В горных районах обильное выпадение дождей или быстрое снеготаяние вызывает образование временных бурных потоков. Мощный поток, стекающий с крутых склонов, обладает громадной силой и увлекает за собой, подобно горным рекам, мелкие обломки пород, большие глыбы и валуны. Действуя захваченными обломками, как тараном, такой поток разрушает встреченные на пути выступы и неровности гор, увлекает их за собой и все более и более насыщается каменным материалом.
Далее поток захватывает верхние слои мелкообломочного материала и почв и постепенно из водного превращается в грязекаменный. Такой поток называется сель или силь. Временные грязекаменные потоки широко распространены на Кавказе и в Средней Азии. Содержание переносимого материала в селевых потоках очень велико и иногда превосходит содержание воды. Вырываясь из горного ущелья на равнину, сель быстро теряет скорость и расплывается по сравнительно большой площади в виде конуса выноса. Вода из грязекаменного потока фильтруется к его подошве, а перенесенный каменный материал осаждается, образуя конус выноса или сухую дельту.
Селевые потоки это смесь грунта, камней и воды с довольно высокой плотностью 1.2-1.9 т/м³, которая стекает по руслам различных горных рек и сухим долинам после ливней со скоростью до 6 м/с. При выходе из лога в местах где уклон уменьшается скорость селевого потока тоже уменьшается и образуется конус выноса наносов.
Обломочная масса, принесенная таким потоком, состоит из почти неокатанных обломков и совершенно неотсортирована: среди крупных глыб и валунов находятся гравийно-песчано-глинистые частицы. Отложения конусов выноса селевых потоков называются пролювиальными или пролювием.Селевые потоки представляют большую опасность для населенных пунктов, расположенных в полосе их действия. Известный селевой поток 1921 г., вырвавшийся из горного ущелья вблизи г.Алма-Аты, снес все строения, находившиеся у подножья горы. Затем ворвался в город, обратив улицы в бушующие грязекаменные реки.
Дома срывались с фундаментов и уносились вместе с людьми.На город была вынесена масса каменного материала около 1,5 млн.т.
Рисунок-1. Разрушения населенных пунктов вызванные грязекаменными потоками
Возникают селевые потоки внезапно и действуют сравнительно не долго в течении несколько часов, но способны образовать значительные объемы грязекаменных материалов,смываемых за один сель. Селевой поток способен смывать и переносить с собой камни диаметром до 1.5 метра.Учитывая большую скорость селевого потока и объем переносимых камней защита городов и селений а также различных сооружений расположенных в зоне действия является большой проблемой.
Читай также образование речной долины
Для решения таких проблем приходится воздвигать дорогостоящие и сложные сооружения как подпорные стены или плотины.В зависимости от того сколько воды содержат в себе грязекаменные потоки, селевой поток может двигаться как однородная вязкая масса или как турбулентный поток воды,камней и грязи. Поток увлекает за собой огромное число камней различного диаметра и смывает с поверхности в огромных объемах грунт. В селевом потоке мелкие камни перемещаются во взвешенном состоянии а более крупные передвигаются перекатываясь по дну тальвега.
Методы защиты строений от селевых потоков
Горные реки и селевые потоки способны переносить камни огромных размеров и в большом количестве, которые способны представлять угрозу не только различным сооружениям и коммуникациям таких как мосты, дороги но и расположенным недалеко городам. При неизбежности строительства в зоне образования селевых потоков принимают различные меры по защите сооружений от сели.
Например мосты строят с такими пролетами, которые не стесняют поток сели, при этом используют опоры одно столбчатого типа. Отверстия мостов существенно увеличивают, так как трудно угадать объемы селевых наносов, которые меняются в зависимости от количества осадков. Отверстия малых мостов быстро забиваются наносами и в таком случае сель переливается через мост и насыпь.
В целях защиты городов и крупных сооружений имеющих большую важность с верхней стороны горных склонов устраивают наносозадерживающие дамбы.Такие дамбы замедляют скорость селевого потока и вызывают отложения наносов. Дамбы строят двух типов: сплошные и прерывистые. Дамбы сплошного типа строят в случае когда ширина русла реки превышает 100 метров.
В таком случае необходимая длина дамбы зависит от ширины русла а также от крупности частиц которые селевые потоки откладывают. Длина дамбы в таком случае определяют по формуле:
L=b*B, где b это коэффициент стеснения русла дамбой, В-ширина русла.
