РАСЧЕТ ЗОНЫ СЕЛЕВОГО ПОРАЖЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ ДОЛИНЫ АКСАЙ-ТОН (СЕВЕРНЫЙ СКЛОН ТЕРСКЕЙ-АЛАТАУ)

Загинаев В.В.

Аспирант, Института водных проблем и гидроэнергетики Национальной Академии наук Кыргызской Республики

РАСЧЕТ ЗОНЫ СЕЛЕВОГО ПОРАЖЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ ДОЛИНЫ АКСАЙ-ТОН (СЕВЕРНЫЙ СКЛОН ТЕРСКЕЙ-АЛАТАУ)

Аннотация

В данном исследовании приводится методика расчета зоны поражения селевым потоком на примере горных долин Аксай-Тон (Северный Тянь-Шань, хребет Терскей-Алатау). Для защиты от разрушительного действия селевых потоков и формируемых ими паводков создается система защиты, которая строится на основе информации, характеризующей как селепаводковый поток, так и его воздействие на горную долину. Важнейшей составной частью этой информации является карта зоны селевого поражения горной долины и прилегающей к ней подгорной равнины.

Ключевые слова: селевой поток, зона поражения, Терскей-Алатау, расход селевого потока.

 Zaginaev V.V.

Postgraduate student, Institute of water problems and hydropower, National Academy of Science

CALCULATION OF A ZONE OF DEBRIS-FLOW DEFEAT ON THE EXAMPLE OF THE AKSAY-TONE VALLEY (NORTHERN SLOPE OF THE TERSKEY ALATAU)

Abstract

For protection against destructive action of debris-flows and the floods formed by them the system of protection which is under construction on the basis of information characterizing as debris-flow, and his impact on the mountain valley is created. The most important component of this information is the map of a zone of debris-flow defeat of the mountain valley and the piedmont plain adjoining. In this study, the technique of calculating the debris-flow affected area on the example of mountain valleys Aksay-Ton (Northern Tien Shan, Terskey Alatau range).

Keywords: debris-flow, affecting zone, Terskey-Alatau, debris-flow discharge.

Порядок определения зон паводкового и селевого поражения основан на подходе, где процессы прорыва, селеобразования и движения селевых потоков находятся в тесной взаимосвязи.

Прорывной поток при движении вниз по ущелью охватывает либо все днище речной долины, либо какую-то его часть в зависимости от морфологии долины, ее строения и гидрологического характера потока. Поэтому, для определения границ зон паводкового и селевого поражения  учитываются гидрологический, литологический и морфологический факторы. Оцениваются факторы соответствующими параметрами: гидрологический – расходом потока – Q; литологический (селевой или паводковый характер потока) – плотностью потока ρ; морфологический – шириной В днища долины.

Для определения параметров необходимых для расчета зоны паводкого и селевого поражения разбиваются продольные и поперечные профили долины, где отражаются морфология ее днища и прилегающих к нему бортовых участков. По каждому поперечному профилю рассчитываются параметры, характеризующие прорывной поток: расход Q, высота прорывного потока Н,  ширина прорывного потока – В (зона поражения).

Результаты

Расчет границ зоны селевого и паводкового поражения был выполнен для долин Тон и Аксу по Методике определения зон паводкового и селевого поражения. Расчет проводился в соответствии с «Порядком определения зон паводкового и селевого поражения при прорывах горных озер на территории Кыргызской Республики. СП КР 22-102:2001» [1]. При этом использовалась формула 1, И.И.Херхеулидзе [2], преобразованная для определения высоты паводкового потока:

  (1)

В формуле: В - ширина днища; Н - высота потока; Q - расход потока; i – уклон русла.

Использование этой формулы возможно, если известна величина расхода селепаводкового потока, для определения которого  необходимо представлять, как он формируется.

Начальный расход на разных участках был принят согласно Таблице 1, с учетом потери напора потока по длине. Величина потерь расхода зависит от удаления начального профиля от селевого очага.

