О РАЦИОНАЛИЗАЦИИ ИЗМЕРЕНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК СНЕГА ДЛЯ ОЦЕНКИ ЕГО УСТОЙЧИВОСТИ НА СКЛОНЕ

Interpretation of the physical and mechanical characteristic measurements of the snowpack is a base for avalanche release prediction. The spatial variability of the measured characteristics and measurement errors can affect the quality of the initial data for assessing the snowpack stability on a slope and results of this assessment. The work describes principles of rationalization for the measurements of the characteristics that influence on snow stability on a slope. The fields of these characteristics and errors of their measurements were considered as random. A few quality criteria for networks measuring snow characteristics on a slope are used. The study includes estimates of the parameters of the spatial statistical structure (variances and autocorrelation functions) for the fields of thickness, density, shear strength and temperature of snowpack on slopes in various mountain regions. Errors of methods for measuring snow characteristics were estimated. It is shown that in different landscapes, spatial patterns of the point measurements should be different. The influence of spatial measurement schemes on the quality of snowpack stability interpretation is analyzed for different parameters of spatial statistical structure of the snow characteristics and accuracy their measurements. The use of conventional deterministic methods for interpretation of point measurements of snowpack characteristics to assess its stability on the slope can and does lead to incorrect conclusions. The way out of this situation can be the use of statistical simulation based on deterministic models of mechanical stability of snowpack, the input data for which are generated on the basis of point measurements of snow characteristics and previously obtained parameters of their spatial statistical structure. Probabilistic estimates obtained with statistical simulation reflect the uncertainty of the input information in the probabilistic conclusion about the snowpack stability.Прогнозирование возникновения лавин в отдельно взятом лавинном очаге, как правило, основывается на интерпретации физико-механических характеристик снежного покрова. Обычно это достаточно грубые измерения, выполненные в отдельных точках склона. Пространственная изменчивость измеряемых характеристик и ошибки измерений могут существенно влиять на качество исходных данных для оценки устойчивости снега на склоне и на результаты такой оценки. Используемые в настоящее время системы пространственного мониторинга характеристик снега, определяющих его устойчивость на склоне, не имеют под собой рациональной основы. В работе рассмотрены принципы рационализации измерений характеристик снежного покрова, определяющих его устойчивость на склоне. При этом поля этих характеристик и ошибки методов их измерений рассматривались, как случайные. Определены критерии качества сети измерений характеристик снега на склоне. Даны оценки параметров пространственной статистической структуры (дисперсий и автокорреляционных функций) для полей толщины, плотности, температуры и сцепления снежного покрова на склонах в различных горных районах. Оценены ошибки методов измерений характеристик снега, в том числе с помощью экстраполяции эмпирической автокорреляционной функции в ноль. Показано, что в различных ландшафтах пространственные схемы измерений должны быть различными. Проанализировано влияние различных схем измерений на качество интерпретации получаемых с их помощью данных с целью оценки возможности возникновения лавин. Использование существующих детерминированных методов интерпретации точечных измерений характеристик снега, выполненных традиционными методами для оценки его устойчивости на склоне, приводит к неправильным заключениям о лавинной опасности. Для оценки устойчивости снега на склоне предлагается использование методов статистического моделирования, основанных на детерминированных моделях механической устойчивости снега, входные данные для которых генерируются на основе точечных измерений характеристик снега и ранее полученных параметрах их пространственной статистической структуры. Вероятностные оценки, полученные с помощью статистического моделирования, отражают неопределенность входной информации в вероятностном заключении об устойчивости снега.   Литература Алексеев Г.А. Методы оценки случайных погрешностей гидрометеорологической информации. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 96 с. Божинский А.Н., Черноус П.А. Вероятностная модель устойчивости снега на склонах гор // Материалы гляциологических исследований. 1986. Вып. 55. С. 53-60. Бойко Е.С., Погорелов А.В. Применение лазерного сканирования в исследованиях рельефа и снежного покрова. Морфометрический аспект. Новосибирск: Академическое изд-во «Гео», 2012. 147 с. Войтковский К.Ф., Голубев В.Н. Войтковский В.К. Пространственная изменчивость строения и свойств снежного покрова на склонах гор // Вестник МГУ. Серия V. География. 