Результаты оценки лавинной опасности и риска Хибин в
среднем масштабе
Викулина Марина Александровна,
соискатель, ведущий инженер Хибинской учебно-научной
базы географического факультета Московского государственного университета имени
М. В. Ломоносова.
В последнее время в связи с развитием туризма
Хибинский горный массив (западная часть
Кольского полуострова) привлекает все большее число туристов. За зимний период
их приезжает порядка 15 тысяч человек при численности населения г. Кировска –
37 тысяч человек. Основные направления
зимнего туризма – это горнолыжное катание, горные лыжные походы, альпинизм,
маршруты на снегоходах. Все большее распространение получает фрирайд (катание вне трасс).
Все эти виды деятельности происходят в зонах
возможного схода лавин. И как показал 2006 год – год лавинных катастроф в
Хибинах – увеличение туристического потока приводит к увеличению катастрофических
лавинных событий. За год в 4-х лавинах погибли 6 человек, и все они были
приезжими людьми. Для оценки лавинной угрозы и уменьшения количества жертв от лавин на
данном этапе необходима оценка лавинной активности, опасности и риска всего
горного массива.
В СССР было принято проводить оценку
характеристик лавин и пространственно-временных показателей лавинной
деятельности и называть это «лавинной опасностью». Однако необходимо отделять
понятие «лавинная активность»,
которое характеризуется геофизическими показателями лавинной деятельности и
показывает интенсивность лавинопроявления и понятие «лавинная опасность», которое уже связано с типом использования территории,
ее освоенности и несет в себе социальную составляющую [Вильчек и др., 2005;
Викулина, Шныпарков, 2007]. Предыдущие карты и методы оценки не утрачивают
ценность, но являются картами и методами оценки лавинной активности.
На современном этапе накопление, обработка и
хранение информации, создание тематических карт уже невозможно без
использования ГИС-технологий. На территорию Хибин создается полимасштабная ГИС
«Хибины» с разделом «Лавины» [Викулина, Черноус, 2006; Викулина, 2007].
Основной массив данных привязан к цифровой основе 1:50000 масштаба. На ее
основе создаются различные карты, характеризующие лавинную деятельность.
Оценка и картографирование лавинной
деятельности производится в разных масштабах – от мелкого до крупного. Средний
масштаб для лавиноведения удобен тем, что в нем, возможно, проводить оценку для
всей горной страны, и при этом
характеризовать лавинную деятельность количественными показателями.
Первым
шагом на пути к оценке лавинной опасности становится оценка лавинной
активности, которую проводят с помощью параметров, характеризующими
интенсивность лавинного процесса на данной территории. На рисунке 1 представлен
результат оценки лавинной активности Хибин [Викулина, 2007], где активность представлена
синтетическим показателем - степень лавинной активности, сочетающим в себе
такие параметрами, как повторяемость лавин и число лавинный очагов на
Оценка лавинной опасности в Хибинах: методика
и результаты
Если исходить из того, что лавинная опасность – это существование угрозы для определенного типа объекта
на конкретной территории вследствие схода снежной лавины, то для оценки
лавинной опасности, кроме учета геофизических параметров лавинной активности
необходимо использовать социально-экономические показатели [Вильчек и др.,
2005; Викулина, Шныпарков, 2006]. Поскольку
уязвимость объектов к воздействию опасного природного процесса разная,
то и опасность для них должна отличаться. Очевидно, что для оценки лавинной
опасности первоначально необходимо определить типы объектов, по отношению к
которым будет производиться данная оценка на конкретной территории, и геофизические параметры
лавинной деятельности, затем выявить уязвимость каждого из выделенных типов объектов (табл.2).
Таблица 1.
Определение степени лавинной активности
в мелком и среднем масштабах.
Повторяемость лавин
за год |
Число
лавинных очагов на 1
погонный км дна долины |
|||
|
< 1 |
1 – 5 |
> 5 |
|
1 |
2 |
3 |
||
<
0,1 |
1 |
2 |
3 |
4 |
0,1 – 1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
> 1 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Рис. 1. Фрагмент карты степени лавинной активности Хибин
в масштабе 1:200000: 1 – низкая; 2 – средняя; 3 – высокая.
