О важности учета техногенных факторов в формировании ледовых заторов на северных реках

Виктор Васильевич Шепелёв,

доктор геолого-минералогических наук, профессор, академик АН РС(Я), заместитель директора по научной работе Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН, гавный редактор журнала «Наука и техника в Якутии»

В последние десятилетия в мире отмечается неуклонное повышение количества опасных природных явлений. Если, например, в период с 1966 по 1969 гг. ежегодно происходило в среднем около 80 стихийных бедствий, то с 1995 по 1999 гг. среднее их количество возросло до 240 в год [1]. В последующие годы эта тенденция лишь усиливалась. За последние 40 лет число природных катастроф в мире возросло более чем в 4 раза, а суммарный экономический ущерб от них увеличился за это время в 15 раз [2].

Причины повышения частоты и масштабности природных катастроф называются разные (потепление климата, интенсивный рост населения Земли, повышение площадей урбанизированных территорий и т.д.). Однако следует обратить внимание на такой парадокс: техническая мощь и технологическая оснащенность человечества из года в год возрастают, а защищенность людей и хозяйственных объектов от природных катастроф при этом неуклонно снижается. Видимо, в данном парадоксе и заключена главная причина учас-

ж т В. В. Шепелёв

тившихся стихийных бедствий и повышения масштабов их проявления. Ведь все основные природные системы (гидросфера, атмосфера, биосфера, литосфера, криолитосфера и др.) очень тесно сбалансированы между собой посредством разноуровневых и многосторонних связей. Сфера же техногенного воздействия на окружающую среду (техносфера) является, по существу, инородной в динамическом балансе природных систем. Именно поэтому реакция последних на внедрение техносферы, масштабы которой неуклонно возрастают, бывает очень резкой, мощной и часто непредсказуемой. Сегодня уже установленным является, например, факт о так называемых «наведённых землетрясениях», когда резкие подвижки в земной коре инициируются значительным отбором газа, нефти, подземных вод, созданием гигантских горных карьеров, водохранилищ и т.д. По аналогии с «наведёнными землетрясениями», вполне обоснованно можно говорить сегодня и о «наведённых наводнениях». Рассмотрим правомерность этого вывода на примере северных рек.

На фото вверху - проведение взрывных работ на льду по разрушению формирующегося затора

Основной причиной катастрофических наводнений на реках Якутии и в других северных регионах страны является формирование весенних ледовых заторов. За-торообразование - это сложный процесс, зависящий от сочетания многих природных факторов (водности реки в период ледостава, суровости зимы и толщины формирующегося речного льда, высоты снежного покрова, режима вскрытия реки, температуры воздуха в период ледохода, времени и характера вскрытия основных притоков реки, географической направленности русла и течения реки, морфологических и морфометрических особенностей русла и долины реки, состава русловых отложений, мерзлотно-гидрогеологических условий речной долины и т.д.). Однако помимо природных факторов, существенное влияние на формирование и активизацию процессов заторообразования оказывают и различные техногенные факторы. Их можно подразделить на следующие основные группы:

1) факторы, связанные с неправильным или необоснованным применением методов борьбы с заторами;

2) факторы, вызывающие воздействие на русловые процессы реки;

3) факторы, влияющие на увеличение мощности ледового покрова на северных реках.

К первой группе относятся фактические случаи, когда в результате применения различных активных и предупредительных (превентивных) методов борьбы с заторами получается не положительный, а отрицательный эффект. Активные методы (бомбометание и взрывные работы на льду) используются, как правило, для разрушения уже сформировавшихся заторов, когда существует реальная угроза или уже начинается затопление населенных пунктов и хозяйственных объектов. Поспешность использования этих методов в критической ситуации не способствует взвешенному анализу обстановки, оптимальному выбору времени и мест их применения, а также мощности используемых снарядов и зарядов. В результате может наблюдаться не разрушение заторов, а их упрочнение. Как отмечают некоторые исследователи, под воздействием мощных взрывов происходит «встряхивание» скоплений льдин, что обусловливает более плотную их укладку и повышает устойчивость затора. Так, анализ многолетней динамики заторных уровней воды р. Лены у г. Ленска [3-5] показал, что именно в годы, когда осуществлялось активное разрушение формировавшихся весенних заторов льда, уровни и расходы реки на данном участке достигали рекордно высоких значений (рис. 1).