1986. № 1. С. 80-86. Дроздов О.А., Шепелевский А.А. Теория интерполяции в стохастическом поле метеорологических элементов и ее применение к вопросам метеорологических карт и рационализации сети // ТрудыНИУГУГМС. 1946. Вып. 13. Серия 1. С. 65-115. Жуковский Е.Б., Киселева Е.Л., Мандельштам С.М. Статистический анализ случайных процессов. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 408 с. Казакевич Д.И. Основы теории случайных функций и ее применение в гидрометеорологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 320 с. Канаев Л.А. Об изменчивости свойств снега // Тр. САРНИГМИ. 1969. Вып. 44 (59). С. 25–42. Москалев Ю.Д., Канаев Л.А. Практическое пособие по прогнозированию лавинной опасности. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. 200 с. Соловьев В.А., Яхонтова В.Е. Элементарные методы обработки результатов измерений. Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1977. 73 с. Черноус П.А., Барашев Н.В., Федоренко Ю.В. Изменчивость характеристик снега и образование лавин // Лёд и снег. 2010. № 3 (111). С. 27-36 Черноус П.А., Осокин Н.И., Чернов Р.А. Пространственная изменчивость толщины снежного покрова на горном склоне (архипелаг Шпицберген) // Лёд и Снег. 2018. №58(3). С. 353-358. DOI: 10.15356/2076-6734-2018-3-353-358 Черноус П.А., Селиверстов Ю.Г., Сучков В.Е. Влияние характеристик снега на лавинообразование // Лёд и Снег. 2015. № 55 (2). С. 53–59. DOI: 10.15356/2076-6734-2015-2-53-59 Черноус П.А., Христоев Ю.В. Оценка точности данных о толщине снега в лавиносборах // Материалы гляциологических исследований. 1986. Вып. 55. С. 201–206. Чиркова А.А. Особенности структурных функций глубины снежного покрова в зависимости от характера рельефа лавинных очагов // Труды САРНИГМИ, 1977a, вып. 37 (118). С. 43-50. Чиркова А.А. Статистический анализ распределения глубины снежного покрова на малых площадях в горах // Тр. САРНИГМИ. 1977b. Вып. 32 (113). С. 40-54. Chernouss P.A., Fedorenko Yu.V. Probabilistic evaluation of snow-slab stability on mountain slopes // Annals Glaciology. 1998. Vol. 26. P. 303-306. DOI: 10.3189/1998aog26-1-303-306 Chernous P., Barashev N., Fedorenko Yu. Spatial variability of snow characteristics and snow stability // Proceedings of “International Snow Science Workshop 2008” (September 21st – September 27th, 2008, Whistler, British Columbia, Canada). Whistler. 2008. P. 948-949 Chernous P., Fedorenko Yu., Barashev N. Spatial variability of some snow characteristics on a slope and interpretation of measurements for snow stability assessment // Proceedings of “International Snow Science Workshop 2006” (October 1 - 6, 2006, Telluride, CO). Telluride. 2006. P. 339-34

О НОВОМ СВОДЕ ПРАВИЛ «ИНЖЕНЕРНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА В ЛАВИНООПАСНЫХ РАЙОНАХ. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ»

The first national document containing the rules for avalanche danger assessing: «Guidelines for calculating avalanche loads in the design of structures. VSN 02-73», appeared in Russia in 1973. Despite many shortcomings, it was used until recently. In 2018, new rules for avalanche danger assessing: «SP 428.1325800.2018. Set of rules. Engineering surveys for construction in avalanche-prone areas. General requirements» were worked out. Some of the shortcomings of the previous document were eliminated in it. Used terms and definitions are given. For the first time in a regulatory document, a method for identifying of avalanche starting zones is presented. The conditions under which an avalanche danger assessment is required are formulated more correctly. The method for calculating the speeds and runouts of flowing avalanches, which was in the previous document, has been excluded. The rules allow, in case of insufficient data for analysis, to calculate the maximum possible avalanche path boundaries, but not the boundaries of the specified probability. New sections have appeared on the application of aerospace, phytocenotic, dendrochronological methods, as well as methods for studying buried soils to assess avalanche danger. At the same time, there are contradictions and shortcomings in the new rules. Clearer and mono-semantic terms and definitions are needed. Method for estimating the speed of powder avalanches is insufficiently substantiated and give greatly overestimated values. There is no sufficient rationale for determining the boundary of the air wave (powder avalanche) impact. The methods for assessing snow accumulation in an avalanche starting zone do not take into account the spatial variability of the snow depth and can lead to large errors in the assessment of avalanche danger. The use of statistical modeling to assess the probabilities of avalanches and their characteristics, in the proposed form, is not correct and can lead to an underestimation of the avalanche hazard. One of the reasons for the imperfection of the new document is the lack of requirements for the accuracy of the estimates performed with its help. It is proposed to discuss the document content and its possible changes more broadly and substantively by the time the set of rules update.