Опасность мифа о непрорывоопасности озера Петрова

Ерохин С.А.
горный инженер-гидрогеолог erochin@list.ru

Из озера Петрова вытекает река Кумтор, которая является истоком крупнейшей реки Центральной Азии – Сыр-Дарьи. На территории Кыргызстана эта река получила название Нарын (рис.1). Озеро сформировалось в конечной части одноименного ледника, после его отступания. Значительный объем озера (свыше 60 млн.м³) и ненадежная моренно-ледниковая плотина обуславливают его прорывоопасность. Прорыв озера может быть катастрофическим для долины реки Нарын. Актуальность изучения озера Петрова вызвана также техногенным освоением прилегающих к руслу реки Нарын территорий.

Рис.1. Озеро Петрова является истоком реки Нарын

Плотина озера Петрова представляет собой мощный конечно-моренный комплекс, подковообразно изогнутый вниз по долине. Он состоит из мерзлых гляциальных, флювиогляциальных и лимногляциальных отложений с погребенными в них блоками льда, останцами прошлых осцилляций ледника Петрова.

Поверхность конечно-моренного комплекса осложнена многочисленными термокарстовыми воронками. Заполненные водой они создают своеобразный «оспенный» рельеф термокарстовых озер. Перемычки между ними протаивают и превращаются в проливы, соединяющие между собой цепочки озер (рис.2).

Рис.2. «Оспенный» рельеф термокарстовых озер на плотине озера Петрова

Активность термокарстовых процессов свидетельствует о больших объемах погребенных льдов, составляющих тело плотины озера Петрова. В условиях повышения температур и деградации оледенения рано или поздно произойдет протаивание льда на одном из слабых участков плотины озера и прорыв последнего. Тем не менее озеро Петрова считалось до середины 90-х годов ХХ-го века не прорывоопасным. Это объяснялось тем, что озер имеет поверхностный сток в виде прорана по правому борту, через который из озера вытекает река Кумтор (рис.3).

Рис.3.По правому борту ванны озера Петрова образовался проран, через который вытекает река Кумтор

Оценка прорывоопасности озера Петрова поменялась к концу ХХ-века в связи с тем, что к западу от Кумторского прорана стал активно проседать обширный фронтальный участок плотины озера. Еще в середине 50-х годов ХХ-века на этом участке развивались несколько обычных термокарстовых воронок различного размера (рис.4). Но развивалась она необычно быстро и уже через 25 лет слились в одну большую воронку, заполненную водой. (рис.5). Активность просадки плотины озера на этом участке не снижалась, воронка расширялась, перемычка между ней и Большим озером утончалась и  превратилась в пролив, а озеро сформированное на участке просадки стало заливом, который за голубой цвет своей воды получил название Голубой залив (рис.5).

Рис.3. На участке Голубого залива в 1957 г была группа разрозненных термокарстовых воронок заполненных водой

Рис.4. К 1980году разрозненные термокарстовые воронки соединились в одно озеро Голубой залив

Рис.5. В 2012 году Голубой залив представляет собой большое озеро, ванна которого глубоко внедрилась в тело плотины озера Петрова

Появление в теле плотины Голубого залива и его активное развитие изменили представление о прорывоопасности озера. Озеро стало весьма прорывоопасным, так как его ванну, заполненную десятками миллионов кубических метров воды, отделял от ниже расположенной долины реки Кумтор невысокий (14м относительно уровня озера), узкий  (всего 80-90м на уровне озера) моренный вала. Участок, где превышение гребня вала над уровнем воды в озере, минимальное, и составляет всего 14м, получил название плотинной перемычки (рис.6).

Рис.6. Моренный вал, отделяет десятки миллионов куб метров воды озера Петрова от нижележащей долины реки Кумтор

На участках днища Голубого залива, прилегающих к внутреннему склону плотинной перемычки продолжаются процессы просадки, что проявляется в увеличении крутизны склона (30-35⁰), его оплывании, появлении на нем трещин отседания (рис.7) и активизации осыпных процессов. Активность склоновых процессов на плотинной перемычке говорит о протаивании погребенного в теле перемычки льда, и тем самым о ослаблении устойчивости плотины озера.

Рис.7. Внутренний склон плотинной перемычки разбит трещинами  отседания, которые способствуют оплыванию и осыпанию обломочного материала

Тем не менее плотинная перемычка сдерживает огромный объем воды, который напирает на нее с силой равной давлению столба воды высотой равной глубине Голубого залива, т.е 21м. (рис.8). На его батиметрической карте (рис.9) отчетливо видно, что на дне залива развиваются две термокарстовые воронки: 1) южная, её глубина сотавляет 21м; 2) северная, её глубина 15,5м. Северная воронка находится вблизи плотинной перемычки. Важным фактом является также то, что дно Голубого залива круто (30-35^о) спадает в эти термокарстовые воронки. Это свидетельствует о продолжающемся их углублении.