Таблица 1 - Расходы паводков для расчета зоны селевого поражения по долинам бассейна Аксай-Тон

Долина или участок долины	Расход паводка, м3/сек
Река Курумды до устья реки Ангысай	62
Долина реки Ангысай до её устья	40
Долина реки Тон выше устья Ангысая	71
Долина реки Тон ниже устья  Ангысая до устья  Курумдов	76
Долина реки Тон ниже устья Курумдов до устья реки Аксай	82
Река Джеруй  выше устья реки Четенды	44
Река Джеруй от устья реки Четынды до устья реки Кёксай	72
Кексай выше устья	15
Река Аксай до слияния с рекой Тон	87
Река Тон ниже устья реки Аксай	99

 

Кроме начального расхода в верховьях долин необходимо определить расчетные расходы селепаводковых потоков по р. Аксай и Тон после впадения в них боковых притоков, и после слияния рек Аксай и Тон. При этом исключался маловероятный вариант формирования мощных селевых потоков одновременно в нескольких боковых долинах и в главной долине. При впадении в главную реку бокового притока в расчет принимался максимально возможный расход по боковой или главной реке, к которому прибавлялся бытовой повседневный летний максимальный расход боковой или главной реки.

При расчете зоны поражения важно учитывать фактор обратной трансформации селя в паводок, при котором селевые потоки теряют свою энергию. Это проявляется в сбросе транспортируемого ими обломочного материала, уменьшении их плотности, и трансформации потока по следующей схеме: селевой – селе-паводковый - паводковый. Соответственно с трансформацией потока уменьшается его расход. Ниже селевых очагов горные долины выполаживаются. Полевые наблюдения за трансформацией селе-паводковых  потоков по мере их движения вниз по долине после выхода из селевого очага показывают, что уменьшение расхода потока происходит так, как это показано на графике рис. 1. В результате полевых исследований нами было установлено, что уже через 2 км ниже устья селевого очага расход потока уменьшается на 75%.

 

Рис. 1 - График уменьшения расхода селе-паводкового потока

 

при удалении от устья селевого очага (по результатам полевых обследований)

Для определения расхода селевого потока использовалась следующая формула [3]:

  (2)

Где ζ – Относительная влажность: ,  Θ – Объемная влажность;

Е - пористость селеформирующих грунтов;

Q_в – расход прорывного водного потока до трансформации его в селевой;

С_т – концентрация твердого материалов селевой смеси;

Формула применима при условии, что расход прорывного потока превышает критический для данного селевого очага (Q_в>Q_кр), а поступление потенциального селевого материала (псм)  не ограничено. При прорывах горных озер эти условия выполняются.

Расчеты зон селевого поражения проводились в средних и нижних частях долин, куда доходят селевые потоки в виде паводков. При  этом происходит выпадение из потока грубообломочного материала в виде осадка из навалов глыб и камней. Ниже по долине устремляется поток наносоводный, плотностью ниже 1,4г/см³ [4], расход которого определяет ширину зоны поражения в соответствии с морфологией долины. Для расчета ширины зоны поражения были определены расходы паводков применительно к конкретным  долинам бассейна Аксай-Тон (табл.1).

Для уточнения на местности особенностей рельефа были построены по всей долине поперечные профили Рис. 2 отражающие морфологические особенности местности.

Рис. 2 - Примеры профилей построенных для следующих долин: Профиль 23 – река Тон после впадения Аксая; Профиль 4 – река Корумды; Профиль 2а – река Ангесай

Уклон, являющийся одним из важнейших факторов при трансформации паводкового потока в селевой, определялся в полевых условиях, с использованием GPS приемника, а также по топографическим картам и космоснимкам в программах ArcGIS™,  Google Earth™.

Для определения ширины зоны поражения на каждом участке долины необходимо:

- построить профиль этого участка долины по поперечному створу. Для этого необходимо выполнить профилирование долины с целью определения высоты потока;

- определить глубину селепаводкового потока относительно дна долины.

