Інженерно-геологічна класифікація селевих потоків

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний університет водного господарства та природокористування

Розроблена інженерно-геологічна класифікація селевих потоків, яка, крім консистенції маси самого потоку, враховує геолого-геоморфологічну будову селестічних елементів рельєфу, а також селестічних річкових басейнів. Використання такої класифікації дає можливість відображати ці площі на інженерно-геологічних картах та розробляти більш надійні прогнози їх формування та противосельові заходи.

An engineering geological classification has been developed of mudflows. It takes into account besides the composition of the flow mass itself the geomor-phological structure of mudflow forming relief elements and also mudflow forming river basins. The use of such classification given the possibility to des-cribe such areas on engineering geological maps and to develop more reliable forecasts of their formation and to work out anti-mudflow measures.

Селеві потоки представляють собою грізне природне явище, формування якого викликає значні матеріальні збитки, приносить значну шкоду навколишньому середовищу і нерідко супроводжується людськими жертвами. В останні роки спостерігається значне збільшення частоти їх проходження та зростання потужності. При проходженні катастрофічних повеней і паводків, що мали місце в Закарпатській області України в листопаді 1998 і березні 2001 роках, а також на Північному Кавказі Росії в 2002 р. в басейнах річок мало місце масове формування селевих потоків. Так в останню повінь в басейні р. Тиса в березні 2001 р було зафіксовано 83 селевих потоки.

Незважаючи на те, що селеві потоки вже вивчаються більше 100 років, численні сторони їх формування і проходження не висвітлені до цього часу. Більшість дослідників вважають, що селеві потоки це явище о основному гідрологічне і представляють вони собою бурні грязьові або грязекам'яні потоки, що раптово виникають в руслах гірських річок внаслідок різкого зростання витрат води, викликаних інтенсивними зливами або бурним сніготаненням, а деколи поєднанням інтенсивного сніготанення із зливовими атмосферними опадами. У зв'язку з перенасиченням цих потоків твердим матеріалом вони, в порівнянні із звичайними повенями і паводками, часто закупорюють основні русла твердим матеріалом, виходять за їх межі, де за рахунок формування нових русел та нагромаджень відкладів твердої складової виводять з експлуатації значні площу та руйнують інженерні споруди.

Автором були проведені дослідження селенебезпечних річкових басейнів в межах Саяно-Байкальської гірської області і на Північному Кавказі (Росія), а також в Прикарпатті, Карпатах і Закарпатті (Україна). Дослідження проводилось методом інженерно-геологічної зйомки річкових басейнів з визначенням основних чинників зародження і розвитку геодинамічних процесів та їх роль у формуванні твердої фази селевих потоків. Визначався механічний склад та особливості будови селевих відкладів. Крім цього широко використовувались матеріали аерофотозйомок та великомасштабного геологічного і геоморфологічного картування селенебезпечних річкових басейнів.

Основною метою досліджень було виявлення та встановлення просторового розміщення основних геодинамічних селеформуючих процесів, що дало б можливість створити інженерно-геологічну класифікацію селевих потоків, яка служила би основою для розробки заходів із запобігання їх виникнення або для зменшення їх руйнівної дії на територію та інженерні споруди.

Збільшення антропогенного впливу на природно-територіальні комплекси, що має зростаючий характер; збільшення імовірності випадання зливових атмосферних опадів, а також випадання зливових опадів на сніговий покрив під час зимових відлиг, зумовлених глобальним потеплінням - все це разом збільшує ймовірність формування селевих потоків, що і підтвердилось повенями 1999 2000 і 2002 років. Тому на даному етапі слід визначити селенебезпечні території, не тільки селенебезпечні річкові басейни, а також види селевих потоків, які можуть виникнути на тій чи іншій території. Для цієї мети нами і розроблена інженерно-геологічна класифікація селевих потоків, яка базується на умовах їх формування і проходження.

До цього часу розроблено кілька десятків класифікацій селевих потоків, дати аналіз яких в даній публікації немає можливості із-за її об'єму. Вкажемо лише на те, що всі вони можуть бути поділені на дві групи. Перша група включає класифікації за консистенцією самого потоку. Згідно них селеві потоки поділяються на зв'язані (структурні) і текучі (турбулентні), або на грязеві, грязекам'яні та водокам'яні. Друга група, більш численна, об'єднує класифікації селевих басейнів, в основу яких положено геоморфологічну та геологічну будову площ водозбору, або за генетичними типами відкладів, що є джерелом твердого матеріалу для селевих потоків.