В настоящей работе предложены методы оценки степени лавинной опасности в среднем (1:200000) масштабе на примере Хибинского
горного массива.
Алгоритм оценки лавинной опасности зависит от масштаба оценки и типа объекта, для которого данную оценку производят (табл. 2). В зависимости от
масштаба на карте могут быть выделены только определенные типы объектов. В
среднем масштабе можно выделить, а соответственно и оценить
лавинную опасность для таких
объектов, как население, населенные пункты, транспортные коммуникации и др.
Таблица 2.
Алгоритм
оценки лавинной опасности.
1 |
масштаб |
|||
мелкий |
средний |
крупный |
||
1:50000–1:100 000 |
крупнее 1:25 000 |
|||
2 |
объект |
|||
территориальные
комплексы населения и хозяйства |
типы объектов: населенные пункты,
население, транспортные коммуникации и т.п. |
виды объектов: комплекс
зданий, сооружений, население исследуемой территории и т.п. |
виды объектов: жители жилых
зданий, сами здания в зависимости от их капитальности, участки автомобильных,
железных дорог, трубопроводы, производственные здания и сооружения |
|
3 |
выбор характеристик интенсивности лавинной
деятельности |
|||
густота лавинных очагов на |
зависят от типа объектов для населения – повторяемость + густота или количество лавиносборов
на 1 км2; для транспорта – повторяемость лавин, выходящих
на дно долины + густота |
зависят от вида объекта и его расположения относительно
минерального конуса выноса для комплекса зданий - повторяемость
лавин, выходящих на дно долины + максимальная дальность выброса + средние
объемы лавин, выходящих на дно долины; для человека,
находящегося на склонах –
повторяемость лавин |
максимальная дальность выброса
лавины; обеспеченность дальности выброса; динамические характеристики лавины (скорость, сила удара и др.) |
|
4 |
оценка лавинной активности, показатели |
|||
степень лавинной активности в пределах в пределах лавинного склона района долины |
интегральный показатель, характеризующий
лавинную активность лавиносборов или совокупности лавиносборов (определяется
на основе учета сочетаний выбранных параметров лавинной активности) |
зонирование лавиносбора по
интенсивности лавинной деятельности
(по силе разрушительного воздействия в зависимости от выбранного объекта) |
||
5 |
выбор социально – экономических показателей |
|||
степень освоенности плотность населения, туристический
поток и др. |
должны характеризовать освоенность территории и зависят
от типа объекта для транспорта –интенсивность транспортного потока; для населения – максимально возможная плотность населения с
учетом времени нахождения человека на данной территории |
зависят от типа объекта для сооружений – плотность застройки; для населения – максимально возможная плотность с учетом времени
нахождения на данной территории учитывается расположение
объекта относительно минерального конуса выноса лавиносбора |
уязвимость конкретного объекта
к воздействию снежной лавины строения, линейные сооружения - прочностные характеристики объектов; для туристов – количество туристов в день + время использования
маршрута |
|
6 |
расчет социально-экономических показателей |
|||
7 |
синтез геофизических и социально -
экономических параметров |
|||
8 |
оценка и анализ лавинной опасности |
Следующим шагом должен быть выбор тех
характеристик лавинной деятельности, которые оказывают непосредственное влияние
на данный тип объекта и которые надо учитывать при оценке лавинной активности.
Дальнейший этап – определение
социально-экономических показателей, которые характеризуют степень
взаимодействия объекта и лавины.
Количественные значения социально-экономических показателей получают с помощью
статистических данных, экспертных оценок, существующих карт.
Заключительная стадия при оценке
лавинной опасности - синтез
геофизических показателей лавинной активности и социально-экономических
показателей, которые характеризуют уязвимость этого объекта по отношению к
возможному воздействию лавин. Желательно, чтобы
градации геофизических и социально-экономических параметров были едиными для
всех горных районов, что в последствие поможет сделать сравнительную оценку
степени лавинной опасности в различных регионах.