Первый общегосударственный документ, содержащий правила оценки лавинной опасности: «Указания по расчёту снеголавинных нагрузок при проектировании сооружений. ВСН 02-73» в России появился в 1973 году. Несмотря на многие недостатки, он использовался до последнего времени. В 2018 году были созданы новые правила оценки лавинной опасности «СП 428.1325800.2018. Свод правил. Инженерные изыскания для строительства в лавиноопасных районах. Общие требования». Часть недостатков предыдущего документа в нём устранены. Приведены используемые термины и определения. Впервые в нормативном документе представлен метод выделения лавинных очагов. Корректнее сформулированы условия, при которых требуется оценка лавинной опасности. Исключён бывший в предыдущем документе метод расчёта скоростей и дальностей выброса текучих лавин. Допускается, в случае недостаточности данных для анализа, рассчитывать максимально возможные границы лавиносбора, а не границы заданной обеспеченности. Появились новые разделы, касающиеся применения аэрокосмических, фитоценотических, дендрохронологических методов, а также методов исследования погребенных почв для оценки лавинной опасности. Вместе с тем, в новых правилах имеются противоречия и недостатки. Необходимы более чёткие и однозначные формулировки используемых понятий. Методы оценки скорости пылевых лавин недостаточно обоснованы и дают сильно завышенные значения. Нет достаточных обоснований для определения границы воздействия воздушной волны. Методы оценки снегонакопления в лавинном очаге не учитывают пространственной изменчивости высоты снега и могут привести к большим ошибкам в оценке лавинной опасности. Применение статистического моделирования для оценки вероятностей лавин и их характеристик в предложенном виде не является обоснованным и может привести к недооценке лавинной опасности. Одной из причин несовершенства нового документа является отсутствие в нём требований к точности выполняемых с его помощью оценок. Предлагается к моменту актуализации свода правил более широко и предметно обсудить его содержание и возможные изменения в нём. Литература: Благовещенский В.П. Определение лавинных нагрузок. Алма-Ата.: Изд-во «Гылым», 1991. 115 с. Москалёв Ю.Д. Динамика снежных лавин и снеголавинные расчёты. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 232 с. Рунич А.В. Обоснование метода расчёта движения лавин для инженерных целей // Снег и снежные лавины. Труды Высокогорного геофизического института. 1972. Вып. 18. С. 26–60. Селиверстов Ю.Г. Снежные лавины на равнине // Доклады и выступления VIII научно-практической конференции «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций» (г. Санкт-Петербург, 8–10 октября 2008 г.). СПб: МЧС, 2009. С. 149–156. Черноус П.А. Снеголавинные расчёты в нормативной базе инженерных изысканий для строительства в лавиноопасных районах // Сборник докладов международной научной конференции памяти выдающегося русского ученого Ю.Б. Виноградова «Четвёртые Виноградовские чтения. Гидрология от познания к мировоззрению» (г. Санкт-Петербург, 23–31 октября 2020 г.). СПб: Изд-во ВВМ, 2020. С. 366–371. Черноус П.А. Мониторинг высоты снежного покрова при изысканиях для оценки лавинной опасности // Материалы Общероссийской научно-практической конференции «Изучение опасных природных процессов и геотехнический мониторинг при инженерных изысканиях» (г. Москва, 18 марта 2021 г.). М.: ООО «Геомаркетинг», 2021. С. 124–130. Barbolini M., Issler D., Jóhannesson T., Hákonardóttir K., Lied K., Gauer P., Naaim M., Faug T., Natale L., Cappabianca F., Pagliardi M., Rammer L., Sovilla B., Platzer K., Surinach E., Furdada G., Sabot F., Vilajosana I. Avalanche Test Sites and Research Equipment in Europe ‒ An Updated Overview. Davos, 2006. 172 p. De Quervain M. Lawinenbildung // Lawinenschutz in der Schweiz, Bd. 9 der Reihe Bündnerwald, Beiheft, 1972. Pp. 15–32. Eglit M., Yakubenko A., Zayko Y. A Review of Russian Snow Avalanche Models—From Analytical Solutions to Novel 3D Models // Geosciences. 2020. Vol. 10. Iss. 2. 77. DOI: 10.3390/geosciences10020077. Issler D., Lied K., Rammer L., Revol R., Sabot F., Cornet E.S., Bellavista G.F., Sovilla B. European avalanche test sites. Overview and analysis in view of coordinated experiments. Mitteilungen des Eidg. Institutes für Schnee- und Lawinenforschung. 1999. Vol. 59. 122 p. Persistent URL: https://www.dora.lib4ri.ch/wsl/islandora/object/wsl:17261. Harbitz C.B., Issler D., Keylock C. Conclusions from a recent survey of avalanche computational models // Proceedings of the anniversary conference «25 Years of Snow Avalanche Research» (Voss, 12–16 May, 1998). Oslo: Norwegian Geotechnical Institute, 1998. Pp. 128–139. McClung D., Schaerer P. The Avalanche Handbook. Seattle: The Mountaineers Books, 1993. 272 p. Oechslin M. Lawinengeschwindigkeiten und Lawinenluftdruck // Schweizerische Zeitschrift für Forstwesen. 1938. Vol. 89. Iss. 6. Pp. 153–160. DOI: 10.5169/seals-768146