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

Подождите немного. Документ загружается.

115

Окончание табл. 2.19

Типы

Перв

опричинные

формирования

Области распространения

и механизм зарождения

Антропогенный

косвенного

воздействия

Значительные наруше-

ния почвенно-

растительного покрова

в потенциально селео-

пасных бассейнах

Формируются в горах с длительной (ис-

торической) или нерациональной совре-

менной эксплуатацией территории, на

участках сведения лесов, деградирован-

ных лугов (пастбищ). Зарождение селей

связано с размывом склонов и русел

Несвязные (текущие) потоки движутся с большой скоростью. Отме-

чается постоянное соударение камней, их обкатывание и истирание. Поток

следует изгибам русла, подвергая его разрушению в разных местах.

Сели классифицируются и по объему перенесенной твердой массы

или, иначе говоря, по мощности, и делятся на три группы:

– мощные (сильной мощности) – с выносом к подножью гор более

100 тыс. м

материалов, бывают один раз в 5–10 лет;

– средней мощности – с выносом от 10 до 100 тыс. м

материалов,

бывают один раз в 2–3 года;

– слабой мощности (маломощные) – с выносом менее 100 тыс. м

ма-

териалов, бывают ежегодно, иногда несколько раз в году.

Нередко выделяют весьма мощные (исключительно сильной мощно-

сти) селевые потоки, с выносом более 1 млн м

обломочных материалов;

бывают раз в 30–50 лет.

Классификация по объему единовременных выносов характеризует

как мощность селевого потока, так и потенциальные возможности данного

селевого бассейна. По объему единовременных выносов селевые потоки

делят на 6 групп (табл. 2.20).

Таблица 2.20

Классификация селей по объему единовременных выносов

обломочных материалов

Название

селя

Объем селя

Очень мелкий

Мелкий

Средний

Крупный

Очень крупный

Гигантский

менее 1,0 тыс. м

1,0–10 тыс. м

10–100 тыс. м

0,1–1,0 млн м

1.0–10 млн м

Более 10 млн м

Классификация селевых бассейнов по повторяемости селей характе-

ризует интенсивность развития селевого процесса в пределах данного бас-

сейна или его селеактивность. Выделяют три группы селевых бассейнов:

116

– высокой селевой активности с повторяемостью один раз в 3–5 лет и

чаще;

– средней селевой активности с повторяемостью один раз в 6–15 лет;

– низкой селевой активности с повторяемостью один раз в 16 лет и

реже.

Есть другая классификация селевых бассейнов по селеактивности:

– с частыми селепроявлениями – 1 раз в 10 лет и чаще;

– со средними селепроявлениями – 1 раз в 10–50 лет;

– с редкими селепроявлениями – реже 1 раза в 50 лет.

Последствия воздействий селей на объекты оценивают, учитывая по-

казатели селеопасности и селеактивности, – с помощью комплексного кри-

терия, который называется приведенной селеактивностью Р

и представля-

ет собой частное от деления суммарного объема селевых выносов за ка-

кой–то длительный отрезок времени

на число лет Т, входящих в этот

отрезок:

Все селеопасные бассейны по приведенной селеактивности (на 100 лет)

делятся на 4 категории:

– исключительно селеопасный (исключительная) – 10

–10

/год;

– весьма селеопасный (значительная) – 10

–10

/год;

– среднеселеопасный (средняя) –10

–10

/год;

– слабоселеопасный (слабая) – 10–10

/год.

Категория селеопасности определяет типы селевых потоков, прохож-

дение которых наиболее характерно для данного района. Так, для 4-й кате-

гории это маломощные селевые потоки; для 3-й – маломощные и средне-

мощные потоки; для 2-й – среднемощные и мощные; для 1-й – все виды

потоков, в том числе мощные и катастрофические. Существует классифи-

кация селей по их воздействию на сооружения (табл. 2.21). Иногда приме-

няется классификация бассейнов по высоте истоков селевых потоков:

– высокогорные – истоки лежат выше 2500 м, объем выносов с 1 км

–

15–25 м

за один сель;

– среднегорные – истоки лежат в пределах 1000–2500 м, объем выно-

са с 1 км

– 5–15 тыс. м

за один сель;

– низкогорные – истоки лежат ниже 1000 м, объем выносов с 1 км

–

менее 5000 м

за один сель.

Существуют также классификации селевых бассейнов по морфологи-

ческому, геологическому строению, по степени эрозированности.

