Система мониторинга оползней в Кыргызстане

/00 Civil SecurityTechnology, Vol. 10, 2013, No. 4

УДК 614.8

Система мониторинга оползней в Кыргызстане

ISSN 1996-8493

© Технологии гражданской безопасности, 2013

И.А. Торгоев

Аннотация

В докладе рассмотрены методы, средства и результаты мониторинга оползней в Кыргызстане. Мониторинг, включая раннее предупреждение об оползневой угрозе, основаны на регистрации и анализе разносторонней информации, в том числе данных дистанционного зондирования, геофизических исследований, режимных геотехнических, гидрометеорологических и сейсмических наблюдений.

Ключевые слова: геофизические исследования оползней; мониторинг оползней.

System Monitoring Landslides in Kyrgyzstan

ISSN 1996-8493

© Civil Security Technology, 2013

I. Torgoev

Abstract

The report discusses the methods, means and results of the monitoring of landslides in Kyrgyzstan. Monitoring, including early warning of landslide threat, based on recording and analysis of diverse information, including remote sensing, geophysical surveys, geotechnical regime, meteorological and seismic observations.

Key words: geophysical investigations of landslides; monitoring landslides.

В последние годы в горных районах Кыргызстана на фоне происходящего изменения климата отмечается существенное возрастание оползневой активности, особенно в южных районах страны, где выпадает наибольшее количество (1200 мм/год) атмосферных осадков. За период 1993—2013 гг. в стране возникло только 320 крупных (V > п • 105 м3) оползней, под которыми погибло 256 человек, а прямой экономический ущерб от оползней составил в среднем 2,5 млн долл. в год.

Все это предопределяет необходимость организации и ведения мониторинга процессов гравитационного смещения масс для предупреждения оползневых катастроф, обеспечения безопасности населения, объектов экономики и инфраструктуры. Под мониторингом понимается информационная система режимных наблюдений, оценки и прогнозирования состояния геологической среды (ГС), позволяющая выявлять тенденции (тренды) в изменениях ее при-

поверхностных частей (склонов), приводящие к возрастанию риска возникновения новых и реактивиза-ции старых оползней. Применительно к характеру и масштабам освоения горных районов в Кыргызстане для получения представительной информации об изменениях состояния ГС, с целью прогнозирования оползневых процессов, мониторинг одновременно осуществляется на трех масштабных уровнях: региональном, локальном и детальном [1].

Региональный мониторинг охватывает крупные экономико-географические регионы, включая всю территорию Кыргызстана, и дает общее представление о подверженности территории страны оползневым процессам, пространственно-временных изменениях оползнеопасных территорий, возможном ущербе, который оползни могут нанести окружающей среде и крупномасштабным объектам техносферы. Получаемая в процессе регионального мониторинга информация находит применение при состав-

лении схем размещения производительных сил и объектов экономики, инфраструктуры, генеральной комплексной схемы инженерной защиты территории от опасных процессов гравитационного смещения масс [1].

Локальный мониторинг подразумевает наблюдения в пределах водосборных бассейнов или в границах влияния крупных горнопромышленных агломераций, каскадов ГЭС. Охватывая территории площадью от 10 до 100 км2, локальный мониторинг должен давать уже более полное представление о развитии оползневых процессов в пределах существующих или проектируемых горнопромышленных комплексов или крупных гидротехнических сооружений. Получаемая информация используется в первую очередь для оценки риска прямых и косвенных последствий оползнеобразования, а также при составлении генпланов городов и промкомплексов, предпроект-ных проработок (ТЭО), проектировании инженерных мероприятий по защите территории, сооружений от обвально-оползневых процессов.

При региональном и локальном мониторинге оползней в труднодоступных горных районах в настоящее время широко используются аэрокосмические методы, в частности, данные дистанционного зондирования Земли (ДДЗ) из космоса.

Детальный мониторинг, как правило, привязан к конкретному оползню или участку неустойчивого склона, откоса (рис. 1). Получаемая в процессе детального мониторинга информация используется для прогнозирования и раннего предупреждения оползневой угрозы, назначения мер по снижению риска и предупреждению чрезвычайной ситуации.

При детальном мониторинге ведущая роль пере-

ходит к наземным (геотехническим и геофизическим) методам исследований и изысканий, а также режимным наблюдениям с использованием специальной аппаратуры (GPS), систем автоматизированного контроля в режиме реального времени, оснащенных специальными датчиками (экстензометры, инклинометры, пьезометры, геофоны, осадкомеры) и соответствующими устройствами раннего оповещения об угрозе оползневой опасности.

