Баринов А.В., Седнев В.А., Шевчук А.Б. и др. Опасные природные процессы

Подождите немного. Документ загружается.

105

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. Ос-

новным источником их твёрдого питания являются морены, которые вовле-

каются в процесс селеобразования при интенсивном таянии ледников, а

также при прорыве ледниковых или моренных озёр. Формирование гляци-

альных селей зависит от температуры окружающего воздуха.

Непосредственными причинами зарождения селей служат ливни, ин-

тенсивное таяние снега и льда, прорыв водоемов, реже – землетрясения, из-

вержения вулканов. Несмотря на разнообразие причин, механизмы зарож-

дения селей могут быть сведены к трем главным типам: эрозионному, про-

рывному и обвально-оползневому (табл. 2.16). Таким образом, при образо-

вании и развитии селей прослеживаются три стадии формирования:

– более или менее длительная подготовка на склонах и в руслах гор-

ных бассейнов материала, служащего источником для формирования селе-

вых потоков (в результате выветривания горных пород и горной эрозии);

– быстрое перемещение скального, потерявшего равновесие материа-

ла, с повышенных участков горных водосборов в пониженные по горным

руслам в виде селевых потоков;

– аккумуляция селевых выносов в пониженных участках горных до-

лин в виде русловых конусов или других форм селевых отложений.

Формирование селей происходит в селевых водосборах, наиболее рас-

пространённой формой которых в плане является грушевидная с водо-

сборной воронкой и веером ложбинных и долинных русел, переходящих в

основное русло. Селевой водосбор состоит из трех зон, в которых форми-

руются и протекают селевые процессы: зона селеобразования, где проис-

ходит питание водой и твердым материалом; зона транзита (движения се-

левого потока); зона разгрузки (массового отложения селевых выносов).

106

Таблица 2.16

Механизмы зарождения селей

Тип

Исходные проце

сы

(явления)

Этапы механизма

зарождения

Характер взаимодейс

т-

вия с руслом

Эрози-

онный

Эрозия склона и русла Плоскостной смыв и размыв

склонов и русла – и возрас-

тание насыщенности водно-

го потока обломочным ма-

териалом – селевая волна

Движение потока

контролируется рус-

лом

Прорыв-

ной

Прорыв водоема

(озера, внутриледнико-

вой емкости, водохра-

нилища)

Водяная волна – размыв и

вовлечение в движение

обломочных масс – селе-

вая волна

Наибольшая перера-

ботка русла

Обваль-

но-

оползне-

вой

Срыв массива водона-

сыщающих горных по-

род

Обводнение массива и ос-

лабление структурных свя-

зей – срыв (оползание) с

разрушением структуры и

начало течения – селевая

волна

Переполнение русла

(растяжение). Обра-

зование аккумуля-

тивных форм

Для образования селевых потоков необходимо наличие:

– достаточного количества продуктов разрушения горных пород на

склонах бассейна;

– достаточного объема воды для смыва или сноса со склонов рыхло-

го твердого материала и последующего его перемещения по руслам;

– крутого уклона склонов и водотока.

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

Условия формирования селей дождевого происхождения

Район

Суточные максим

умы

ливневых осадков 20 %-й

обеспеченности, мм

Известные минимал

ные

суммы селеформирующих

осадков, мм/сут

Карпаты 50–70 30–40

Крым 50–60 25

Северный Кавказ 50–70 20

Центральный Кавказ 50–70 20

Западное Закавказье 80–140 20

Армянское нагорье и Малый Кавказ 25–50 15–20

Урал 30–40 20

Тянь–Шань и Памиро–Алтай 30–60 30–40 и 13

Алтай и Саяны 30–50 20

Предбайкалье и Забайкалье 40–70 40

107

Окончание табл. 2.17

Район

Суточные максимумы

ливневых осадков 20 %-й

обеспеченности, мм

Известные минимал

ные

суммы селеформирующих

осадков, мм/сут

Хамар-Дабан 70–150 60

Горы северо-востока азиатской час-

ти РФ

30–60 –

Приморье 73–130 –

Приамурье 60–80 30

Камчатка 40–90 –

Сахалин 40–110 60

Причинами возникновения селевых потоков служат интенсивное тая-

ние 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 совмест-

ное формирование жидкой и твёрдой составляющих селевых потоков, об-

разуются вулканогенные сели.

