, подверженных воздействию лавин территориях), выход на заснеженные склоны людей, сотрясения снежной толщи от техники приводят к активизации лавинной деятельности. Лавины возникают, как правило, на слабозаселенных и покрытых снегом склонах крутизной более 14° при площадях снегосбора, изменяющихся
2^о 2
от первых десятков м до 2 - 3 км .
Движение лавин обычно начинается с медленных (первые миллиметры в час) подвижек снежных масс в верхней зоне их отрыва, происходящих в течение нескольких суток и подготавливающих основное смещение. Переход от латентных деформаций к быстрым смещениям подготовленных снежных масс происходит скачкообразно и практически от любого внешнего воздействия (движущийся транспорт, перегрузка людьми, выстрел и т.п.). Скорость смещения может достигать у сухих лавин 90 - 100 м/с, а у мокрых обычно не превышает 5 - 10 м/с. При этом скорость и объем лавин увеличиваются по мере смещения вниз. При быстром смещении больших объемов лавинных масс перед их фронтом формируется ударная воздушная волна (с давлением до 1 МПа), которая часто обуславливает основные разрушения, в том числе каменных и железобетонных конструкций. Лавиноопасный период на территории Казахстана обычно начинается в декабре и заканчивается в марте месяце. Основная опасность от лавин связана в
настоящее время с гибелью людей, разрушением автомобильных и железных дорог, транспортных средств и линий электропередач [2].
Так, например, в Восточно-Казахстанской области практически ежегодно из-за снежных лавин происходят многодневные перебои со снабжением электроэнергией, перекрывается движение транспорта на дорогах Алтая, Жетысуйского Алатау и на хребтах Сауыр и Тарбагатай (рисунок 1).
Высота смежного покрова более 100 см. Глубина расчленения рельефа более 10СЮ м. Ежегодно сходят лавины объемом до 100 тыс. м3. Максимальный объем лавин более 1 млн м 5 Лавинами поражается более 50% площади. Лавинный риск богюе 50%. Необходимо строительство защитных сооружений.
Высота снежного покрова более 100 см. Глубина расчленения рельефа до 1000 м. Ежегодно сходят лавины объемом более 10 тыс. Ма. Максимальный объем лавин до 100 тыс. м3. Лавинами поражается до 50% площади. Лавинный риск до 50%. Необходимы профилактические спуски лавин и защитные сооружения.
Высота снежного покрова более 100 см. Глубина расчленения рельефа до 500 м. Ежегодно сходят лавины объемом до
10 тыс, м3. Лавинами поражается до 50% площади. Лавинный риск до 10%, В лавиноопасный период необходимы ограничение
доступа и профилактические спуски лавин.
Высота снежного покрова 70-100 см. Глубина расчленения рельефа до 500 м. Ежегодно наблюдается сход лавин обьемом до 10 тыс. м3. Лавинами поражается до 10% площади. Лавинный риск составляет менее 1%. Необходим прогноз лавинной опасности и ограничения доступа на лавиноопасной период.
Высота снежного покрова 50-70 см. Глубина расчленения рельефа до 100 м. В отдельные годы возможен единичный сход лавин обьемом менее 1 тыс. м3. Лавинами поражается менее 1% площади. Лавинный риск составляет менее 0.1%. Необходима оценка лавинной опасности. Объекты следует размещать на безопасных участках,
I I Лавинная опасность Малоснежно или выровненные территории. Высота снега менее 50 см. Глубина расчленения рельефа менее 50 см. Сход ла-
I ] отсутствует вин. опасных для жизни людей, не наблюдается.
Рис. 1. Карта лавинной опасности территории Восточно-Казахстанской области
В целях повышения безопасности населения и уменьшения ущерба от схода снежных лавин, а также обоснования средств поиска в снегу пострадавших людей необходимо проанализировать параметры снежной лавины и иметь алгоритм их оценки. Считается, что лавина - это результат действия силы тяжести. Если выделить определенной формы элемент (например, куб) снежной толщи, лежащий на склоне, то, рассматривая его равновесие по законам механики, можно установить следующее: составляющая силы тяжести, направленная параллельно склону, стремится сдвинуть куб вниз. Эта сила тем больше, чем больше масса снега и его плотность.
Но существуют силы, противодействующие этой составляющей: механическое сцепление с нижележащим слоем снега или поверхностью грунта; естественная сила трения, зависящая от тяжести; подпирающая сила снега, лежащего ниже по склону; удерживающая сила сцепления с вышележащим снегом. Указанные силы называют контурными.
Из-за необычайного разнообразия механических свойств снега и его малой стабильности, имеется и многообразие условий, порождающих лавину, и особенно "спусковых механизмов", которые позволяют силе тяжести преодолеть удерживающие силы [3].
