Технологии и Материалы: Защита от снежных лавин в Казахстане

Авторы:

Виктор Благовещенский
Доктор географических наук, руководитель лаборатории природных опасностей Института географии Министерства образования и науки Республики Казахстан

Виталий Жданов
Кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории природных опасностей Института географии Министерства образования и науки Республики Казахстан

Аннотация

В горных районах Казахстана площадь лавиноопасных территорий составляет 124 тыс. км2. Объемы лавин могут достигать 1 млн м 3. Лавины угрожают населенным пунктам, горнолыжным курортам, автомобильным дорогам. За последние 64 года на территории Казахстана при сходе лавин погибли 87 человек. Чаще всего жертвами лавин становятся туристы, альпинисты и горнолыжники. Для защиты от лавин используются прогнозирование, профилактические спуски и защитные сооружения.

Начало исследованиям лавин в Казахстане положил И.С. Соседов в 1958 году. Исследования были продолжены в Институте географии АН КазССР И.В. Северским. С 1966 года наблюдения за лавинами проводит «Казгидромет». С 1973 года вопросами защиты от лавин занимается Казселезащита Комитета по чрезвычайным ситуациям Республики Казахстан. В 1970–80-е годы в Казахстане работало пять снеголавинных станций: две — в Иле Алатау, две — в Жетысу Алатау и одна — на Алтае. Сейчас действуют только две станции, расположенные в Иле Алатау: «Шымбулак» и «Большое Алматинское озеро». Несколько лет назад стали функционировать два снеголавинных поста: «Жосалы Кезень» и «Алматау», также расположенные в Иле Алатау.

Лавиноопасные территории занимают в Казахстане 124 тыс. км2 [1, 2]. При этом территории со слабой лавинной опасностью, на которых не требуется проведение противолавинных мероприятий, составляют 51 тыс. км2. На остальных 73 тыс. км2 лавиноопасных территорий лавины могут нанести существенный ущерб, и здесь для обеспечения лавинной безопасности необходимы защитные меры.

Лавины сходят в горных районах, расположенных вдоль восточной границы Казахстана (рис. 1). Это хребты Алтай, Калбинский, Тарбагатай, Сауыр, Жетысу Алатау, Иле Алатау, Кунгей Алатау, Терискей Алатау, Узынкара, Кыргызский, Каржантау, Угамский, Майдантальский, западная оконечность Таласского хребта, Каратау.

Больше всего объектов, подверженных воздействию лавин, расположено на Алтае и в Заилийском (Иле) Алатау. На Алтае лавиноопасные участки имеются на автомобильных дорогах Усть-Каменогорск — Зыряновск, Усть-Каменогорск — Самарское и др., на железной дороге Усть-Каменогорск — Зыряновск. В Иле Алатау лавины угрожают горнолыжным курортам Шымбулак (рис. 2), Алматау (рис. 3), Акбулак, катку Медеу, автомобильным дорогам по долинам рек Большая и Малая Алматинки, Есик и Турген, а также туристским тропам и альпинистским маршрутам. В связи с созданием новых горнолыжных курортов количество объектов, подверженных лавинной опасности, будет увеличиваться. Так, например, вблизи Алматы для проведения зимней Универсиады в 2017 году планируется строительство крупного горнолыжного курорта международного класса «Кокжайляу».

С 1951 по 2014 год в горах Казахстана было зафиксировано 76 лавин, сход которых нанес значительный ущерб. За этот период в лавины попали 173 человека, из которых 87 погибли. В основном в лавины попадают люди, которые добровольно подвергают себя лавинному риску: альпинисты, туристы, горнолыжники (рис. 4). На эту категорию приходится 73% общего числа людей, попадавших в лавину. Оставшиеся 27% приходятся на местных жителей (16%) и людей, чья профессиональная деятельность связана с работой в горах: работники горнолыжных курортов, снеголавинных станций, «Казселезащиты» и др. (11%).

Рис. 1. Карта лавиноопасных районов Казахстана [2]

Крупные лавинные катастрофы, сопровождавшиеся человеческими жертвами и разрушениями, происходили на Алтае в 1977 году и в Каратау в 1990 году На Алтае в 1977 году в пос. Зубовка лавиной было разрушено шесть домов. Погибли три человека. В Каратау в пос. Байджансай в 1990 году лавина, сошедшая после сильной метели, завалила общежитие горняков. В лавину попали 20 человек, 7 из которых погибли.

