Проблемы управления экологической ситуацией на горных территориях

Действия по уменьшению потерь.

В уменьшении потерь от сейсмокатастроф решающую роль играют государственные органы по чрезвычайным ситуациям и строительству, сейсмологи и инженеры, работающие в области сейсмостойкого строительства. Какие же основные пути уменьшения потерь при землетрясениях?

Защитные мероприятия, необходимые для уменьшения ущерба от землетрясений, можно классифицировать следующим образом: 1) постоянно проводимые мероприятия, основанные на сейсмическом районировании и долгосрочном прогнозе; 2) оперативные защитные мероприятия, которые необходимы, когда предсказан момент землетрясения.

Первый комплекс включает:

1. сейсмостойкое проектирование зданий и сооружений;
2. ограничения в землепользовании, прежде всего в размещении новостроек;
3. укрепление сооружений и сейсмостойкое строительство;
4. демонтирование недостаточно сейсмостойких сооружений, укрепление которых экономически нецелесообразно;
5. ограничения в размещении опасных и легко повреждаемых объектов внутри зданий;
6. определение возможного ущерба для конкретных объектов, разработка сценариев необходимых действий и подготовка их финансирования;
7. обучение и тренировка населения и специальных служб, создание материальных резервов, специализированное страхование, налоги и субсидии;
8. исследования по прогнозу времени и силы землетрясений.

Второй комплекс защитных мероприятий включает:

1. развертывание комплекса геофизических наблюдений для уточнения сейсмической опасности;
2. пересмотр очередности строительства и капитального ремонта;
3. усиление общественных служб (пожарной, медицинской и т. д.) и введение в действие специальных правил регламентации экономики и общественного порядка;
4. повышение частоты учебных тревог, мобилизация спасательных служб;
5. частичная эвакуация населения и подготовка к возможным восстановительным работам.

Сейсмологами Кыргызстана выполняется большой объем работ, направленных на уменьшение ущерба от сейсмокатастроф и имеющих вероятностную основу. К сожалению, не все люди хорошо понимают вероятностную природу оценки сейсмической опасности; от науки ждут четких и ясных ответов, а не неопределенных заключений. Вместе с тем, результаты последних лет позволяют с оптимизмом смотреть в будущее. В 1994 г. учеными Института сейсмологии Национальной Академии наук была составлена15 первая долгосрочная (на 5 - 10 лет) карта прогноза сильных землетрясений на территории Кыргызстана, где были выделены наиболее сейсмоопасные районы. После составления этой карты за период 1995 - 1999 гг. на территории республики произошло 10 сильных землетрясений с К = 13 - 14 или с магнитудой ML = 5,0 - 5,9 с сотрясаемостью 6 - 7 баллов. Из них эпицентры 9 событий «попали» в районы ожидаемых землетрясений (РОЗ), выделенных в 1994 г., среди них: 7-балльное Шудманское 20.02.1995 г., Кошдебинское 9.01.1997 г., Барскаунское 18.01.1997, Ат-Башинское 29.05.1998 г. и Кеминское 6.12.1999 г. Эти подтвердившиеся прогнозы вселяют уверенность в том, что проблемы долгосрочного и среднесрочного прогноза могут быть успешно решены в ближайшее время. В 1995 г. сейсмологами республики составлена новая карта сейсмического районирования, где выделены наиболее опасные зоны с сотрясаемостью 9 - 10, 9 и 8 баллов, что позволит правильно проектировать и строить новые сооружения, обеспечивающие их сейсмостойкость.

Мы уверены, что сейсмологи, строители, архитекторы, проектировщики, домовладельцы, правительственные чиновники - каждый житель горных стран, кто участвует в процессе строительства, может внести свой посильный вклад в уменьшение сейсмического риска. Сейсмологи должны создавать новые точные карты сейсмической опасности, строителям необходимо обеспечить высокое качество материалов и работ. Архитекторы и проектировщики должны следить за тем, чтобы здания не строились на разломах, крутых склонах или в заболоченной местности; домовладельцам необходимо ремонтировать и укреплять старые дома, а правительственным чиновникам нужно вовремя вводить правила сейсмостойкого строительства, контролировать их выполнение и обеспечивать планомерное выполнение научных и изыскательских работ по сейсмологии.

