Технологии и Материалы: Опыт защиты от селей в Казахстане

Авторы:

Виктор Благовещенский
Ахметкал Медеу
Институт географии Министерства образования и науки Республики Казахстан

Аннотация

В статье приводятся данные о катастрофических селях на территории Казахстана. Описывается история становления и развития системы защиты от селей. Приводятся данные о противоселевых мероприятиях и сооружениях. Намечены направления совершенствования противоселевой защиты.

Угроза схода селей — постоянный фактор, оказывающий объективное влияние на жизнь Казахстана. Почти столетняя история наблюдений позволила собрать достаточно данных, чтобы классифицировать причины их формирования, определить наиболее опасные районы страны и оценить риски для промышленности, сельского хозяйства и жизнедеятельности населения. В настоящий момент в Казахстане действует специальная служба наблюдения и оповещения, а накопленный опыт позволяет внедрять новые концепции и технологии селезащиты.

В Казахстане селевой опасности подвержено 164 тыс. км2. Наибольшее распространение селевых потоков отмечается в хребтах Жетысу (Джунгарский) Алатау, Илейский (Заилийский) Алатау, Кунгей и Терискей Алатау (рис. 1). Всего на территории Казахстана, по данным Казселезащиты, имеется более 1000 селевых очагов, которые угрожают 156 населенным пунктам, в которых проживают более 150 тысяч человек [1]. Наибольший материальный ущерб и наибольшее количество человеческих жертв от селей приходится на предгорья Илейского Алатау (рис. 2–6).

За последние 90 лет отмечалось около 800 случаев прохождения селевых потоков, часть из них носила катастрофический характер и сопровождалась значительными разрушениями и человеческими жертвами. Основными причинами формирования селей являются интенсивные дожди (70 %) и прорывы приледниковых озер (20 %). Бывают случаи также прорыва завальных озер и искусственных водохранилищ (10 %) [1].

Рис. 1. Карта селеопасных районов Казахстана

Катастрофические сели описаны в работах [1–6]. Данные об этих селях приведены в табл. 1.

Таблица 1. Данные о катастрофических селях в Казахстане

В мае 1887 г. в долине реки Аксай образовался сейсмогенный сель, перекрывший дорогу на Ташкент. Сель сформировался в результате прорыва озера, подпруженного Акжарским обвалом, обрушившимся на сели под воздействием 10-балльного землетрясения [4].

Самым катастрофическим дождевым селем в бассейне реки Малая Алматинка был сель 8 июля 1921 г. Причиной селя были сильные ливневые осадки, охватившие зону протяженностью около 150 км [2]. Слой осадков мог достигать 116 мм. Сель сформировался в селевых врезах долины р. Шымбулак. Объем селя превышал 3 млн м3. Селем вызваны большие разрушения в юго-восточной части города Алма-Аты и многочисленные человеческие жертвы.

Рис. 2. Разрушенный селем 1979 г. альпинистский лагерь в Среднем Талгаре

Рис. 3. Ликвидация последствий дождевого селя 1999 г. в Бедельбае

Рис. 4. Следы прохождения дождевого селя 2006 г. в русле р. Большая Алматинка

Рис. 5. Антропогенный дождевой сель 2013 г. в Сарысае образовался в результате размыва перемещенного грунта на горнолыжном курорте Шымбулак

Рис. 6. Отложения гляциального селя 2014 г. в селехранилище перед плотиной Талгар

На западном склоне Жетысу Алатау наиболее селеопасным является бассейн реки Текели. Здесь 8 апреля 1959 г. в результате интенсивного снеготаяния и дождей прошли грязекаменные потоки, нанесшие значительный ущерб городу Текели. Были многочисленные человеческие жертвы [6].

В бассейне р. Есик самым катастрофическим является гляциальный сель 7 июля 1963 г. [3]. Он сформировался в верховьях реки Жарсай в результате прорыва приледникового озера объемом 200 тыс. м3. Сель объемом 5,8 млн м3 с максимальными расходами 12000 м3/с обрушился в зеро Есик. В акватории озера возникли волны высотой до 5,5 м. Из-за переполнения озера была разрушена завальная плотина сейсмогенного завала. В результате вниз по долине Есика прошел вторичный сель уже прорывного генезиса, вызвавший разрушения в черте города Есик. Этот сель вызвал большие разрушения и многочисленные человеческие жертвы.

В долине Малой Алматинки самым катастрофическим гляциальным селем был сель 15 июля 1973 г. Объем селя, остановленного плотиной Медеу, составил 3.8 млн м3, а максимальный расход селевого потока оценен в 10 000±3000 м3/с [2].

Самым катастрофическим в бассейне Большой Алматинке был гляциальный сель 3–4 августа 1977 г., образовавшийся при прорыве ледникового озера объемом 220 тыс. м3 [1]. Селевой поток уничтожил автодороги, мосты, линии электропередач и связи, гидротехнические сооружения, хозяйственные и жилые постройки. Имелись человеческие жертвы. По различным оценкам объем селевых отложений составляет от 2,5 млн м3 до 6,0 млн м3 [1], а максимальный расход селевого потока достигал 10 000–11 000 м3/с.