Зібрані нами матеріали польових досліджень та аналіз численних публікацій дає можливість запропонувати наступну інженерно-геологічну класифікацію селевих потоків, яка враховує: їх формування в певних кліматичних умовах і метеорологічних передумовах; притаманність до певних геоморфологічних елементів рельєфу; генетичні типи джерел твердої фази та їх гранулометричний склад; характеристики самого селевого потоку (його потужність, витрату, густину, загальний об'єм та об'єм твердої фази); характер руху потоку в руслі і за його межами; характер руйнування за рахунок ерозії та акумуляції; взаємодію з інженерними спорудами. Всі перераховані характеристики дають змогу розробляти необхідні протисельові заходи.

Виходячи з вказаних вимог і на основі геолого-геоморфологічної будови територій і кліматичних зон проявлення та кількісних характеристик виділено сім типів селевих потоків: схилові, руслові, яружно-балкових систем, сухих логів і саїв (арабські назви річищ і понижень без постійного поверхневого стоку), високогірських областей давнього і сучасного зледеніння, сейсмічних зон, районів сучасного вулканізму.

В залежності від геологічних процесів, що забезпечують потік твердими наносами і зумовлюють його перехід від звичайного до селевого, в складі кожного типу виділяються види селевих потоків.

На території України формуються в основному селеві потоки трьох перших типів - це схилові, руслові і яружно-балкових мереж. Може мати місце і формування потоків, причиною виникнення можуть бути сейсмічні поштовхи в періоди максимального зволоження рихлих схилових відкладів, що призводить до їх сповзання в руслову мережу, де вони стають основним джерелом твердої фази селя. Селеві потоки сухих логів і саїв формуються в гірських і передгірських районах арідних зон (в основному в Середній Азії). Селеві потоки місць давнього і сучасного зледеніння зароджуються у високогірських районах Альп, Кавказу, Гімалаїв та інших гір, де є значні запаси рихлих відкладів льодовикових і водно-льодовикових відкладів.

Селеві потоки в зонах сучасного вулканізму супроводжують практично кожне виверження вулканів, основним джерелом твердої фази яких є уламки пемзи і попіл, а водна складова формується за рахунок опадів з конденсованої пари, виділеної магмою або викинутої разом з попелом безпосередньо з жерла вулкану. Характер формування і проходження цих селів ще не вивчені.

Більш детально охарактеризуємо ті типи і види селевих потоків, що мають місце на території України. В першу чергу це схилові селеві потоки. Особливості їх формування на схилах гірських хребтів і річкових долин а також характер дії на інженерні споруди і господарські об'єкти вимагають виділення їх в окремий тип. Схилові селеві потоки широко розповсюджені як в зонах достатнього і надмірного, так в зонах недостатнього зволоження. Основним джерелом твердої фази для них є елювіально-делювіальні схилові відклад. За характером формування вони поділяються на: ерозійні, снігово-лавинні та соліфлюкційні.

Ерозійні схилові селеві потоки виникають в усіх кліматичних зонах при зливових опадах великої інтенсивності і на тих ділянках схилів, де у верхніх їх частинах є пониження різного генезису (місця обвалів, оповзів, зсувів, ерозійні улоговини тощо), а рихлі схилові відклади не закріплені, або недостатньо закріплені, рослинністю. При інтенсивних, часто локальних, зливах у вказаних пониженнях, які являють собою елементарні водозбори, формуються тимчасові досить потужні водні потоки, які рухаючись вниз розмивають рихлі елювіально-делювіальні відклади, насичуюсь при цьому до консистенції грязекам'яних селів. Характерними особливостями таких селевих потоків є швидке нарощування їх витрат, збільшення густини динамічної маси до 1,4 - 1,5 т/м³, потужності і нетривалий термін проходження. Часто вони не досягають руслової мережі, а в підніжжі схилу утворюють різні за розміром і складом конуси зносу. Після їх проходження на схилах в елювіально-делювіальному покриві залишаються глибокі промоїни, часто до корінних порід. Доцільно відмітини, що в Сибіру в 60-ті роки геологи при розвідувальних роботах для відкриття корінних порід на схилах використовували штучні сельові потоки, створюючи в верхніх частинах схилів запруди для нагромадження води, скид якої вниз по схилу призводив формування селів, які розмивали схилові рихлі відклади до корінних порід. Коли схилові потоки досягають руслової мережі, то вони є важливим джерелом твердого матеріалу для руслових селевих потоків.

