Классификация оползней и селей и их региональное проявление

1.3  Классификация оползней и селей и их региональное проявление

Сели - бурные грязекаменные потоки, устремляющиеся по балкам и долинам горных рек вниз; временный горный русловой поток, характеризующийся высоким содержанием твердого материала и резким подъемом уровня. Начало движения таких потоков обычно провоцируется либо продолжительными дождями (ливнями), либо таянием снегов и ледников. Масса перемещающегося грязекаменного потока может измеряться миллионами кубометров. Около 80% потока представлено обломками и грязью (крупнообломочного материала, песчаных, пылеватых и глинистых частиц), 20% приходится на воду, реже - 30% общей массы. Верхняя часть потока обычно движется в 5-7 раз быстрее нижней, поэтому за непродолжительное время в нижних частях скапливается громадное количество материала, движущегося со скоростью 0,5-5,0 м/с. В составе грязекаменного потока можно встретить валуны до 3,5 м в диаметре. Сель — это горный поток, состоящий из смеси воды и рыхлообломочной породы. Плотность селевых потоков колеблется от 1100 до 2500 кг/м³ (плотность горной породы в среднем 2700 кг/м³).

Под действием различных видов выветривания на склонах и на дне ущелий накапливается большое количество рыхлообломочного материала. При интенсивных ливнях вся эта масса пропитывается водой и приходит в неустойчивое состояние. При дальнейшем насыщении водой она начинает сползать вниз, в ущелья и ложбины. При достаточном уклоне ущелья или ложбины смесь из грязи, воды и камня с ревом устремляется вниз, по пути захватывая все новые порции щебня, грязи, валунов, размывая дно и борта ущелья, по которому движется селевой поток, и тем самым еще более увеличивая свой объем. Если на пути этого «ревущего зверя» попадается какое-либо сооружение, неспособное противостоять его чудовищному напору, оно прекращает свое существование в течение нескольких минут. Дойдя до выхода из ущелья или выйдя на пологое место, сель как бы распластывается по равнине, быстро теряя скорость и ударную мощь и заваливая прилегающую равнину слоем грязи, песка, камней. В зависимости от размера селя мощность отложений может колебаться от десятков сантиметров до нескольких метров.

Селевые потоки, притом необычайно большой силы, могут также образовываться при прорыве моренных запрудных ледниковых озер. В этом случае бурный поток воды по мере продвижения вниз по ущелью насыщается рыхлообломочным материалом и превращается в сель.

Cелевыми потоками могут быть вызваны серьезные разрушения (Новороссийск, Ереван, Алма-Ата…). Опасность селей не только в их разрушающей силе, но и во внезапности их появления. Селям подвержено примерно 10% территории нашей страны. Всего зарегистрировано около 6000 селевых водотоков, из них более половины приходится на Среднюю Азию и Казахстан. В 1968 г. на Тянь-Шане селевой поток за считанные минуты полностью уничтожил поселок и горное озеро Иссык, расположенные вблизи Алма-Аты.

В горных и предгорных районах защита от селей относится к числу важнейших проблем. Обычно для этого строят плотины. Так, на реке Алмаатинке, по которой сели неоднократно передвигались к одноименному городу, в 1967 г. была возведена высокая плотина, уже через несколько лет спасшая город от чрезвычайно большого селевого потока. В других случаях по протяженным балкам - потенциальным местам схода селевых потоков - создают целую серию небольших плотин. Однако такие плотины не смогут удержать большой селевой поток. Ранее же скопившийся выше плотины материал может только усилить интенсивность последующих разрушений. Следовательно, многочисленные, но небольшие плотины можно строить только там, где не ожидается схода больших грязекаменных потоков. Ни одна ландшафтная область нашей планеты не поддавалась освоению с таким трудом, с такими громадными материальными затратами, как горные территории.

Виды селей:

Водно-каменный сель - такой поток, в составе которого преобладает крупнообломочный материал. Формируется в основном в зоне плотных пород.

Водно-песчаный - такой поток, в котором преобладает песчаный и пылеватый материал. Возникает в основном в зоне лессовидных и песчаных почв во время интенсивных ливней, смывающий огромное количество мелкозема.

Грязевой сель близок к водно-пылеватому. Формируется в районах распространения пород преимущественно глинистого состава.

Грязекаменный сель характеризуется значительным содержанием в твердой фазе глинистых и пылеватых частиц с явным их преобладанием над каменной составляющей потока.