Существуют классификации лавин, где они разделяются
по степени возможного воздействия на объект [Северский, Благовещенский, 1983;
Божинский, Лосев, 1987; Немчинов, 1989; Благовещенский, 1991; McClung, Schaerer, 1993]. Данные схемы основаны на
зависимости последствий воздействия
снежной лавины от ее энергии, высоты падения, массы и силы удара (пример табл.3).
Опираясь на подобные значения необходимо создать таблицы уязвимости разных объектов от снежных лавин.
Таблица 3.
Классификация
разрушительной силы лавины (по А.Н. Божинскому и К.С. Лосеву [1987]; В.П.
Благовещенскому, [1991]).
Размер лавины |
Потенциальный
эффект |
Порядок величин |
||
превышение
лавиносбора, м |
объем лавины, м3 |
давление лавин
тс/м2 (Па) |
||
Маленький осов |
может сбить
человека с ног, частично засыпать |
10 |
1-10 |
0,1 (103) |
Небольшая лавина |
ломает ветки
деревьев, выдавливает окна, может ранить, засыпать, убить человека |
10-102 |
10-102 |
0,1 (103) |
Средняя лавина |
ломает молодые
деревянные здания, автомашины |
102 |
102 - 103 |
1 (104) |
Большая лавина |
валит старый лес,
разрушает каменные сооружения и металлические конструкции |
103 |
105 – 106 |
10 (105) |
Гигантская лавина |
выпахивает русло,
разрушает железобетонные сооружения |
103-5*103 |
107 |
100 (106) |
Параметры для оценки лавинной опасности
ранжируются по трем классам. В общем случае для характеристик лавинной
опасности первый класс соответствует
нарушению функционирования объекта; второй
характеризует повреждение объекта; параметры, отнесенные к третьему классу, приводят к разрушению.
Результатом оценки лавинной
опасности является определение зон с
более низкой и более высокой опасностью, которые показываются на оценочной
карте. Итоговая карта отражает степень лавинной опасности для разного типа
объектов. Очевидно, что полученные значения будут характерны для современных
климатических и экономических условий. При их изменении будет меняться и
степень опасности.
Для примера рассмотрим последовательность
среднемасштабной оценки для населения в Хибинах. В
качестве общего показателя, характеризующего лавинную деятельность в среднем
масштабах, обычно используется такой параметр, как степень лавинной активности (рис.1).
В качестве
социально-экономической характеристики в средних масштабах лучше использовать плотность
населения, которая комплексно характеризует степень освоенности
территории. Для полного учета присутствия людей на горной территории
необходимо применять максимально возможную плотность населения, которые могут находиться в данном месте, включая местное население, туристов и пр.
Для определения максимально
возможной плотности на средне- или крупномасштабной карте выделяются различные
территориальные объекты, такие как, города, промышленные зоны, туристические маршруты,
горнолыжные трассы, места возможного посещения человеком. Для них определяется
численность, находящихся там людей, а затем в
среде ГИС вычисляется плотность
(табл.4).
Итоговая карта оценки степени
лавинной опасности для человека в Хибинах (рис.2) получена путем использования
карт лавинной активности, максимальной плотности населения и выделения контуров
равной степени лавинной опасности, основанной на сочетании различных параметров
лавинной активности и плотности населения согласно графу, представленному в таблице
5.
Таблица 4.
Параметры
для определения освоенности территории.
