УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ МЕТОД ПРОГНОЗА АКТИВИЗАЦИИ СЕЛЕВЫХ ПОТОКОВ ДОЖДЕВОГО ГЕНЕЗИСА

УДК 551.311.21

Амшоков Б. А., Гегиев К. А., Шерхов А. Х., Гергокова З. Ж.

Amshokov B. A., Gegiyev K. A., Sherkhov A. Kh., Gergokova Z. Zh.

УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ МЕТОД ПРОГНОЗА АКТИВИЗАЦИИ СЕЛЕВЫХ ПОТОКОВ ДОЖДЕВОГО ГЕНЕЗИСА

IMPROVED METHOD FOR FORECASTING THE ACTIVATION OF MUD FLOWS OF RAIN GENESIS

В данной работе обосновано актуальность темы как один из опасных геофизических, в частности, гидрологических явлений на горных реках Кабардино-Балкарской республики.

Сделан анализ существующих методов краткосрочных, долгосрочных и сверхдолгосрочных прогнозов наступления активизации схода селевых потоков.

На основании результатов многочисленных натурных маршрутных обследований селенос-ных притоков основных рек КБР (р.р. Баксан, Чегем, Черек) и обзор и критический анализ литературных источников, данных и отчетных материалов (за 1953-2020 гг.) по наблюденным метеорологическим атмосферным осадкам и зафиксированных фактов сходов селевых потоков показывают что основным условием возникновения повышенной селевой опасности на горных и предгорных территориях являются продолжительные и (или) интенсивные ливневые дождевые осадки.

При этом сели дождевого генезиса составляют абсолютное большинство (более 90%) от общего количества всех генетических типов селевых потоков.

В статье освещается систематизация и районирование по основным ущельем (Баксан-скому, Чегемскому, Черекскому) с выборкой данных (ближайших метеостанций) по дождевым осадкам за 15-дневный предшествующий период с расчетом метеорологической силы «дождя».

Предлагаемый усовершенствованный метод краткосрочного прогнозирования позволяет определять по имеющимся и прогнозируемым в день схода селя метеорологическим данным дождевых осадков и метеорологической силы дождя условия активизации селевой опасности горных районах, что имеет важное значение для своевременного предупреждения о возможности схода селевых потоков и принятия быстрых необходимых мер по обеспечению безопасности жизнедеятельности населенных пунктов промышленных, сельскохозяйственных и рекреационных объектов и др.

This paper substantiates the relevance of the topic as one of the dangerous geophysical, in particular, hydrological phenomena on the mountain rivers of the Kabardino-Balkarian Republic.

The analysis of existing methods of short-term, long-term and ultra-long-term forecasts of the onset of mudflow activation is made.

Based on the results of numerous full-scale route surveys of mudflow tributaries of the main rivers of the CBD (Baksan, Chegem, Cherek rivers) and a review and critical analysis of literature sources, data and reporting materials (for 19532020) on observed meteorological atmospheric precipitation and recorded facts of mudflow descents show that the main condition for the occurrence of increased mudflow danger in mountain and foothill territories is prolonged and (or) intense heavy rain precipitation.

At the same time, mudflows of rain origin make up the absolute majority (more than 90%) of the total number of all genetic types of mudflows.

The article highlights the systematization and zoning of the main gorges (Bak-San, Chegem, Cherek) with a sample of data (the nearest weather stations) on precipitation for the previous 15-day period with the calculation of the meteorological force of «rain».

The proposed improved method of short-term forecasting makes it possible to determine, based on the available and predicted meteorological data on the day of the mudslide, the conditions for activating the mudslide hazard in mountain areas, which is important for timely warning about the possibility of mudslide flows and taking quick necessary measures to ensure the safety of human settlements, industrial, agricultural and recreational facilities, etc.

Проверка надежности метода прогноза вероятного схода селевого потока дождевого генезиса за период 2018-2020 гг. показывает в среднем до 64% оправдываемости, что соответствует нормативным документам.

Ключевые слова: селевой поток, оползни, обвалы, гравитация, геологические склоновые явления, кратковременный прогноз, зона зарождения транзита и конус выноса.

Verification of the reliability of the method for predicting the likely descent of a mudflow of rain Genesis for the period 2018-2020 g. shows an average of up to 64% justifiability, which corresponds to regulatory documents.

Key words: mudflow, landslides, gravity, geological slope phenomena, short-term forecast, transit origin zone and removal cone.