Водно-снежно-каменный сель - переходная стадия между собственно селью, в которой транспортирующей средой является вода, и снежной лавиной.

Вулканогенные сели - «лахары» образуются при извержении вулканов.

Распространены сели преимущественно в горах. Многим горным районам свойственно преобладание того или иного вида селя по составу переносимой им твердой массы: в Карпатах чаще всего встречаются водокаменные селевые потоки сравнительно небольшой мощности, на Северном Кавказе - грязекаменные, в Средней Азии - грязевые потоки. Чем выше горы, тем разрушительнее сели. Но ставить в абсолютную зависимость высоту рельефа и силу селевых потоков не следует. Восточный Памир, Альтиплано в Боливии — плоскогорья высотой 4—5 тыс. м — далеко не поражают нас размахом селевой деятельности. В первую очередь важна контрастность, изрезанность рельефа, крутизна склонов. Очень важную роль играет количество и интенсивность осадков. Какие бы нагромождения рыхлообломочной массы не скопились на склонах и днищах ущелий, селевой поток никогда не сформируется без воды. Не последнюю роль играет наличие и густота травяного покрова и леса (пожалуй самого надежного защитника от селей). Но при наличии благоприятных условий селевые явления в горах встречаются всюду. Большие Гималаи, Западный Кунь-Лунь, Гиндукуш, Каракорум — все они оспаривают друг у друга пальму первенства в отношении гляциальных селей.

На территории нашей страны селевая деятельность развита довольно широко. Прежде всего, это касается Памира, Тянь-Шаня, Алая, где сходят самые мощные селевые потоки, объем которых выражается в миллионах кубических метров. Сели гор Европейской части РФ, особенно Кавказа, хотя и уступают по величине и мощи среднеазиатским селям, приносят бед не меньше, чем они, так как этот регион освоен лучше. Трагедии Геналдона и Кармадонского народного курорта (1903,2003) на Кавказе являются печальным тому подтверждением. Саяны и Алтай постоянно порождают селевые потоки. Если двигаться дальше на северо-восток, величина селей на таких хребтах, как Баргузинский, Яблоновый, Кодар, Черского и других горных системах Восточной Сибири значительно уменьшается, хотя по количеству и интенсивности они даже превосходят сели горных стран, названных выше. Для Камчатки и Курильских островов характерны лахары, в облаках пара несущиеся вниз по склону вулканов.

По мере дальнейшего продвижения человека в горы сели представляют для него все большую угрозу. Более того, люди в результате неправильно организованной хозяйственной деятельности иногда сами вызывают их к жизни. Примером этому могут служить сели из отвалов горных выработок. Вред, причиненный и причиняемый селевыми потоками, огромен. Ежегодный ущерб, приносимый селевыми потоками в СССР, очень значителен. Засыпанные грязью и камнями поля, сады, виноградники, порванные линии связи, разрушенные участки дорог — далеко не полный перечень итогов работы грязекаменных потоков. Беспощадная, слепая сила крупного селя колоссальна. Вал из грязи и камней высотой в несколько метров может смести за несколько минут большой поселок.

Десятки тысяч людей в самых разных горных уголках нашей планеты стали жертвами селевых потоков. Среди катастрофических селей есть свои рекордсмены, оставившие наиболее глубокий след в памяти человечества.

На территории РФ крупнейшим из наблюдавшихся селей был Жарсайский сель 7 июля 1963 г. (Заилийский Алатау). Объем выносов составил 5,8 млн. м³, максимальная мощность отложений — 12,5 м. На пути своего следования грязекаменные валы полностью уничтожили озеро Иссык площадью 0,8 км². Озеро явилось своеобразным буфером, который погасил ударную мощь первых валов селевого потока, благодаря чему люди успели уйти из пределов досягаемости селя, жертв не было.

В Районе Алма-Аты 7 июля 1921 г. в верховьях Малой Алматинки прошел сильный и короткий ливень, вызвавший мощный сель. Селевой поток прошел через весь город двумя громадными грохочущими языками, сея на своем пути панику, смерть, разрушения. Очевидец этой катастрофы горный инженер В.В. Епанечников писал: «Рев воды, гул перекатываемых камней, треск разрушаемых зданий, грохот сдираемых железных крыш, огромные искры, вероятно, от сталкивающихся камней, еще издали предупреждали о приближении ее, и вот лавина, состоящая из воды, грязи, гальки, огромных валунов, стволов деревьев и обломков разрушенных зданий, ринулась на город... По руслу Алматинки и улицам города плыли целые дома, и крики о помощи уносимых водой людей придавали особую жуткость картине всеобщего разрушения».