Площади селевых водосборов колеблются от 0,05 до нескольких десят-

ков квадратных километров. Длина русел колеблется в пределах от 10–15 м

(микросели) до нескольких десятков километров, а их крутизна в транзит-

ной зоне – от 25–30° в верхней части до 8–15° в нижней. При меньших ук-

лонах 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 повторяют-

ся 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

108

водосборах с весьма крутыми склонами и руслами сели образуются чаще,

чем в водосборах с более пологими склонами.

Повторяемость гляциальных селей зависит от сочетания интенсивно-

сти 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 катастрофи-

ческие сели в каждом отдельном бассейне – явление редкое и их повто-

ряемость 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 (селеопас-

ность высокая). Поэтому при оценке селеопасности горных районов в пе-

риод планирования и проведения каких-либо работ необходимо учитывать

оба показателя. Вероятность селепроявления на территории выявленных

селевых бассейнов основывается на прогнозе дождевой и гляциальной се-

леопасности. Прогноз дождевой селеопасности базируется на метеопро-

гнозе количества осадков. В большинстве горных районов суточные осад-

ки 1 %-ной обеспеченности (повторяющиеся 1 раз в 100 лет) составляют

80–120 мм, что, как правило, приводит к образованию селей. Даже величи-

ны суточных максимумов осадков 20 % обеспеченности (повторяющиеся

1 раз в 5 лет) способствуют формированию селей ливневого происхожде-

ния во всех горных районах. Для каждого района существует своя крити-

ческая норма осадков, превышение которой может привести к возникнове-

нию селеопасной ситуации.

Прогнозирование гляциальной селеопасности базируется на выявле-

нии аномальных отклонений характеристик водного и термического режи-

мов. Для этого используется информация гидрометеостанций и постов,

расположенных в данном горном районе. Прогноз гляциальной селеопас-

ности заключается в заблаговременном предсказании возможности проры-

ва 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 (пре-

кращение) стока воды (по сравнению с другими водостоками ледникового

питания) в данном районе.

Температурный режим теплового периода года оказывает существен-

ное влияние на формирование гляциальных селей. Сумма средних суточ-

ных температур воздуха за 10 дней более 165° служит признаком селео-

пасности. В горных районах Средней Азии возникновение селей связано с

теми периодами, когда в течение нескольких дней величина температуры

воздуха 28–30°C.

109

К естественным причинам формирования селей добавились антропо-

генные факторы, например, бессистемная вырубка лесов на горных склонах,

деградация наземного и почвенного покрова нерегулярным выпасом скота.

Техногенными причинами являются: неправильно организуемые от-

валы отработанной горной породы горнодобывающими предприятиями;

массовые взрывы горных пород или прокладка железных и автомобильных

дорог и других сооружений; отсутствие рекультивации земель при строи-

тельстве и взрывных работах в карьерах по добыче полезных ископаемых;

переполнение искусственных водоемов и нерегулируемый выпуск воды из

ирригационных каналов, проходящих по горным склонам; повышенная за-

газованность воздуха отходами промышленных предприятий, губительно

действующая на почвенно-растительный покров.

Селевые потоки наносят большой ущерб народному хозяйству, приро-

де, угрожают жизни людей, прежде всего жителей городов и населенных

пунктов, находящихся на пути селя. В целом, 25 % территории РФ находят-

ся в селеопасных зонах, которые отличаются разнообразием условий и форм

проявления селевой активности. Все селеопасные горные районы разделя-

ются на две зоны – теплую и холодную. Теплую зону образуют умеренный

и субтропический климатические пояса, в пределах которых селепроявле-

ния развиты в форме водно-каменных и грязекаменных потоков.

Холодная зона охватывает селеопасные районы Субарктики и Аркти-

ки. Здесь в условиях дефицита тепла и вечной мерзлоты распространены

водно-снежные селевые потоки.