Амшоков Батыр Хаширович -

кандидат технических наук, доцент кафедры природообустройства, ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ, г. Нальчик E-mail: ambat72@mail.ru.

Гегиев Касбулат Адальбиевич -

канд. технических наук, заведующий лабораторией гидрологии горных территорий, ФГБУ «Высокогорный геофизический институт», г. Нальчик E-mail: kasgegiev@yandex.ru

Шерхов Андзор Хамидбиевич -

кандидат физико-математических наук, заведующий лабораториейгеоэкологического мониторинга, ФГБУ «Высокогорный геофизический институт», г. Нальчик E-mail: fff.ddd.11@mail.ru

Гергокова Зайна Жамаловна -

научный сотрудник лаборатории геоэкологического мониторинга ФГБУ «Высокогорный геофизический институт», г. Нальчик E-mail: zayna.gerg@mail.ru

Amshokov Batyr Khashirovich -

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Environmental Engineering, FSBEI HE Kabardino-Balkarian SAU, Nalchik

E-mail: ambat72@mail.ru

Gegiyev Kasbulat Adalbievich -

Candidate of Technical Sciences, Head of the Laboratory of Hydrology of Mountain Territories of the Federal State Budgetary Institution «High Mountain Geophysical Institute», Nalchik E-mail: kasgegiev@yandex.ru

Sherkhov Andzor Khamidbiyevich -

Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Head of the Laboratory of Geoecological Monitoring, FSBI «High Mountain Geophysical Institute», Nalchik

E-mail: fff.ddd.11@mail.ru

Gergokova Zayna Zhamalovna -

Researcher, Laboratory of Geoecological Monitoring, FSBI «High Mountain Geophysical Institute», Nalchik

E-mail: zayna.gerg@mail.ru

Введение. Интенсивное рекреационное, сельскохозяйственное и горнодобывающее освоение горных территорий республики и существенная активизация экзогенных (в том числе и техногенных) опасных гравитационных склоновых и русловых явлений (селей) в связи с глобальным изменением климата определяет актуальность темы.

Гидрологический прогноз схода селевого потока указывает величину и время наступления какого-либо параметра режима селевого паводка. Прогнозы водного режима делятся в нашей стране на «краткосрочные» - до 10 суток, «долгосрочные» - до 2-3-хмесяцев и

сверхдолгосрочные - от 3-х месяцев и более. То есть гидрологические прогнозы - это научно обоснованные предвычисления развития и сроков наступления опасных явлений на водотоках (наводнения, сели, пересыхание рек и т.д.), гидрологический прогноз, как и всякий другой прогноз, не может быть абсолютно точным.

Для прогнозирования опасных гидрологических явлений на горных реках и их параметров необходимы данные длительных гидрометрических измерений и метеорологических наблюдений.

При проектировании и строительстве селезащитных гидротехнических сооружений для обоснования прогнозного режима селеносной реки разной обеспеченности необходимо иметь гидрометеорологические сведения.

Гидрологические прогнозы необходимы для эффективного управления водными ресурсами, смягчения последствий опасных природных явлений и уменьшения ущерба, вызванного селевыми паводками.

Распределение по видам сочетаний показателей в различных методах прогноза селя:

- интенсивность и продолжительность дождя - 5 разработок;

- сумма осадков за интервал + интенсивность дождя - 3 разработки;

- предшествующий дождь + интенсивность или продолжительность, или сумма осадков за интервал - 12 разработок;

- использование одного показателя: сумма осадков за интервал, или интенсивность дождя, или предшествующий дождь - по 1 разработке.

Период, за который учитывается предшествующий дождь, варьируется от 2 до 45 суток [1, 2].

Усовершенствованный метод прогноза селей дождевого генезиса

Исходный проект. Объектом аналитической проработки и усовершенствования являлся проект «Методические рекомендации по обеспечению противоселевой безопасности объектов экономики» (на примере КБР), разработанный в 2016г. в ФГБУ «ВГИ» [3,4].

При разработке данного проекта селевые бассейны (дождевого генезиса) КБР были разделены на основные группы по ущельям - Баксанскому, Чегемскому и Черекским.

