Глава 2. Чрезвычайные ситуации в литосфере виды чрезвычайных ситуаций природного характера и их характеристика
 Скачать 3.06 Mb.
|
Защитные мероприятия от лавы1. Бомбардировка лавового потока с самолета. Охлаждаясь, лавовый поток создает заградительные валы и течет в лотке. Когда же удается эти валы прорвать, лава разливается, скорость ее течения замедляется и приостанавливается. 2. Отвод лавовых потоков с помощью искусственных желобов. 3. Бомбардировка кратера. Лавовые потоки по большей части возникают за счет того, что лава переливается через край кратера, если же удается разрушить стенку кратера раньше, чем образовалось лавовое озеро, скопится немного меньше лавы и ее излияние по склону не принесет вреда. Сток лавы, кроме того, можно направить в нужном направлении. 4. Возведение предохранительных дамб. 5. Охлаждение поверхности лавы водой. На охлажденной поверхности образуется корка и поток останавливается. Защита от выпадения тефры Создание и использование в случае извержения специальных укрытий. Возможно проведение эвакуации населения. Защита от вулканических грязевых потоков От слабых грязевых потоков можно защититься дамбами или сооружением желобов. В некоторых индонезийских селениях у подножия вулканов насыпают искусственные холмы. При серьезных опасностях люди вбегают на них и таким образом могут избежать опасности. Существует еще один способ – искусственное понижение кратерного озера. Наилучшим способом является запрещение заселения опасной территории или эвакуация при первых признаках вулканического извержения. Рекомендации по поведению при извержении вулканов Лавовый поток. При начале извержения не оставаться вблизи языков лавы. Извержение тефры. Против дамб и лапиллей предпочтительно применение пассивной защиты, при этом нужно быть внимательным и отклоняться от них. Однако когда их падает слишком много, необходимо спрятаться в укрытие. Пепел наносит значительно больший ущерб. В непосредственной близости от вулкана необходимо надевать маски. Необходимо постоянно убирать пепел с крыш (чтобы предотвратить обрушение), в садах стряхивать пепел с деревьев, закрывать резервуары с питьевой водой. Рекомендуется защищать чувствительные приборы. Пока не наступит подходящий момент, лучше оставаться в укрытиях. Во время самого извержения эвакуация невозможна, так как отсутствует видимость. После извержения необходимо убрать с территории крупные грубые каменистые обломки. Пепел постепенно смоют дожди. Об очищении пастбищ позаботится сама природа, даже когда растительность уничтожена полностью, ее восстановление происходит сравнительно быстро. Вулканические грязевые потоки. Немедленная эвакуация населения при малейших признаках извержения. Вулканические наводнения. Действия населения должны быть те же, что и при обычном наводнении. Палящая вулканическая туча. Немедленная эвакуация населения при малейших признаках извержения. Вулканические газы. Население близлежащих районов должно быть снабжено противогазами. Необходимо эвакуировать скот из опасных областей. Насаждения успешно защищаются от действия вулканических газов умеренной посыпкой извести (для нейтрализации кислот). 2.2. Геологические чрезвычайные ситуации (экзогенные геологические явления) 2.2.1. Склоновые процессы Большая часть поверхности Земли – это склоны. К склонам относятся участки поверхности с углами наклона, превышающими 1°. Они занимают не меньше 3/4 площади суши. Чем круче склон, тем значительнее составляющая силы тяжести, стремящаяся преодолеть силу сцепления частиц пород и сместить их вниз. Силе тяжести помогают или мешают особенности строения склонов: прочность пород, чередование слоев различного состава и их наклон, грунтовые воды, ослабляющие силы сцепления между частицами пород. Обрушение склона может быть вызвано отседанием – отделением от склона крупного блока породы. Отседание типично для крутых склонов, сложенных плотными трещиноватыми породами (например, известняками). В зависимости от сочетания этих факторов склоновые процессы приобретают различный облик. К склоновым процессам относится большая группа процессов движения масс грунта и снега, происходящего за счет силы тяжести: обрушения, камнепады, оползни, солифлюкционные