Оползень и цунами на реке Бурее 11 декабря 2018 года
Алексей Махинов
«Природа» №4, 2019
 Об автореАлексей Николаевич Махинов — доктор географических наук, заместитель директора по научной работе Института водных и экологических проблем Дальневосточного отделения РАН, профессор Тихоокеанского государственного университета. Область научных интересов — экзогенные процессы формирования рельефа, оценка воздействия природных и антропогенных факторов на окружающую среду. |
На Дальнем Востоке часто происходят оползневые явления. Они характерны для морских побережий, долин крупных рек и вулканических районов. Обычно со склонов смещаются небольшие массы пород объемом не более 200 м3. Например, во время крупного наводнения на Амуре в 2013 г. в нижних частях склонов долины отмечалось множество мелких оползней. Случаи, при которых объем отделившегося грунта достигает сотен тысяч и миллионов кубических метров, фиксируются довольно редко. В их числе стоит упомянуть оползень в нижнем течении р. Зеи, сошедший в начале ноября 1985 г. на ее высоком правом берегу [1]. Тогда блок рыхлых горных пород размером 1000×400 м сместился вниз на 50 м. Он раздробился на три фрагмента, общий объем которых составил около 6 млн м3. Оползень, сошедший 3 июля 2007 г. в Долине гейзеров на Камчатке, перегородил р. Гейзерную [2]. Образовалась плотина внушительных размеров — длиной 300 м, шириной 200–250 м и высотой до 50 м. Объем оползневого тела составил 20 млн м3. Многочисленные крупные оползни-обвалы выявлены также на крутых склонах западного побережья Охотского моря [3].
И вот совсем недавно, 11 декабря 2018 г., в Хабаровском крае случилась невероятная по своим масштабам природная катастрофа. В 14 ч 48 мин местного времени с крутого левого склона долины р. Буреи сошел крупный оползень. Произошло это в точке с координатами 50°34′ с. ш. и 131°29′ в. д., в 20 км выше впадения в Бурею большого левого притока — реки Тырмы.
Река Бурея — один из крупнейших притоков Амура — течет с северо-востока на юго-запад. В месте схода оползня ее долина представляет собой глубокое ущелье. Левый берег реки высокий (около 400 м) и крутой (с уклоном 30–35°), а правый — это пологонаклонный террасовидный склон шириной более 1 км и высотой в тыловой части до 50 м над современным уровнем воды. В настоящее время долина затоплена водами Бурейского водохранилища, поэтому ширина реки составляет 500–550 м, а глубина — около 70 м. Устьевые участки притоков также заполнены водой и образуют узкие и глубокие заливы протяженностью 1,5–3,0 км.
Впервые мне удалось побывать в районе оползня 25 декабря, т. е. спустя две недели после катаклизма. Вместе с группой сотрудников МЧС мы совершили облет территории на вертолете Ми-8. Посадка вблизи оползня была невозможна из-за неровностей поверхности, приземляться на лед также было опасно. Вертолет завис невысоко над землей и мы выпрыгнули из него у фронтальной части оползневого тела на правом берегу водохранилища. В течение получаса вертолет летал неподалеку, а мы осматривали и фотографировали место катастрофы.
Фронтальная часть оползневого тела
Зрелище, которое предстало перед нами, было поистине фантастическим. Несмотря на заснеженную поверхность, сглаживавшую и скрывавшую детали рельефа, особенно поражали два последствия грандиозного природного катаклизма. Во-первых, напротив нас на склоне зияла огромная выемка, похожая на воронку гигантского взрыва. Поначалу неспециалисты действительно считали ее следствием падения крупного метеорита.