В проекте выявляется связь схода селевых потоков в бассейнах указанных рек с дождевыми осадками, замеренными на наиболее близко расположенных метеостанциях и гидрологических постах. Для этого использовались данные по дождевым осадкам с 1953 по 2014 гг., Кабардино-Балкарского ЦГМС [5] и зафиксированные факты схода селевых потоков по трем основным притокам (1 -го порядка) бассейна р. Терек [6, 7]:

- по р.Баксан - гидрологический пост: «Тырныауз (ГП-2 Герхожан)». Гидрологический пост расположен в г. Тырныауз, на вы-

соте 1383 м над уровнем моря, в пойме р. Герхожан-су.

- по р.Чегем - метеостанция«Нижний Чегем». Расположена в с.Нижний Чегем на высоте 893 м над уровнем моря.

- по р.Черек - гидрологический пост «Ба-бугент». Расположен в с. Бабугент на высо-те750 м над уровнем моря.

Проведенный авторами исходного варианта методики анализ показал, что сход селевых потоков в горных и предгорных районах КБР напрямую зависит от количества дождевых осадков за предшествующий 15-дневный период, то есть от величины X15 (мм), включающей осадки и в день схода селя. Поэтому условия возникновения селевой опасности на рассматриваемой территории могут быть адекватно оценены минимальными (критическими) значениями дождевых осадков X15 (мм), а также метеорологической силой дождя А (мм/сут0 5), которая служит дополнительным критерием оценки условий возникновения селевой опасности при наличии данных о дождевых осадках Xn за п< 15 - дневный период:

А =

Путем преобразования была получена расчетная зависимость определения метеорологической силы дождя в более удобном виде:

Хп

А = 0.026 ^

где:

п (сут) - число дней рассматриваемого периода, включая и день схода селя.

Имея гидрометеорологическую информацию (по соответствующей метеостанции) о дождевых осадках за (п<15) количество дней и прогнозируемые осадки на последующие дни (до значения п=15), можно по расчетному значению X15 заблаговременно определить возможность возникновения (исключения) селевой опасности, дифференцируя ее на среднюю или повышенную.

Основные результаты, полученные авторами первоначального варианта проекта методики оценки условий возникновения селевой опасности в горных и предгорных районах КБР на основе указанных критериев,

[4].

Таблица 1 - Условия возникновения селевой опасности по критерию минимальных

значений дождевых осадков Х15 для КБР

№ Бассейны основных рек КБР Условие селевой опасности Х15 (мм) Уровни селевой опасности

средний Х15

1. р. Баксан Х15 > 27-29 27 < Х15< 60 Х15 > 60

2. р. Чегем Х15 > 33-35 33 < Х15< 60 Х15 > 60

3. р. Черек Х15 > 26-28 26 < Х15< 60 Х15 > 60

4. по КБР Х15 > 26-28 26 < Х15<60 Х15 > 60

Таблица 2 - Условия возникновения селевой опасности по критерию минимальной метеорологической

силы дождя Д для КБР

Условие селевой опасности Д (мм/сут0,5) Уровни селевой опасности

№ Бассейн основных рек КБР средний Д

1. р. Баксан Д> 0,18-20 0,18 < Д < 0,4 Д > 0,4

2. р. Чегем Д> 0,22-0,24 0,22 < Д < 0,4 Д > 0,4

3. р. Черек Д> 0,18-20 0,18 < Д < 0,4 Д > 0,4

4. по КБР Д > 0,18-20 0,18 < Д< 0,4 Д > 0,4

По указанной методике прогноза разработаны условия возникновения селевой опасности дождевого генезиса на Черноморском побережье Краснодарского края [8]. Минимальное (критическое) значение метеорологической силы дождя А, разделяющее безопасную зону и зону селевой опасности, для данного региона, составляет А = 0,30- 0,35 мм/сут0'5. Зоны средней и повышенной селевой опасности разделяются значением 0,6 мм/сут0,5.

Усовершенствования методики прогноза:

- уточнены реальные значения критических величин предикторов условий возникновения селевой опасности (количество осадков за предшествующий возникновению селеопасной ситуации п дневный период, Хп) применительно к трем ущельям: Баксан-скому (р.Баксан), Чегемскому (р.Чегем), Че-рекским (реки Черек Балкарский и Черек Бе-зенгийский);

- на основе обработки статистического материала выяснилось, что для повышения точности прогноза необходимо учитывать дополнительный параметр, поэтому был введен дополнительный предиктор - критическое значение количества осадков прогнозируемое в день предполагаемого

возникновения селевой опасности, Хр. Сумма значения данного параметра со значением количества реально выпавших за предшествующий п - дневный период Хп осадков (по соответствующей метеостанции) составляет величину значения второго предиктора Х15(15 дней) и позволяет оценить сложившиеся условия, как соответствующие возникновению селеопасной ситуации или отсутствию таковой;

- определены новые зависимости для критериев оценки условий селевой опасности: минимальных (критических) значений дождевых осадков Х15 по Баксанскому (р. Бак-сан), Чегемскому (р.Чегем), Черекским (реки Черек Балкарский и Черек Безенгийский) ущельям.