потоки, смещения курумов и каменных глетчеров, снежные лавины, подвижка ледников и т. п. Общее условие начала смещения материала вниз по склону – достижение такого состояния, при котором сдвигающее усилие (составляющая сила тяжести, параллельная склону) оказывается больше удерживающих сил (сцепление сдвигаемого слоя с ложем, внутреннее сцепление в слое, не имеющем резкой нижней границы). Причины начала движения делятся на три группы: увеличение сдвигающего усилия, уменьшение удерживающих сил, дополнительный внешний импульс. Увеличение сдвигающего усилия может быть вызвано возрастанием массы смещающегося слоя (рост высоты снежного покрова при снегопаде или метели – для схода лавин; утяжеление грунта за счет промачивания дождями – для соответствующих видов оползней; антропогенная нагрузка склонов – также для оползней и т. д.). Увеличение сдвигающего усилия может быть вызвано также изменением угла склона – речным подмывом, абразией и т. п. Уменьшение удерживающих сил на подошве двигающегося слоя может происходить за счет ее «смазки» водой – при дождях, снеготаянии, при утечках из оросительных каналов и водопроводов, при подтоплении и затоплении подножия склона и т. п. Дополнительными внешними импульсами, обеспечивающими начало движения (обычно – обрушения), служат всевозможные сотрясения – сейсмические толчки, рудничные взрывы и т. п. Камнепады, обвалы грунта, обрушения ледников происходят в форме свободного падения на значительной части пути, но имеют существенные различия в зависимости от масштаба явления. На крутых (30° и более) склонах распространены камнепады – случаи движения одиночных камней или небольших групп. Движение камней происходит в форме неоднократных «прыжков» со скоростью 40–60 м/с (150–200 км/ч). Причинами падения камней служит выдувание или вымывание из-под них мелкозема, сталкивание их языками оползающего грунта, а также процессы намерзания и таяния под ними льда. Наиболее крупные камнепады возбуждаются сильными ливнями. Камнепады наиболее опасны на автодорогах, промышленных и крутосклонных ущельях Памира, Алтая, Тянь-Шаня, Кавказа. Обвалы отличаются от камнепадов не просто большим объемом, а сплоченностью облака обрушивающегося материала, что меняет характер его движения. В движение вовлекается воздух, тело обвала приобретает обтекаемую (каплевидную) форму, обволакивается попутным воздушным потоком (воздушная волна) и проходит большое расстояние. Скорость движения обвалов на отдельных участках пути может достигать (90 м/с) 300 км/ч, длина пути – многих километров. Причиной крупных обвалов служат землетрясения. Горный склон как бы вскипает и приходит в движение. Масса камня и земли несется вниз, разделяясь на потоки. Они сливаются с потоками с противоположного склона и устремляются вниз по долине, обогащаясь водой и мелкоземом. Крупные обвалы ледников также возбуждаются землетрясениями. Наиболее известен Уаскаранский обвал в Перу при землетрясении в мае 1970 г. Масса льда, сорвавшаяся с г. Уаскаран, на своем почти двадцатикилометровом пути обратилась в грязекаменный поток, двигавшийся со скоростью до 320 км/ч. Высота фронта достигала 80 м. Он легко преодолевал холмы высотой до 140 м и уничтожил город Ранраирка и часть города Юнгай, в результате чего погибло 67 тыс. человек. Обвалы снега, возможные для склонов 25° и более, относительной высотой 20–40 м и более, при толщине снежного покрова более 30–40 см над поверхностью микрорельефа называются снежными лавинами. Скорость степных лавин достигает нескольких десятков м/с, объем – млн м3, давление на препятствие – 100 т/м2 (давление 3 т/м2 разрушает деревянные постройки, 100 т/м2 – каменные здания), толщина лавинных завалов на дне долин 30–50 м. Потоки шириной до десятков метров и длиной до сотен метров – это оползни. Они распространены по всем склонам разных долин и абразионных террас. Например, на европейской части России от них страдают десятки городов, расположенных на высоких берегах рек. Оползни, распространены вне зоны многолетней мерзлоты, относятся к категории оползней скольжения и возникают, чаще всего, за счет подрезки склонов эрозией или абразией, водной смазки подошвы, сотрясения или дополнительной нагрузки на склон. Оползень