Самый крупный гляциальный сель в Жетысу Алатау прошел по долине р. Сарыкан в ночь с 8 на 9 сентября 1982 г. [6]. Селевой поток образовался в результате прорыва двух ледниковых озер на высоте 3200 м. Объем прорывного паводка составил 400 тыс. м3. Объем селевой массы – 2,7 млн м3. Расход селевого потока оценен в 2300 м3/с. В результате были разрушены около 100 жилых домов, мосты, автодороги, гидротехнические сооружения, линии электропередач, связи и водоснабжения. Только прямой ущерб превысил 3 млн долларов США [1].

В январе 1988 г. на равнинной части бассейна р. Каскелен образовался катастрофический сель антропогенного генезиса. В результате прорыва отстойника сточных вод по реке Каскелен прошел водо-песчаный поток объемом 72 млн м3, вызвавший разрушения и человеческие жертвы [3].

Наблюдения за селевыми потоками в Казахстане были начаты в 1920-е годы на сели горных гидрометеорологических станций. В 1934 г. в Казахстане была создана служба предупреждения о селевой опасности при Казгидромете.

В начале 50-х годов ХХ в. в Управлении по гидрометеорологии Казахстана создается специальная селевая партия для сбора фактических данных о селях и Казахский научно-исследовательский гидрометеорологический институт (КазНИГМИ) для научных исследований селевых потоков. Этот институт был головным в Советском Союзе по проблеме селей и проводил исследования по всей его территории. Условия формирования гляциальных селей и методы их прогнозов изучались в Институте географии АН КазССР в 1970-е годы.

В 1970–1972 гг. специалисты КазНИГМИ построили уникальный полигон для формирования искусственных селей в бассейне р. Шамалган в 60 км от Алма-Аты. Первый натурный эксперимент был проведен 27 августа 1972 г. Впервые удалось провести прямые измерения скорости, расходов и плотности реального селевого потока. В последующие годы КазНИГМИ и Казселезащита провели еще семь экспериментов. Самый крупный искусственный сель имел следующие параметры: объем сброшенной воды – 15 тыс. м3, максимальная скорость – 11 м/с, максимальный расход – 829 м3/с, плотность – 2400 кг/м3 [1]. Последний эксперимент состоялся в 2003 г. До сих пор эти эксперименты остаются единственными в мире.

В 1973 г., после катастрофического селя в долине Малой Алматинки, в Казахстане было создано Главное управление по строительству и эксплуатации селезащитных сооружений при Совете Министров Казахской ССР – Казселезащита. Это учреждение сыграло очень важную роль в создании системы защиты от селей. С 1995 г. Казселезащита входит в систему Министерства по чрезвычайным ситуациям (с 2014 г. – Комитет по ЧС МВД РК).

В 1996 г. специалистами Казгидромета и Казселезащиты была составлена Карта селевой опасности Республики Казахстан [7]. В 2010 г. Институтом географии опубликован Атлас природных и техногенных опасностей и рисков чрезвычайных ситуаций в Республике Казахстан, в котором приведены карты селевой опасности отдельных селеопасных районов Казахстана [8].

Первый проект противоселевой защиты г. Алма-Ата был разработан в 1937 г. Основным противоселевым мероприятием было облесение склонов гор. После него было еще три проекта, предусматривавших сооружение котлованов селеуловителей. Ни один из этих проектов не был реализован. В 1959 г. Гипроводхоз СССР разработал проект строительства селеудерживающей плотины Медеу с емкостью селехранилища 5,6 млн м3. Есикская катастрофа 1963 г. показала острую необходимость строительства плотины. В 1964 г. Казахский филиал института Гидропроект доработал проект плотины, значительно усилив ее конструкцию. Тогда же в долине Малой Алматинки были построены четыре сквозных металлических селеуловителя и габионная плотина в урочище Мынжилки.

Двумя направленными взрывами 21 октября 1966 г. и 14 апреля 1967 г. было создано тело плотины Медеу. К июлю 1967 г. емкость селехранилища составила 6 млн м3. В 1972 г. строительство плотины было завершено, а уже скоро ей пришлось выдержать серьезное испытание. Сель 15 июля 1973 г. разрушил габионную плотину в Мынжылкы, сквозные сооружения в русле Малой Алматинки и заполнил селехранилище почти до гребня плотины. Только экстренными мерами и героическими усилиями удалось предотвратить прорыв плотины и катастрофические разрушения в г. Алма-Ата. В 1974 г. плотина Медеу была наращена до высоты 150 м с тем расчетом, чтобы емкость селехранилища достигла 12,6 млн м3. В урочище Мынжылкы была восстановлена селеудерживающая плотина. Ее селеудерживающая способность была доведена до 230 тыс. м3 [1].