Оползни.

Условия формирования и типы оползней.

Человечество в своем развитии всегда было вынуждено бороться с неблагоприятными и опасными явлениями природы. Особую актуальность данная проблема приобретает при освоении горных территорий. Это связано в первую очередь со сложностью горно-геологических, климатических и сейсмических условий горных регионов.

Интенсивное освоение горных и предгорных территорий Кыргызстана, строительство автомобильных и железных дорог на горных склонах и их подножиях, возведение гидроэлектростанций на горных реках неизбежно сопровождается негативным воздействием на окружающую среду, изменением установившегося природного равновесия. Такая антропогенная деятельность в сочетании с природными и климатическими условиями приводит к активизации естественного процесса пенеплена; на склонах начинают интенсивно развиваться гравитационные процессы - оползни и обвалы.

Оползень - это смещение на более низкий гипсометрический уровень части горных пород склона без потери контакта между смещающимися и неподвижными породами.16 Возникновению оползней предшествует ряд механических причин, и это необходимо учитывать при изучении отдельного оползня как явления или при оценке оползневой опасности склона или региона. Одно из наиболее общих условий для нестатического состояния - это наличие склона, так как для появления сдвигающих сил и касательных напряжений, в результате которых может начаться смещение, необходима составляющая силы тяжести, направленная тангенциально к поверхности.

Отличительной особенностью оползневых процессов в горно-складчатых областях является то, что оползни в основном формируются в покровных образованиях, залегающих на породах коренной основы горных склонов, и происходят зачастую внезапно. Так, оползни, происшедшие на территории Кыргызстана только в 1994 году, унесли жизни более 100 человек, нанеся материальный ущерб около 1 млн. долларов США.

Оползни - одно из наиболее распространенных стихийных бедствий в горах Кыргызстана. Они связаны с геодинамическими процессами верхней части земной коры, с геомеханическими процессами, протекающими как в горном склоне, так и в покровных образованиях. Следует особо отметить, что по изменениям, происходящим на поверхности склона, можно судить об интенсивности процессов, протекающих в глубинных его частях.

Люди издревле обживали в горах самые красивые и удобные для ведения хозяйства места, которые, как правило, являются потенциально опасными - это надпойменные террасы, зоны тектонических разломов, т.е. наиболее орошаемые земли, с мощным почвенным покровом. В зонах надпойменных террас наиболее пригодные места для выпаса скота, здесь нет проблем с водой для питья и полива угодий. Зоны разломов - это минеральные и целебные источники. Курорты Кыргызстана: Жалал-Абад, Иссык-Ата, Джергалан, Джеты-Огуз - расположены в живописнейших местах, их целебные источники известны всему миру, в то же время - это зоны потенциального риска активизации оползней.

Оползневые процессы в горах развивались всегда. Это обусловлено, прежде всего, тем, что одновременно с процессом горообразования развивается процесс пенеплена, т.е. естественного разрушения и медленного смещения к подножию гор продуктов выветривания пород. Развивается вековая ползучесть, при этом деформации ползучести не обязательно переходят в оползневые деформации. Однако в сочетании с другими природными процессами, такими, как землетрясения, поднятие уровня грунтовых вод, продолжительные атмосферные осадки в виде дождя и снега, потенциально оползневые склоны представляют прямую угрозу жизнедеятельности человека в горах и экономике республики. Существенную роль в активизацию оползневых процессов вносит антропогенная деятельность. Выработанные пространства при добыче полезных ископаемых, подрезка склонов при проведении линейных сооружений, размещение сельскохозяйственных угодий на склонах и их полив - все это приводит к образованию новых и активизации сформировавшихся оползней.