может быть почти или вовсе неподвижен в течение многих лет и испытать несколько периодов краткосрочной активизации, когда скорость его движения может достигать десятков метров в час. К особому виду оползней, характерному для области многолетней мерзлоты, относятся каменные глетчеры, распространенные в горноледниковом поясе в 20–40 % долин. Естественные каменные глетчеры с их большой массой (ширина – десятки метров, длина – сотни метров, толщина – до 20–30 м) и постоянным, хотя и медленным движением, могли бы представлять угрозу для любых сооружений, оказавшихся на их пути. Массовое смещение рыхлого покрова склонов происходит повсеместно, где нет оползней и других более сильных склоновых процессов, и остаётся единственным типом этих процессов на тех склонах, что положе угла естественного откоса. Оно затрагивает обычно верхний слой толщиной в дециметры – немногие метры, идёт со скоростью до дециметров в год. Причинами смещения могут служить сильное увлажнение, изменение объёма грунта при замерзании – оттаивании или при нагревании – охлаждении. В соответствии с этими причинами выделяют виды таких процессов – солифлюкцию, десерпцию, конжелифлюкцию и др. Минимальные углы наклона, при которых заметны такие смещения, находятся в интервале 5–10°. В диапазоне углов наклона 10–30° скорости смещений приблизительно пропорциональны квадрату уклона. Если не считать «быструю солифлюкцию» (тонкие оползни – сплывы размокшего грунта), массовое смещение рыхлого покрова опасно там, где происходит дифференцированно, полосами. Наибольшие скорости таких потоков находятся обычно в диапазоне 0,1–0,5 м/год, но этого достаточно для того, чтобы изгибать и изламывать трубопроводы. 2.2.2. Сели Селевые потоки Сели – это русловые потоки, включающие большое количество обломочного материала (не менее 10–15 % по объему), имеющие плотность в 1,5–2 раза больше плотности воды, движущиеся в виде волны с высотой фронта до 20–40 м и со скоростью до 20–30 м/с (10–100 км/час) и оказывающие давление на препятствие силой до десятков тонн на квадратный метр. Высота фронта и скорости движения селя, в зависимости от условий его протекания, могут принимать другие значения. Свое название сели получили от арабского «сайль» – бурный поток. Селевые потоки характерны для горных долин с наклоном русла 6–200; они длятся обычно десятки минут, реже 4–5 ч, могут эродировать русло на глубину до десятков метров, проходить путь длиной в километры, реже – несколько десятков километров, образуют конусы шириной в десятки, длиной в сотни метров при толщине разовых отложений обычно до 5, редко до 10 м. Сели образуются во всех горных районах мира, кроме Антарктиды. Селевыми потоками называют стремительные русловые потоки, состоящие из смеси воды и обломков горных пород, внезапно возникающие в бассейнах небольших горных рек. Они характеризуются резким подъемом уровня, волновым движением, кратковременностью действия (от 1 до 3 ч), значительным эрозионно-аккумулятивным разрушительным эффектом. Сель является стихийным (особо опасным) гидрологическим явлением, если селевой поток угрожает населенным пунктам, спортивным и санаторно-курортным комплексам, железным и автомобильным дорогам, оросительным системам и другим важным объектам экономики. Потенциальный селевой очаг – участок селевого русла или селевого бассейна, имеющий значительное количество рыхлообломочного грунта или условий для его накопления, где при определённых условиях обводнения зарождаются сели. Селевые очаги делятся на селевые врезы, рытвины и очаги рассредоточенного селеобразования. Селевой рытвиной называют линейное морфологическое образование, прорезающее скальные, задернованные или залесенные склоны, сложенные незначительной по толщине корой выветривания. Селевые рытвины отличаются небольшой протяжённостью (редко превышают 500–600 м) и глубиной (редко более 10 м). Угол дна рытвин обычно более 15°. Селевой врез представляет собой мощное морфологическое образование, выработанное в толще древних моренных отложений и, чаще всего, приуроченное к резким перегибам склона. Кроме того селевые врезы могут формироваться на аккумулятивном, вулканогенном, оползневом, обвальном рельефе. По своим размерам значительно