117

Таблица 2.21

Типы селевых потоков и их воздействие на сооружения

Тип селевого

потока

Воздействие

на сооружения

Суммарный объ

селевого выноса, м

Маломощный

(I)

Небольшие размывы, частичная забивка

отверстий водопропускных сооружений

менее 1 · 10

Среднемощный

(II)

Сильные размывы, полная забивка отвер-

стий, повреждений и снос безфундамент-

ных строений

1 · 10

– 1 · 10

Мощный

(III)

Большая разрушительная сила, снос мос-

товых ферм, разрушения опор мостов, ка-

менных строений, дорог

1 · 10

– 1 · 10

Катастрофический

(IV)

Разрушение целых строений, участков до-

рог вместе с полотном и сооружениями,

погребение сооружений под наносами

более 1 · 10

Прогнозирование селей

Под прогнозированием селей, или прогнозом селеопасности, понима-

ется заблаговременное предсказание формирования селевого потока в дан-

ном селеактивном районе. Целью прогнозирования последствий селей яв-

ляется оценка возможного ущерба от действия, выяснение данных о воз-

можных объектах воздействия, т. е. о том, какие населённые пункты, объ-

екты, участки дорог могут быть в опасности. Прогнозирование селевых яв-

лений включает в себя прогнозирование селей как в пространстве, так и во

времени, а также прогнозирование значений их основных характеристик.

Под пространственным прогнозированием селей понимается оценка

селеопасности территорий и определение границ районов формирования

селевых потоков. Это такое прогнозирование, которое дает ответ на во-

прос: где могут возникать и развиваться селевые потоки?

Под прогнозированием селевых явлений во времени понимается оп-

ределение времени и условий, при которых могут формироваться селевые

потоки. Это есть прогнозирование, отвечающее на вопрос: когда могут

формироваться селевые потоки в данном горном бассейне или долине?

При прогнозировании характеристик селевого потока важнейшее зна-

чение имеет предсказание времени добегания селевого потока от места за-

рождения или сигнального створа до защищаемого объекта, т. е. противо-

аварийное прогнозирование, отвечающее на вопрос о количестве времени,

имеющемся в распоряжении людей для проведения спасательных операций.

По заблаговременности прогнозы селеопасности подразделяются на

сверхдолгосрочные (до 3 месяцев), долгосрочные (3–4 недели), кратко-

срочные (1–3 дня), а также оперативные, определяющиеся временем добе-

гания селевой волны до объекта. Наиболее достоверными являются крат-

косрочные и оперативные прогнозы.

118

Основой прогнозирования является сбор, систематизация и анализ

многолетних данных о последствиях воздействия селей за все годы наблю-

дений, а также результаты прогноза селеопасных территорий и прогноза

основных параметров селей, возникновение которых возможно в пределах

рассматриваемого региона. Основой пространственного прогнозирования

селей является составление карт: обзорных, среднемасштабных и крупно-

масштабных. С помощью обзорных карт (масштаб от 1:1 000 000 (в 1 см до

10 км) до 1:100 000 000 (в 1 см 1000 км)) можно выявить распределение

селеопасных территорий в пределах республики, группы республик, стра-

ны или глобальные, суммарные площади селеопасных территорий, выде-

лить наиболее опасные регионы.

Назначением среднемасштабных карт (от 1:100 000 (в 1 см 1 км) до

1:500 000 (в 1 см 5 км)) селеопасных территорий является выявление и

фиксация общих закономерностей и условий формирования селевых пото-

ков и оценка степени селеопасности горных территорий в пределах рес-

публики, области, края, необходимая при составлении генеральных схем

хозяйственного, спортивно-оздоровительного и культурного освоения этих

территорий. Карты содержат информацию об особенностях рельефа, мор-

фологии склонов, гидрографической сети, о степени селеопасности бас-

сейнов, о частоте селепроявлений, о селевых очагах и концах выноса, о

наиболее важных народнохозяйственных объектах, находящихся в зоне

действия селей, и о противоселевых сооружениях.

Назначением крупномасштабных селевых карт (от 1:100 000 (в 1 см 100 м)

до 1:500 000 (в 1 см 500 м)) является детальная характеристика селевых процес-

сов в отдельных горных долинах и водосборах. Их используют при разработке

противоселевых мероприятий и при организации стационарных исследований с

целью прогноза селей на определенной территории. Такие карты должны отра-

жать все факторы, связанные с формированием селевых потоков (особенности

рельефа и ландшафта, геологические и гидрометеорологические характеристи-

ки, характеристики экзогенных и эндогенных процессов, факторы антропоген-

ной деятельности и т. п.), а также основные, в том числе и количественные ха-

рактеристики движения и отложений селевых потоков, их размеры и степень

воздействия на объекты человеческой деятельности.