Схилові ерозійні селеві потоки в основному небезпечні для лінійних комунікацій - залізничних та шосейних доріг, нафто- та газопроводів, які прокладають в нижній частині або в підніжжі схилів. Але основну шкоду схилові завдають лісовому та сільському господарству, постільки на змитих схилах відновлення ґрунто-підґрунтя відбувається через сотні років. Для запобігання виникнення схилових селевих потоків слід категорично заборонити суцільну виробку лісу, а планувати смугову. На схилах, де суцільна вирубка вже здійснена, слід провести заходи з регулювання схилового стоку, зокрема створенням канав для перехоплення, відведення і скиду схилового стоку в безпечних місцях. На ділянках, де суцільна вирубка вже здійснена слід проводити заходи по закріпленню схилових відкладів. Враховуючи, що в останні роки в Карпатах проведені масові вирубки лісу, а також те, що з глобальним потеплінням ймовірність виникнення злив з великою інтенсивністю зростає (14.08.2002 автором в Прикарпатті (Косівський район) зафіксована злива з інтенсивністю випадання 3,5 - 3,8 мм/хв. протягом 38 хв.) формування схилових селевих потоків буде мати зростаючу тенденцію.

Снігово-лавинні схилові потоки, порівняно з ерозійними, мають менше розповсюдження. І все таки в окремі роки вони досить часті і складають небезпеку для життя людей і інженерних споруд. Формуються вони ранньою весною, коли у верхніх частинах схилів зберігаються значні запаси снігу. Інтенсивне його танення з випаданням в цей час рідких атмосферних опадів призводить до утворення снігових лавин, які, рухаючись вниз по схилам, перемішуються з водними потоками, еродують схилові відклади. В середніх і нижніх частинах схилів вони представляють собою турбулентні селеві потоки, які складаються з води, твердого матеріалу і снігу.

Соліфлюкційні схилові селеві потоки в Україні не зафіксовані. Вони формуються в районах з глибоким сезонним промерзанням схилових ґрунтів, або близьким від поверхні заляганням багаторічно мерлих порід. При відтаненні схилових відкладів талий шар починає рухатись вниз по замерзлому у вигляді грязекам'яної маси, швидко нарощуючи свою потужність. Часто такі селі формуються при додатковому зволоженні, тобто є комбіновані - соліфлюксійно-ерозійними. Не слід виключати можливість формування таких селевих потоків у високогірних районах Карпат, де вони можуть зароджуватись як соліфлюкційні, переходячи в нижніх частинах схилів у ерозійні.

Руслові селеві потоки формуються в руслах постійних або тимчасових потоків і мають розповсюдження практично в усіх кліматичних зонах. За джерелами твердої фази, її складом та розміром площі водозбору їх слід розділити на два види. Перший вид утворюється на невеликих гірських річках з площею водозбору від кількох десятків до перших сотень км², з повздовжнім похилом більше 0,05. Основним джерелом твердого матеріалу тут є обвально-делювіальні нагромадження нижніх частин схилів, а також конуси зносу схилових селевих потоків та сніжних лавин. Часто такі невеликі річкові водозбори охоплюються повністю опадами зливового характеру і селеві потоки в їх руслах формуються одночасно зі схиловими ерозійними потоками. Конуси зносу останніх часто перегороджують русло, прорив цієї, тимчасової, перегородки надає русловим селевим потокам валоподібного руху, що значно збільшує його руйнівну здатність. Постільки в конусах зносу схилових селевих потоків та делювіальних відкладах значну частину займають піщано-глинисті фракції селеві потоки цього виду відносяться до грязекам'яних.

Руслові селеві потоки на гірських річках з площею водозбору від кількох сот км² до перших тисяч км² та повздовжнім похилом менше 0,05. Основним джерелом твердої фази на таких ріках є алювіально-пролювіальні відклади. За механічним складом це промитий валунно-гальковий матеріал русел, заплав і низьких терас, а також слабо обкатаний пролювіальних нагромаджень бокових малих річок. Часто в живленні твердим матеріалом руслових селевих потоків приймають участь обвально-делювіальні відклади в тих місцях де річка підходить безпосередньо до річкових схилів.