Малая Алматинка держала под угрозой селевых потоков столицу Казахстана до 1967 г., когда направленным взрывом в урочище Медео было поднято в воздух несколько миллионов кубических метров грунта, образовавших мощную насыпную плотину, которая стала надежной преградой на пути селевых потоков. 15 июля 1973 г. в 18 часов 15 минут 15-метровый грязекаменный вал ударил о тело плотины. Плотина выдержала чудовищный напор миллионов кубических метров грязекаменной массы, но в результате закупорки водоотводящих каналов в селехранилище начал резко подниматься уровень воды. Возникла угроза поверхностного перелива и вследствие этого разрушения плотины. Если бы плотина была прорвана, катастрофа 1921 г. померкла бы в сравнении с тем, что произошло бы в этом случае. Невозможно представить, какие разрушения принесла бы миллионному городу колоссальная грязекаменная лавина, но благодаря принятым мерам по укреплению земляного тела плотины угроза была ликвидирована.

В Кавказском регионе наиболее крупные сели сходят в верховьях рек (селевые потоки Западного Приэльбрусья, верховьев рек Кубани и Терека и др). Эти районы в подавляющем большинстве еще не затронуты хозяйственной деятельностью, и селевые потоки вреда здесь не причиняют. В более обжитой зоне селевые потоки не так безобидны. В 1902 г. в ущелье реки Геналдон было полностью снесено крупным селем несколько селений. 5—6 августа 1967 г. в верхнем течении Терека сошел так называемый Девдоракский сель. В течение часа были снесены все берегоукрепительные сооружения, разрушен значительный участок Военно-Грузинской дороги вместе со всеми мостами и коммуникациями, уничтожено головное здание Эзминской ГЭС, пострадало село Верхний Ларе. Объем отложений крупнообломочного материала на протяжении 20 км по руслу Терека составил несколько миллионов кубических метров.

Селевые катастрофы, еще более страшные, чем в нашей стране, происходили за рубежом. В 1792 г. в результате извержения вулкана Унзен на острове Кюсю (Япония) образовался громадный лахар, унесший 10 тысяч жизней. На земном шаре существует много мест, где сели в течение сотен лет постоянно приносили неисчислимые бедствия людям. Это остров Ява с его бушующими лахарами, Альпы, где даже небольшой сель превращается в серьезную угрозу жизни людей, гора Сан-Габриэль, чьи селевые потоки угрожают — Лос-Анджелесу.

Широко известна Уаскаранская катастрофа 1970 г. (Перу). Толчком к началу этого стихийного бедствия послужило землетрясение, которое уже само по себе превратило в развалины не один десяток деревень и небольших городов. В результате землетрясения от вершины Уаскаран и ледника Хелмес откололся блок льда и горной породы общим объемом 8 млн. м³, которые рухнули на другой ледник, лежащий на 600 м ниже. Захватив 5 млн. м³ фирна с этого ледника, вся масса ринулась вниз, попутно увлекая с собой миллионы кубических метров рыхлообломочных, моренных и прочих отложений. Общий объем потока составил 43 млн. м³. Скорость движения фронта потока составляла в среднем 110 м/с. По свидетельству очевидцев высота вала была не менее 80 м. Сила этой лавины из камня, льда и грязи была настолько велика, что глыбы весом 3 т выбрасывались на 800 м. Через несколько минут вал высотой с 20-этажный дом достиг города Юнгай, еще через 2—3 минуты на месте города было коричневое месиво из грязи, льда, камня. Мощность отложений достигала 30 м. После этого поток прошел по руслу реки Рио-Санты, опустошив ее долину по обоим берегам. В этот день погибло более 18 тысяч человек. С древности до нас дошли следы еще более грандиозных селевых потоков. Пять тысяч лет назад со склонов вулкана Рейнир (Северная Америка) сошел селевой поток, получивший название Оцеола. Его объем составил 4 млрд м³, он покрыл 25-метровыми отложениями 170 км².