Во-вторых, вызывали удивление высокие и протяженные крутосклонные гряды, состоящие из крупных обломков и вздыбленные невероятно мощной силой над уступом правого склона долины. Здесь же была обнаружена крупная галька со дна водохранилища, захваченная смещавшейся массой и поднятая на высоту более 100 м. Отдельные глыбы размером выше человеческого роста были принесены с левого склона долины почти за километр. Повсюду лежали небольшие куски битого льда, а вдаль от края оползня просматривалась лишенная растительности однообразная поверхность с искореженными пнями толстых деревьев. Трудно было поверить, что такая огромная масса грунта переместилась в течение всего нескольких минут.
Срезанные водным потоком стволы лиственниц и берез
Более подробные экспедиционные исследования по комплексному обследованию оползня в долине Буреи под руководством автора были проведены в период с 12 по 17 января 2019 г. группой ученых и специалистов Института водных и экологических проблем ДВО РАН, Института тектоники и геофизики им. Ю. А. Косыгина ДВО РАН, Дальгидромета и ООО «Инженерные изыскания ДВ». Работы организовал Комитет Правительства Хабаровского края по гражданской защите. Затем мы посещали район оползня 4 и 14 февраля, а также 1 марта 2019 г.
Стенка срыва и оползневое тело у его подножья. Фото Е. Потворовой
Исследования включали в себя измерения параметров стенки срыва и оползневого тела, а также оценку последствий его смещения. Работы проводились в сложных условиях: при морозе минус 35–40°С, иногда с ветром. Снежный покров на склонах достигал местами 0,7 м, толщина льда на водохранилище — 60–80 см. Мы провели подробную плановую и высотную съемку поверхности по измерениям в более чем 500 точках с использованием приемников сигналов глобальных навигационных спутниковых систем геодезического класса. Определялись также высотные отметки заплесков на правом берегу водохранилища от гигантской волны, возникшей при смещении оползня в водохранилище.
Поперечный профиль оползня. 1 — первоначальная поверхность склона, 2 — оползневое тело, 3 — шлейф осыпей на поверхности скольжения оползня, 4 — уровень воды в водохранилище на момент события, 5 — наклонные деревья, сползшие со склона («пьяный лес»)
С целью определения размеров подводной части оползня мы пробурили лед в 52 точках по трем поперечным профилям с восточной стороны и одному профилю с западной стороны вдоль каменной плотины, перегородившей реку. Глубины для надежности измерялись лотом, так как при такой температуре эхолот не всегда давал верные показания. Несмотря на то что вода слабо сочилась через тело оползня, течения измерителями скорости не фиксировались.
Оползень произошел в скальной толще, представленной протерозойскими метаморфизованными магматическими породами, пронизанными молодыми дайками. Крутой склон здесь пересекает зона тектонических нарушений, породы сильно трещиноваты и поэтому слабо устойчивы к процессам разрушения. Кроме того, значительную роль в создании условий для срыва грунта сыграло заполнение водохранилища. Подземные воды проникли под основание склона, увеличив обводненность трещиноватых пород в нижней его части и снизив устойчивость вышележащих толщ.
Стенка срыва огромным амфитеатром врезана в склон и имеет прямоугольную в плане форму значительных размеров — в длину 600 м, в ширину около 500 м. Вдоль верхней кромки амфитеатра и его западной части протягиваются уступы высотой до 30 м. Над ними местами еще остались готовые к смещению небольшие блоки грунта, обозначенные зияющими трещинами. В нижней части поверхности скольжения образовался маломощный покров из скатившихся сверху обломков разного размера и сползших деревьев.
Общий вид стенки срыва (в виде амфитеатра) и оползневого тела. Здесь и далее фото автора
Оползневое тело полностью перекрыло водохранилище от берега до берега высокой каменной плотиной длиной 800 м. Ширина ее неодинакова: в самом узком месте она составляет 150 м, а в средней, самой широкой части — 620 м. Общая площадь оползневого тела над водой равна 270 тыс. м2. Его высота над поверхностью водохранилища минимальна вблизи левого берега, в поперечной ложбине, расположенной вдоль подножья стенки срыва, и составляет 8,5 м. Максимальная высота зафиксирована около правого берега и достигает 47 м, а с учетом подводной части — до 100 м. Общий объем оползневого тела вместе с его подводной частью, рассчитанный по измеренным морфометрическим параметрам, равен 24,5 млн м3. Над водой находится около 4,5 млн м3 грунта.