превосходят селевые рытвины, а их продольные профили более плавные, чем у селевых рытвин. Максимальные глубины селевых врезов достигает 100 м и более, площади водосборов селевых врезов могут достигать более 60 км2. Объём грунта, выносимый из селевого вреза за один сель, может достигать 6 млн м3. Под очагом рассредоточенного селеобразования понимают участок крутых (35–55°) обнажений, сильно разрушенных горных пород, имеющих густую и разветвлённую сеть борозд, в которых интенсивно накапливаются продукты выветривания горных пород и происходит формирование микроселей, объединяющихся затем в едином селевом русле. Они приурочены, как правило, к активным тектоническим разломам, а их появление обусловлено крупными землетрясениями. Площади селевых очагов достигают 0,7 км2 и редко больше. Вид селевого потока определяется составом селеобразующих пород. Селевые потоки бывают: водно-каменными, водно-песчаными и водно-пылеватыми; грязевыми, грязекаменными или каменно-грязевыми; водно-снежно-каменными. Водно-каменный сель – поток, в составе которого преобладает крупнообломочный материал с преимущественно крупными камнями, в том числе с валунами и со скальными обломками (объемный вес потока 1,1–1,5 т/м3). Формируется в основном в зоне плотных пород. Водно-песчаный и водно-пылеватый сель – поток, в котором преобладает песчаный и пылеватый материал. Возникает, в основном, в зоне лессовидных и песочных почв во время интенсивных ливней, смывающих огромное количество мелкозёма. Грязевой сель близок по своему виду к водно-пылеватому, формируется в районах распространения пород преимущественно глинистого состава и представляет собой смесь воды и мелкозема при небольшой концентрации камня (объемный вес потока 1,5–2,0 т/м3). Грязекаменный сель характеризуется значительным содержанием в твёрдой фазе (галька, гравий, небольшие камни) глинистых и пылеватых частиц с явным их преобладанием над каменной составляющей потока (объемный вес потока 2,1–2,5 т/м3). Каменно-грязевой сель содержит преимущественно крупнообломочный материала, по сравнению с грязевой составляющей. Водно-снежно-каменный сель – переходный материал между собственно селем, в котором транспортирующей средой является вода, и снежной лавиной. Формирование селей обусловлено сочетанием геологических, климатических и геоморфологических условий: наличием селеформирующих грунтов, источников интенсивного обводнения этих грунтов, а также геологических форм, способствующих образованию достаточно крутых склонов и русел. Источниками твёрдого питания селей могут быть: ледниковые морены с рыхлым заполнением или без него; русловые завалы и загромождения, образованные предыдущими селями; древесно-растительный материал. Источниками водного питания селей являются: дожди и ливни; ледники и сезонный снежный покров (в период таяния); воды горных озёр. Наиболее часто образуются сели дождевого питания (дождевые). Они характерны для среднегорных и низкогорных селевых бассейнов, не имеющих ледникового питания. Основным условием формирования таких селей является количество осадков, способных вызвать смыв продуктов разрушения горных пород и вовлечь их в движение. Для высокогорных бассейнов с развитыми современными ледниками и ледниковыми отложениями (моренами) характерны гляциальные сели. Основным источником их твёрдого питания являются морены, которые вовлекаются в процесс селеобразования при интенсивном таянии ледников, а также при прорыве ледниковых или моренных озёр. Формирование гляциальных селей зависит от температуры окружающего воздуха. Непосредственными причинами зарождения селей служат ливни, интенсивное таяние снега и льда, прорыв водоемов, реже – землетрясения, извержения вулканов. Несмотря на разнообразие причин, механизмы зарождения селеймогут быть сведены к трем главным типам: эрозионному, прорывному и обвально-оползневому (табл. 2.16). Таким образом, при образовании и развитии селей прослеживаются три стадии формирования:
Формирование селей происходит в селевых водосборах, наиболее распространённой формой которых в плане является грушевидная с водосборной воронкой и веером ложбинных и долинных русел, переходящих в основное русло. Селевой водосбор состоит из трех зон, в которых формируются и протекают селевые процессы: зона селеобразования, где происходит питание водой и твердым материалом; зона транзита (движения селевого потока); зона разгрузки (массового отложения селевых выносов). Таблица 2.16 Механизмы зарождения селей
Для образования селевых потоков необходимо наличие:
Основным условием возникновения селей является норма дождевых осадков, способная вызвать смыв продуктов разрушения горных пород и вовлечение их в движение (табл. 2.17). Таблица 2.17 Район'>Условия формирования селей дождевого происхождения
Окончание табл. 2.17
Причинами возникновения селевых потоков служат интенсивное таяние снега или ледников, нередко в сочетании с дождями, прорыв моренных и завальных озер. Каждому горному району свойственна определенная статистика причин возникновения селей. Например, в целом для Кавказа причины возникновения селей распределяются следующим образом: дожди и ливни – 85 %; таяние вечных снегов – 6 %; сброс талых вод из моренных озер – 5 %; прорывы завальных озер – 4 %. В Заилийском Алатау, наоборот, все наблюдавшиеся большие сели вызваны прорывом моренных и завальных озер. Катастрофические сели могут образовываться при землетрясениях. В отдельных случаях (при извержении вулканов), когда происходит совместное формирование жидкой и твёрдой составляющих селевых потоков, образуются вулканогенные сели. Площади селевых водосборов колеблются от 0,05 до нескольких десятков квадратных километров. Длина русел колеблется в пределах от 10–15 м (микросели) до нескольких десятков километров, а их крутизна в транзитной зоне – от 25–30° в верхней части до 8–15° в нижней. При меньших уклонах движение селей затухает и начинается процесс отложения селевой массы. Полностью движение селя прекращается при крутизне 2–5°. В бассейнах и водосборах ливневого и сезонно-снегового питания, где имеется постоянный запас рыхлообломочного материала, сели повторяются довольно часто (от нескольких раз в году до одного раза в 2–4 года) и связаны, в основном, с периодами выпадения значительных осадков. Чем круче склоны бассейна, тем чаще в таких бассейнах образуются сели. В бассейнах, где такого запаса не имеется и рыхлообломочный материал накапливается в межселевые периоды, повторяемость селей зависит от времени, необходимого для такого накопления. В сильно расчленённых водосборах с весьма крутыми склонами и руслами сели образуются чаще, чем в водосборах с более пологими склонами. Повторяемость гляциальных селей зависит от сочетания интенсивности ледникового стока с состоянием увлажнения моренного материала. Во многих бассейнах гляциального питания прохождение селей отдельно друг от друга наблюдалось через промежутки 15–20 лет. Крупные катастрофические сели в каждом отдельном бассейне – явление редкое и их повторяемость 1–3 случая за 100 лет. Повторяемость селей характеризует селеактивность данного бассейна. В то же время в некоторых бассейнах сели хотя и возникают редко, но единовременный объём селевых выносов весьма значительный (селеопасность высокая). Поэтому при оценке селеопасности горных районов в период планирования и проведения каких-либо работ необходимо учитывать оба показателя. Вероятность селепроявления на территории выявленных селевых бассейнов основывается на прогнозе дождевой и гляциальной селеопасности. Прогноз дождевой селеопасности базируется на метеопрогнозе количества осадков. В большинстве горных районов суточные осадки 1 %-ной обеспеченности (повторяющиеся 1 раз в 100 лет) составляют 80–120 мм, что, как правило, приводит к образованию селей. Даже величины суточных максимумов осадков 20 % обеспеченности (повторяющиеся 1 раз в 5 лет) способствуют формированию селей ливневого происхождения во всех горных районах. Для каждого района существует своя критическая норма осадков, превышение которой может привести к возникновению селеопасной ситуации. Прогнозирование гляциальной селеопасности базируется на выявлении аномальных отклонений характеристик водного и термического режимов. Для этого используется информация гидрометеостанций и постов, расположенных в данном горном районе. Прогноз гляциальной селеопасности заключается в заблаговременном предсказании возможности прорыва моренных и