Рис. 7. Селеудерживающая плотина Медеу в долине р. Малая Алматинка

Рис. 8. Селеудерживающая плотина в урочище Мынжылкы в долине р. Малая Алматинка

Рис. 9. Сквозные селезадерживающие металлические сооружения в долине р. Малая Алматинка

Рис. 10. Селеудерживающая плотина в долине р. Большая Алматинка

Рис. 11. Селеудерживающая плотина в долине р. Талгар

Основным типом селезащитных сооружений являются плотины различных конструкций: насыпные, железобетонные, железобетонные ячеистые с земляным заполнителем, железобетонные решетчатые, стальные решетчатые (рис. 7–11). Всего в Казахстане построено 14 селеудерживающих плотин (табл. 2). Из них 13 плотин – в Илейском Алатау и 1 – в Жетысу Алатау.

Для предотвращения прорывных гляциальных селей применяется превентивное опорожнение ледниковых озер [1]. Впервые в Казахстане превентивное опорожнение ледникового озера было применено в 1964 г. на озере Туйыксу в долине Малой Алматинки. Для этого использовались сифоны из гофрированной прорезиненной ткани диаметром 200 мм.

С 1974 г. опорожнение ледниковых озер стали проводить через открытые каналы-траншеи. Для ускорения работ применялись взрывы на выброс с расчисткой русла вручную или с применением механизмов. Этим способом в 1970-е годы были снижены объемы более десяти опасных ледниковых озер. В 1980 г. технология опорожнения озер через канал была усовершенствована за счет регулирования расходов поверхностного стока. В 1985 г. этим способом из озера Богатырь в верховьях реки Шелек, объем которого превышал 9 млн м3, было сброшено 6,2 млн м3 воды. Уровень воды в озере понизился на 20 м.

В 1997 г. при опорожнении ледникового озера М. Маметовой в бассейне р. Малая Алматинка для регулирования попусков воды по эвакуационному каналу впервые был применен метод «мягкого затвора» в виде брезентового полотнища на тросовых растяжках. В дальнейшем этот метод применялся при опорожнении озер Калесника и Северцова в Левом Талгаре в 1998 г., повторного опорожнения озера М. Маметовой в Малой Алматинке в 2011 г. и озера Капкан в бассейне р. Коргас (Жетысу Алатау) в 2012 г.

К началу работ озеро Капкан имело следующие параметры: площадь 190 200 м2, средняя глубина – 18,8 м, максимальная глубина – 41,2 м. Объем воды в озере – 3,7 млн м3. На первом этапе было установлено 10 сифонов диаметром 200 мм, которые сбрасывали за сутки более 50 тыс. м3 воды. С помощью сифонов уровень воды в озере понизился на 8,5 м. Затем с использование взрывов был сооружен эвакуационный канал длиной 75 м, глубиной 16,5 м. После превентивных работ объем воды в озере понизился до 2,09 млн м3.

Для предупреждения о селевой опасности при Казселезащите создана служба наблюдения и оповещения. Она состоят из стационарных постов, выставляемых в селеопасный период в местах возможного формирования селей. Информация с постов по радиосвязи передается в диспетчерский пункт. Создаются необходимые человеческие, материальные и технические ресурсы для ликвидации последствий чрезвычайных селевых ситуаций. При угрозе или при сходе селя информация с наблюдательных постов поступает в диспетчерский пункт, откуда она передается в органы территориального управления, Комитета по чрезвычайным ситуациям, руководителям объектов, расположенных в опасной зоне для приведения в действие планов по реагированию на чрезвычайные ситуации.

Усовершенствование системы обеспечения безопасности от селевых потоков на территории Казахстана должно происходить по следующим направлениям:

Разработка обновленного Плана действий по предотвращению ущерба от природных опасностей и Схем защиты территорий от опасных природных процессов.
Создание нормативно-правовой основы использования земель, подверженных воздействию опасных экзогенных процессов.
Составление крупномасштабных карт оценки селевой опасности и селевого риска и придание им официального юридического статуса.
Внедрение страхования от природных рисков.
Проведение научных исследований.
Строительство защитных сооружений.
Создание системы автоматизированного дистанционного мониторинга условий формирования селей.
Создание систем раннего предупреждения о возникновении селей.
Подготовка специалистов по оценке селевой опасности и защите от селей.
Обучение населения правилам поведения на селеопасных территориях в селеопасный период.

Литература

Баймолдаев Т.А, Виноходов В.Н. «Казселезащита» – оперативные меры до и после стихии. – Алматы, 2007. – 284 с.
Дуйсенов Е. Селевые потоки в Заилийском Алатау. – Алма-Ата, 1971. – 192 с.
Медеуов А.Р., Колотилин Н.Ф., Керемкулов В.А. Сели Казахстана. – Алма-Ата, 1993. – 157 с.
Медеуов А.Р., Нурланов М.Т. Селевые явления сейсмоактивных территорий Казахстана (Проблемы управления). – Алматы, 1996. – 201 с.
Яфязова Р.К. Природа селей Заилийского Алатау. Проблемы адаптации. – Алматы, 2007. – 158 с.
Медеу А.Р. Селевые явления Юго-Восточного Казахстана: Основы управления. – Алматы, 2011. Т. 21. – 284 с.
Карта селевой опасности территории Республики Казахстан. – Алматы: Казгеодезия, 1996.
Атлас природных и техногенных опасностей и рисков чрезвычайных ситуаций в Республике Казахстан. – Алматы, 2010. – 264 с.