Полигон |
Определяющий
показатель |
Источник
получения данных |
Максимально возможная плотность людей |
||
города
и населенные пункты |
численность
населения |
отделения
ЗАГС, карты плотности населения, данные по переписи населения |
промышленные
предприятия |
численность
рабочей смены |
администрация предприятия |
горнолыжные
трассы |
максимальное
число человек на трассе в день |
администрация
горнолыжного комплекса, гостиницы, фотографирование и подсчет |
туристические
маршруты |
максимальное
количество туристов, проходящих по маршруту в день |
отделения
МЧС, туристические организации, экспертная оценка |
альпинистские
маршруты |
максимальное
количество восхождений в день |
областная
федерация альпинизма |
места
внетрассовых спусков горнолыжников |
число
человек в день |
экспертная
оценка |
прочие
территории |
максимально
возможное количество человек за день |
экспертная
оценка |
Величина транспортного потока |
||
железные
дороги |
количество
проходящих поездов в сутки |
администрация
депо |
автомобильные
дороги |
количество
проезжающих по дороге автомобилей в сутки |
подсчет,
статистические исследования, АТП, ГИББД |
В Хибинах высокая лавинная опасность
наблюдается в окрестностях г. Кировска, в местах горнолыжных центров, в зонах
горных разработок комбината ОАО «Апатит» и вдоль долин, по которым проходят
туристические маршруты. Районы со средней степенью опасности занимают центральную
часть Хибин.
Низкая степень опасности приурочена к
западным, северным и восточным предгорьям Хибин. Анализ
мест лавинных катастрофических событий
произошедших в Хибинах за последние 30
лет, показывает, что все они находятся в зонах с высокой лавинной опасностью.
Но это не значит, что в местах, где опасность низкая жертв быть не может,
просто вероятность наступления такого события в таких районах ниже.
Таблица 5.
Степень лавинной
опасности для мелкого масштаба: 0 – нелавиноопасно; 1 – низкая; 2 – средняя; 3 –
высокая.
Лавинная активность |
Максимально
возможная плотность людей, чел/км2 |
|||
<1 |
1-10 |
10-100 |
>100 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
0 |
0 |
|||
1 |
1 |
|
||
2 |
|
2 |
|
|
3 |
|
3 |
Рис.2. Степень лавинной опасности для
человека в Хибинах. Оценка проведена в масштабе 1:200000.
Индивидуальный лавинный риск в Хибинах
В последние десятилетия
активно расширяются исследования проблем оценки, анализа и управления риском. Под риском понимается
вероятность нежелательных последствий какого-либо действия, или воздействия. Риск является количественным мерой
опасности и определяется с помощью
статистических данных или имитационных моделей [Мамаев, Андреев, 2002]. Если говорить о лавинном
риске, то - это вероятность потерь, возникающая вследствие воздействия
снежных лавин, за определенное время (например, за год).
Для целей управления риском применяют различные
его уровни, такие как неприемлемый, приемлемый,
допустимый, пренебрежимый, вынужденный [Воробьев, 2005]. На основе опыта других
стран в нашей стране предлагаются следующие градации шкалы
индивидуального риска для уже существующих зданий,
сооружений и т.п.: менее 1∙10-6 – «приемлемый риск»; 1∙10-6 – 1∙10-4
– «допустимый риск»; более
1∙10-4 – «неприемлемый риск».
Для обеспечения безопасности и снижения
жертв в горных районах среди
местного населения и туристов от снежных лавин необходимо проводить оценку
лавинного риска с целью выявления территорий с неприемлемым и допустимым
уровнями риска, в которых необходимо проводить различные противолавинные
мероприятия для его снижения.
На региональном уровне для
расчета индивидуального лавинного риска в качестве исходных положений применяется
методика расчета индивидуального
карстового риска, которая была предложена В.А. Елкиным [2004]. В основе
методики оценки индивидуального риска лежит тезис, что индивидуальный риск есть
функция подверженности населения в пространстве и во времени неблагоприятному
природному процессу на конкретной территории. Разработанная оценка
индивидуального риска учитывает геофизические
параметры природного явления и социально-экономические параметры на рассматриваемой
территории.
Апробация этой методики для расчета лавинного
риска была проведена в НИЛ лавин и селей географического факультета МГУ и
показала достоверные результаты. Оценка индивидуального лавинного риска на весь
горный массив Хибин проводилась автором в среднем масштабе - 1:200000.