Оценка условий возникновения селеопасной ситуации в качестве краткосрочного (1224ч.) фонового прогноза для горных и предгорных территорий бассейнов рек Баксан, Чегем, Черек Балкарский и Черек Безенгий-ский, на основе разработанных усовершенствований, реализуется следующим образом:

Алгоритм прогноза: с целью учета суммарного увлажнения грунта рассчитывается по данным соответствующей метеостанции или гидропоста, значение суммы осадков,

выпавших за предшествующий период - дате составления прогноза п - дневный период, Хп(15 дней).

- определяется прогнозируемая суммао-садков на сутки составления прогноза возникновения условий селеопасности. Дается оценка достижения или превышения данным предиктором критических значений, определенных в настоящей работе, для каждого из трех указанных бассейнов;

- суммируя количество «накопленных» осадков Хп и прогнозируемое количество осадков на сутки составления прогноза возникновения условий селеопасности, Хр, получаем значение второго предиктора Х15 = Хп

+ Хр, которое так же оценивается с точки зрения достижения или превышения им критических величин.Таким образом, единовременное достижение или превышение обоими показателями определенных для данных предикторов критических значений (применительно к каждому из трех бассейнов) позволяет охарактеризовать условия как соответствующие возникновению селеопасной ситуации (таб. 3).

Далее приведены данные, полученные по результатам авторской проверки усовершенствованной методики на независимом диагностическом материале 2018-2020 гг. (таб. 4) [5].

Таблица 3 - Условия возникновения селевой опасности по критерию минимальных

значений дождевых осадков Х15 для КБР

№ Бассейны основных рек КБР Условие селевой опасности

селеопасно повышенная селеопасность

осадки в день схода, мм ^ (Хр) за 15 дней, включая день схода, мм h15 метеорологическая сила дождя, А осадки в день схода, мм ^ за 15 дней, включая день схода, мм метеоро-логическая сила дождя, А

1. р. Баксан 5 <Ь1<10 < 30 > 0.2 >10 > 60 > 0.4

2. р. Чегем 5 <Ь1<10 < 30 > 0.2 >10 > 60 > 0.4

3. р. Черек 5 <^<10 < 30 > 0.2 >10 > 60 > 0.4

4. по КБР 5 <^<10 < 30 >0.2 >10 > 60 >0.4

Таблица 4 - Расчет оправдываемости прогноза селевой опасности

№ Бассейны основных рек КБР Условие селевой опасности

селеопасно повышенная селеопасность

прогноз кол. оправдался оправдывае-мость, % прогноз оправдался оправды- ваемость, %

1. р. Баксан 8 5 62 8 5 62

2. р. Чегем 5 3 60 4 3 75

3. р. Черек 11 7 64 19 12 63

4. по КБР 24 15 62,5 31 20 64,5

Заключение. Предлагаемые усовершенствования краткосрочного прогноза позволяют определять (по имеющимся и прогнозируемым метеоданным) условия возникновения активизации селевой опасности в том или ином районе, что чрезвычайно важно для своевременного оповещения о возможности схода селевых потоков и принятия необходимых мер по обеспечению безопасности жизнедеятельности на селитебных горных терри-

ториях. Однако, поскольку все усовершенствования данной методики просчитаны исключительно на диагностическом материале, применение ее в практике краткосрочных фоновых прогнозов селеопасности возможно только после практической апробации на независимом прогностическом материале и при оперативном прогнозировании.

Дополнительные сложности в реализации прогноза селя по прогнозируемым осадкам

связаны с репрезентативностью данных метеостанций, расположенных на значительных удалениях от селевых очагов, при повышенной сложности рельефа и локальном характере ливневых осадков в горах. Это не позволяет получать на регулярной основе достоверные данные по вышеприведенным предикторам.

Надежность краткосрочного прогноза схода селевого потока дождевого генезиса показывает в среднем 64% оправдываемости, что соответствует требованию руководящих документов [9, 10, 11].

Литература

1. Нижеховский Р.А. Наводнения на реках и озерах. - Л.: Гидрометеоиздат., 1989. - 184 с.

