Опасные природные процессы 1
Лекция № 3. Сели Вопросы 1. Характеристика селей. 2. Классификации селей 3. Факторы развития селевого процесса 4. Механизм и динамика зарождения селевых потоков. Распространение селей на территории России. Опасность проявления селей в разных горных районах на территории России 5. Методы защиты от селей 2
1. Характеристика селей 3
Сель (араб. «сайль» – бурный поток) – грязевые (грязекаменные) потоки, внезапно возникающие в руслах горных рек при больших уклонах дна в результате: q интенсивных и продолжительных ливней, q бурного таяния ледников и снежного покрова, q при обрушении в русло больших количеств рыхлообломочных материалов. 4
Различают сели: А) По составу селевой массы : q грязевые смесь воды с мелкозёмом при небольшой концентрации камней, объёмный вес у = 1, 5— 2 т/м³ q грязекаменные — смесь воды, гальки, гравия, небольших камней, у = 2, 1— 2, 5 т/м³ q водокаменные — смесь воды с преимущественно крупными камнями, у = 1, 1— 1, 5 т/м³ Б) по физическим свойствам: q несвязные, q связные. 5
В несвязных селях транспортирующая среда для твердых включений – вода, в связных – водогрунтовая смесь, в которой основная масса воды связана тонко дисперсными частицами. Содержание твердого материала ( продуктов разрушения горных пород) в селевом потоке м. б. от 10% до 75%. Обычные водные потоки движутся непрерывно, сели, как правило, отдельными валами (волнами), что обусловлено: q механизмом их формирования; q заторным характером движения – образованием в сужениях и на поворотах русла скоплений твердого материала с последующим их прорывом. 6
ПО МОЩНОСТИ подразделяются на: q катастрофические - выносят > 1 млн. м 3 материала; q мощные – выносят от 100 тыс. м 3 до 1 млн. м 3 вязкой массы; q средней мощности - выносят от 10 до 100 тыс. м 3 материала; q малой мощности - выносят < 10 тыс м 3. 7
8
Для возникновения селя требуются условия: q наличие на склонах селевого бассейна достаточного количества легко перемещаемых продуктов разрушения горных пород (песка, гравия, гальки, небольших камней); q наличие значительного объема воды для смыва со склонов камней и грунта и их перемещения по руслу; q достаточная крутизна склонов (не менее 10 15°) селевого бассейна и водопотока (русла селя). 1. 11. 2006. Сели 9
Основные зоны селя: а) формирования: часть речного бассейна, где находятся очаги зарождения селей. Здесь поток приобретает все особенности, присущие селю; б) транзита: часть речного бассейна (русла), где движется сформировавшийся сель без существенных изменений в его составе и режиме; в) затухания или разгрузки: обычно в виде конусов выноса, где откладывается твердый материал селя. В зависимости от рельефа м. б. другой формы, либо отсутствовать если сель разгружается в крупный водоток. 1. 11. 2006. Сели 10
11
12
2. Классификация селей
Из более чем 100 классификаций селевого процесса, наибольший интерес для решения практических задач представляют (4): 1. 2. 3. 4. По генетическим особенностям очагов зарождения селей, По гранулометрическому составу твердой составляющей, По состоянию воды в селевом потоке, По характеру движения селевого потока. 14
1. По генетическим особенностям очагов зарождения селей: 1. 1. Со скоплением рыхлообломочного материала в руслах временных и малых водотоков. Очаги - в долинах небольших ручьев и временных водотоков, с небольшими меженными расходами воды. Сели формируются q с выпадением большого количества жидких осадков; q с интенсивным таянием снега. Меже нь - фаза водного режима, период, когда сохраняется низкий уровень воды в реке. 15
1. 2. С подпруживанием рек 1. 2. а - очаги, связанные с прорывом современных подпруд средних и крупных рек в результате оползней, обвалов, селевых потоков из притоков, полностью перекрывающих реку. Водная составляющая формируется за счет воды, накопившейся за подпрудой, твердая — за счет размыва запруды и русла реки ниже подпруды. 16
1. 2. б очаги, связанные с прорывом древних подпруживаний горных рек, вызвавших образование озер, а также плотин, сооруженных для создания водохранилищ. Их прорыв или перелив воды через них вызывает катастрофические паводки и селевые потоки. 17
1. 3. С деятельностью современных ледников: жидкая составляющая – за счет таяния ледников и прорыва поверхностных и подземных водоемов в морене. Твердая за счет размыва русла реки и бортов долины.