Процес формування руслових селевих потоків з алювіально-пролювіальним джерелом їх живлення твердим матеріалом має свої особливості. Вони виражаються в чергуванні звичайних, деколи з слабо вираженими рисами селевих, і селевих потоків. Перші з них формуються практично щорічно при зливових атмосферних опадах з невеликою і середньою загальною сумою та інтенсивністю випадання. Водний потік таких повеней у верхніх частинах басейну насичується твердим матеріалом, який у волоченому стані переноситься в середні і нижні частини басейну. Тут в результаті зменшення похилу русел і зменшення з цим транспортуючої здатності потоків, твердий матеріал, в залежності від величини повеней, відкладається в руслах або на заплавах. Таким чином в середній і нижній частині річкових басейнів формуються значні запаси валунно-гальково-гравійно-піщаного матеріалу. При випаданні злив з значною сумою атмосферних опадів, як правило більше 50 мм за добу та великою інтенсивністю, або, як це має місце а Закарпатті, випадання зливових опадів на сніговий покрив, утворюється потужні водні потоки, які розмиваючи нагромаджені раніше алювіально-пролювіальні відклади насичуються до турбулентних водокам'яних селевих потоків з густиною (щільністю) маси 1,1-1,15 т/м³. Встановлено, що після звичайних повеней і дощових паводків абсолютні відмітки русел підвищуються, після проходження селевих потоків - понижуються. При цьому основні руйнування руслові селеві потоки спричиняють в нижніх частинах річкових долинах та на пролювіальних відкладах конусів виносу. Тут консистенція їх рухомої маси часто і різко міняється В окремих руслах або їх частинах, які із-за своїх морфологічних характеристик (похилу, величини живого перетину тощо) не забезпечує належну транспортуючу здатність селевому потоку при його консистенції, має місце інтенсивна акумуляція аж до закупорювання русла. Після цього такий “освітлений” потік, що відрізняється високою ерозійною здатністю, виходить на заплаву або на поверхню конусу виносу, де промиває нові русла, насичуючись знову до консистенції водокам'яного селевого потоку. Такий поперемінний процес ерозії і акумуляції і спричиняє основні руйнування. Так в грудні 1957 р. на р. Латориця в Закарпатті та в червні 1962 р на р. Слюдяна в Прибайкаллі водокам'яні руслові селеві потоки, закупоривши русла, вийшли за їх межі і в населених пунктах сконцентрувались по вулицях, що простягались вздовж річкової долини, розмили глибокі (до 3,0 м і більше) нові русла, що спричинило руйнування значної кількості будівель.

Визначити селенебезпечність тої чи іншої річки з русловим типом селей досить трудно, якщо не було їх зафіксовано в процесі освоєння басейну. Основною ознакою може бути наявність селевих відкладів в окремих частинах басейну. Від алювіальних відкладів вони відрізняються випуклим поперечним профілем та наявністю на їх поверхні повздовжніх валів, складених найбільш крупними фракціями.

Cелеві потоки яружно-балкових систем формуються виключно при зливових опадах з великою загальною сумою і великою інтенсивністю випадання. Основними джерелами твердого матеріалу є обвально-зсувні нагромадження та виноси бокових ярів. В окремих випадках основним джерелом твердого матеріалу є безпосередні змиви з незахищених рослинністю схилів. В таких випадках процес формування селевих потоків супроводжується значним ростом як основного, так і бокових ярів, що призводить до руйнування розташованих тут інженерних об'єктів, частіше всього шосейних доріг.

За консистенцією це частіше всього селегрязьові або грязекам'яні потоки. В гирлових частинах ярів таки потоки відкладають значні об'єми твердого матеріалу, замулюючи значні площі.

Приведена класифікація селевих потоків і селенебезпечних територій дає можливість наносити їх на інженерно-геологічні і гідрологічні карти річкових басейнів, вказувати їх місця зародження і розвитку, визначити основні джерела твердої фази, консистенцію рухомої маси та можливі місця і види руйнування інженерних споруд. Все це разом дасть можливість визначати види протисельових заходів, як лісомеліоративних, так і гідротехнічних, а також характер їх розміщення на території річкового басейну.

інженерний геологічний селевий потік

Література

1.Будз М.Д. Инженерно-геологическая характеристика селеопасных басейнов. Вкн.:“Инже-нерная геология Прибайкалья» Изд-во “Наука”-М 1968.

2. Будз М.Д., Коротун І.М. Деякі особливості будови сельових відкладів. //Гідромеліорація та гідротехнічне будівництво. № 6 1974.

Размещено на Allbest.ru