Кыргызская Республика принадлежит к числу стран с развитой оползневой активностью. Наибольшее количество оползней проявляется в средне- и высокогорных областях. Наиболее крупные оползни (до 1 млн. м³) формируются в предгорной зоне, площадь, пораженная оползнями, составляет более 8000 км².

Оползневые процессы на территории Кыргызстана развиваются в основном на площади распространения мезо-кайнозойских отложений. Здесь выявлено единичное и сплошное развитие оползней в элювиально-делювиальном чехле коренных пород. Большое их количество приурочено к площади распространения сланцевой толщи. Интенсивность проявления оползней обусловлена сложным геологическим строением, крутосклонным рельефом местности, составом и свойствами грунтов, покровных образований и пород коренной основы горных склонов, неотектоникой, количеством атмосферных осадков и изменением уровня грунтовых вод. В результате многолетних наблюдений за проявлением оползневых процессов в Кыргызстане установлено, что массовое проявление оползней отмечено в многоводные годы и при максимальном положении уровня грунтовых вод. Всего на территории юга Кыргызстана насчитывается более 2500 оползней. Из них 98% приурочено к первичным оползневым склонам, при этом 59% оползней развито на склонах северной, северо-восточной и северо-западной экспозиций. Более половины оползней (63%) формируются на очень крутых эрозионных склонах. Из всех обследованных оползней насчитывается 50% поверхностных, т.е. таких, у которых длина по падению намного превышает мощность покровных отложений. Из них оползни течения (потоки) составляют 24%, оползни скольжения - 5% и оползни сложного движения - 24%. При этом 56% оползней имеют глубину захвата от 1,5 до10 м. С проявлением подземных вод связано 20% оползней, 36% из них образовалось при постоянном уровне подземных вод.17

Оползневые участки в Кыргызстане в основном расположены вдоль русл рек и часто имеют линейное распространение. Развитие современных оползней происходит как на теле древних оползней, так и на склонах, еще не затронутых оползневыми процессами, причем новые оползни образуются чаще, чем активизируются старые.

Основные очаги распространения оползней зарегистрированы в низовьях р. Чаткал, на северных склонах Алабука-Караванской впадины, среднем и нижнем течении р. Карасу-западная, среднем течении р. Майлуу-Суу, на левобережье р. Караунгур, бассейнах рек Кугарт, Яссы, Кара-Дарья, Гульча, Тар, Алайку и др.

Оценка оползневой опасности и прогноз активизации оползней.

Основной проблемой при освоении горных и предгорных территорий, обеспечения безопасного проживания в горах людей является оценка вероятности возникновения и развития оползней и снижение ущерба от них. Анализ проявления оползней в бассейнах крупных рек, таких, как Кугарт, Майлуу-Суу, Кара-Унгур, Яссы, Кара-Дарья, показал, что активизация оползней происходит с определенной периодичностью, отмечаются годы с максимальным их проявлением и минимальным.

Активизация оползней связана с такими природными факторами, как годовое количество атмосферных осадков, землетрясениями, поднятием уровня грунтовых вод Сопоставление данных по проявлению этих явлений с 1969 года по 1998 год указывает на их определенную периодичность, что позволяет перейти к долгосрочному прогнозу оползней. В пределах выделенного промежутка времени прослеживаются периоды с длительностью 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10 - 13, 18 - 22, 31, 61 год и ряд других, сдвинутых по времени в зависимости от конкретных географических, геологических и климатических условий.