Рис. 2. Сухая лавина на горнолыжном курорте Шымбулак. Лавина сломала опору канатной дороги

Алматау сломанная станция канатки — Рис. 3. Мокрая лавина на горнолыжном курорте Алматау. Лавина сломала верхнюю станцию канатной дороги

Однако больше всего людей погибает в Иле Алатау. Здесь, в окрестностях г. Алматы за последние 63 года в лавины попали 146 человек, 66 погибли. Из них 90% были туристами, альпинистами или горнолыжниками. Главным образом туристы попадают в лавины, которые вызваны ими самими или их спутниками. Один из самых трагических случаев произошел 9 марта 1972 года в Чёртовом ущелье долины р. Малая Алматинка. Тогда в лавину попали 17 человек, из них 9 погибли.

В последние годы группа риска пополнилась любителями свободного катания на лыжах и сноубордах за пределами подготовленных трасс горнолыжных курортов (фрирайдеров). С 2009 по 2014 год в Иле Алатау в лавинах, спущенных ими самими, погибли 6 фрирайдеров (рис. 4). Все несчастные случаи происходили в период объявленной лавинной опасности.

Cпасатели несут лыжника — Рис. 4. Спасатели транспортируют тело погибшего в лавине горнолыжника

В Иле Алатау сходят лавины четырех генетических типов: свежевыпавшего снега, оттепелей, перекристаллизации снега, метелевые [3, 4]. Преобладают лавины свежевыпавшего снега и оттепелей. В течение зимы наблюдаются два максимума лавинной активности: первый приходится на начало зимы (декабрь-январь) и связан с первым максимумом осадков; второй, более сильный, наблюдается в конце зимы (март-апрель) и обусловлен как пиком осадков, так и оттепелями. Всего в течение зимы наблюдаются от 10 до 20 лавиноопасных периодов. В начале зимы продолжительность каждого лавиноопасного периода составляет 2–3 дня; в конце зимы этот период может продолжаться 7–10 дней. Общее число дней со сходом лавин за зиму достигает 28.

Режим лавинной активности отличается очень большой межгодовой изменчивостью. Суммарный годовой объём лавин на территории, обслуживаемой СЛС «Шымбулак», в период с 1966 по 2014 год варьировался от 0,23 до 1300 тыс. м3. Экстремальной по лавинной активности была зима 1966 года, которая совпала с максимумом снежности. В ту зиму сумма осадков составила 530 мм, а суммарный объем лавин — 1300 тыс. м3. Повторяемость зим с такой суммой осадков (530 мм), которая наблюдалась в 1965/66 годах, оказалась равной 65 лет. Повторяемость зим с суммарным объемом лавин 1300 тыс. м3 составляет 150 лет. В бассейне р. Малая Алматинка объем максимальной лавины был равен 350 тыс. м3, а в бассейне р. Талгар он превысил 1 млн м3. Минимальная лавинная активность отмечена в 1974 году, когда суммарный объем лавин был всего 230 м3. Сумма зимних осадков равнялась 259 мм.

За 48 лет наблюдений за лавинами в бассейне р. Малая Алматинка отмечено 15 зим с повышенной лавинной активностью, когда суммарный объем лавин превышал среднее многолетнее значение 147 тыс. м3: 1965/66, 1968/69, 1974/75, 1975/76, 1978/79, 1979/80, 1984/85, 186/87, 1992/93, 1993/94, 1997/98, 1998/99, 2004/05, 2005/06, 2009/10 годы. Средний интервал между лавинными зимами составляет три года и никогда не превышает пять лет. За годы наблюдений пять раз две лавинные зимы следовали одна за другой.

Методы оценки и картографирования лавинной опасности в Казахстане разрабатывались в Институте географии Республики Казахстан И.В. Северским и В.П. Благовещенским [5, 6]. Карты мелкого (от 1:1 500 000 до 1:5 000 000) и среднего (от 1:100 000 до 1:500 000) масштабов составлены на все лавиноопасные территории Казахстана. Они приведены в Национальном атласе Республики Казахстан [7] и в Атласе природных и техногенных опасностей и рисков чрезвычайных ситуаций в Республике Казахстан [2]. К показателям степени лавинной опасности территории относятся объемы лавин; повторяемость их схода; коэффициент лавинной опасности, представляющий собой отношение общей площади лавиноопасных участков в данном бассейне к площади всего бассейна.

К сожалению, пока лавинная активность на большей части лавиноопасных территорий Казахстана изучена недостаточно. Поэтому показатели лавинной опасности оцениваются косвенными методами на основе зависимостей показателей лавинной опасности от состояния факторов лавинообразования: снежности территории; глубины расчленения рельефа; формы поперечного профиля долин; состояния поверхности склонов [5, 6]. В качестве показателя снежности используется среднее максимальное годовое значение толщины снежного покрова, которое определяется по данным наблюдений на метеорологических станциях или по региональным эмпирическим зависимостям от высоты местности, полученным И.В. Северским [5].