подпруженных озёр, а также внутриледниковых емкостей. Признаками гляциальной селеопасности являются: высокая температура воздуха в течение 3–5 сут в высокогорном районе; повышенный сток воды с ледника; высокий уровень воды в моренном озере и уменьшение (прекращение) стока воды (по сравнению с другими водостоками ледникового питания) в данном районе. Температурный режим теплового периода года оказывает существенное влияние на формирование гляциальных селей. Сумма средних суточных температур воздуха за 10 дней более 165° служит признаком селеопасности. В горных районах Средней Азии возникновение селей связано с теми периодами, когда в течение нескольких дней величина температуры воздуха 28–30°C. К естественным причинам формирования селей добавились антропогенные факторы, например, бессистемная вырубка лесов на горных склонах, деградация наземного и почвенного покрова нерегулярным выпасом скота. Техногенными причинами являются: неправильно организуемые отвалы отработанной горной породы горнодобывающими предприятиями; массовые взрывы горных пород или прокладка железных и автомобильных дорог и других сооружений; отсутствие рекультивации земель при строительстве и взрывных работах в карьерах по добыче полезных ископаемых; переполнение искусственных водоемов и нерегулируемый выпуск воды из ирригационных каналов, проходящих по горным склонам; повышенная загазованность воздуха отходами промышленных предприятий, губительно действующая на почвенно-растительный покров. Селевые потоки наносят большой ущерб народному хозяйству, природе, угрожают жизни людей, прежде всего жителей городов и населенных пунктов, находящихся на пути селя. В целом, 25 % территории РФ находятся в селеопасных зонах, которые отличаются разнообразием условий и форм проявления селевой активности. Все селеопасные горные районы разделяются на две зоны – теплую и холодную. Теплую зону образуют умеренный и субтропический климатические пояса, в пределах которых селепроявления развиты в форме водно-каменных и грязекаменных потоков. Холодная зона охватывает селеопасные районы Субарктики и Арктики. Здесь в условиях дефицита тепла и вечной мерзлоты распространены водно-снежные селевые потоки. Внутри зон выделены регионы, которые разделяются на области. Регионы охватывают группы горных стран с общим господствующим типом (типами) селепроявления, близкими условиями климата и рельефа. Разделение регионов на области основано на учете специфики селепроявления и степени селевой опасности. Теплая зона включает в себя 8 регионов и 19 областей, а холодная, соответственно, 4 и 9. Регионы теплой зоны: Крымско-Карпатский, Кавказский, Уральский, Копетдагский, Памиро-Тянь-Шанский, Южносибирский, Амуро-Сахалинский и Курило-Камчатский. Регионы холодной зоны – Западный, Верхоянско-Черский, Колымско-Чукотский, Арктический. Большие убытки приносят сели в Закавказской селеопасной области. Только на одной Закавказской железной дороге насчитывается свыше 15 % участков, подверженных селевой угрозе. Большой ущерб от селевых потоков терпит транскавказская автомобильная Военно-Грузинская дорога. На Северном Кавказе особенно активно селевые потоки формируются в Кабардино-Балкарии, Северной Осетии и Дагестане. Это, прежде всего, бассейны реки Терек, Сулак и бассейны Каспийского моря. Вследствие негативной роли антропогенного фактора, начали развиваться селевые явления и на Черноморском побережье Северного Кавказа (район г. Новороссийска, участок Джубга – Туапсе – Сочи). В Горном Крыму селевые процессы характерны для бассейнов юго-восточной части южнобережного склона Главной гряды (реки Ворон, Ай-Сераз), а также для многочисленных балок юго-западной части и бассейнов рек северного склона. Наиболее селеопасными территориями Сибири и Дальнего Востока являются районы Саяно-Байкальской горной области, в частности, Южное Прибайкалье в зоне северных склонов Хамар-Дабанского хребта, южные склоны Тункинских гольцов (бассейн реки Иркут), бассейн реки Селенги, а также отдельные участки Северо-Муйского, Кодарского и других хребтов в зоне трассы Байкало-Амурской магистрали (север Читинской области и Бурятии). В Северном Прибайкалье селевые процессы развиты в пределах Станового нагорья. Высокая