Дамбы прерывистого типа строят когда ширина русла составляет до ста метров.В таком случае длину дамбы определяют по формуле а отверстие дамбы определяют в зависимости от пропуска нужного количества селевых наносов с заданной повторяемостью. В поперечном профиле такие дамбы строят с трапецеидальным сечением. Ширина дамбы поверху составляет от 0.5 до 2.0 метра в зависимости от крупности переносимых камней и интенсивности селевого потока.
Рисунок-2. Устройство перегораживающих стенок для борьбы с селевыми потоками
Мерой борьбы с селевыми потоками является, в первую очередь, восстановление растительного покрова с мощной корневой системой, а также устройство перегораживающих стенок ( рисунок-2). В качестве противоселевого мероприятия можно применять устройство террас ( рисунок-3).
Рисунок-3. Схема террасирования для борьбы с селевыми потоками
По террасированному склону селевой поток будет стекать от ступеньки к ступеньки, попадая в приготовленные для него канавы. В последнее время для борьбы с селевыми потоками применяют плотины, устраиваемые методомнаправленного взрыва. Так, например, такая плотина была создана в 1966 г. в урочище Медео в горах близ Альма-Аты. С помошью взрыва в плотину было уложено почти 2 млн.т скальной породы. Наряду с селевыми потоками существуют безрусловые потоки со склонов. Комплекс рыхлых образований, накапливающихся у подножья гор в результате смывания временными горными потоками обломочного материала, возникающего при выветривании слагающих эти горы коренных пород, называют пролювием.
Таблица-1. Сопоставление свойств, водно континентальных отложений
Пролювий характеризуется плохой сортированностью и слабой окатанностью обломков. Он образует конусы выноса которые могут сливаться в одну полосу, окаймляющую подошву гор.Различие в мощности, времени действия и направлении водных потоков определяет различие в свойствах отложенных ими пород.
Это различие наиболее наглядно видно из сопоставления, приведенного в таблицу-1. Из таблицы-1 видно, что при достаточно близком минералогическом и гранулометрическом составе различные типы отложений текучих поверхностных вод обладают различными свойствами.Это следует учитывать при проектировании и возведении сооружений.
Классификация селевых потоков
Изучение образования и действия селевых потоков позволило классифицировать их по ряду признаков. По исследованиям Е.К.Рабковой, можно различить селевые потоки связные, или структурные, турбулентно-текучие водокаменные и турбулентно-текучие грязекаменные. Структурные или связные селевые потоки образуются в горных зонах. В геологическом строении водосборного бассейна обязательно наличие глинистых пород и глин. Кроме того, присутствуют породы, способные давать осыпи и трудно измельчающиеся обломки: известняки, сланцы, кристаллические породы.
Объемная масса потока очень велика и составляет 1,9-1,6 т/м³. Глинистые фракции составляют не более 25-30 % от твердой части потока.Остальная часть состоит из песка, щебня, гравия и валунов.Вода входит в селевую массу как одна из составляющих. Для сохранения движения потока необходимо прямолинейное направление, без излучин. Такой поток движется как одно структурное целое и при остановке застывает, не распадаясь на составные части. Структурные потоки разрушают все встречающиеся на пути сооружения и другие препятствия по всей ширине движения. При уклонах 0,05-0,06 градусов на конусе выноса дно русла покрывается слоем застывшего селя.
Турбулентно-текучие водокаменные селевые потоки также образуются в горных зонах.Водосборная площадь таких потоков сложена интрузивными породами, а также известняками, песчаниками и хорошо сцементированными конгломератами.Возможно также наличие крупнообломочного материала : гравия, гальки, крупного песка.Присутствие глинистых пород не имеет существенного значения.Объемная масса селя в таких потоках равна 1,6-1,3 т/м3.Поток мало насыщен мелкоземом. Отдельные булыги и валуны достигают 1-2 м в окружности.Характер движения отдельных волн потока пульсационно-заторный.Наличие крупных обломков и заторного характера движения обусловливает большую разрушительную силу.На конусе выноса возможна некоторая сортировка выносимого материала.
Турбулентно-текучие грязекаменные селевые потоки образуются как в горной, так и в предгорной зонах.Для водосборной площади характерно преобладание мелкообломочного и обломочного материала, супесей и суглинков.Отмечается наличие большого количества щебня и гальки.Объемная масса селя сравнительно невелика и составляет 1,4-1,05 т/м³.Поток насыщен взвешенными мелкими фракциями и влекомыми по дну галечниками.