1. 4. С деятельностью вулканов: сели (лахары) образуются в результате выброса рыхлообломочного материала из кратеров, прорыва кратерных озер, таяния ледников при извержении. Носят катастрофический характер 19
2. По гранулометрическому составу твердой составляющей (А, Б, В) Твердая составляющая (ТС) м. б. : q Крупнообломочная - более 2 мм, играет роль инертного заполнителя; q Мелкозем - менее 2 мм, образует связную грунтовую (селевую) массу, удерживая на своей поверхности значительное количество воды. Сели 20 20
2. А По размерам крупнообломочного материала твердой составляющей селевые потоки подразделяются на: 1) дресвяные — содержание гальки и валунов < 10%; 2) галечниковые — содержание гальки и валунов больше 10%, при этом валуны составляют < 10%; 3) валунные — содержание валунов > 10%, глыбы составляют < 10%; 1) глыбовые — содержание глыб > 10% (встречаются редко). Сели 21
2. Б По общему количеству крупнообломочного материала: 1) менее 10 %; 2) от 10 до 35 %; 3) 35 — 65 % 4) более 65 %. 1. 11. 2006. Сели 23
2. В По содержанию глинистых частиц в мелкоземистой части твердой составляющей – основой селя считается: 1) глина: содержание глинистых частиц > 35 %; 2) суглинки: 15 – 35 %; 3) супесь: 5 – 15 %; 4) песок: < 5 %. 1. 11. 2006. Сели 24
3. По состоянию воды в селе q Вода в связанном с глинистыми частицами состоянии; q Вода в свободном состоянии. Количество связанной воды в селевом потоке зависит от: v количества глинистых частиц; v минерального состава; Максимальное количество связанной воды в состоянии покоя равно максимальной влажности набухания глинистого порошка. 25
4. По характеру движения селевого потока: q турбулентный режим движения (несвязные); q ламинарный или турбулентный режим (связные потоки). 26
27
3. Факторы развития селевого процесса 28
q Геологическое строение; q Влияние рельефа v прямое уклоны русел рек, крутизна склонов; v косвенное характер и пространственное распределение поверхностных и подземных вод, растительного и животного мира; q климатические условия - определяют особенности формирования жидкой и твердой составляющей, характер разрушения горных пород; q состояние почвенно-растительного покрова (лес, кустарниковый и травяной покров на горных склонах резко снижают селеопасность территории, хорошо защищают горные склоны от эрозии); q неумеренный выпас скота в горах. 29
3. Механизм и динамика зарождения селевых потоков. Распространение селей на территории России. Опасность проявления селей в разных горных районах на территории России 30
Механизмы зарождения селей с преобладанием А) твердого компонента: q Эрозионный – высвобождение частицы (нарушение связей с другими частицами), сдвижение с места и перенос ее водой или суспензией. q Оползневой – сдвижение твердой фазы (рыхлообломочного материала) по поверхности в виде оползня потока; с поступлением воды оползень поток переходит в состояние селевого потока. Б) жидкого компонента: q транспортный; q транспортно сдвиговый; q сдвиговый. 31
Площадь селеопасных территорий составляет около 8% от общей площади страны. 32
Наиболее активно селевые процессы развиваются: q Северный Кавказ - дождевые и ледниковые сели. Опасный период: июль—август. Средняя повторяемость: дождевых селей один раз в 10— 12 лет, ледниковых — в 15— 20 лет. По объему выносов преобладают мелкие, средние, крупные. Максимальный наблюденный объем выноса 3 млн. м 3 (р. Адырсу, 1940 г. ). q Восточный Саян, Хамар-Дабан, Становое нагорье: дождевые сели. Опасный период: май – август; средняя повторяемость один раз в 15— 25 лет. Объем выносов обломочных масс десятки тысяч м 3, в отдельных случаях, 300— 600 тыс. м 3. 33
q Камчатка, Курильские острова: дождевые, снеговые и вулканогенные (наиболее опасные) сели. При взрывных извержениях вулканов длина пути их движения 15 — 20 км, объем выноса — сотни тысяч м 3. Взрыв вулкана Безымянный 30. 03. 1956 г. – лахар преодолел расстояние в 85 км; общий объем перемещенных обломочных масс составил около 500 млн. м 3. 34
q Сахалин: Сход август—сентябрь (время обильных осадков). Преобладают мелкие по объему выноса сели, средней повторяемостью один раз в 10— 20 лет. q Горы Субарктики и Арктики: водоснежные сели — от Кольского п ва до Чукотки. Формируются в мае—июне, в период снеготаяния. Объем выносов 10— 50 тыс. м 3, максимум — до 500 тыс. м 3 (Полярный Урал). Средняя повторяемость : на западе (Хибины) — один раз в 10 лет, на востоке (север Сибири и Дальнего Востока) — каждые 5 лет. Летом, в июле—августе, формируются и дождевые сели. 35
Селевая опасность территории России оценивается по показателям (критериям) - 5: 1) пораженность территории селями, характеризуемая коэффициентом пораженности (отношение площади селевых бассейнов к общей площади территории в %); 2) средний макс. объем выносов селей; 3) скорость движения селевых потоков; 4) повторяемость селей (число случаев за 100 лет); 5) разрушения, произведенные селевыми потоками. Сильная опасность: Центральный Кавказ, отдельные районы северо востока Сибири, Забайкалья, восток Камчатки. Слабая опасность: восток Урала, Алтай, Саяны. Средняя опасность: остальные селеопасные районы. 36
Обозначение цветом Критерии опасности селей по степеням Площадь территории Наибольший объём занятых селевыми бассейнами, % > 75 50 75 10 50 5 10 ‹ 5 единовременных выносов, куб. м > 3000 500 3000 50 500 10 50 ‹ 10 Степень опасности очень высокая средняя низкая очень низкая потенциальная
Источник природной ЧС Наименование поражающего фактора природной ЧС Сель Характер действия, проявления поражающего фактора источника природной ЧС Динамический Смещение (движение) горных пород. Гравитационный Удар. Механическое давление селевой массы Гидродинамический Гидродинамическое давление селевого потока Аэродинамический Ударная волна 38
39
Обзорная карта селевой опасности района горы Эльбрус
г. Тырныауз: катастрофический сель 2000 г.