Рис.8. Продольный профиль плотинной перемычки

Рис.9.Батиметрическая карта Голубого залива

Более миллиона кубических метров воды, аккумулированной в огромной зоне просадки Голубого залива, нависает над долиной Кумтора (Cerny, 2009). Путь воде вниз по долине преграждает моренный вал, состоящий на 40-50% из погребенных льдов. Потепление климата активизирует термокарстовые процессы, которые протаивая погребенные льды, буквально разъедают тело моренного вала. Объем воды в Голубом заливе будет постянно нарастать, так как ванна озера увеличивается за счет углубления дна и расширения берегов, а приток воды из Большого озера через пролив постоянно пополняет её новыми порциям воды. Но бесконечно нарастать объем Голубого залива не может, так как стока из озера нет. В таких условиях прорыв Голубого залива  неизбежен.

Механизм прорыва будет примерно таким, каким он описан в работе Ерохина С.А. за 2010 и 2012гг. Прорывной расход при этом составит 9,4 тыс.м³/сек. Огромность прорывного потока обуславливается десятками миллионов кубических метров воды озера Петрова. Голубой залив – это самый слабый  участок плотины озера Петрова. С прорыва Голубого залива начнется процесс опорожнения Большого озера. Он может стать катастрофическим для долины реки Нарын.

Прорыва озера Петрова нам не избежать. Он произойдет, раньше или позже. Но в некоторых кругах, хозяйствующих в верховьях  долины реки Кумтор субъектов, популярно мнение о устойчивости плотины озера Петрова и невозможности его прорыва.  Это миф. Но миф очень опасный, так как исключает всякие попытки уменьшить риск этого катастрофического природного явления.

Чаще всего в подтверждение невозможности прорыва озера Петрова приводят аргумент проточности озера. Действительно, озера моренно-ледникового типа, к которому относится и озеро Петрова, почти полностью теряют свою прорывоопасность при формировании у них поверхностного стока. Это связано с тем, что поверхностный сток активизирует режим циркуляции воды в  озере и исключает её прогревание подобное тому, что происходит в воде озера с подземным стоком. Более холодная вода способствует более быстрому формированию термоизоляционного слоя на дне и бортам озерной ванны. Поэтому площадь зон активных просадок в ваннах озер с поверхностным стоком значительно сокращается  почти до нуля.

Но поверхностный сток на озере Петрова не сокращает площадь зоны активного действия термокарста. Напротив, эта зона расширяется, охватывая  глубокой просадкой огромный участок плотины озера в виде Голубого залива.  На продольном профиле ванны озера Петрова (рис.10) хорошо видно, что на его плотине формируется отдельное от Большого озера Малое озеро Голубого залива. Малое озеро активно развивается, получая неограниченное питание из большого озера через соединяющий их пролив (рис.11) Вода Голубого залива хорошо прогревается, так как режим её циркуляции типичный для озера с подземным стоком, т.е. слабоактивный. Прогревание воды активизирует термокарстовые процессы, поэтому Голубой залив активно расширяет и углубляет свою ванну, приближаясь в своем развитии к стадии прорыва.

Рис.10. Продольный профиль ванны и плотины озера Петрова по линии АБВ

Рис.11. Линия профиля АБВ через ванну и плотину озера Петрова

Список литературы

1. Ерохин С.А. Оценка возможного расхода прорывного потока при прорыве озера Петрова. Мониторинг, прогнозирование опасных процессов и явлений на территории Кыргызской Республики. Издание седьмое с изменениями и дополнениями. — Б., Министерство чрезвычайных ситуаций Кыргызской Республики, 2010. – С. 632-648.
2. Ерохин С.А. Оценка устойчивости плотины озера Петрова. Журнал «Природные ресурсы». №1. — Министерство природных ресурсов КР, 2010. – С.28-39.
3. Ерохин С.А. Риск прорыва озера Петрова. Мониторинг, прогнозирование опасных процессов и явлений на территории Кыргызской Республики. Издание девятое с изменениями и дополнениями. – Б., Министерство чрезвычайных ситуаций Кыргызской Республики, 2012. — С.622-627.
4. Севастьянов Д.В. Новые данные об эволюции высокогорного озера у конца ледника Петрова (Тянь-Шань). Изв. ВГО. Том 113, вып. 5, Л., Наука, Л.,1981.
5. Michal Cerny, Miroslav Sobr, Zbynek Engel, Vojtech Benes. Final Report. Research of Petrov Lake 2009. Customer: Kumtor Operating Company. Kyrgyz Republic. Contractor: GEOMIN company, Czech Republic. Jihlava, December PP. 56.