Внутри зон выделены регионы, которые разделяются на области. Ре-

гионы охватывают группы горных стран с общим господствующим типом

(типами) селепроявления, близкими условиями климата и рельефа. Разде-

ление 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: Крым-

ско-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 пото-

ков терпит транскавказская автомобильная Военно-Грузинская дорога. На

Северном Кавказе особенно активно селевые потоки формируются в Ка-

бардино-Балкарии, Северной Осетии и Дагестане. Это, прежде всего, бас-

сейны реки Терек, Сулак и бассейны Каспийского моря. Вследствие нега-

тивной роли антропогенного фактора, начали развиваться селевые явления

110

и на Черноморском побережье Северного Кавказа (район г. Новороссий-

ска, 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 Читин-

ской области и Бурятии). В Северном Прибайкалье селевые процессы раз-

виты в пределах Станового нагорья. Высокая селевая активность имеет ме-

сто 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 Се-

верного 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 време-

ни 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 м

/с. Скорость движения селей

колеблется от 2 до 10 м/с, иногда и более. Сель, в отличие от водного по-

тока, часто движется не непрерывно, а отдельными валами, то останавли-

ваясь, то ускоряя движение. Это происходит, в основном, вследствие за-

держки селевой массы в сужении русла, на крутых поворотах, в местах

резкого уменьшения уклона. Если обычно скорость течения селевого пото-

ка 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

111

потока достигает 25 м. Структурный состав селевого потока определяется

составом и долей твердого материала в объеме потока, которая в зависи-

мости от геологических условий изменяется от 10 до 70 %. Обычно доля

твердого материала составляет не менее 100 кг в 1 м

воды, при плотности

породы 2,4–2,6 г/см

приводит к плотности селевых потоков 1,07–1,1 г/см

Нередко используется такая характеристика, как средняя и максимальная

плотность селевого потока, или его объемный вес. Плотность селевого по-

тока колеблется в пределах 1,2–1,9 т/м

Иногда применяются такие характеристики, как средняя и максималь-

ная глубина и ширина селя. Ширина селя зависит от ширины русла, по ко-

торому движется селевой поток, и колеблется от 3 до 100 м. Глубина селе-

вого 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 катастрофиче-

ских 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 составляю-

щих селевой смеси. Расход твёрдого материала может превышать расход

воды в 15–20 раз. Максимальные расходы селей колеблются от нескольких

десятков до 1000–1500 м

/c. В необходимых случаях используется макси-

мальная сила удара селевого потока о препятствие. Она составляет от 5 до

12 т/м

. Объём селевых отложений (объём рыхлообломочной породы в есте-

ственном залегании, вынесенный из селевого очага и русла) определяет зону

воздействия селя. Как правило, суммарный объём селевого выноса определя-

ет 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 внезап-

ности их появления. Под внезапностью возникновения селевого потока

следует иметь в виду невозможность предопределить заранее дату прохо-

ждения селя. Повторяемость селей для разных селеопасных районов раз-

лична. Например, в Забайкалье мощные селевые потоки формируются че-

рез 5–6 лет. В бассейнах ливневого и снегового питания, где имеется по-

стоянный запас рыхлообломочного материала для питания селей, сели по-

вторяются часто (один раз в 2–4 года, иногда несколько раз в течение года)

и связаны с периодами выпадения значительных осадков. Мощные селе-

вые потоки (выносят 2–4 млн м

обломочного материала) повторяются от-

носительно 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 спо-

собностью и могут переносить глыбы размером в поперечнике – 8–10 м.

112

Вязкость связных селей колеблется от трех пуаз до нескольких десят-

ков, 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 зави-

сит от его основных параметров: плотности, скорости продвижения, высо-

ты, ширины, расхода, объёма, продолжительности, размеров включений и

вязкости. Процессы движения и трансформации селевых потоков при дви-

жении 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 ма-

тематических моделей, описывающих эти процессы.

Рассмотрим характеристики водно-снежных потоков.

Водно-снежные потоки – слабо изученное, хотя и широко распро-

странённое явление (районы Субарктики и Арктики), разновидности кото-

рого называют снежными селями, слякотными лавинами, гидронапорными

лавинами. Водно-снежные потоки обладают некоторыми чертами снежных

оползней, лавин и селей и образуются при прорыве снежных запруд – на-

метённых, 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 представ-

ляет 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 ино-

гда усиливаемом дождями. Они характерны для Субарктики, заснеженных

высокогорий, меньше – для Арктики, где соответствующие метеорологи-

ческие 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, оказыва-

ют давление на препятствие силой до 10 т/м

. 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 кило-

метров, объём отложений в пределах 100 тыс. км

. Водно-снежные потоки

113

способны размывать дороги, уничтожать лёгкие мосты, здания, трубопро-

воды и т. п. Случаев особо крупных разрушений водно-снежными потока-

ми 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 во-

семь типов (табл. 2.19).

