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

Подождите немного. Документ загружается.

125

Таблица 2.24

Степень селеопасности для городов России

Город

Численность населения,

тыс. человек

Степень селеопасности

Новороссийск 180 Слабая

Сочи 342 То же

Туапсе 70 –»–

Георгиевск 70 –»–

Ессентуки 75 Значительная

Минеральные воды 80 Средняя

Пятигорск 130 То же

Нальчик 240 Значительная

Орджоникидзе 300 Слабая

Дербент 90 То же

Махачкала 340 –»–

Абакан 160 –»–

Минусинск 80 –»–

Кызыл 90 Средняя

Чита 380 Слабая

Основные показатели, характеризующие поражающее действие селя,

и диапазон их применения приведены в табл. 2.25.

Таблица 2.25

Характеристика селевых процессов

Основные параметры селя

Диапазон возможных значений

Объем или мощность селя, м

От 1,0 тыс. до 100 млн и более

Максимальный расход селевого потока, м

/с От нескольких десятков до 2000

Скорость движения селя, м/ с От 2 до 10

Продолжительность селя, ч От 1 до 8

Высота вала «головы селя», м От 2 до 25 м

Структурный состав селя (доля твердого

материала в объеме потока), %

От 10 до 70

Плотность селевого потока, т/м

От 1,1 до 2,5

Ширина селевого потока, м От 3 до 150

Глубина селевого потока, м От 1,5 до 15

Длина русла селей От нескольких десятков метров до

нескольких десятков километров

Максимальная сила удара селевого потока, т/м

От 5 до 12

Повторяемость селя От нескольких раз в году до одного раза

в 30–50 лет

Максимальные размеры в поперечнике

крупнообломочных включений, м

От 1 до 10 м

Вязкость селевых потоков (связных), П От 3 до нескольких сотен

Предельная крутизна прекращения движе-

ния

2–5°

126

Окончание табл. 2.25

Основные параметры селя

Диапазон возможных значений

Расход, м

/с 30–800

Размер крупных включений, м 3–4

Масса включений, т 200–300

Поражающее действие селевого потока:

– непосредственное ударное воздействие селевой массы на человека;

– обтюрация дыхательных путей жидкой составляющей, приводящей

к механической асфиксии, аспирации массы селя;

– разрушение зданий, сооружений и других объектов, в которых мо-

гут находиться люди;

– разрушение систем жизнеобеспечения.

Основными характеристиками селевого потока, которые определяют вы-

бор и эффективность мероприятий по защите населения, являются время при-

хода головы селя в данный район, средняя глубина селя в объеме выносов.

При оценке поражающего действия селя необходимо учитывать:

– прогнозируемое время начала схода селя;

– время прихода головы селя;

– продолжительность схода селя;

– объем селевого потока;

– плотность селевой массы;

– скорость продвижения селя;

– глубину селевого потока;

– суммарное (эквивалентное) давление селевого потока;

– линейные размеры сечения селя в различных створах.

Для первого параметра особую значимость приобретают краткосроч-

ные и оперативные прогнозы. Краткосрочные прогнозы составляются на

1–3 сут. по результатам анализа гидрологической и метеорологической об-

становки в селеопасном районе. Этого времени достаточно для организа-

ции и проведения соответствующих защитных мероприятий.

Время прихода головы селя является расчетным и может быть опреде-

лено, исходя из скорости селевого потока и расстояния от сигнального ство-

ра до защищаемого объекта. Это время составляет несколько десятков ми-

нут, реже – несколько часов. Параметр может быть включён в качестве по-

казателя при формировании расчётных вариантов воздействия.

Продолжительность схода селя является расчётным параметром и

может быть оценена через объём и максимальный расход прорывного

паводка (водной составляющей селевого потока). Продолжительность се-

лей колеблется от нескольких десятков минут до нескольких часов. Боль-

шинство зарегистрированных селей имели продолжительность 1–3 ч.

127

Иногда сели могут проходить волнами (по 10–30 мин) с промежутками в

несколько десятков минут.

Хотя перечисленные параметры в совокупности составляют временной

показатель воздействия, в качестве основного при задании расчетных вари-

антов воздействия будет использоваться только время прихода головы селя.

