Организация мониторинга прорывоопасных озер на базе высокогорной гляциологической станции «Адыгене», Аларчинский полигон
Станция Адыгене была построена в 2008-ом году для изучения высокогорных озер и ледников при финансовой помощи Чешской Республики. Защита населения от прорывов горных озер является в Кыргызстане довольно острой проблемой. Не менее важной является проблема отступающих ледников, с которой связывают вопросы водоснабжения населения и дефицита питьевой и поливной воды. Решение этих проблем требует специальных дорогостоящих исследований высокогорных зон, которые наша Республика из-за скудности своего бюджета финансировать в полной мере не может. Поэтому очень важной для Кыргызстана является помощь других государств в проведении таких исследований.
Выбор местоположения установки первой станции был не очень сложным, так из всех возможных вариантов предпочтение получила долина реки Ала-Арча (рис. 1 и 2). Преимущества этой долины перед остальными были следующими.
1. Долина Ала-Арча отличается повышенной селеопасностью по сравнению с другими долинами Северного Тянь-Шаня. Активность селевых потоков здесь во многом обусловлена прорывами озер и внутриледниковых емкостей.
2. В устье долины расположен город Бишкек – столица Кыргызстана. Через город проходит русло реки Ала-Арча, по которому в город приходят паводковые потоки, угрожающие затоплением прибрежным участкам его территории.
3. В нижней части долины реки Ала-Арча находится зона отдыха жителей Бишкека и многочисленных гостей Кыргызстана. В теплые весеннее-летние дни здесь отдыхают несколько десятков тысяч человек. Здесь расположен дом-отдыха президента Кыргызской Республики.
Недалеко от места расположения станции (0,3-0,5км) находится концевая часть ледника Адыгене (рис.3). В настоящее время ледник отступает и распадается на отдельные языки. Однако он занимает еще значительную площадь (около 2 км2) заполняя всю верхнюю часть ледникового цирка.
На поверхности морено-ледникового комплекса Адыгене сформировалось почти два десятка озер моренно-ледникового и моренно-ригельного типов. Озера первого типа по условиям образования и питания разделяются на два подтипа: 1) озера внутриморенных депрессий; 2) озера термокарстовых воронок. По времени и месту образования озера концентрируются в три группы: 1-термокарстовая (6-8 озер); 2 – внутриморенных депрессий (2 озера); 3 – приледниковая (4 озера).
Еще несколько (3-4) термокарстовых озер разбросаны по поверхности обширного морено-ледникового комплекса Адыгене. Эти одиночные озера можно объединить в отдельную 4-ую группу. Неопределенность в количестве озер объясняется нестационарностью некоторых из них. Это такие озера, вода в которых появляется периодически, на 2-3 месяца, затем вода уходит по подземным каналам стока и ванна озера может оставаться сухой 1-3 года до следующего наполнения.
Дом станции расположен на берегу самого большого из озер Адыгене. Оно так и называется Большое Адыгене. При выборе площадки строительства станции учитывалась возможность просадки при таянии под домиком мерзлых моренных грунтов и погребенных льдов. Поэтому дом установлен на скальных грунтах, покрытых небольшим по мощности (1-1,5м) чехлом морены. Чтобы не нарушить естественный температурный режим в основании дома он опирается на сваи, врытые в мерзлый грунт на 0,5-1м. Высота свай над землей 0,5 — 0,7м.
Для отопления и обогрева станции используется три источника энергии: солнечные панели, ветровой генератор, бензиновый генератор (рис. 4).
