Рожденные в подземелье. Причины гидрокатастроф не всегда находятся на поверхности. - Поиск - новости науки и техники
Поиск - новости науки и техники

Рожденные в подземелье. Причины гидрокатастроф не всегда находятся на поверхности.

В конце прошлой недели наконец-то пришли первые данные, что уровень воды в Амуре снизился на несколько сантиметров. Но говорить о стабилизации ситуации гидрологи пока не готовы. А потому эвакуация людей из опасных мест, как и укрепление дамб, продолжается… О причинах, которые ведут к возникновению столь масштабных гидрособытий, и возможных путях прогнозирования аналогичных природных бедствий корреспонденту “Поиска” рассказала доктор биологических наук, профессор Татьяна ТРИФОНОВА.

– Проливные дожди в общем-то не редкость, но в большинстве случаев ситуация не становится столь страшной, как это происходит сегодня на Дальнем Востоке. Существуют ли определенная закономерность, последовательность причин и следствий, механизмы развития подобных катастрофических наводнений?
– Сразу хочу обратить внимание на особенность, связанную с природными гидрокатастрофами последнего времени, которую, как мне кажется, многие не оценили должным образом. И наводнение прошлого года в Крымске, и нынешнее в Приамурье вызвали широкую дискуссию о роли и действиях водохранилищ в подобных ситуациях: вопрос “спускать или не спускать воду?” поистине стал гамлетовским. Но как в этих случаях объяснить то, что воды Неберджайского водохранилища (расположенного выше по руслу реки в районе Крымска) – более 7 млн куб. м – летом просто исчезли (после происшедшего год назад наводнения) без каких-либо новых катастрофических последствий? Простым отсутствием дождей – вряд ли: ведь не пустыня же! Почему практически одновременно с повышением уровня Амура произошло обмеление ряда районов (с периодом предшествующих аналогичных событий порядка 10 лет) по стоку реки Лена – в Усть-Кутском районе Якутии и в Иркутской области на территории Киренского района?
Во временном ряду этих двух событий есть значимые сопутствующие факты. Так, за 10 лет до прошлогодней трагедии в Крымске в этом же районе уже произошло схожее наводнение. События, аналогичные нынешним дальневосточным, являются практически регулярными, правда, происходят они с разной интенсивностью и периодичностью. Кроме того, в обоих случаях существует ряд предшествующих событий сейсмической и вулканической активности на юге Европы (юг Италии) и на западе Японии, а также на Камчатке.
Важно понимать, что регулярно возникающие природные катастрофы, очевидно, не только являются следствием случайных, внезапно сложившихся стечений обстоятельств, а основываются на фундаментальных закономерностях развития динамически сложных (нелинейных) систем, к которым относится земная кора во взаимодействии с атмосферными (и другими) факторами. Их плохая предсказуемость, считающаяся чуть ли не непреодолимой проблемой из-за влияния независимых случайных событий, на самом деле определяется недостаточным пониманием взаимосвязи фундаментальных причин, приводящих к этим катастрофическим природным явлениям.
Наиболее явно такая комплексность должна выявляться в высокогорных областях с резко расчлененным горным рельефом, для которого характерны крутопадающие долины и локализованные русла горных рек с их водосборными воронками. Для этих объектов с единых позиций в рамках бассейнового подхода можно выявить базовые закономерности, которые позволят объяснить такие природные явления, как сели и внезапные катастрофические наводнения в руслах горных рек.
Общепринята точка зрения, что их возникновение – результат накопления рыхлых (склоновых и речных) отложений, их переувлажнения, что особо опасно в условиях, например, резкого паводка, это только внешний фактор проявления данных катастрофических процессов, не затрагивающий внутренние глобальные причины. Но есть и иная концепция, основанная на положении о том, что водосборный бассейн образуется в результате разрастания (по особым правилам) более или менее глубокой системы трещин в породе.
– Что конкретно подразумевает ваша концепция?
– Подземные и поверхностные потоки являются единой системой общего круговорота воды, находятся в тесной взаимосвязи: между ними идет непрерывный водообмен, в том числе седиментами и твердыми компонентами. И это не просто “просачивание”, как принято говорить, но и реальные транспортные пути. Сами поверхностные речные русла, как и другие формы рельефа (включая овраги, оседание земной поверхности, результаты активизации карстово-суффозионных процессов и др.), есть проявление этой объемной единой сети трещиноватости всего массива литосферы в целом. Она проникает на многие километры в глубь Земли и непосредственно определяет выход на поверхность геотермальных вод.
Вся эта 3D-система (включая водные потоки, водные резервуары/озера и их твердые компоненты) находится в непрерывной динамике под влиянием различных воздействий, включая атмосферные осадки с соответствующими механизмами инфильтрации воды, процессы выветривания и разрушения почв и пород, а также сейсмические и вулканические активности, влияние Луны и т.д. В результате этих воздействий изначально изолированные водные объекты (как локализованные, так и пространственно распределенные) могут становиться связанными, и наоборот. Эти явления характеризуются нелокальностью взаимодействия, когда изменение состояния подземных вод на отдельных участках может влиять на положение и дебиты водозаборов на других территориях.
– Получается, что многое, если не все, зависит от ресурсов подземных вод?
– Действительно, ресурс подземных вод огромен. Они составляют почти треть от всех мировых запасов поверхностных вод (включая океаны, моря, реки и т.д.), а их стоки в среднем – это не менее 50% объемов осадков, выпадающих на поверхности. Было бы странно, если бы такие огромные подземные ресурсы не участвовали в катастрофических водных явлениях на поверхности.
Потенциал подземных вод в развитии катастрофических водных явлений может быть очень высоким с учетом того, что подземный сток зачастую бывает строго локализован во времени и пространстве (речь идет о внезапном выбросе). Движение водных потоков в такой сложно организованной системе определяется полем давлений и напряжений, реализующихся, во-первых, в самой породе с учетом ее пористости, во-вторых, в водной среде.