Следующие пять показателей отражают интенсивность воздействия

селевого потока. Первый – объем селевого потока – может быть рассчитан

через объем паводка, длину селевого очага и его уклон. Как правило, сум-

марный объем селевого потока, т. е. объем водной и твердой составляю-

щих, определяет тип селя и его разрушительное действие на сооружение.

Для большинства селевых бассейнов России характерны сели малой и

средней мощности с максимальным объемом селевого выноса, не превы-

шающим нескольких десятков тысяч кубометров селевой массы. Этот по-

казатель позволяет дать ориентировочную оценку устойчивости зданий и

сооружений (табл. 2.21) и вероятности общих и смертельных потерь насе-

ления (табл. 2.26). Однако он не дает полного представления о степени

разрушения сооружений, которые могут использоваться для защиты насе-

ления при сходе селя. Поэтому предполагается использовать этот показа-

тель для оценки потерь населения при различных вариантах его укрытия, а

также для первичного выбора комплекса защитных мероприятий при от-

сутствии информации об остальных расчетных показателях.

Плотность селевого потока зависит от состава твердой фракции селя.

Она составляет не менее 100 кг/ м

воды. При плотности горной породы

2,4–2,6 г/см

плотность селевого потока 1,07–1,1 г/см

. Это минимальная

плотность и она колеблется от 1,2 г/см

(низковязкие селевые потоки) до

1,9 г/см

(грязекаменные сели высокой вязкости).

Таблица 2.26

Вероятность общих и смертельных потерь населения,

находящегося в зоне конуса выноса селевого потока

Место расположения населения

Объем селевого выноса, м

до 10

–

Открытая местность 100

100

Безфундаментные строения 85

100

Строения с фундаментом 10

100

Скорость движения селя зависит от характеристик селевого русла,

состава селевой массы и глубины потока. Для оперативного определения

средней скорости движения селя рекомендуется следующий график

(рис. 2.8). Диапазон изменения средней скорости характерных для России

128

селевых потоков лежит в пределах от 2–3 до 7–8 м/с. Максимальная средняя

скорость потока редко превышает 14–16 м/сек. Максимальная поверхност-

ная скорость потока может превышать среднюю в 1,5–2 раза.

Глубина селевого потока составляет для: катастрофического – 10 м и

более; мощного – 3–5 м; среднего – 2,5–3 м; маломощного – 1,5–2,5 м.

Максимальная глубина потока (до разрушения русла) превышает указан-

ные значения в 1,5–2 раза.

Рис. 2.8. График определения скорости селевого потока

Установлены критические значения параметров жидких сред для

оценки последствий их воздействия на людей. При плотности менее

1,1 г/см

, глубине потока менее 1,5 м и средней скорости менее 2,5 м/с ве-

роятность выживания взрослого человека достаточно высока. Параметры

реальных селевых потоков превышают указанные выше величины в не-

сколько раз. В результате возможны массовая гибель и тяжелые поражения

населения, попавшего в зону прохождения селя. Если селевой поток не об-

ладает свойствами для того, чтобы основная масса частиц его твердой

фракции находилась в квазистационарном состоянии, то сель вырождается

и территория подвергается затоплению. Такой вариант рассматривается в

процессе выбора показателей при катастрофическом затоплении местно-

сти. С большой достоверностью можно предположить: все население, нахо-

дящееся на открытой местности в зоне прохождения селя, а также в здани-

ях, сооружениях и на возвышенностях на уровнях ниже его максимальной

глубины, погибнет. Это подтверждается анализом последствий схода селей.

ср

= 0,5 м

ср

= 1 м

ср

= 2 м

ср

= 3 м

V, м/с

α, град

5 10 15 20 25 30

129

С увеличением глубины селя прямо пропорционально возрастает его

статическое давление на объект, при возрастании скорости селя возрастает

динамическое давление, в прямой зависимости от плотности селевого потока

находится суммарное давление на объект. Поэтому удобно рассматривать не

каждый отдельный параметр, а выбрать интегральный параметр, учитываю-

щий все перечисленные. В качестве его предлагается суммарное давление се-

левого потока (эквивалентное давление на плоскости). Допускается, что при

скоростях движения селя до 20 м/с воздействие на здания и сооружения но-

сит квазистатический характер, а суммарное давление Р определяется гидро-

статическим давлением потока, его скоростным напором и конфигурацией

объекта. Начальным импульсом соударения фронта селя с объектом при та-

ком допущении пренебрегают. Для оценки последствий воздействия селевого

потока на различные объекты можно воспользоваться табл. 2.27.