селевая активность имеет место в отдельных районах Камчатки (например, Ключевая группа вулканов), а также в некоторых горных бассейнах Верхоянского хребта. Помимо указанных районов, селевые явления характерны для горных районов Приморья, о. Сахалин и Курильских островов, Урала (особенно Северного и Приполярного), Кольского полуострова (в Хибинах и в районах Ловозерских тундр), а также Крайнего Севера и северо-востока России. На Кавказе селевые потоки проходят преимущественно в июне – августе (80 %), а в Средней Азии – в апреле – июле (81,3 %). К настоящему времени количество селевых бассейнов на территории РФ значительно возросло. Характеристики селей Объем или мощность селя может составлять десятки и сотни тысяч, а иногда и миллионы кубических метров селевой массы. Максимальный расход селевого потока (твердой и жидкой фазы) без заторов во время движения примерно в 1,2–1,4 раза больше расхода воды, а при заторах – в 3–5 раз больше. Величина максимального расхода селевого потока может составлять от несколько десятков до 2000 м3/с. Скорость движения селей колеблется от 2 до 10 м/с, иногда и более. Сель, в отличие от водного потока, часто движется не непрерывно, а отдельными валами, то останавливаясь, то ускоряя движение. Это происходит, в основном, вследствие задержки селевой массы в сужении русла, на крутых поворотах, в местах резкого уменьшения уклона. Если обычно скорость течения селевого потока составляет 2,5–4,0 м/с, то при прорывах заторов она достигает 10 м/с, при этом расходы воды увеличиваются в 3–5 раз. Максимальная скорость превышает среднюю в 1,5–2 раза. При движении сель представляет собой сплошной поток из грязи, камней и воды. Крутой передний фронт селевой волны высотой от 5 до 15 м образует «голову» селя. Максимальная высота вала водогрязевого потока достигает 25 м. Структурный состав селевого потока определяется составом и долей твердого материала в объеме потока, которая в зависимости от геологических условий изменяется от 10 до 70 %. Обычно доля твердого материала составляет не менее 100 кг в 1 м3 воды, при плотности породы 2,4–2,6 г/см3 приводит к плотности селевых потоков 1,07–1,1 г/см3. Нередко используется такая характеристика, как средняя и максимальная плотность селевого потока, или его объемный вес. Плотность селевого потока колеблется в пределах 1,2–1,9 т/м3. Иногда применяются такие характеристики, как средняя и максимальная глубина и ширина селя. Ширина селя зависит от ширины русла, по которому движется селевой поток, и колеблется от 3 до 100 м. Глубина селевого потока колеблется от 1,5 до 15 м, длина русел селей – от нескольких десятков метров до нескольких десятков километров. Высота селевого потока может составлять: для мощных и катастрофических селей – 3–10 м, для маломощных – 1–2 м. Скорость движения селевого потока в транзитных условиях (в зависимости от глубины потока, уклона русла и состава селевой массы) составляет от 2–3 до 7–8 м/с, иногда и более. Для селевого потока учитывают расход водной и твёрдой составляющих селевой смеси. Расход твёрдого материала может превышать расход воды в 15–20 раз. Максимальные расходы селей колеблются от нескольких десятков до 1000–1500 м3/c. В необходимых случаях используется максимальная сила удара селевого потока о препятствие. Она составляет от 5 до 12 т/м2. Объём селевых отложений (объём рыхлообломочной породы в естественном залегании, вынесенный из селевого очага и русла) определяет зону воздействия селя. Как правило, суммарный объём селевого выноса определяет тип селя и его разрушительное действие на сооружение. Для большинства селевых бассейнов России характерны сели малой и средней мощности. Опасность селей не только в их разрушительной силе, но и во внезапности их появления. Под внезапностью возникновения селевого потока следует иметь в виду невозможность предопределить заранее дату прохождения селя. Повторяемость селей для разных селеопасных районов различна. Например, в Забайкалье мощные селевые потоки формируются через 5–6 лет. В бассейнах ливневого и снегового питания, где имеется постоянный запас рыхлообломочного материала для питания селей, сели повторяются часто (один раз в 2–4 года, иногда несколько раз в течение