Программа работы станции:
Регулярные режимные наблюдения (Рис.5). Они включают в себя ежесуточные наблюдения, выполняемые дежурными по станции. Состав наблюдений следующий:
— замер температуры воздуха: максимальной, минимальной, срочной через каждые три часа; замеры температуры воды в озере; наблюдения за осадками и замер их количества в каждом случае выпадения осадков; наблюдения за направлением и скоростью ветра, замеры через каждые три часа; наблюдения за облачностью, фиксация изменений через каждые три часа; замер высоты снежного покрова на площадке наблюдений через три часа в дневное время; в мае – июне замер высоты уровня воды и её температуры в озере Большое Адыгене через каждые три часа; в июне – сентябре ежедневный осмотр Малых озер Адыгене и фиксация изменений их объема; в случае увеличения объема одного из озер ежедневный замер высоты его уровня в 16.00; в июне — сентябре замер высоты уровня воды и её температуры в Приледниковом озере Адыгене через каждые три дня в 15.00
Периодические наблюдения и исследования. Они проводятся специалистами, которые поднимаются на станцию на некоторое время для выполнения определенных программ. Большинство программ намечено на теплое время май-сентябрь, когда открываются от снега ледники и наполняются озера. Количество и сроки выполнения программ, а также их исполнители меняются со временем. Ежегодно работы выполнялись по следующим программам: наблюдения за отступлением границы открытой части ледника Адыгене в результате его сокращения; наблюдения за уменьшением мощности и объема ледника Адыгене в результате его сокращения; установка 2-х автоматических метеостанций на высотах 3600 и 3900м, их активизация и тех.обслуживание; установка трех автоматических термометров для замера температуры воздуха на леднике Адыгене (1 термометр) и склонах горного обрамления (2 термометра), на высотах 3600, 3900 и 4000м, активизация термометров и их обслуживание; установка автоматического уровнемера на озере Большое Адыгене, его активизация и обслуживание; установка 5-ти автоматических термометров для замера колебаний температуры приповерхностного слоя, на глубине 10-15 см. Термометры установлены в разных частях морено-ледникового комплекса Адыгене. Активизация и обслуживание этих термометров; батиметрическая съемка озер Адыгене в августе, в период их максимального наполнения; снегосьемка на двух стационарных площадках: №1- 50м восточнее озера Большое Адыгене; №2 – в 30 м севернее озера Адыгене Приледниковое. Снегосъемка проводится ежемесячно с сентября по май.
Хотя станция Адыгене работает 10 лет, но уже получены интересные результаты, позволяющие прогнозировать наполнение озер не только в долине Ала-Арча, но в соседних долинах Кыргызского хребта. Так стало известно, что при подъеме уровня озера Адыгене Большое в пункте замера его уровня до 15.2 м начинается перелив озера Кольтор, которое находится в долине реки Кегеты, в 80 км от станции Адыгене.
Для своевременного предупреждения угрозы селевых и паводковых потоков на территории Национального природного парка «Ала-Арча» специалисты Института Водных проблем и гидроэнергетики НАН КР в теплые месяцы года устанавливают систему автоматического предупреждения на селеопасных направлениях долины реки Ала-Арча.
Оборудование и приборы системы предупреждения были переданы в Институт водных проблем и гидроэнергетики НАН КР из Кыргызской комплексной гидрогеологической экспедицией Государственного агентства по геологии и минеральных ресурсов КР для профилактики, усовершенствования и дальнейшей эксплуатации. Академия наук КР весьма заинтересована в дальнейшей научной разработке подобных систем предупреждения, так как Кыргызстан горная страна с высоким риском угрозы действия различных селевых и водных потоков, поэтому Институт водных проблем взял на себя обязанности по обслуживанию этой системы.
Цель работы автоматической системы предупреждения — своевременное оповещение администрации национального парка Ала-Арча о приближающейся селевой опасности. Своевременное оповещение это возможность реализации плана эвакуации до прихода селевого потока в зону отдыха. Время, отведенное на эвакуацию, рассчитывается с учетом следующих факторов: условий формирования селевого потока, его скорости и технических характеристик средств оповещения.
Центральной части зоны отдыха природного парка Ала-Арча угрожают селевые потоки по трем направлениям. Селевые потоки могут выйти из боковых долин Аксай и Адыгене, а также со стороны верховий долины реки Ала-Арча (рис.1). На пути движения селевых потоков по каждому из этих направлений по берегам русел рек Аксай, Адыгене и Ала-Арча устанавливаются контактные датчики подачи сигнала о селевой угрозе.