Таблица 2.27

Последствия воздействия селевых потоков на различные объекты

Объекты

Суммарное давление селя, кг/ см

Полное

разрушение

Сильное

повреждение

Среднее

повреждение

Слабое

Повреждение

Деревянные здания 0,3–0,45 0,18–0,3 0,12–0,2 0,09–0,12

Кирпичные здания бес-

каркасные с перекрытием

из железобетонных эле-

ментов, малоэтажные

0,68–1,0 0,53–0,7 0,3–0,53 0,2–0,3

То же, многоэтажные 0,53–0,68 0,4–0,53 0,23–0,4 0,15–0,23

Здания из сборного желе-

зобетона

0,6–0,9 0,45–0,6 0,3–0,45 0,15–0,30

Здания с легким металли-

ческим каркасом или бес-

каркасной конструкции

0,75–1,05 0,5–0,75 0,3–0,45 0,15–0,30

Здания со стальными и

железобетонными карка-

сами

0,90–1,50 0,75–0,9 0,8–0,75 0,45–0,81

Склады – навесы из желе-

зобетонных элементов

1,50–1,60 0,6–0,75 0,46–0,6 0,30–0,45

Водонапорные башни 0,90–0,98 0,6–0,90 0,3–0,60 0,15–0,30

Бетонные плотины до 150 75–140 30–75 15–30

Наиболее полно отражать интенсивность воздействия могут два пока-

зателя: суммарное давление, дающее четкие значения оценки пригодности

различных объектов для укрытия населения, и глубина потока, опреде-

ляющая условия укрытия населения в зданиях, сооружениях и на незатап-

ливаемых участках местности.

130

В качестве расчетных показателей, определяющих область распростра-

нения селевого потока, выбраны линейные размеры его сечения в различ-

ных створах (ширина селя) и дальность продвижения конуса. Ширина пото-

ка зависит от ширины русла и в большинстве горных бассейнов территории

России колеблется на транзитных участках (узкие каньоны, горловины, глу-

боко врезанные русла небольших бассейнов) от 3–5 м до 50–100 м. Даль-

ность продвижения селя может быть оценена по следам предыдущих селей,

а также расчетным путем. Если сель пересечет реку, расчет дальности его

продвижения делается с учетом объема потока, диаметра анкирующих об-

ломков и особенностей профиля местности на конусе выноса. Максималь-

ная дальность продвижения на конусе выноса может достигать нескольких

десятков километров. Зная это, можно точно определить время прихода го-

ловы селевого потока в расчетную точку местности.

В основу формирования расчетных вариантов воздействия положен

принцип выявления граничной величины совокупности показателей воз-

действия, приводящих к качественному изменению уровня защиты населе-

ния. За граничное условие принимается такой набор значений показателей,

изменение величины любого из которых вызывает превышение некоторого

критического значения величины параметра воздействия для возможного

состояния защиты населения.

Оценим все перечисленные выше и принятые к рассмотрению показа-

тели с целью выявления граничных значений, приводящих к изменению

уровня защиты населения. Рассмотрим вначале временные показатели воз-

действия поражающих факторов селя, так как лимит времени, в основном,

и определяет возможность реализации эффективного комплекса мероприя-

тий для складывающейся ситуации.

1. Прогнозируемое время начала схода селевого потока и прихода его

головы в рассматриваемую зону поражения меньше времени на организа-

цию и проведение любого из возможных защитных мероприятий:

прогн.

+ Т

схода

< min (Т

з.нi

), (2.35)

i = 1, N,

где Т

прогн.

– время оперативного прогноза схода селя; Т

схода

– время схода селево-

го потока от сигнального створа до зоны проведения защитных мероприятий;

з. нi

– время на организацию и проведение i-го комплекса защиты населения;

N – общее количество комплексов защиты населения.

Соотношение (2.35) реализуется, если нет оперативного прогноза о

начале схода селя, а время прихода головы селевого потока меньше време-

ни оповещения населения и времени движения до ближайшего незатоп-

ляемого участка местности, здания, сооружения или времени ухода с зата-

пливаемой селем территории.