Заключение

В верховьях реки Курумды расположено прорывное озеро Курумды-восточное, объемом 56 тыс.м³. В конце июля 2015 года ванна озера опасно переполнилась, что было связано с высокой температурой воздуха и активным таянием ледников в 3-ей декаде июля. 4 августа произошло частичное опорожнение озера. Сброс воды произошел через подземный канал стока. Уровень озера после прорыва понизился на 4м и стабилизировался.. По долине Курумды прошел паводок, расходом до 25м³/сек. Обычный расход реки Курумды в это время составляет 6-7 м³/сек.  При других сценариях прорыва возможны расходы намного выше, чем мы наблюдали в 2015 г. Исходя из данных таблицы 1 была построена карта-схема зоны поражения селепаводковыми потоками для бассейна рек Аксай – Тон (Рис.3).

Рис.  3 – Зона поражения селевыми и паводковыми потоками, долин рек Аксай-Тон. Синими точками указаны прорывоопасные озера. Линиями – продольные профили. Населенные пункты – черными точками

Население, проживающее в зоне поражения селевым потоком, должно быть информировано о селеопасных долинах и о зоне поражения в которую попадают жилые постройки, по которым возможно прохождение мощных потоков.  Также важно знать основные характеристики и параметры селевых явлений. На основе прогнозной карты зон поражения селем до жителей проживающих в опасных зонах заблаговременно доводится информация об опасности и на основе этой информации строятся и разрабатываются эвакуационные мероприятия. Для расчета опасной зоны использовалась формула 3 и построенные профили при помощи GPS. На основе этих данных нами была построена карта-схема для защиты жителей долин Аксай – Тон (Северный склон Терскей – Алатау, Иссык-Кульская область) представленная на Рис. 3. В будущем возможны уточнения и изменения этой карты, так как в верховьях долин будут появляться новые озера, прорывные расходы которых могут увеличить принятые для расчета начальные расходы. Однако принципы самой методики расчета останутся неизменными.

Литература

1. Ерохин С.А. СП КР 22-102:2001. Порядок определения зон паводкового и селевого поражения при прорывах горных озер на территории Кыргызской Республики. - Б.: Государственная комиссия при Правительстве Кыргызской Республики по архитектуре и строительству, 2001. 17 с.
2. Херхеулидзе И.И. Скорости течения и русловые характеристики селевых потоков // Тр. Зак НИГМИ. 1972. Вып. 40 (46).
3. Ерохин С.А. Отчет о результатах работ по инженерно-геологическому изучению плотин высокогорных селеопасных озер Киргизии в 1988-1992 гг. Фонды Госгеолагентства КР. – Б., 1992. 289 с.
4. Ерохин С.А. Инженерно-геологическое изучение плотин высокогорных селеопасных озер на территории Таласской, Нарынской, Чуйской и Иссык-Кульской областей Кыргызской Республики. Отчет Инженерно-геологической партии Кыргызской комплексной гидрогеологической экспедиции по работам 2000-2008 гг. Фонды Госгеолагентства КР. – Б., 2008. С. 174-192.

 References

1. Erohin S.A. SP KR 22-102:2001. Porjadok opredelenija zon pavodkovogo i selevogo porazhenija pri proryvah gornyh ozer na territorii Kyrgyzskoj Respubliki. - B.:Gosudarstvennaja komissija pri Pravitel'stve Kyrgyzskoj Respubliki po arhitekture i stroitel'stvu, 2001. – 17 s.
2. Herheulidze I.I. Skorosti techenija i ruslovye harakteristiki selevyh potokov // Tr. Zak NIGMI. 1972. Vyp. 40 (46).
3. Erohin S.A. Otchet o rezul'tatah rabot po inzhenerno-geologicheskomu izucheniju plotin vysokogornyh seleopasnyh ozer Kirgizii v 1988-1992 gg. Fondy Gosgeolagentstva KR. – B., 1992.  289 s.
4. Erohin S.A. Inzhenerno-geologicheskoe izuchenie plotin vysokogornyh seleopasnyh ozer na territorii Talasskoj, Narynskoj, Chujskoj i Issyk-Kul'skoj oblastej Kyrgyzskoj Respubliki. Otchet Inzhenerno-geologicheskoj partii Kyrgyzskoj kompleksnoj gidrogeologicheskoj jekspedicii po rabotam 2000-2008gg. Fondy Gosgeolagentstva KR. – B., 2008. S. – 174-192.