По составу переносимого твердого материала селевые потоки принято

различать следующим образом:

– грязевые потоки, представляющие собой смесь воды и мелкозема

при небольшой концентрации камней (объемный вес потока 1,5–2,0 т/м

);

– грязекаменные потоки, представляющие собой смесь воды, мелко-

зема, гальки, гравия, небольших камней; попадаются и крупные камни, но

их немного, они то выпадают из потока, то вновь начинают двигаться вме-

сте с ним (объемный вес потока 2,1–2,5 т/м

);

– водо-каменные потоки, представляющие собой смесь воды с пре-

имущественно крупными камнями, в том числе с валунами и со скальными

обломками (объемный вес потока 1,1–1,5 т/м

Селевые потоки подразделяются по характеру их движения в русле на

связные и несвязные.

Таблица 2.18

Классификация селей на основе факторов возникновения

Классы

селей

Факторы формирования

Особенности

распространения и режима

Зонального

проявления

Климатический (измен-

чивость гидрометеороло-

гических элементов)

Распространение повсеместное и носит зо-

нальный характер. Сход селей систематиче-

ский; пути схода относительно постоянны

Региональ-

ного прояв-

ления

Геологический – актив-

ные эндогенные процес-

сы

Распространены ограниченно (в областях

наибольшей тектонической активности).

Сход селей эпизодический; пути схода

непостоянны

Антропо-

генные

Хозяйственная деятель-

ность – нарушения ус-

тойчивости горных

ландшафтов

Развиваются в областях наибольшей хозяйст-

венной нагрузки на горный ландшафт. Ха-

рактерно возникновение новых селевых бас-

сейнов с эпизодическим, реже – систематиче-

ским сходом селей

Связные потоки состоят из смеси воды, глинистых и песчаных час-

тиц. Раствор имеет свойства пластичного вещества. Поток как бы пред-

ставляет единое целое. В отличие от водного потока он не следует изгибам

русла, а разрушает и выпрямляет их или переваливает через препятствие.

114

Таблица 2.19

Классификация на основе первопричин возникновения селей

Типы

Первопричинные

формирования

Области распространения

и механизм зарождения

Дождевой Ливни, затяжные дож-

ди

Самый массовый на Земле тип селей,

господствующий в горах экваториально-

го, тропического и умеренного климати-

ческих поясов. Зарождение селей связано

с размывом склонов и русел, а также с

оползнями

Снеговой Интенсивное снеготая-

ние в весенний период

Господствующий тип селей в горах Суб-

арктики; твердая составляющая селевых

потоков представлена снегом. Зарожде-

ние селей связано со срывом переувлаж-

ненных снежных масс и с прорывом

снежных плотин

Ледниковый Интенсивное таяние

снега и льда

Формируются в зоне современного гор-

ного оледенения; наиболее мощные – се-

ли альпийских высокогорий. Зарождение

селей связано с прорывом скоплений та-

лых ледниковых вод, а также с обруше-

нием морен и льда

Вулканогенный Взрывные извержения

вулканов

Формируются в районах действующих

вулканов; достигают самых крупных

среди всех типов селей размеров по дли-

не пути и объему выносов. Зарождение

селей связано с трансформацией пиро–

классических потоков в селевые вследст-

вие бурного снеготаяния, со спуском

кратерных озер и др.

Сейсмогенный Высокобальные

землетрясения

Формируются в районах высокой сейс-

мичности (8 баллов и более). Зарождение

селей связано со срывом грунтовых масс

со склонов в русла

Лимногенный Динамика развития

естественных озерных

плотин

Формируются в районах альпийского

высокогорья, для которых характерны

плотинные озера. Зарождение селей свя-

зано с разрушением плотин и размывом

русел прорывной волной

Антропогенный

прямого

воздействия

Создание скоплений

техногенных пород в

потенциально селео-

пасных бассейнах; со-

оружение некачест-

венных земляных пло-

тин и др.

Формируются на участках складирова-

ния отвалов горнодобывающих предпри-

ятий, ниже водохранилищ и в других

местах. Зарождение селей связано с раз-

мывом и оползанием толщ техногенных

пород, с разрушением плотин и размы-

вов русел и др.