Превентивные меры (ледорезные, радиационно-хи-мические, дноуглубительные, ледорегулирующие и др.) осуществляются до начала ледохода и предназначаются для предупреждения формирования мощных заторов льда вблизи населенных пунктов. В связи с появлением баровых машин широкое применение из превентивных методов в последнее время получили ледорез-ные работы на затороопасных участках северных рек. Однако использование этого метода может приводить и к негативным последствиям, особенно на реках, текущих в северном направлении. Связано это с тем, что при распиловке единого ледового покрова увеличивается количество мелких льдин, которые при ледоходе, обладая большей маневренностью, быстрее достигают кромки невскрытого еще льда. Под напором поступающей сверху воды эти льдины легко могут проталкиваться под крепкий лед, создавая тем самым «затравку» для формирования мощного затора [6, 7].

Вторая группа техногенных факторов связана с воздействием хозяйственной деятельности человека на русловые процессы. К этой группе можно отнести такие факторы, как освоение пойменных территорий под строительство хозяйственных объектов и жилых поселений, возведение подводных магистральных трубопроводов и других инженерных сооружений в руслах и на пойменных участках рек, создание намывных площадей, изъятие русловых отложений для строительных и иных целей и т.д. Подобные факторы вызывают существенные изменения руслового режима рек, транспорта наносов, морфологии дна и морфометрии русел.

Особенно остро реагируют северные реки на заселение человеком пойменных территорий. Ведь пойма - это, по сути, часть русла, в пределах которого

2100"

1900

1700

1500

1300-

1100-

900-

700-

500-

б

• а

Ш X Ж^ 1  V •

щ • % • /

• •

И" • *  •• • • • *

0

5000 10000 15000

Расход воды, куб. м/с

20000

25000

Рис. 1. График связи максимальных заторных уровней и расходов воды р. Лены у г. Ленска [5]:

а - без активных противозаторных мероприятий; б - затор разрушался

бомбометанием

происходит пропуск паводкового стока. По некоторым оценкам поймы могут аккумулировать до 80% паводкового стока рек. Застраивая поймы и ограждая их от рек дамбами, человек, по существу, сводит к нулю эту мощную стокорегулирующую функцию пойменных территорий, повышая тем самым вероятность заторообразо-вания на подобных участках и формирование высоких паводковых уровней воды на реках.

Существенное влияние на формирование заторов оказывают различные инженерные сооружения, возводимые в руслах северных рек. Ярким примером такого воздействия может служить образование мощного затора на р. Лене в мае 2010 г. у пос. Хатассы (Центральная Якутия), вызвавшего небывалый (повторяемостью 1 раз в 100 лет) подъем уровня воды и катастрофическое наводнение в районе г. Якутска и в Хангаласском улусе республики [8]. Причиной образования затора послужили ремонтные намывные работы в траншее подводного газопровода, пересекающего р. Лену в створе Хатассы - Павловск, и укладка второй нитки газопровода в этом месте (рис. 2). Данный пример свидетельствует о высокой чувствительности даже таких крупных водотоков, как р. Лена, к вмешательству человека в естественные русловые процессы рек.

Третья группа техногенных факторов связана с воздействием деятельности человека на повышение мощности ледового покрова на реках. Проявляется это воздействие, прежде всего, на тех участках северных рек, где в зимний период со льда убирается снежный покров (ледовые переправы, посадочные полосы для малой авиации и автозимники, проложенные по речному льду, и т.д.). Лишаясь теплоизолирующего влияния снежного покрова, реки на подобных участках промерзают на значительную глубину. Увеличивается также по площади, мощности и протяженности область припая, где происходит смерзание ледового покрова с донными речными и береговыми отложениями. Все это создает благоприятные условия для формирования на таких участках крупных заторов льда в период весеннего вскрытия северных рек. Так, в 70-е годы прошлого столетия в районе г. Среднеколымска ежегодно формировались крупные заторы льда на р. Колыме, вызывающие катастрофическое подтопление городской территории. Рассматривался даже вопрос о переносе города на новое, более возвышенное место. Оказалось, что причиной активизации заторообразования послужило создание в зимний период в русле р. Колымы, вблизи г. Среднеколымска, ледовой посадочной полосы для

Рис. 2. Намывные работы в створе подводного перехода магистрального газопровода через р. Лену,

способствовавшие формированию 20 мая 2010 г. исторического (повторяемость 1 раз в 100 лет) заторного подъема уровня воды у пос. Табага и небывалому наводнению в Хангаласском улусе РС(Я) [8]

самолетов малой авиации. Как только в городе был построен аэропорт на берегу, частота образования заторов резко сократилась [9].

Существенно повышают вероятность формирования заторов льда на северных реках и ледовые переправы, сооружаемые вблизи населенных пунктов. В районе г. Якутска, например, ежегодно создается несколько подобных переправ, которые, безусловно, служат дополнительным фактором заторообразования.