Отложение больших масс на конусе выноса приводит к переливу потока через ограждения, сопровождающемуся разрушением дорог, мостов и других сооружений. В отличие от структурных потоков разрушение происходит не путем удара, а подмывом. Характер движения потока беззаторный.На конусе выноса происходит некоторая сортировка влекомого материала по крупности.
Таблица-2. Основные типы селей и возможные причины возникновения
Основные типы селей и возможные причины возникновения
Классификация селей по гранулометрическому составу твердой составляющей:
1. Водокаменный-представляет собой смесь грязной воды с камнями больших размеров (скальные обломки, валуны и так далее ) с объемным весом 1,1 –1,5 т/м³. Водокаменный поток образуется преимущественно в зоне плотных пород.
2. Грязевой — представляет собой смесь грязной воды с частицами глинистых и пылеватых грунтов в твердой фазе при незначительной концентрации камней. Объемный вес составляет от 1.5-2,0 т/м³.
3. Грязекаменный поток представляет собой смесь воды с частицами мелкозема и камней преимущественно небольшого размера. Объемный вес такого потока составляет 2,1–2,5 т/м³.
4.Водно-снежно-каменный состоит преимущественно из воды,снежной лавиной и камней разных размеров. Такой селевой поток является очень тяжелым а селевой удар достигает до 5–12 т/м².
Классификация селей по генезису:
1. Альпийский тип -для такого типа характерно сезонное быстрое таяние снега (Канада, США, Анды, Гималаи, Альпы)
2. Пустынный тип- встречается преимущественно в полузасушливых или в засушливых областях в которые происходят внезапные сильные проливные дожди.Чаще всего наблюдаются в таких районах как Аризона, Невада, Калифорния.
3. Лахары- представляют собой грязевые потоки вулканического происхождения возникающие на склонах вулканов после сильных проливных дождей.
По частоте схода различают следующие селевые потоки:
а) высокой активности (повторяются в течении 3-5 лет а может быть и чаще)
б) средней активности (повторяются в течении 6-15 лет)
с) низкой селевой активности ( повторяются один раз в 16 лет ).
По воздействию на сооружений:
1. Маломощные- создают небольшие размывы у основания, забивают водопропускные отверстия сооружений.
2. Среднемощные -создают сильные размывы у основания мостов и водопропускных сооружений,забивают отверстия водопропускных сооружений полностью.Могут также сносить бесфундаментные сооружения.
3. Мощный имеет большую силу разрушения.Может сносить мостовые фермы, опоры мостов и путепроводов а также разрушить дороги.
4.Катастрофический-разрушает полностью строения и участки дорог.
По источнику воды :
1. Дождевые -такие селевые потоки характерны для низкогорных и среднегорных селевых бассейнов которые не имеют ледникового питания. Условия формирования этих селевых потоков являются обильные осадки смывающие разрушенные горные породы со склонов.
2. Гляциальные -для них характерны низкогорные и среднегорные селевые бассейны не имеющие ледникового питания. Формируются за счет обильных осадков способные смыть продукты разрушения горных пород.
3. Вулканогенные- образуются преимущественно при землетрясениях.иногда в отдельных случаях образуются во время извержения вулкана.
4. Связанные селевые потоки -могут состоять из воды, песчаных и глинистых частиц грунтов. Селевой поток двигается как одно целое и не следует изгибам русла реки а переваливает через берега.В отдельных случаях может разрушить и выпрямлять русла рек.
5. Несвязанные потоки способны двигаться с большой скоростью при этом происходит постоянное обкатывание камней и истирание за счет частого соударения. поток как правило следует по руслу реки разрушая его местами и повторяя его изгибы.
По объему перенесенной твердой массы:
| Размер селя | Объем селя |
| Небольшой | 0,1 – 1,0 тыс. м3 |
| Довольно большой | 1,0 – 10 тыс. м3 |
| Большой | 10 – 100 тыс. м3 (1 раз в 2–3 года) |
| Очень большой | 0,1 – 1,0 млн. м3 |
| Огромный | 1 – 10 млн. м3 |
| Грандиозный | 10 – 100 млн. м3 |
По основным факторам возникновения
1. Зонального проявления. Формируются за счет обильных осадков и носят зональный характер. Как правило сход селевых потоков происходит систематически по одним и тем же путям.
2. Регионального проявления. Формируются за счет геологических процессов. Как правило пути движения селевых потоков не постоянны а сход носит эпизодический характер.
3. Антропогенные. Происходят в результате хозяйственной деятельности человека.