Для работы автоматической системы предупреждения использовались технические средства представляющие собой охранно-пожарные радиопередающие устройства «Астра» фирмы «Теко» г. Казань. Аппаратура состояла из магнитоконтактных датчиков, радиопередающих устройств, коммуникатора, аккумуляторной батареи и солнечной батареи. Принцип работы аппаратуры заключается в следующем, магнитоконтактные датчики, в рабочем состоянии находятся в постоянной связи с радиопередающим устройством. Радиус действия этой связи в горных условиях составляет не более 100м. При прохождении селевого потока датчики, заключенные в герметичные контейнеры, опрокидываются, генерируя при этом аварийный сигнал, при помощи РПУ он передается на коммуникатор, который по сотовой связи передает сигнал «Тревога», занесенным в его память пользователям. Коммуникатор может сохранять до восьми номеров сотовых телефонов пользователей
В ходе работы по оповещению селевой опасности в летний период был получен дополнительный опыт по использованию охранно-пожарной аппаратуры «Теко». Были выявлены нюансы необходимые для планирования и проведения работы в дальнейшем. Намечены технические средства для реализации такой схемы доставки сигнала.
Питание аппаратуры осуществлялась от аккумуляторов с выходным напряжением 12в и емкостью 9 ампер/часов. Для подзарядки аккумуляторов использовалась солнечная батарея, обеспечивающая в ясную погоду напряжение 18-20в. Длительность сохранения аккумуляторами требуемого напряжения при таких условиях составляла 20-25 дней.
Так как датчики устанавливаются на расстоянии 4-4,5км от зоны отдыха, то с учетом скорости добегания селевого потока 3-4м/с, время на реализацию плана эвакуации составляет всего 15-18 минут. Поэтому очень важно, чтобы сигнал селевой тревоги был получен дежурным по парку «Ала-Арча» без задержки.
После получения сигнала «Тревоги» включается сирена для оповещения посетителей и работников парка о селевой угрозе. Установка сирены и сопутствующих ей приборов проведена нашими специалистами с учетом максимального охвата сигналом территории парка. В настоящее время сигнал покрывает зону, длиной в 1км вдоль долины на всю ее ширину: 500м вверх и 500м вниз по долине от места установки репродукторов.
- Выбор контрольных участков делался с учетом следующих двух моментов: 1) после получения сигнала о приближающейся опасности должно оставаться время на реализацию мероприятий по эвакуации. Поэтому сигнальные участки выносились на 2-3км выше по долинам на встречу селям, чтобы время на эвакуацию составляла 15-20 мин. 2) сигнальные участки должны быть размещены в доступных местах для радиосвязи с центральной станцией.
- На каждом участке устанавливалось по три аварийных датчика, размещённых на высоте 1-1,5 над руслом с целью подачи сигнала «ТРЕВОГА» только в случае прохождения мощного селя с высотой волны более 1м, а не мелкого паводка.
- Контрольные станции устанавливались в местах удалённых от датчиков не более чем на 150 метров, при этом станцию и солнечную батарею к ней необходимо было маскировать от похитителей и разрушителей. При этом солнечная батарея должна была освещаться солнечным светом, чтобы даже давать энергию даже в замаскированном положении.
- В ходе работы по оповещению селевой опасности в летний период был получен дополнительный опыт по использованию охранно-пожарной аппаратуры «Теко». Были выявлены ньюансы необходимые для планирования и проведения работы в дальнейшем. Например при размещении и установки датчиков и аппаратуры в русле реки. Использованию аппаратуры в случае когда сигнал GSM отсутствует в местах установки датчиков, но имеется на удалении не более 10км. Намечены технические средства для реализации такой схемы доставки сигнала.
- Качество связи между центральной и контрольными станциями зависит в значительной степени от емкости аккумуляторов, снабжающих контрольные станции энергией. Но в природных условиях при низкой температуре в ночное время, а также в непогоду емкость аккумуляторов падает, что часто являлось причиной нарушения связи. При этом приходится извлекать из труднодоступных мест контрольные станции и менять аккумуляторы.
- Особенностью сезона 2016 г. была погода с частыми дождями и падением температуры воздуха в ночное время. Следствием чего действие аккумуляторов сократилось до десяти дней в отличии от прошлого года, когда аккумуляторы работали не менее пятнадцати дней.
- Перспективным направлением, усовершенствования автоматической системы предупреждения является организация видеонаблюдения контролируемых участков в режиме On-Line по запросу наблюдателя с сотового телефона. А также получение видеоинформации на компьютер или сотовые телефоны в момент прохождения селевого потока через контрольный участок. Для реализации данной проработки требуется видеокамера управляемая мобильным интернетом и способностью давать информацию в темное время суток, а также иметь энергопотребление, соответствующее используемому в горных условиях. Поиск технических средств для решения вышеприведенных задач продолжается.