Все изложенное свидетельствует о том, что, по существу, сегодня следует говорить не столько о негативном воздействии вод на населенные пункты и объекты экономики, сколько о негативном влиянии человека и его техногенной деятельности на природные воды в целом и режим северных рек, в частности. Ущербы, которые несет человек от наводнений, - это цена, которую он платит за свое необоснованное вмешательство в жизнь речных систем.

Список литературы

1. Шныпарков, А. Л. Распространение и динамика катастрофических явлений /А. Л. Шныпарков //Современные глобальные изменения природной среды. - М.: Научный мир, 2006. - Т. 2. - С. 597-616.

2. Гуменюк, В. И. Концептуальные основы защиты в чрезвычайных ситуациях /В. И. Гуменюк // Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций. Оценка рисков возникновения чрезвычайных ситуаций. - М. : Центр «Антистихия» МЧС России, 2010. - С. 14-32.

3. Кильмянинов, В. В. Катастрофическое наводнение на р. Лена у г. Ленск в 2001 г. / В. В. Кильмянинов // Метеорология и гидрология. - 2001. - № 12. - С. 79-83.

4. Кильмянинов, В. В. Заторы - ледовые монстры рек Якутии / В. В. Кильмянинов, В. М. Тазатинов, В. В. Шепелев // Наука и техника в Якутии. - 2001. -№ 1. - С. 36-40.

5. Предложения по снижению влияния природных и техногенных факторов при наводнениях в г. Ленске и бассейнах рек Республики Саха (Якутия) / В. Р. Кузьмин, П. Р. Шишигин, В. И. Кузьмич, В. В. Шепелев, В. В. Кильмянинов и др. - Якутск: Ин-т мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН, 2001. - 115 с.

6. Клавен, А. Б. Лабораторные исследования процесса формирования заторов льда и эффективности противозаторных мероприятий на р. Лена у города Ленск / А. Б. Клавен, В. А. Бузин, З. Д. Копалиани и др. // Доклады VI Всероссийского гидрологического съезда, секция 2. - М. : Метеоагентство Росгидромета, 2006. - С. 154-159.

7. Отчет о научно-исследовательской работе «Усовершенствовать теоретическую базу и методику прогноза заторных наводнений на реке Лена у города Ленск с учетом противозаторных мероприятий на основе гидравлического моделирования» / З. Д. Ко-палиани, В. А. Бузин, А. Б. Клавен, В. И. Теплов и др. -СПб : Государственный гидрологический институт, 2003. - 248 с.

8. Кусатов, К. И. Антропогенный фактор в зато-рообразовании и весеннем наводнении при ледоходе на р. Лена / К. И. Кусатов, А. П. Аммосов, З. Г. Корнилова, Р. Н. Шпакова // Метеорология и гидрология. - 2012. -№ 6. - С. 54-60.

9. Архипов, А. Лед пилить - не дрова рубить / А. Архипов //Якутия. - 2002. - № 83.

шът ку&тг

1К Ч Л ^ по 11Ч И ^ н! К'Э:.; Г<

Козлов, В. И. АРИТМИЯ СОЛНЦА. В космических лучах / В. И. Козлов, В. В. Козлов ; отв. ред. Г. Ф. Крымский. - Якутск : Изд-во ФГБУН Ин-т мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН, 2014. - 238 с.

ИВ!В5Й!!Ш|!жюш1

Монография посвящена рассмотрению переходных режимов солнечного ветра различных масштабов по изучению «групповых» особенностей поведения космических лучей. Установлено, что нелокальные свойства замагниченной среды, проявляющиеся в коррелированности флуктуаций космических лучей вблизи ударной волны, могут быть использованы для ее прогноза с заблаговременностью ~1 сутки, а на больших масштабах и... активной фазы солнечного цикла. Так, впервые был дан прогноз максимума нового 24 цикла, с заблаговременностью ~1 оборот Солнца. На базе мониторинга космических лучей сделан вывод, что максимум текущего цикла пройден в 2012 г. и, начиная с 2013 г., началась геоэффективная фаза начала ветви спада 24 цикла. Более того, космические лучи могут дать ценную информацию и о возможном развитии 11 -летнего цикла на несколько лет вперед: еще в 2006 г. нами был сделан вывод о грядущем сбое 11-летнего цикла. Сейчас это уже свершившийся факт.

Книга адресована специалистам в области космических лучей и широкому кругу читателей, интересующихся проблемами солнечно-земной физики.