Для расчета индивидуального риска
необходимы сведения, как о параметрах лавинной
деятельности, так и об уязвимости населения. Для Хибин были использованы лавинные
карты в масштабе 1:200000, составленные в среде ГИС «Хибины» [Викулина, 2007]. Социально-экономические
параметры были получены в результате применения различных
методик (табл.4), также использовалась, описанная выше карта максимально
возможной плотности человека в данном месте.
С помощью математических формул, на основе
полученных данных, определяются такие показатели как «уязвимость населения во времени», «уязвимость населения в пространстве», «полный социальный риск» и «индивидуальный
риск».
Уязвимость населения во времени
определяется с помощью формулы [1], которая представляет собой соотношение
времени нахождения человека в опасном месте в течении суток и в течении года:
, (1)
где td – средняя продолжительность
пребывания типичного представителя в поражаемом объекте в течение дня; ty
– средняя продолжительность пребывания типичного представителя в поражаемом
объекте в течение года.
Параметр td устанавливается путем
экспертной оценки в зависимости от наличия в исследуемом районе населенных
пунктов и дорог: если нет ни дорог, ни населенных пунктов, то td = 1
сек.; если есть дорога, то td
= 1 мин.; если на территории
расположены населенные пункты, то td
= 1 час; если на территории есть город,
то td = 12 часов.
Значение параметра ty определяется продолжительностью лавиноактивного периода и зависит от характера использования человеком данной территории: местное население, работники предприятий имеют уязвимость равную
продолжительности лавиноактивного периода – 7 месяцев
(для Хибин); участки горнолыжных трасс
функционируют около 5 месяцев, а в зимние туристические походы ходят с
февраля по апрель, то есть только 3 месяца.
Уязвимость
населения в пространстве
определяется с помощью отношения площади зоны, подверженной воздействию лавинного процесса в пределах
исследуемой территории к общей площади этой территории.
Полный социальный риск поражения населения вычисляется по
формуле [2] и показывает, сколько человек может погибнуть в снежных лавинах за
год в данном районе:
, (2)
где П – повторяемость лавин; d – максимально возможная плотность населения;
Ув – уязвимость населения во времени; Уп – уязвимость
населения в пространстве.
На завершающем
этапе происходит расчет индивидуального
лавинного риска. Индивидуальный
риск – это отношение социального риска к общей численности населения, которая находится
в исследуемой области.
Итоги расчета и картографирования
индивидуального лавинного риска показывают, что основная часть территории Хибин
имеет приемлемый уровень риска, не превышающий значений 1*10-6 чел/год
(рис. 3).
Рис.3. Индивидуальный лавинный риск в
Хибинах. Оценка проведена в масштабе
1:200000.
Наибольшие площади районов с
допустимым и неприемлемым уровнем индивидуального лавинного риска (0,5 и 2% соответственно от всей площади
горного массива) расположены на юго-востоке
Хибин, где находятся населенные пункты и горнодобывающие предприятия, а также в
долине р. Кукисвумчорр, по которой проходят основные наиболее часто посещаемые
туристические маршруты в зимний период.
Наиболее высокие значения
индивидуального лавинного риска характерны для территорий развития горнолыжного
спорта. Практически все существующие горнолыжные комплексы Хибин расположены на
лавиноактивных склонах. Многие горнолыжные трассы и сооружения строились без
учета лавинной опасности. Например, горнолыжный комплекс «Коласпортланд»,
расположенный в черте города Кировска,
трассы которого могут поражаться снежными лавинами. Такая же ситуация складывается на горнолыжном
комплексе Кукисвумчорр, расположенном в одноименном микрорайоне г. Кировска.
В пределах промышленных объектов ОАО «Апатит» уровень лавинного риска снижают
путем строительства инженерных противолавинных сооружений
и производства профилактических минометных обстрелов.
По долине Кукисвумчорр, которая связывает г.
Кировск с долиной р. Кунийок, где находится база спасателей и горная гостиница,
перемещается значительное количество туристов, в течение практически всего
лавиноактивного периода. Для снижения уровня риска на лавинных участках необходимо
проводить в первую очередь организационно-хозяйственные мероприятии
(предупреждение туристов и работников соответствующих служб относительно
лавинной опасности в данном ущелье).