Поверхность оползневого тела имеет веерообразную в плане форму и сложный рельеф. То, что основной объем толщи смещен к правому берегу, указывает на высокую скорость сползания и значительную кинетическую энергию процесса. Наибольшая по площади тыловая часть оползневого тела представлена слабо деформированными пластами смещенных коренных пород, а также хаотическими нагромождениями огромных монолитных глыб и менее крупных обломков. Колебания высотных отметок невелики. Здесь сочетаются слабовыраженные повышения и понижения рельефа с сохранившимся на площади около 3 га «пьяным лесом».
«Пьяный лес» на поверхности оползневого тела
Существенной деформации в процессе смещения подверглась фронтальная часть, где оползневое тело уперлось в уступ террасовидной поверхности. В результате над ним образовались несколько коротких и высоких валов, разделенных довольно глубокими линейными понижениями в виде крутосклонных рвов. Они сформировались, вероятно, после остановки движения оползня вверх по уступу в результате отседания толщ при уплотнении их на дне водохранилища. Эти валообразные нагромождения состоят из разных обломков, среди которых имеются скальные глыбы размером до 6 м в поперечнике, сильно трещиноватые блоки пород и скопления рыхлых, преимущественно мелких обломков. Отдельные крупные глыбы размером до 3 м были отброшены от края оползневого тела на несколько метров.
Огромная масса горных пород, быстро сместившаяся в глубокий водоем, вытеснила большой объем воды. В результате сформировалась высокая волна, по механизму образования представляющая собой цунами.
Волна взломала лед и обрушилась на противоположный пологий склон долины, заросший густым лиственнично-березовым лесом. Поток продвинулся вверх по склону более чем на 1 км, достигнув высоты 56 м над урезом воды в водохранилище. На своем пути вода ломала стволы деревьев, оставляя раздробленные пни высотой до метра. Лес был полностью уничтожен на площади около 3 км2.
Правый склон долины Буреи, подвергшийся воздействию цунами. Хорошо видны склоновые наледи
Вдоль границы с сохранившимся лесом образовались скопления принесенных водой преимущественно целых древесных стволов. Другую часть сломанных деревьев обратным потоком воды снесло в водохранилище, где они впоследствии вмерзли в лед. Эти деревья в результате многократных соударений оказались разбитыми в щепки.
Скопления вмерзших в лед обломков древесины в акватории водохранилища
Особенно впечатляющие события, связанные с движущейся волной, происходили в долине р. Средний Сандар — притока Буреи, устье которого находится точно напротив оползня и представляет собой широкий и глубокий залив. Волна вошла в него, продвинулась на 2,4 км и поднялась вверх по долине еще на 1,9 км, достигнув отметки 60 м над уровнем воды в водохранилище. Лес в нижних частях склонов был уничтожен. На границе заплеска между принесенными или поваленными деревьями встречаются обломки льдин размером до 1 м. Высота волны при движении по долине Среднего Сандара менялась в зависимости от крутизны склона и угла подхода водного потока к берегу. На узком участке ее заплеск зафиксирован на высоте 50 м над руслом реки.
Достигнув высшей точки, поток двинулся в обратном направлении, увлекая за собой сломанные деревья и кроша их на мелкие обломки. Обратная волна вернулась к левому берегу Буреи. Она перехлестнула низкую часть оползневого тела и подошла к подножью оползня. Здесь ее заплеск отмечен на высоте 21 м, о чем свидетельствуют небольшие обломки принесенного водой льда.