Аппаратура для мониторинга оползней. Комплекс приборов и аппаратуры, разработанных и эксплуатирующихся в НИЦ «Геоприбор», включает: датчики для контроля оползневых деформаций и смещений; портативный цифровой геотестер для регистрации данных о величине смещения непосредственно на месте установки датчика и по радиоканалу; многоканальную систему регистрации оползневых смещений с передачей данных по радиоканалам и устройством раннего предупреждения о надвигающейся угрозе схода (разгрузки) оползней, пьезометры различного типа; датчики и регистраторы акустической и электромагнитной эмиссии в массиве горных пород для мониторинга скальных оползней. В качестве датчиков регистрации смещений оползневых блоков используются тросовые экстензометры различных модификаций с диапазоном регистрируемых смещений от 0 до 2000 мм и допустимой погрешностью измерения перемещений до 0,5 мм. Все датчики и аппаратура могут устанавливаться под землей в герметичных водонепроницаемых контейнерах с целью предотвращения несанкционированного доступа к ним людей и животных.

Датчики-экстензометры могут подключаться к радиопередатчику с антенной и автономному источ-

Рис. 1. Результаты геофизических (электро- и сейсмометрических) исследований оползня «Кайнама» (черный контур) с указанием геофизических профилей (белые линии), представленных в виде 3-х мерной геолого-геофизической

модели неустойчивого склона

См! SecurityTechnology, Vol. 10, 2013, N0. 4

нику питания. С каждого такого пункта мониторинга (ПМ) в заданном режиме (например, один раз в час) передается в эфир модулированный по частоте радиосигнал. Пункт сбора и регистрации (ПСР) автоматизированной системы мониторинга состоит из приемной системы (антенны), радиоприемного устройства, пульта идентификации каналов, блока индикации принимаемой по радиоканалу информации о величине оползневых смещений, блока аварийно-предупредительной сигнализации. Максимальное удаление ПМ от ПСР составляет 2 км. В тех случаях, когда инкремент смещения превысит некоторый заранее заданный критический порог, на ПСР срабатывает звуковая и световая сигнализация, предупреждающая дежурного диспетчера и людей об угрозе схода оползня и возможной ЧС.

Результаты мониторинга. Опыт и практика многолетней эксплуатации приборов, аппаратуры геомониторинга в полевых условиях в горнопромышленных агломерациях (Кок-Янгак, Майлуу-Суу, Мин-Куш), в районе Камбаратинской ГЭС-2 подтвердили их эффективность и надежность в части слежения за оползневыми процессами с целью снижения риска оползневых катастроф. С помощью автоматизированной системы мониторинга оползневых процессов впервые получены новые данные, представляющие не только практическое, но и научно-прогностическое значение. Особенно наглядно это проявилось на примере мониторинга и прогнозирования наиболее опасных оползней «Тектоник», «Изолит» и «Кой-Таш» (рис. 2) в районе г. Майлуу-Суу [2]. Так, впервые установлены факты предвестниковых скачкообразных подвижек сейсмочувствительных оползней непосредственно (за 20—50 часов) до сильных (М>6) региональных Памир-Гиндукушских и локальных

Тянь-Шаньских землетрясений, выявлены корреляционные связи скорости смещения оползней с количеством атмосферных осадков и температурой воздуха, изменениями уровня грунтовых вод и сейсмической активности в ближней зоне [2].

В результате анализа данных долговременного непрерывного или режимного мониторинга оползневых смещений и подвижек в Кыргызстане, регистрируемых с помощью описанных выше аппаратуры и приборов, было выявлено несколько основных типов (механизмов) движения оползней. К их числу относятся следующие наиболее характерные типы движения оползней, предваряющие основное, часто катастрофическое смещение:

Нерегулярные движения, состоящие из медленных либо быстрых смещений различной продолжительности, сменяющиеся длительными перерывами в движении (например, оползни «Изолит» и «Тектоник» в Майлуу-Суу);

Скачкообразные подвижки оползней, включающие многократно повторяющиеся подвижки различной амплитуды, как правило, синхронные с сейсмическими и/или иными геодинамическими событиями и чередующиеся с перерывами в движении различной продолжительности от нескольких месяцев до нескольких лет (оползень «Кой-Таш-верх» в Майлуу-Суу);

Крип — включающий длительные, вначале медленные смещения оползней, ускоряющиеся со временем и завершающиеся обрушением склона (оползень «Туюк-Суу» в Мин-Куше, оползень «Кой-Таш» в Майлуу-суу).