Интерпретация этих природных явлений позволяет выявить аномалии, которые можно с достаточной степенью достоверности принять за предвестники катастрофических явлений. Обработка экспериментальных данных наблюдений за проявлением опасных природных явлений позволила выделить временные промежутки с наибольшим их количеством. Максимальное количество оползней активизируется с периодичностью 9 лет (+1). Сильные землетрясения повторяются с периодичностью 8 лет (+1). Определенной периодичностью обладает и выпадение осадков. Засушливые годы сменяются годами, в течение которых выпадает более 1000 мм. (осадков). Большое количество атмосферных осадков выпадает с периодичностью каждые 4, 7, 9, 10, 13, 14, 21 и 48 лет. Наибольшее суммарное количество осадков в год повторяется каждые четыре, семь и девять лет. При сопоставлении периодов максимального проявления оползней, землетрясений, выпадения осадков и поднятия уровня грунтовых вод явно прослеживается их взаимосвязь и периодичность. Для всех этих явлений характерен 9-летний (+1 год) период максимальных значений. Четырехлетние периоды совпадают для таких катастрофических явлений, как оползневая активность, землетрясения, осадки. Следует обратить особое внимание на связь и периодичность проявления оползней и землетрясений.18 При землетрясениях силой до 7 баллов активизируются сформировавшиеся оползни, смещающиеся непосредственно при землетрясениях или в течение 1 - 6 месяцев после них. При землетрясениях силой более 7 баллов сформировавшиеся оползни сходят непосредственно после землетрясений, а максимальное их количество активизируется и смещается через 1 - 2 года. Как видно из представленных графиков изменения количества катастрофических явлений, наибольшее их проявление зарегистрировано в 1969, 1979, 1988 и 1994 гг. Согласно проведенным расчетам и статистической их обработке, новая фаза активизации оползней в бассейнах рек Кугарт и Яссы начнется с 1998 г. Достоверность сделанного прогноза подтверждается тем, что если в 1996 и 1997 годах количество сошедших оползней составляло 4 - 3, то уже в 1998 году их было 17, а в 1999 - 23. Максимальная активизация оползней ожидается в 2003 - 2004 годах.

Выявленная периодичность активизации оползневых процессов в Кыргызстане позволит заранее подготовиться к этому грозному явлению природы и разработать превентивные мероприятия по снижению ущерба от оползней.

Промышленное и гражданское освоение горных склонов приводит к нарушению их естественного равновесия, вызывая увеличение сдвигающих сил и образование оползней в покровных образованиях. Нередки ситуации, когда на внешне устойчивом склоне через 10 - 15 лет после его освоения (прокладка линейных сооружений, строительство гражданских, промышленных и геотехнических объектов) на нем развиваются оползни, и нередко уже готовый объект приходится переносить на другое место. Это происходит по той причине, что на предварительном этапе проектирования данного объекта не были учтены такие геомеханические параметры склона и покровных образований на них, как напряженное состояние покровных образований, его изменение при сейсмических нагрузках и изменение свойств грунтов при повышении их влажности.

Каждый склон в своем развитии имеет определенные стадии деформирования. Неоползнеопасный склон в течение определенного промежутка времени под воздействием природных факторов проходит следующие этапы. Первый - это подготовка к формированию оползневого тела. В породном массиве склона с покровными образованиями происходит возрастание касательных напряжений, действующих параллельно поверхности скольжения и имеющих максимальные значения по контакту покровных образований с коренными породами. Одновременно увеличиваются и растягивающие напряжения, достигающие максимальных значений на дневной поверхности склона. Изменяются и прочностные характеристики грунта. В зоне концентрации растягивающих напряжений снижается сцепление грунтов, развиваются пластические деформации. При достижении растягивающими напряжениями в покровных образованиях значений, превышающих предел прочности при растяжении, происходит разрушение грунта и образование закольной трещины.

Второй этап развития оползневого процесса - это активизация формирования оползневого тела. В течение этого периода снижается сцепление на контакте покровных образований с коренными породами, начинают развиваться деформации ползучести и при достижении касательными напряжениями, действующими на этом контакте предела прочности грунтов при сдвиге, происходит смещение покровных образований по контакту и формирование оползневого тела с выраженной поверхностью скольжения. Далее происходит смещение оползневого тела. При этом если сдвигающие усилия превышают удерживающие, происходит активизация оползня и его смещение на более низкий гипсометрический уровень на склоне. Процесс оползнеобразования необратим, поэтому прогноз развития этого процесса является одной из наиболее важных проблем при освоении горных территорий.