Льдина, оставленная потоком воды на вершине оползневого тела на высоте 21 м
Постепенно снижаясь, волна прошла вверх по долине Буреи вдоль основной акватории водохранилища на 12 км и примерно на 8–10 км в противоположном направлении. Высота ее на разных участках реки менялась. На расстоянии 8 км от оползня максимальный уровень заплеска достиг 5 м. Граница волны отчетливо видна по распределению на склоне уплотненного снежного покрова и наличию небольших обломков льда. Вода заходила в ближайшие к оползню заливы в устьях других затопленных притоков Буреи и поднималась по ним на несколько десятков метров. В них в узкой полосе вдоль берегов также был уничтожен лес, а сломанные потоком деревья смыты в акваторию заливов.
Положение оползня и границы волны цунами. 1 — поверхность скольжения оползня, 2 — оползневое тело, 3 — ареал уничтоженного леса, 4 — крутые склоны, 5 — пологие склоны, 6 — стенка срыва, 7 — граница заплеска волны цунами, 8 — гребни водоразделов
Прямой гидродинамический удар водного потока на обращенные к нему склоны привел к разрушению почвенного слоя на значительной площади, особенно на уступе правого берега напротив оползня. Здесь поверхностный грунт был снят на глубину его промерзания, достигшего ко времени катаклизма толщины 0,6–0,7 м. На других участках долины почва была сорвана и смыта частично, а вдоль уклонов поверхности образовались вытянутые овальные понижения в виде многочисленных разрозненных выемок. Эрозионное воздействие обратного потока воды на поверхность склонов, вследствие того, что верхние слои грунтов в это время находились в мерзлом состоянии, было незначительным. Лишь местами образовались слабоизвилистые узкие ложбины от стекающей вниз по склону воды. Они приурочены в основном к участкам ударного воздействия волны, вызвавшего частичное нарушение грунтов. В отдельных случаях, при концентрации потока в неровностях рельефа, эрозионные рытвины протягиваются в длину на 30 м и достигают ширины 8 м при глубине до 1,5 м.
В понижениях поверхности преимущественно в заливах рядом с оползнем и в меньшей степени на склонах долины Буреи образовались небольшие наледи размером в несколько десятков метров. Местами на пологих склонах они представляют собой ледяную корку толщиной несколько миллиметров. На участках нарушенного грунта наледи появились непосредственно на склоне в результате просачивания воды во время прохождения волны в подстилающую толщу выветрелых горных пород и ее последующего выдавливания по мере промерзания грунта. Более крупные наледи возникли в долинах рек перед их впадением в заливы водохранилища. Самая большая наледь зафиксирована в долине Среднего Сандара. Ее протяженность достигает 1 км при ширине 30–50 м. Во время январских работ мы заметили, что во многих местах на поверхности наледи выступала вода, стекавшая по поверхности уже замерзшего льда.
Древесные валы на границе максимального проникновения волны на правом склоне долины Буреи
Таким образом, проведенные кратковременные исследования показали, что оползень в долине реки Буреи представляет собой уникальное для низкогорных районов природное явление, прежде всего, вследствие его значительных размеров. Это один из крупнейших оползней на территории России за последние несколько десятков лет. Еще одна особенность катаклизма заключается в том, что оползень сошел в начале зимы, что нехарактерно для территории Дальнего Востока (хотя на Камчатке отмечались крупные оползни в этот сезон). К началу декабря в долине Буреи установились стабильные морозы: на ближайшей метеостанции Сектагли средняя за сутки температура воздуха накануне события была −27,3°С, а минимальная — −31,3°С. Толщина льда на водохранилище к тому времени достигла 20 см.
Правый склон долины Буреи. Почвенный слой на нем удален волной цунами
В середине февраля 2019 г. специалисты Министерства обороны России организовали и успешно провели взрывные работы по частичному разрушению возникшей в результате оползня плотины и восстановлению свободного перетока воды из верхней части водохранилища в нижнюю. Это было вызвано необходимостью обеспечить нормальную работу Бурейской ГЭС и не допустить затопление населенных пунктов и дорог выше запруды во время высоких летних паводков.