года) и связаны с периодами выпадения значительных осадков. Мощные селевые потоки (выносят 2–4 млн м3 обломочного материала) повторяются относительно редко – один раз в 30–50 лет. Максимальные размеры в поперечнике крупнообломочных включений (валунов, скальных обломков) для несвязных водно-каменных селей могут составлять 3–4 метра и более. Масса таких глыб может составлять до 300 т. Грязекаменные сели обладают значительно большей транспортирующей способностью и могут переносить глыбы размером в поперечнике – 8–10 м. Вязкость связных селей колеблется от трех пуаз до нескольких десятков, иногда и сотен. При значительной вязкости селевая масса напоминает густой бетонный раствор, в котором замешаны крупные обломки скальных пород. Результат воздействия селевого потока на различные объекты зависит от его основных параметров: плотности, скорости продвижения, высоты, ширины, расхода, объёма, продолжительности, размеров включений и вязкости. Процессы движения и трансформации селевых потоков при движении по руслу определяются гранулометрическим и минералогическим составом вовлекаемых в процесс грунтов. При определённых исходных данных по селевому бассейну представляется возможным прогнозировать процессы движения и трансформации селевых потоков на основании математических моделей, описывающих эти процессы. Рассмотрим характеристики водно-снежных потоков. Водно-снежные потоки – слабо изученное, хотя и широко распространённое явление (районы Субарктики и Арктики), разновидности которого называют снежными селями, слякотными лавинами, гидронапорными лавинами. Водно-снежные потоки обладают некоторыми чертами снежных оползней, лавин и селей и образуются при прорыве снежных запруд – наметённых, лавинных или только что образованных сползшим со склона пластом снега. Но наиболее характерно его образование путём всплывания водонасыщенного слоя снега в русле в период интенсивного снеготаяния. По внешнему виду такое событие напоминает начало весеннего ледохода на реке. В зависимости от условий на его пути водно-снежная масса может разжижаться или, напротив, насыщаться снегом. Обычно же она представляет собой фронтальный богатый снегом вал, за которым следует жидкий шлейф, и в этом смысле она аналогична селю. Водно-снежные потоки образуются раз в 5–10 лет, обычно при особо бурном снеготаянии, вызванном приходом тёплых воздушных масс и иногда усиливаемом дождями. Они характерны для Субарктики, заснеженных высокогорий, меньше – для Арктики, где соответствующие метеорологические условия относительно редки. Наблюдаются водно-снежные потоки и на равнинах (в оврагах), и на поверхности ледников. Обычным местом их рождения и движения являются верховья рек в горных и холмистых районах, ложбинах с V-образным поперечным профилем и углом наклона русла от 30 до 5–6°. Водно-снежные потоки образуются внезапно, длятся до нескольких десятков минут, движутся со скоростью до 10 м/с, оказывают давление на препятствие силой до 10 т/м2. Высота фронтальной волны водно-снежного потока достигает 10 м. Как и сели, водно-снежные потоки останавливаются, выйдя на пологие (менее 5°) участки русла или дна более крупной долины. Характерные длины их пути – в пределах немногих километров, объём отложений в пределах 100 тыс. км3. Водно-снежные потоки способны размывать дороги, уничтожать лёгкие мосты, здания, трубопроводы и т. п. Случаев особо крупных разрушений водно-снежными потоками неизвестно. Возможно, они отнесены на счёт селей или необычных по длине пути лавин. Классификация селей Сели подразделяются, исходя из главных факторов возникновения, на три класса (табл. 2.18) и, исходя из первопричин возникновения, – на восемь типов (табл. 2.19). По составу переносимого твердого материала селевые потоки принято различать следующим образом:
Селевые потоки подразделяются по характеру их движения в русле на связные и несвязные. Таблица 2.18 Классификация селей на основе факторов возникновения
Связные потоки состоят из смеси воды, глинистых и песчаных частиц. Раствор имеет свойства пластичного вещества. Поток как бы представляет единое целое. В отличие от водного потока он не следует изгибам русла, а разрушает и выпрямляет их или переваливает через препятствие. |