К таким условиям или так называемым "спусковым механизмам" относятся следующие лавинообразующие факторы: характер подстилающего слоя (глубина залегания, устойчивость, характер поверхности); снегопад (количество, тип, плотность, интенсивность); скорость и направление ветра; температура и оседание снега; метелевое перераспределение снежного покрова; высота снежного покрова. При этом наиболее важными факторами являются прирост свежевыпавшего снега, интенсивность снегопада и метелевый перенос.
В отсутствие осадков сход лавин является следствием тепла и солнечной радиации и процесса перекристаллизации, приводящих к разрыхлению снежной толщи, вплоть до образования снежной мелкодисперсной массы в глубине этой толщи, и ослаблению прочности и несущей способности отдельных слоёв.
Информационный бум и массовая компьютеризация, охватившие планету на пороге III тысячелетия, способствовали разработке и продвижению новых технологий, направленных на упорядочивание и качественную обработку огромных массивов данных. На смену традиционным бумажным носителям, информации, составление и обработка которых достаточно трудоемки, пришли цифровые карты и компьютерные базы данных. Объединение двух способов хранения информации дало импульс развитию принципиально новой технологии геоинформационных систем (ГИС).
В общем виде роль ГИС-технологий в лавинных исследованиях сводится к синтезу знаний о рельефе, климате и предшествующих событиях, с целью определения возможности схода снежных лавин. Для этого в среде ГИС оцифровываются уже готовые карты или создаются новые проекты. Анализ работ, посвященных использованию ГИС в лавинных исследованиях, показал, что ГИС-технологии в настоящее время применяются для решения следующих задач: выявление зон зарождения лавин, определение зон поражения, создание кадастров лавинных очагов, баз данных о лавинах, прогноз лавинной опасности.
Для выделения лавиноопасных территорий, а также для дальнейших расчетов требуется определить возможность существования в пределах исследуемой территории важнейшего фактора образования лавин - снежного покрова. Для этой цели привлекаются данные стандартных метеорологических и специализированных полевых наблюдений, космо- и аэрофотоснимки.
ГИС-технологии используются для моделирования процессов и явлений, определяющих условия схода снежных лавин. С целью изучения пространственного распределения снежного покрова - выявления зон
аккумуляция и сноса снега, его динамики, характеристик снеготаяния генерируются карты экспозиции склонов. При определении максимальной дальности выброса лавин для генерируемых средствами ГИС продольных профилей очагов используются известные модели движения лавин, проводится типизация профилей по форме и расчет с применением регрессионного анализа. Границы зон поражения уточняются при полевых исследованиях, по результатам аэрофотосъемок, фотоснимкам горных склонов, опросам местных жителей.
Значительным подспорьем при выделении лавиноопасных территорий могло бы стать наличие в ГИС слоя ландшафтов (растительности). В настоящее время ландшафтный метод используется упрощенно - залесенные участки исключаются из числа потенциальных зон зарождения лавин, что методически не всегда и не везде оправдано.
Конечным продуктом операции выделения лавиноопасных территорий являются карты регионов с границами лавиноопасных площадей, зон поражения лавинами с различной степенью вероятности. Достаточно широко ГИС - технологии применяются при создании прогнозов схода снежных лавин по методу подобия образов.
Снежные лавины существенно осложняют хозяйственную деятельность в горах Казахстана и Средней Азии, являясь нередко причиной значительных катастроф. Практически все отрасли народного хозяйства, связанные с освоением природных ресурсов гор, в той или иной мере нуждаются в информации о заснеженности и лавинной опасности. Эта информация необходима при проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений, рекреационном освоении горной территорий, для учета и регулирования водных ресурсов, совершенствования методов гидрологических прогнозов, решения экологических задач.
Таким образом, выявление пространственно-временных закономерностей заснеженности гор и территориально-временных изменений активности лавинообразования, а также разработка методов расчета количественных характеристик заснеженности и лавинной опасности являются необходимым условием успешного решения вопросов, связанных с освоением горной территории, и представляют в целом проблему народнохозяйственного значения.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Баринов А.В. Чрезвычайные ситуации природного характера и защита от них. Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. - М.: Владос-Пресс, 2003
2. Национальный атлас Республики Казахстан. Том I. Природные условия и ресурсы. Том II. Социально-экономическое развитие. Том III. Окружающая среда и экология. - Алматы, 2006.
3. Трошкина Е.С. Лавинный режим горных территорий СССР. М.: Изд-во ВИНИТИ,
1992.
© С.С. Дышлюк, Ж.А. Дранникова, 2013