Прогнозирование селей во времени. Прогнозирование времени форми-

рования селевых потоков представляет собой количественное выражение

условий, при которых возможно возникновение селевых потоков. Вероят-

ность селепроявления на территории выявленных селевых бассейнов осно-

вывается на прогнозе дождевой и гляциальной селеопасности.

Метод прогнозирования дождевой селеопасности (прогнозирования дож-

девых селей) базируется на метеорологическом прогнозе количества осадков

для рассматриваемой горной территории. Прогноз включает данные о времени

начала выпадения дождя, его продолжительности Т

и ожидаемой высоте

слоя осадков Н

, а также сведения о степени увлажненности водосбора. Про-

гнозирование возникновения селя осуществляется по следующей методике.

119

1. В результате пространственного прогнозирования для рассматри-

ваемой горной территории (с использованием соответствующих карт) вы-

являются селевые очаги, их тип, средний уклон a (градус) и площадь водо-

сбора F (км

) каждого очага..

2. В зависимости от типа селевого очага по табл. 2.22 определяется

средний диаметр d (м) обломков, анкирующих селеформирующий грунт.

Таблица 2.22

Средний диаметр обломков, анкирующих грунт

в селевых очагах горных районов

Тип селевого очага

Диаметр обломков

(в м)

в горны

х районах

Кавказ

Памир,

Тянь-Шань

Карпаты

Восточная

Сибирь

Врез

0,6

0,8

0,5

Рытвина

0,3

0,4

0,3

Скальный очаг

0,2

0,3

0,2

0,1

Очаг рассредоточения

–

Селеформирования

0,1

0,2

0,1

3. По значению величины d, уклону селевого очага a и площади его во-

досбора F c помощью номограммы (рис. 2.7) определяются: критический се-

леформирующий расход Q

кр

(м

/с); критическая интенсивность стокообразо-

вания q

ст

кр

(мм/мин); время включения водосбора в процессе водоотдачи

(мин); критическая высота слоя осадков, Н

о кр

(мм).

4. Для определения высоты стокообразующего слоя осадков Н

из высо-

ты прогнозируемого слоя Н

вычитают значение высоты слоя начальных по-

терь Н

(которое составляет: в засушливых районах 5 мм; в районах умерен-

ной увлажненности 2 мм; в районах значительной увлажненности 0):

= Н

– Н

5. На координатном поле Т и Н номограммы определяется положение

точки, соответствующей полученному прогнозу продолжительности Т

стокообразующему слою Н

. Если Н

> K

кр

и точка (Т

; Н

) лежит правее

прямой, соответствующей q

ст

кр

для данного водосбора, выдается прогноз «се-

леопасно».

П р и м е р : определить возможность возникновения дождевого селя в

селевом врезе бассейна р. Пяндж (Памир). Данные прогноза метеорологов:

= 1ч 40 мин; Н

= 22 мм. Водосбор с умеренной степенью увлажненности.

1. По прогнозной карте установлено: a= 12°; F = 3 км

2. Для вреза и условий умеренной влажности по табл. 2.22 находим

d = 0,8 м. Принимаем Н

= 2 мм.

3. На координатном поле номограммы a, Q при a= 12° и d = 0,8 м на-

ходим величину Q

кр

= 7,1 м

/с.

4. На координатном поле Q, q

ст

при Q

кр

= 7,1 м

/с и F = 3 км

находим

величину q

ст

кр

= 0,14 мм/мин.

120

Рис. 2.7. Номограмма для расчета дождевой селеопасности

5. На координатном поле q

ст

, Т при q

ст

кр

= 0,14 мм/мин и F= 3 км

на-

ходим величину Т

= 70 мин.

6. На координатном поле Т, Н при Т

=70 мин и q

ст

кр

= 0,14 мм/мин

находим величину Н

кр

= 10 мм.

7. Вычисляем Н

= Н

– Н

= 22 – 2 = 20 мм.

8. Сравниваем найденное значение Н

кр

с вычисленным значением Н

> Н

кр

9. Находим на координатном поле Т, Н положение точки Т

= 100 мин

и Н

= 20 мм. Точка лежит правее прямой, соответствующей найденному

значению q

ст

кр

= 0,14 мм/мин. Поэтому выдается прогноз «селеопасно».