Кратковременное обследование искусственного прорана, соединившего верхнюю и нижнюю части водохранилища, мы провели 1 марта 2019 г. Ширина водного потока в истоке составила 54 м, скорость течения 3 м/с, средняя глубина — 1,5 м. Рассчитанный по этим данным расход воды оказался равным приблизительно 220 м3/с. Наблюдения показали, что размыв берегов происходит с небольшой интенсивностью из-за скал на левом склоне долины реки и выхода прочных скальных пород на правом берегу канала. Однако с обоих его берегов продолжаются небольшие осыпи по мере оттаивания грунтов. В дальнейшем возможно увеличение ширины потока за счет бокового размыва при существенном возрастании расходов воды весной в результате таяния снега и летом во время паводков.
Несмотря на большой объем взрывных работ, удалось разрушить лишь незначительную часть каменной плотины. Это обеспечило постоянный сток из верхней части водохранилища в нижнюю. Но, как показывают расчеты, подпор сохранится, особенно во время больших расходов воды. Наименьшая высотная отметка дна на самом верхнем участке прорана (в его истоке) в настоящее время составляет 245,5 м над ур. м., что существенно выше уровня мертвого объема водохранилища (236 м).
Таким образом, при катастрофических летних паводках на Бурее с учетом существующего подпора сохраняется опасность подтопления наиболее низких участков с. Чекунда, расположенного на берегу водохранилища в 70 км от места оползня. Следует учитывать, что при высоких уровнях воды будет происходить абразия берегов, которая на аналогичных объектах (Зейское водохранилище) достигает 5–7 м за один сезон. При таком интенсивном размыве защита населенного пункта путем строительства берегозащитной дамбы окажется весьма дорогостоящей и неэффективной. Под угрозой затопления окажутся также автомобильная дорога в районе с. Эльга и опоры линии электропередач. Хозяйственное освоение прибрежных территорий будет затруднено вследствие их заболачивания при подъеме уровня грунтовых вод.
Кроме всего прочего, каменная запруда перекрыла сквозное судоходство по водохранилищу. Других дорог в этом горном районе нет, поэтому еще одним последствием оползня станут дополнительные затраты при перемещении людей и грузов.
Искусственный канал в теле оползня. 1 марта 2019 г.
Высокие крутые склоны по соседству с водотоками и водоемами почти всегда представляют потенциальную опасность. Риски возникновения крупных оползней и вызванных ими разрушительных волн должны приниматься во внимание при эксплуатации водохранилищ ГЭС Сибири и Дальнего Востока — Зейской, Колымской, Саяно-Шушенской и других.
В дальневосточном регионе опасные природные процессы нередко наносят ущерб населению и хозяйству. Этот ущерб пока еще не достигает катастрофических размеров только вследствие слабой в целом освоенности территории. Однако по мере все более интенсивного экономического развития негативные последствия наводнений, оползней, снежных лавин, селевых потоков и других неконтролируемых человеком опасных природных явлений будут все более внушительными. Это необходимо учитывать при планировании хозяйственной деятельности в регионе.
Литература
1. Махинов А. Н., Поздняков А. В., Гусев М. Н., Помигуев Ю. В. Крупный оползень в долине р. Зеи. География и природные ресурсы. 1993; 1: 175–177.
2. Пинегина Т. К., Делемень И. Ф., Дрознин В. А. и др. Камчатская Долина гейзеров после катастрофы 3 июня 2007 г. Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. 2008; 1: 33–44.
3. Алексеев М. Д., Онухов Ф. С., Уфимцев Г. Ф. Сбросообвалы на северо-западном побережье Охотского моря. Геология и геофизика. 1975; 8: 87–95.
Оползневое тело и искусственный канал, соединивший верхнюю и нижнюю части водохранилища. 1 марта 2019 г. Фото автора