Плотина на р. Герхожан Су, разрушенная селевыми потоками Фрагмент плотины на р. Герхожан Су и валуны селя 1999 года
Селеопасное озеро Башкара Селевые отложения ручья Сагаевский
4. Методы защиты от селей (2 группы) 1. 11. 2006. Сели 45
1. Предотвращающие проявление селей: а) организационно-хозяйственные: q планирование рационального освоения территории; q рациональная распашка склонов для уменьшения поверхностного стока (производить поперек склона); q регулирование вырубки лесов и выпаса скота. б) мелиоративные и агротехнические: q посадка леса, создание другого растительного покрова, террасирование склонов; q уменьшение склонового стока за счет распределения его во времени (покрытие снега угольной пылью или золой); q работы, связанные с замедлением таяния ледников и снега (метод дымового экрана). в) инженерные: спуск моренных и завальных озер, сооружение водосбросных канав, регулирование русла. 1. 11. 2006. Сели 46
2. Защищающие от селей: а) русловые гидротехнические сооружения: q Селезадерживающие v мгновенно останавливающие селевой поток (плотины и глубинные наносоуловители). v обеспечивающие постепенное затухание селя (барражи, возводимые выше защищаемых объектов. ). q Селеотводящие отводят или изменяют направление селя (селеотбойные стенки селевых лотков, селенаправляющие лотки, полузапруды). б) сооружения, обеспечивающие пропуск селей - селеспуски, мосты и селепропускные лотки для пересечения разного рода коммуникаций (авто и железные дороги, каналы, трубопроводы) с селеносными водотоками. 1. 11. 2006. Сели 47.
СХЕМА ЗАДЕРЖАНИЯ СЕЛЕВЫХ ВЫНОСОВ И СТАБИЛИЗАЦИИ РУСЛА ГДЕ: H - ВЫСОТА СЕЛЕВОГО ПОТОКА; В - РАССТОЯНИЕ МЕЖДУ ЗАПРУДАМИ, КОТОРОЕ НЕ ДОЛЖНО ПРЕВЫШАТЬ : ПРИ H = 3 -5 М. И КРУПНОСТИ ОБЛОМКОВ БОЛЕЕ 0, 5 М. - В 120 М. ; ПРИ H = 1, 5 -3 М. И КРУПНОСТИ ОБЛОМКОВ ДО 0, 4 М. - В 60 М. ; ПРИ H = 1, -1, 5 М. - В 40 М. 48
1 – селеспуск, 2 Канализированное русло селевого потока, 3 – наносоуловитель, 4 селерез 49
СХЕМЫ ОСНОВНЫХ ПРОТИВОСЕЛЕВЫХ СООРУЖЕНИЙ 50
Конец лекции 51
Причины возникновения: q ливневые дожди; q интенсивное таяние снега, q прорыв запруд и плотин в долинах рек, где имеются большие запасы рыхлообломочного материала. 52
Селевые бассейны, потоки и очаги их зарождения классифицируются по признакам: 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) орографические особенности бассейнов; особенности геологического строения бассейнов; гидрография и гидрология бассейнов; генезис очагов зарождения селей; источники водного питания; гранулометрический состав твердой составляющей селевых потоков; состояние воды в селевом потоке; характер движения селевого потока и другие признаки. 1. 11. 2006. Сели 53