Выводы
Разработана методика оценки степени лавинной
опасности для разного типа объектов и в разных масштабах, основанная на учете
2-х составляющих: геофизических параметров лавинной деятельности и социально-экономических
параметров, характеризующих степень уязвимости
объектов.
Методика оценки лавинной опасности в среднем
масштабе основана на учете лавинной активности и уязвимости различных типов
объектов, на которые воздействуют снежные лавины – люди, транспорт, лесные
насаждения, промышленные объекты.
Разработанные методики оценки
лавинной опасности в разных масштабах были апробированы в Хибинах. На всю территорию горного массива впервые была
проведена оценка степени лавинной опасности для населения и транспорта в среднем (1:200000) масштабе.
Количественно определить меру опасности можно
получив значения риска. Предложенная методика расчета индивидуального лавинного
риска дает надежные результаты для его оценки в среднем масштабе. Данный метод
основан на учете параметров лавинной активности и социально-экономических
параметров, характеризующих уязвимость человека перед неблагоприятным событием
в пространстве и во времени.
Произведенная оценка
индивидуального лавинного риска показывает, что большая часть горного массива
Хибин находится в зоне приемлемого уровня риска. Районы с допустимым и
неприемлемым уровнями риска занимают небольшую
площадь на юго-востоке Хибин и в долине Кукисвумчорр и требуют немедленных мер
по защите от лавин путем применения организационных, профилактических и инженерных
мероприятий.
Работа
выполнена при поддержке гранта Ученого
Совета Географического факультета МГУ молодым исследователям 2005/2007, грантов
РФФИ (проект № 05-05-64368a и № 08-05-00883a).
Литература
1.
Благовещенский В.П.
Определение лавинных нагрузок. Алма-Ата: «Гылым», 1991. 116 с.
2.
Божинский А.Н., Лосев К.С.
Основы лавиноведения. – Л.: «Гидрометеоиздат», 1987. – 280 с.
3.
Викулина
М.А. Лавинная активность, опасность и риск: оценка с применением ГИС-технологий. - В сб.: Доклады межд.
конференции «ИнтерКарто-ИнтерГИС- 13». «Устойчивое развитие территории», 12 –
24 августа
4.
Викулина М.А., Черноус
П.А. Моделирование неустойчивых состояний снега на склоне с использованием
ГИС-технологий. // Материалы гляциологических исследований. Вып. 100. 2006. С.
55 - 60.
5.
Викулина М.А., Шныпарков
А.Л. К вопросу о терминологии и показателях лавинной деятельности. В сб: Доклады
III межд. конференции «Лавины и смежные вопросы»,
Кировск, 4 – 8 сентября,
6.
Вильчек Я.Г., Глазовская
Т.Г., Селиверстов Ю.Г. Некоторые подходы к оценке лавинной опасности и риска.
// Материалы гляциологических исследований. Вып. 99. 2005. С. 123-128.
7.
Воробьев Ю.Л.
Безопасность жизнедеятельности (некоторые аспекты государственной политики). - М.: «Деловой экспресс», 2005. –
376 с.
8.
Ёлкин В.А. Региональная оценка карстовой
опасности и риска (на примере республики Татарстан). Автореф. канд. дисс. -М.,
2004. 27 с.
9.
Мамаев Ю.А., Андреев Ю.Б. Глоссарий. В
кн.: Природные опасности России.
Том 1. Природные опасности и общество. Под ред. В.И.Осипова и С.К.
Шойгу. – М.: «Крук», 2002. С. 234 – 245.
10.
Немчинов
М.В. Лавины и защита дорог от лавин. – М.: Изд-во МАДИ, 1989. – 61 с.
11.
Северский
И.В., Благовещенский В.П. Оценка лавинной опасности горной территории. -
Алма-Ата: «Наука», 1983. 220 с.
12.
McClung D.M. and Schaerer P.A. The avalanche
handbook. The Mountaineers,
Поступила
в редакцию 04.02.2009 г.