Q, м

/с

F = 0,3 км

0,5

1,5

0,2

0,5

ст

, мм/мин

ст

, мм/мин

0,5

0,3

0,1

0,3 0,1

Α, градус

, мм

F = 1 км

F = 2 км

F = 3 км

0,8

,15

от q = 0,1 мм/мин

′

, мин

121

Для селей смешанного происхождения (сочетание дождей и весеннего

снеготаяния) селеопасным признаком является большая плотность снеж-

ного покрова в течение ряда дней при устойчивой высокой температуре

воздуха, особенно если по синоптической ситуации в эти периоды ожида-

ются дожди и грозы.

Дополнительными гидрологическими признаками наступления селе-

вой опасности являются резкое увеличение скоростей, глубин, а, следова-

тельно, расходов горных рек, а также увеличение их мутности.

Прогнозирование параметров селевых потоков. При прогнозировании

необходимо оценить максимальный водный расход паводка, являющегося

источником водного питания селя. Основные параметры селевых потоков

определяют следующим образом. Максимальный расход паводка, возни-

кающего при высоте слоя осадков заданной обеспеченности, определяется

по формуле:

FНKО

Р%%1с

ос

л=

(2.33)

где K

– коэффициент стока (табл. 2.23); H

1 %

– максимальный суточный слой

осадков 10 % обеспеченности, мм (данные ближайшей метеостанции); l

Р %

–

переходный коэффициент от слоев дождевого стока 1 % обеспеченности к

слоям дождевого стока другой вероятности (табл. 2.23); F – площадь водо-

сбора, км

(по карте).

Таблица 2.23

Переходные коэффициенты l

Р %

и коэффициенты стока K

в различных районах

Районы

Переходные коэффициенты l

Р %

при

вероятности превышения, равной Р, % К

, л/с

0,1

1,0

5,0

10,0

Карпаты

Кавказ

Средняя Азия

Восточная Сибирь

1,6

1,4

1,35

1,5

1,0

0,62

0,75

0,76

0,70

0,46

0,60

0,66

0,56

3,12 · 10

–

4,20 · 10

–3

2,20 · 10

–3

2,52 · 10

–3

Если источником водного питания селевого потока является прорыв

озера, подпруженного ледником, или прорыв моренного озера, то вычис-

ление максимального расхода селеформирующего прорывного паводка

пр

, м

/с, при прорыве перемычки вычисляют по формуле:

3/2

np пл

пp*

SHt

, (2.34)

где S

пр

– площадь водной поверхности озера на уровне 80 % высоты пе-

ремычки, м; Н

пл –

высота перемычки, м; t° – температура воды в озере, °С;

122

– кратчайшее расстояние по горизонтали между основанием перемычки

и границей водной поверхности озера, м; К

– 6,25·10

–3

1/2

· с

–1

· градус

–1

Пр и м е р 1 . Необходимо определить максимальный водный расход

паводка, м

с, при прорыве озера, подпруженного ледником. Исходные

данные: площадь водной поверхности на уровне 80% высоты перемычки

пр

= 1,8

; высота перемычки Н

пл

= 85 м; температура воды в озере

t = 2°С; расстояние между основанием перемычки и границей водной по-

верхности L

=1,2

м.

Определяем

5 3/2

пp3

1,8 10 85 2

6,25 10 1470

1,2 10

×××

=×=

2. Определение объема водного паводка W

производится в зависимо-

сти от типов озер по следующим формулам:

а) для озера, подпруженного ледником, м

В пp пл

0,2

W SH

;

б) для завального озера, м

В пp пл

0,2

W SH

;

где S

пв

– площадь водной поверхности озера при максимальном наполне-

нии, м

;

в) для моренного, термокарстового озера, м

МТ 3/2

В пв

0,1

;

г) для моренного западинного озера, м

МЗ 2 3/2

В пв

5,5 10

=×

Объем водного паводка, м

, вытекающего при выпадении осадков,

слоем заданной обеспеченности определяется по формуле:

ос2

В 1%%

9,5 10 л

НF

=×

П р и м е р 2 . Необходимо определить объем водного паводка при

прорыве завального озера. Исходные данные: площадь водной поверхно-

сти озера при максимальном наполнении S

пв

=2,45

, а высота пере-

мычки Н

пл

= 108 м.