Направление движения воды осуществляется как сверху вниз (инфильтрация от поверхности), так и снизу наверх (капиллярные и пьезопотоки на поверхность). В частности, движение наверх может происходить в виде внезапного выброса подземных вод из-за разности давлений в разных горизонтах, аналогично выбросам гейзеров и грязевых вулканов. При этом подземные воды являются возобновляемым источником с усилением их суммарного питания за счет различных процессов.
Разделение водных потоков на нисходящие и восходящие часто достаточно условно, поскольку эти процессы обратимы. Конкретное направление движения воды (вверх или вниз) определяется сложившимися в данное время условиями в транспортной системе водных потоков, главным элементом которой является сеть трещин. Освобождение заторов в сети трещин может действительно происходить из-за обильных атмосферных осадков в определенных климатических и геоморфологических условиях. И после этого открывается настоящий ящик Пандоры: подземные воды изливаются наружу во всей своей объемной красе. Особенно сильны эти явления, когда перестройка системы трещин происходит внезапно и кардинальным образом из-за землетрясений, очаг которых, кстати, может находиться за тысячи километров.
Предлагаемая концепция основана на нескольких базовых принципах, которые уже упоминались выше. Но дополнительно хотелось бы отметить следующее: важное значение имеют инженерно-геологические свойства пород, которые, с одной стороны, влияют на общую водопроницаемость пород и режимы движения подземных вод, с другой – должны учитываться при планировании и строительстве гидротехнических и иных искусственных водных объектов в данной местности. Последний фактор может оказывать существенное влияние на развитие катастрофических явлений не только в случае их разрушения (что, кстати, не самое страшное: вспомним бурные горные реки или Ниагарский водопад, которые, несмотря на огромные массы воды и кинетическую энергию, функционируют в устойчивых руслах схода воды), но и через сложные процессы распределения (увеличения) дополнительно возникающего гидростатического/гидродинамического давления в речном водосборном бассейне в целом, определяя критические точки, в которых происходит прорыв на поверхность водных потоков.
Что касается грязевидной массы, которая также выносится наверх под действием возрастающего гидростатического давления в подземных водных горизонтах, то она возникает в случае соприкосновения твердых трущихся поверхностей. Этот эффект может провоцироваться и в результате действия различных динамических процессов – вибраций, имеющих как природную (естественную – слабые подземные толчки), так и техногенную (из-за хозяйственной деятельности человека) причину.
Выход на поверхность (либо бурный/внезапный, либо плавный с непрерывным истечением) подземных вод во время катастрофических гидроявлений опорожняет их запасы. В дальнейшем они восстанавливаются за счет поверхностных вод. Характерный временной лаг (четко выраженный для горных районов и более неопределенный для равнин) – порядка 10 лет. Потому сбросы вод из водохранилищ при наводнениях, это скорее благо, поскольку снижается давление на глубинные слои грунта. На потенциально опасных территориях, где может произойти прорыв, обязательно надо учитывать влияние на повышение давлений в подземных горизонтах, водохранилищ как в верхних, так и нижних районах течения реки. Последнее, вроде, кажется странным, но именно благодаря нижнему водохранилищу происходят подпор продвижению подземных водных потоков и блокировка естественного разгружающего напряжения стока подземных вод.
В соответствии с предлагаемой концепцией событиям 2012 года в Крымске можно дать новую интерпретацию: катастрофические разрушения, которым подвергся город, были обусловлены, главным образом, внезапно вырвавшимися на поверхность подземными водами в горных районах.
По-видимому, в Приамурье подземные воды также играют существенную роль, но здесь, на равнине, их выход на поверхность происходит в затяжном режиме (непрерывный переток воды наверх по транспортному пути, в котором созданы условия, аналогичные перекачке жидкости по шлангу, в котором создана разряженная область, что хорошо известно автолюбителям при откачке бензина из бака). Хочу подчеркнуть: речь идет о гипотезе, хотя и основанной на большой базе данных, но, к сожалению, не имеющей пока такой основы, как прямые измерения.
– Что же следует предпринять, дабы в будущем избежать подобных гидрокатастроф и, по возможности, успеть к ним хоть как-то подготовиться?
– В первую очередь требуется разработка государственной программы по мониторингу состояния подземных вод, обязательного создания карты давлений в глубинных породах с учетом динамики их изменений. Для прогнозирования большой информативностью будут обладать, в частности, прямые измерения гидростатического давления на разных глубинах в подземных водных горизонтах, расположенных на территории водосборного бассейна. Они могут быть проведены, например, с помощью предварительно пробуренных артезианских скважин в потенциально опасных зонах. 
Мониторинг изменений во времени или по сезонам гидростатических давлений в таких подземных горизонтах может служить инструментарием для детектирования/регистрации предвестников назревающих стихийных бедствий и быть использован для анализа и оценки уровня допустимого риска. И здесь необходимо соединить усилия как профессиональных гидрогеологов, так и гидрологов.
Думаю, очевидно, что в проблеме прогнозирования стихийных бедствий фундаментальные исследования имеют самое непосредственное отношение к практике и экономике. В чем, к сожалению, часто сомневаются сильные мира сего, увы, привыкшие реагировать на уже произошедшие катастрофы, а не осуществлять поддержку регулярному, может, с их точки зрения и рутинному, изучению причин возникновения этих опасных явлений в рамках единого системного подхода с соответствующими технологиями прогнозирования приемлемого риска.

Подготовила
Нина ШАТАЛОВА

Нет комментариев

Загрузка...
Новости СМИ2