Крупномасштабные карты лавинной опасности составляются для территории, где есть рекреационные объекты, горнолыжные курорты или населенные пункты. На этих картах показывают отдельные лавинные очаги с выделением зон зарождения лавин, путей их движения и зон выката лавин. Для зон зарождения лавин и путей их движения указывается повторяемость образования и прохождения лавин; для зон выката лавин — повторяемость дальностей выброса лавин. Дальность выброса лавин определяется по данным многолетних наблюдений за ними. Если их нет, то дальности выброса лавин рассчитываются по эмпирическим или математическим моделям. В.П. Благовещенский получил зависимости коэффициента общего сопротивления движению лавины от типа, объема лавины и геометрии лавиносбора [6]. Весьма перспективным является определение границ лавиноопасных зон методами математического моделирования, например с использованием программы RAMMS, разработанной в Швейцарском институте снега и лавин [8], но для этого необходимо адаптировать ее к условиям Иле Алатау.

Прогнозы лавин для организаций и населения составляет лавинное бюро Казгидромета, расположенное в Алматы. Они составляются в виде лавинного бюллетеня на основе данных снеголавинных и горных метеорологических станций.

Методика наблюдений за снегом и лавинами на снеголавинных станциях Казахстана не менялась с 1960-х годов, когда было разработано «Руководство по снеголавинным работам». Ежедневно на площадке недалеко от снеголавинной станции проходится шурф, в котором послойно описывается структура снега, измеряются его температура, плотность, сопротивление на разрыв и на сдвиг по границе с нижним слоем. По результатам измерений устанавливается наиболее слабый слой и рассчитывается коэффициент устойчивости, равный отношению массы вышележащих слоев к сопротивлению на сдвиг по этому слою. Во время снегопадов каждый час ведутся измерения прироста толщины свежего снега. При оттепелях с момента перехода температуры воздуха через 0 °С в сторону положительных значений температура воздуха измеряется через 1 час. Полученные значения суммируются. Сумма положительных температур используется как критерий прогноза лавинной опасности [6].

Для лавин свежевыпавшего снега прогноз делается по данным о снегозапасах и сумме выпавших осадков, в случае оттепельных лавин — по данным о температуре воздуха [9]. Для Иле Алатау получена зависимость критической суммы осадков, при которой сходят лавины, от толщины старого снега перед снегопадом. При отсутствии на площадке снега критическая сумма твердых осадков, способная вызвать сход лавин, составляет 50 мм. При толщине старого снега более 50 см для схода лавин бывает достаточно выпадения 10 мм осадков. Прогноз лавин по этой методике оправдывается в 80% случаев [4]. Лавинные бюллетени и штормовые предупреждения передаются в территориальные подразделения Комитета по чрезвычайным ситуациям, в службы эксплуатации автомобильных дорог, администрациям горнолыжных курортов. Органы КЧС передают для населения предупреждения о лавинной опасности через СМИ и СМС сотовой связи.

В 2000 году на снежно-лавинной станции «Шымбулак» проводились испытания компьютерной программы прогнозирования лавин NXD2000, разработанной Швейцарским институтом снега и лавин [10]. В базу данных были внесены сведения о 4439 днях и 1100 лавинах за период с 1967 по 1995 год. Испытания показали хорошие перспективы применения этой программы для повышения надежности прогнозов, но, к сожалению, в оперативной работе они не применялись.

Профилактические спуски лавин для предотвращения ущерба от них применяются в Казахстане с 1974 года. В Иле Алатау они проводятся для защиты автомобильных дорог и горнолыжных курортов (рис. 5), на Алтае и в Калбинском хребте — для защиты автомобильных дорог и населенных пунктов. В 1980-е годы профилактические спуски лавин для защиты рудников и поселков велись в Жетысу Алатау и Каратау.

Спуски лавин проводятся с применением взрывчатых веществ. Профилактические спуски лавин выполняет «Казселезащита» по рекомендациям специалистов «Казгидромета». Непосредственно взрывные работы проводит «Казвзрывпром». Взрывчатка доставляется в зону отрыва лавин вручную (рис. 6). Заряды массой до 10 кг закладываются в снежный покров по линии отрыва лавин. Общая масса зарядов достигает 100–150 кг. В Иле Алатау профилактические взрывы проводятся в семи лавиносборах. За зимний период выполняют от одной до трех серий взрывов. Этот метод очень трудоемкий, не всегда эффективный и очень опасный. За один рабочий день профилактический спуск удается провести только в одном лавиносборе. На ликвидацию лавинной опасности в долинах рек Малая и Большая Алматинки может потребоваться до 7 дней. За это время в некоторых лавинных очагах лавины могут сойти самопроизвольно или свойства снежного покрова изменятся настолько, что взрыв может не вызвать лавину. В результате примерно в 30% случаев взрывы не приводят к сходу лавин. Закладка людьми зарядов на лавиноопасном склоне очень опасна из-за возможности преждевременного схода лавины. С 1986 года в Казахстане произошло семь случаев попадания людей в лавины при профилактических спусках. При этом погибли три человека и шестеро пострадали.