2. Перов В.Ф. Селеведение. МГУ (учебное пособие). - М.: 2012. - 270с.

3. Анахаев К.Н., Гегиев К.А., Шерхов А.Х., Гергокова З.Ж. и др. Методические рекомендации по обеспечению противоселевой безопасности объектов экономики (часть 1). Изд. Типография ФГБОУ ВО «КБГАУ им. В.М. Кокова». - Нальчик: ВГИ, 2016. - 60 с.

4. Анахаев К.Н., Макитов У.И., Анаха-ев Х.А. Об условиях возникновения селевой опасности дождевого генезиса в горных районах // Метеорология и гидрология. - 2016. -№6. - С. 59-67.

5. «Кабардино-Балкарский ЦГМС» (Гидрометцентр), КБР, Нальчик (архив 19532020 гг.).

6. Перов В.Ф. и др. Каталог селевых бассейнов Северного Кавказа. МГУ; Москва Нальчик, 2012. - 107 с.

7. Тумель Н.В., Флейшман С.М. Условия формирования селей и меры борьбы с ними. Сборник «Эрозия почв и сели Кабардино-Балкарии». - Нальчик, 1970. - С. 47-57.

8. Пашковская А.А. Метеорологические факторы формирования и развития опасных экзогенных геологических процессов на Черноморском побережье Краснодарского края // Региональные географические исследования. Сборник научных трудов. Под общей редакцией А.В. Погорелова. - 2019. -Выпуск 2(12). - С. 48-53.

9. Сулаквелидзе Г.К., Глушкова Н.И., Фед-ченко Л.М. Прогноз града, гроз и ливневых осадков. - Л., 1970. - 181 с.

10. РД 52.27.724-2019 Наставление по краткосрочным прогнозам общего назначения. ФГБУ «Гидрометцентр России». - М., 2019. - 65 с.

11. РД 52.04.563.2013 Инструкция по подготовке и передаче штормовых сообщений наблюдательными подразделениями. -Санкт-Петербург 2013.

References

1. Nizhekhovskij R.A. Navodneniya na rekah i ozerah. - L.: Gidrometeoizdat., 1989. - 184 s.

2. Perov V.F. Selevedenie. MGU (uchebnoe posobie). - M., 2012. - 270 s.

3. Anahaev K.N., Gegiev K.A., Sherhov A.H., Gergokova Z.Zh. i dr. Metodicheskie rekomen-dacii po obespecheniyu protivoselevoj bezopas-nosti ob"ektov ekonomiki (chast' 1). Izd. Tipo-grafiya FGBOU VO «KBGAU im.V.M. Koko-va». - Nal'chik: VGI, 2016. - 60 s.

4. Anahaev K.N., Makitov U.I., Anahaev H.A. Ob usloviyah vozniknoveniya selevoj opasnosti dozhdevogo genezisa v gornyh rajonah // Meteo-rologiya i gidrologiya. - 2016. - №6. - S. 59-67.

5. «Kabardino-Balkarskij CGMS»

6. Perov V.F. i dr. Katalog selevyh bassej-nov Severnogo Kavkaza. MGU.; Moskva -Nal'chik, 2012. - 107 s.

7. Tumel' N.V., Flejshman S.M. Usloviya formirovaniya selej i mery bor'by s nimi. Sbor-nlk «Eroziya pochv i seli Kabardino-Balkarii».

- Nal'chik, 1970. - S. 47-57.

8. Pashkovskaya A.A. Meteorologicheskie faktory formirovaniya i razvitiya opasnyh ekzo-gennyh geologicheskih processov na Cherno-morskom poberezh'e Krasnodarskogo kraya. // Regional'nye geograficheskie issledovaniya. Sbornik nauchnyh trudov. Pod obshchej redak-ciej A.V. Pogorelova. - 2019. - Vypusk 2(12).

- S. 48-53.

9. Sulakvelidze G.K., Glushkova N.I., Fed-chenko L.M. Prognoz grada, groz i livnevyh osadkov. - L., 1970. - 181 s.

10. RD 52.27.724-2019 Nastavlenie po kratkosrochnym prognozam obshchego nazna-cheniya. FGBU «Gidrometcentr Rossii». - M., 2019. - 65 s.

11. RD 52.04.563.2013 Instrukciya po pod-gotovke i peredache shtormovyh soobshchenij nablyudatel'nymi podrazdeleniyami. - Sankt-Peterburg 2013.