131

2. Прогнозируемое время начала схода селевого потока и прихода его

головы достаточно для укрытия населения на незатапливаемых участках

местности и объектах:

прогн.

+ Т

прих.

> Т

укр.з.с.

, (2.36)

где Т

укр.з.с.

– время на укрытие населения в (на) неразрушаемых зданиях,

сооружениях и на незатапливаемых участках местности; Т

прих.

– время при-

хода головы селя.

Соотношение реализуется при отсутствии оперативного прогноза и

условии, что время схода головы селевого потока позволяет поместить

(разместить) население на ближайших объектах и возвышениях.

3. Прогнозируемое время схода селевого потока и прихода его головы

к населенному пункту достаточно для организации и проведения меро-

приятий по выходу населения из опасной зоны:

прогн.

+ Т

прих.

> Т

эв.пеш.

. (2.37)

Соотношение реализуется, если суммарное время прихода селя боль-

ше, чем требуется для самостоятельного выхода населения из опасной зо-

ны, но недостаточно для организации его вывоза транспортом.

4. Прогнозируемое время прихода головы селя достаточно для орга-

низации и проведения мероприятий по эвакуации населения из опасной

зоны автотранспортом:

прогн.

> Т

эв.авто

. (2.38)

Соотношение реализуется при наличии оперативного либо кратко-

временного прогноза схода селевого потока. Анализ расчетных показате-

лей, определяющих интенсивность воздействия селя, позволяет выделить

следующие варианты воздействия.

1. Суммарное давление селевого потока превышает критическое для

устойчивости зданий и сооружений, служащих населению укрытием:

Р > Р

кр

2. Суммарное давление селевого потока не превышает критическое для

данного типа зданий и сооружений, используемых в целях укрытия населения:

Р < Р

кр

Вариант воздействия селя, имеющего плотность потока меньше r =

1,1 г/см

, не рассматривается, так как чрезвычайная ситуация, вызванная

сходом селя с указанными характеристиками, анализируется при рассмот-

рении проблем, связанных с катастрофическим затоплением. Расчетные по-

казатели (площадные характеристики селя) учитываются при определении

времени прихода головы селевого потока к рассматриваемому объекту.

132

В качестве последнего показателя используется глубина селевого потока:

глубина селевого потока превышает уровень укрытия населения в зданиях,

на не затапливаемых участках местности – h > h

кр.

; глубина селевого пото-

ка не превышает критической отметки – h < h

кр.

Ширина селевого потока и дальность его продвижения, не отражен-

ные при выборе расчетных вариантов воздействия, косвенно учитываются

при определении времени прихода головы селевого потока.

Расчетные варианты воздействия приведены в табл. 2.28.

Таблица 2.28

Расчетные варианты воздействия селевого потока

№

варианта

Время начала

воздействия

Интенсивность

воздействия

Глубина

потока

прогн

+ Т

прих.

min(Т

i.з.н.

) Р

кр

–

2 То же

кр

–

3 – « – Р < Р

кр

–

прогн

+ Т

прих.

кр.з.с

кр

–

5 То же Р < Р

кр

–

прогн.

+ Т

прих.

эв.пп

кр

–

7 То же

кр

–

8 – « – Р < Р

кр

–

прогн.

+ Т

прих.

эв.авто

кр

–

10 То же

кр

–

11 – « – Р < Р

кр

–

Они отражают все основные ситуации, представляющие интерес для

организации защиты населения. Конкретные значения показателей, приве-

денных в табл. 2.28, можно получить на основе прогнозируемых, либо

фактических, параметров распространения селя и образующейся зоны по-

ражения, а также местных условий (характеристик зданий и сооружений,

планировки улиц, дорог и т. п.).

Инженерно-технические мероприятия по защите от селей и лавин

Для защиты населения при непосредственной угрозе и во время схода

селевого потока необходимы следующие мероприятия:

– заблаговременная эвакуация населения транспортом;

– заблаговременная эвакуация населения пешим порядком;

– экстренная эвакуация населения;

– укрытие населения на верхних этажах зданий, сооружений, незата-

пливаемых участках местности;

– спасательные и другие неотложные работы;

– оказание экстренной и другой неотложной медицинской помощи.