Взрыв лавины — Рис. 5. Профилактический взрыв для спуска лавины в Иле Алатау

Закладка зарядов — Рис. 6. Доставка взрывчатки к месту взрыва

В последние годы в Казахстане начали применять более современные методы профилактических спусков лавин. На горнолыжном курорте Акбулак установлено несколько установок GAZEX (рис. 7), а на горнолыжном курорте Шымбулак осваивают применение вертолетного мобильного устройства Daisy Bell и стационарного устройства AVALANCHER. Правда, они еще не смогли полностью заменить спуски лавин взрывами. Большие проблемы возникли с использованием AVALANCHERов из-за противоречий в регламенте использования взрывных устройств в Казахстане. Надо сказать, что AVALANCHER является наиболее перспективным средством контроля лавин на дорогах Алтая и горнолыжных курортов Иле Алатау. Французские специалисты, проектировавшие защиту от лавин на курорте «Кокжайляу», пришли к выводу, что без AVALANCHERов будет невозможно обеспечить лавинную безопасность на этом курорте.

Газэкс — Рис. 7. Стационарная установка GAZEX для профилактических спусков лавин на горнолыжном курорте Акбулак

Противолавинные сооружения в Казахстане строят очень редко. Самый масштабный проект — защита катка Медеу в Иле Алатау, где на склоне над катком с 1974 года стоят снегоудерживающие щиты из деревянных брусьев на металлических опорах. В 1975 и 1986 годах в промежутках между щитами сходили лавины, которые ломали щиты и выходили на дорогу Медеу — Шымбулак, пересекающую лавинный путь в 300 м выше катка. В 2011 году в результате сильного шквала ветра, пронесшегося по долине р. Малая Алматинка, был повален еловый лес, который рос на северном склоне лавиносбора. В 2012 году в этом же месте случился пожар, во время которого сгорели снегоудерживающие щиты. В 2013 году щиты были восстановлены, но часть склона, обнажившаяся после лесоповала и пожара, осталась незащищенной (рис. 8). После пожара образовались еще три лавиноопасных участка над дорогой Медеу — Шымбулак, на которых лишь частично были установлены снегоудерживающие сетки (рис. 9). Снегоудерживающие сетки установлены в долине р. Малая Алматинка еще в нескольких местах. Следует отметить, что при строительстве снегоудерживающих сооружений допущены нарушения проектов. Местами пространство между сооружениями оказывается слишком большим, а выше застройки остаются лавиноактивные склоны. В результате на этих участках образуются небольшие лавины, заваливающие дорогу.

Щиты против лавин — Рис. 8. Противолавинные снегоудерживающие щиты над катком Медеу

Сетка против лавин — Рис. 9. Противолавинные снегоудерживающие сетки над дорогой Медеу — Шымбулак

Совершенствование системы защиты от лавин в Казахстане необходимо вести в следующих направлениях:

Установить защитные сооружения там, где это необходимо.
Расширить сеть снеголавинных станций, дополнив ее автоматическими метеорологическими станциями в высокогорных районах.
Усовершенствовать методы прогноза лавин.
Модернизировать технологию профилактических спусков лавин.
оздать более эффективную систему предупреждения населения о лавинной опасности.
Строго соблюдать регламент землепользования на лавиноопасных территориях.

Список литературы

Северский И.В., Благовещенский В.П. Лавиноопасные районы Казахстана. — Алма-Ата: Наука, 1990. 172 с.
Атлас природных и техногенных опасностей и рисков чрезвычайных ситуаций в Республике Казахстан. — Алматы: Казгеодезия, 2010. 264 с.
Северский И.В. Снежные лавины Заилийского и Джунгарского Алатау. — Алма-Ата: Наука, 1978. 255 с.
Кондрашов И.В. Прогноз лавин и некоторых характеристик снежности в горах Казахстана. — Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 72 с.
Северский И.В., Благовещенский В.П. Оценка лавинной опасности горной территории. — Алма-Ата: Наука, 1983. 220 с.
Благовещенский В.П. Определение лавинных нагрузок. — Алматы: Наука, 1991. 116 с.
Национальный атлас Республики Казахстан: Т. 3. Окружающая среда и экология. — Алматы: Казгеодезия, 2010. 158 с.
Christen M., Kowalski J., Bartelt P. RAMMS: Numerical simulation of dense snow avalanches in three-dimensional terrain // Cold Region Science and Technology. 2010. V. 63 Р. 1–14.
Практическое пособие по прогнозированию лавинной опасности в Казахстане. — Алматы: Нур-Принт, 2005. 262 с.
Gassner M., Brabec B. Nearest neighbor models for local and regional avalanche forecasting // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2002. № 2. P. 247–253.