Эти отличающиеся по кинематике движения оползней, регистрируемые при мониторинге, объясняются различным механизмом деформирования

Рис. 2. Данные мониторинга оползня «Кой-Таш-верх» в корреляции с атмосферными осадками и локальной сейсмической активностью в радиусе 100 км от оползня

грунтов и скальных пород и влиянием многих внешних факторов. К числу внешних природных факторов, влияющих на характер движения оползней и их прогноз во времени, относятся сезонные (атмосферные осадки, снеготаяние) и геодинамические (землетрясения, взрывы, вибрации) эффекты. Из перечисленных трех моделей движения оползней модель крипа (гравитационной ползучести) является наиболее подходящей и надежной с точки зрения временного прогнозирования и раннего предупреждения, что связано с ее большой потенциальной возможностью предсказания момента времени обрушения склона на основе, установленной рядом исследователей [3], тенденции линейного изменения инверсии скорости смещения хрупких материалов во времени, на стадии третичной ползучести, т.е. перед обрушением оползня.

Мониторинг процессов гравитационного смещения масс в геодинамически активных горно-складчатых регионах является важнейшим звеном всей системы прогнозирования и предупреждения геокатастроф и обеспечения безопасности населения и объектов техносферы. На основе геомониторинга создается возможность отслеживать потенциально опасные экзогенные геологические процессы, изучать закономерности и причинно-следственные связи их развития, что в конечном счете позволяет составлять пространственные и временные прогнозы оползневой угрозы на региональном и локальном масштабных уровнях. Применение ДДЗ и ГИС-технологий для изучения оползневой активности позволили определить основные оползнеобразующие природные и техногенные факторы, выявить наиболее оползнеуязвимые геологические формации, отследить динамику зарождения и развития оползневых процессов. Полученные к настоящему времени результаты показывают, что на основе сочетания дистанционных и наземных геофизических методов зондирования (геотомографии) геологической среды и геоинформационных технологий можно получить ценную информацию, как при большом пространственном охвате влияющих факторов, так и при идентификации и характеризации отдельных оползней. В практическом плане, на основании подобного комплексного подхода обработки и анализа разнородной информации, удалось выполнить прогнозную оценку синергетических рисков от оползней в зонах размещения урановых хвостохранилищ в Майлуу-Суу и Мин-Куше.

Наряду с природными факторами, оползни формируются и под действием техногенных причин. К числу техногенных (антропогенных) относят оползни, возникающие в результате воздействия человека (его хо-

зяйственной деятельности) на геологическую среду. Собственно техногенные оползни — это такие, которые не могут возникнуть без техногенного воздействия на массив горных пород, например, оползни на бортах карьеров, берегах водохранилищ, вдоль транспортных коммуникаций. В практике горных работ известны техногенные оползни объемом в десятки-сотни миллионов кубических метров. К числу чисто техногенных оползней в Кыргызстане относятся оползни и обвалы на карьерах Кумторского (рис. 3) и Макмальского рудников, угольных разрезах.

Рис. 3. Оползень-обвал на борту Центрального карьера высокогорного рудника Кумтор

Анализ опыта работы горнодобывающих предприятий, обобщение результатов натурных инструментальных наблюдений и мониторинга оползневых процессов на рудных месторождениях и угольных шахтах Кыргызстана показали, что активизация динамики земной поверхности происходит не только в период проведения горных работ, но также спустя много лет и даже десятилетий после отработки месторождений. Большое влияние на активизацию склоновых движений в Кыргызстане оказало строительство и эксплуатация крупных гидротехнических сооружений, в особенности водохранилищ (Андижанского, Токтогульского, Камбаратинского и др.).

Литература

1. Торгоев И.А. Геоэкологический мониторинг при освоении ресурсов гор Кыргызстана. Бишкек: Экспонента, 2000. 201 с.

2. Havenith H.B., Torgoev I., Meleshko A. et al. Landslides in the Mailuu-Suu Valley, Kyrgyzstan-Hazards and Impacts. Landslides, 2006, 3, рр. 137—147.

3. Fukuzono T. Recent Studies on Time Prediction of Slope Failure // Landslide News № 4,1990, pp. 9—12.

Сведения об авторе

Торгоев Исакбек Асангалиевич: Научно-инженерный центр «Геоприбор» Института геомеханики и освоения недр Национальной Академии наук КР, директор центра. 720017, Кыргызская Республика, г Бишкек, ул. Медерова, 98. E-mail: geopribor@mail.ru