133

Наиболее эффективным мероприятием по защите населения в услови-

ях селевой опасности является предварительная эвакуация населения за

пределы опасной зоны. Необходимые условия успешного проведения эва-

куации – своевременное составление краткосрочных прогнозов (от не-

скольких часов до 1–3 сут) и оперативное их доведение соответствующими

службами до руководителей, принимающих решения.

При проведении заблаговременной эвакуации население на автотранс-

порте либо пешим порядком покидает опасный район и направляется к мес-

там временного размещения. Они выбираются вблизи мест постоянного

проживания, например, в той части этого же населённого пункта, которая

находится вне зоны возможного прохождения селевого потока. В качестве

мест временного размещения могут использоваться пригодные для этой це-

ли общественные здания и сооружения (санатории, дома отдыха, школы).

Ввиду того, что здания и сооружения, попадающие в зону прохожде-

ния селевого потока, как правило, полностью разрушаются, необходимо

при проведении заблаговременной эвакуации предусмотреть возможность

вывоза из опасной зоны личного имущества граждан. Население должно

находиться в местах временного размещения до прохождения селевого по-

тока либо до отмены штормового предупреждения.

Основные входные параметры мероприятия:

ТОР – время оповещения населения об угрозе схода селевого потока –

управляемый параметр;

ТТR – время подготовки и подачи транспортных средств – управляе-

мый параметр;

ТСН – время сбора населения и погрузки на транспортные средства –

управляемый параметр;

ТЕV – время проведения эвакуации – управляемый параметр;

S – особенности планировки и застройки района населённого пункта,

где проводится заблаговременная эвакуация – вектор неуправляемых па-

раметров;

РR – пропускная способность улично-дорожной сети, особенности

рельефа местности – вектор неуправляемых параметров;

RB – расстояние до мест временного размещения населения – вектор

неуправляемых параметров.

Тогда защитное мероприятие «Заблаговременная эвакуация» может

быть описано вектором K

входных параметров:

= (ТОР, ТТR, ТСН, ТЕV, S, PR, RB). (2.39)

При заблаговременной эвакуации пешим порядком население само-

стоятельно направляется в заранее определённые места временного раз-

мещения. Основные входные параметры мероприятия:

134

ТОР – время оповещения населения об угрозе схода селевого потока –

управляемый параметр;

ТСН – время сбора населения – управляемый параметр;

S – особенности планировки и застройки района населённого пункта,

где проводится заблаговременная эвакуация – вектор неуправляемых па-

раметров;

РR – пропускная способность улично-дорожной сети, включая осо-

бенности рельефа местности, – вектор неуправляемых параметров;

RB – расстояние до мест временного размещения населения – вектор

неуправляемых параметров.

Защитное мероприятие «Заблаговременная эвакуация населения пе-

шим порядком» может быть описано вектором K

входных параметров:

= (ТОР, ТСН, S, PR, RB). (2.40)

Нельзя отрицать и такую ситуацию: оценив обстановку по вторичным

признакам схода селевого потока (сотрясение земли, нарастающий грохот)

население самостоятельно покидает опасную зону. Для этого люди долж-

ны знать наикратчайшие маршруты эвакуации, а также минимальное время

на принятие решения. Основные входные параметры мероприятия:

ТОР – время оповещения населения об угрозе схода селевого потока –

управляемый параметр;

ТСН – время сбора населения – управляемый параметр, может быть

равен 0;

S – особенности планировки и застройки района населённого пункта,

где проводится заблаговременная эвакуация – вектор неуправляемых па-

раметров;

РR – пропускная способность улично-дорожной сети, включая осо-

бенности рельефа местности, – вектор неуправляемых параметров;

RB – расстояние до мест временного размещения населения – вектор

неуправляемых параметров.

Защитное мероприятие «Экстренная эвакуация населения» может

быть описано вектором K

входных параметров:

= (ТОР, ТСН, S, PR, RB). (2.41)

Мероприятие «Укрытие населения на верхних этажах зданий, соору-

жений и на незатапливаемых участках местности» целесообразно, когда

времени на экстренную эвакуацию не хватает. Поэтому для укрытия насе-

ления выбираются ближайшие фундаментные здания и сооружения. Тре-

бования к объектам, подвергшимся воздействию селевых потоков, изложе-

ны выше. Основные входные параметры мероприятия:

S – особенности планировки и застройки населённого пункта – вектор

неуправляемых параметров;