1. Объем водного паводка будет составлять, м

ЗВ 56

0,25 2, 645 10 108 6,61 10

=× ××=×

2. Для расчета максимального расхода селевого потока Q

, м

/с, опре-

деляется (по карте, либо по данным наблюдений) длина селевого очага l

м, и его уклон a, градус. Расход селевого потока вычисляют по формуле:

(

)

C 1CB

1 sin

Q KlQ

123

где Q

– максимальный расход водного потока, поступающего в селевой

очаг, вычисляемый по одной из формул, приведенных выше; K

= 0,1 м

–1

3. Объем селевого потока W

, м

, вычисляют по формуле:

(

)

С 2CB

1 sin

W KlW

где W

– объем водного паводка, м

, определяемый по одной из формул;

= 0,12 м

–1

4. Скорость продвижения селевой массы, м/с:

C cp

от

11,4 sinб

V hV

=×

где h

ср

– средняя глубина потока, м; V

от

–

относительная гидравлическая

крупность увлекаемых каменных материалов, принимаемая равной 0,7–1,0;

a – средний угол наклона селевого русла, градус.

Для оперативной оценки величины средней глубины потока ее можно

принимать равной 1–1,5 м для маломощного потока; 2–3 м для потока

средней мощности и 3–5 м для мощного потока. Расчет скорости селевого

потока можно производить по графику, рассчитанному по формуле для

определения скорости продвижения селевой массы.

5. Зная значение средней скорости селевого потока, а также расстоя-

ние от сигнального створа до защищаемого объекта (l

об

), можно оценить

время добегания селевого потока до этого объекта (t

об

Во всех случаях необходимо иметь в виду, что скорости селей весьма

велики. Если принять диапазон характерных скоростей селевых потоков от

4 до 8 м/с, то при расстоянии между сигнальным створом и защищаемым

объектом, например 10 км время добегания составит соответственно от 40

до 20 мин. Это и будет резерв времени для спасения людей, материальных

ценностей и т. п. который стремиться увеличить до максимально возмож-

ного.

6. Дальность продвижения селей может оцениваться по следам пре-

дыдущих селей. При наличии береговых валов необходимо определить

среднее расстояние В между ними, расстояние L

между концом селевого

очага и вершиной конуса выноса селевой массы, а также средние уклоны

долины i

и конуса i

. На первом этапе расчета определяется дальность

продвижения селя L

, м,в долине реки по формуле:

12,1

где d – диаметр анкирующих обломков (см. табл. 2.22); W

– объем селя,

124

7. На втором этапе расчета, который выполняется при условии, что L

> L

вычисляют дальность L

ПС

продвижения селя на конусе выноса, м, по формуле:

(

)

ДК

36,6

W LdBi

8. Дальность L

0C,

м, продвижения селя от селевого очага определяется

аналогично L

, если L

< L

. Если L

< L

, то величина L

определяется по

формуле:

= L

+ L

ПС

9. Максимальная глубина селевого потока до размыва h

СПмакс

принима-

ется равной:

СПмакс

» 1,5 h

ср

10. Максимальный расход селя Q

(м

/с) связан со средней скоростью

(м/с) селевого потока формулой:

= WV

где W – площадь живого сечения русла, м

11. Максимальная поверхностная скорость потока в 1,8 раза больше

средней скорости.

Оценка последствий схода селей и лавин

Для прогнозирования последствий селей необходимы систематизация и

анализ данных о последствиях всех селей, имевших место в нашей стране.

Анализ селевой опасности с целью планирования и осуществления первооче-

редных противоселевых мероприятий должен проводиться систематически и

охватывать все селеопасные территории страны.

Селевой поток представляет большую опасность благодаря значи-

тельной скорости продвижения (до 15 м/с) и большой разрушительной си-

ле – его давление на препятствие достигает 12 т/м

. Одним из основных

условий возникновения селей на территории России является высокая

норма дождевых осадков (табл. 2.17). Они в состоянии смыть продукты

разрушения горных пород и вовлечь их в движущийся поток. В табл. 2.24

показана степень селеопасности для городов, расположенных в селеопасных

районах России, с населением более 50 тыс. человек. Для большей части горо-

дов России реальна угроза регулярного схода маломощных селей и периоди-

чески возникающая (1 раз в 2–3 года) угроза схода селевых потоков средней

мощности. Конус выноса таких селейне затрагивает большей части террито-

рии жилой застройки самих городов, но для них нельзя исключить и возмож-

ность возникновения более мощных селевых потоков. Основную угрозу селе-

вые потоки представляют для небольших населенных пунктов, расположен-

ных непосредственно в зоне конуса выноса селевых потоков.