Можно ли вообще защищаться от селей? Можно и нужно. Человек не может позволить себе терпеливо наблюдать, как грязекаменные реки смешивают с землей плоды его деятельности. История борьбы с селевыми потоками насчитывает не один век. В Австрии еще в XVII в. Начали сооружать противоселевые плотины, некоторые из них и сейчас служат людям. С той поры пройден долгий и трудный путь. Во многих странах разработаны специальные противоселевые программы стоимостью в десятки миллионов рублей. Программа защиты Алма-Аты предусматривает затраты в 124 миллиона рублей, Тироля — 60 миллионов долларов. Система селезащитных сооружений Лос-Анджелеса обошлась почти в миллиард долларов. Такие страны, как РФ, США, Австрия, Франция, Япония, Швейцария, переходят от пассивного сопротивления к активной селезащите, призванной предотвратить зарождение селевых потоков на наиболее опасных участках. И хочется думать, что в будущем о катастрофических селях можно будет прочитать только в книгах.

Оползни — проявление гравитации на склонах. Оползни могут быть на всех склонах с крутизной 20° и более и в любое время года. Они различаются не только скоростью смещения пород (медленные, средние и быстрые), но и своими масштабами. Скорость медленных смещений пород составляет несколько десятков сантиметров в год, средних - несколько метров в час или в сутки и быстрых - десятки километров в час и более. Известно множество случаев, когда сползали дома и целые кварталы, исчезали дороги и «переезжали» с места на место горы. При оползнях вовлекаются в движение огромные массы горных пород, объём которых иногда достигает нескольких кубических километров. Они соскальзывают вниз по слою своеобразной «смазки», в качестве которой обычно выступает насыщенная водой глина, залегающая на некоторой глубине. При этом на склоне образуется понижение — оползневый цирк. Тело оползня при движении часто разрушается, покрывается буграми и впадинами. Оползни возникают не только в горах, но и на равнинах, особенно на крутых берегах рек, озёр, морей.

Из-за возможности их возникновения здание Московского государственного университета, например, не было построено непосредственно над обрывом Воробьёвых гор - его пришлось возвести на расстоянии почти 1км от реки.

Большинство склонов на равнинах и в горах могут показаться совершенно неподвижными: об этом свидетельствует покрывающая их густая растительность. Однако это не совсем так - верхние слои грунта на склонах, особенно имеющих крутизну более 10°, как правило, движутся, правда очень медленно — от 0,2 до 1см в год. Эффект этого движения весьма незначителен, но за длительное время может повлиять на облик рельефа, если не помешают иные процессы. Холмы и долины Центральной России или дальневосточные сопки приобрели свои плавные, мягкие очертания благодаря сглаживающему влиянию крипа (от англ, creep — «ползти») — векового движения грунта по склонам.

Несколько иначе ведут себя грунты на склонах в областях вечной мерзлоты. Оттаивая и насыщаясь водой в тёплое время года, они начинают относительно быстро — от 3 до 10м в год — перемещаться в виде полужидкой массы и образуются так называемые сппывы. Особый вид имеют развалы крупных глыб в областях вечной мерзлоты — курумы. Они спускаются по склонам широкими — до 1км и более — «каменными реками», которые имеют скорость 0,2 — 1,5м в год. Движению их также способствуют резкие колебания температур и регулярное замерзание и оттаивание воды между глыбами, из-за чего камни поднимаются, опускаются и переворачиваются.

Оползни, образующиеся на естественных склонах и в откосах выемок принято подразделять на две группы.

1-я группа. Структурные оползни (структура - однородные связные глинистые породы: глины, суглинки, глинистые мергели).

Основными причинами образования оползней являются:

- чрезмерная крутизна склона (откоса);

- перегрузка верхней части склона различными отвалами и инженерными сооружениями;

- нарушение целостности пород склона траншеями, нагорными канавами или оврагами;

- подрезка склона и его подошвы;

- увлажнение подошвы склона.

Характерными местами (условиями) возникновения оползней могут быть:

- искусственные земляные сооружения с крутыми откосами;

- в выемках, образующихся в однородных глинистых грунтах на водораздельных участках возвышенности;

- в глубоких разрезах для открытой разработки месторождений полезных ископаемых;

- в насыпях, отсыпанных такими же породами при переувлажнении почвенно-растительного покрова и глинистых пород, залегающих у дневной поверхности.

2 группа. Контактные (соскальзывающие, срезающие, скалывающие) - связные глинистые породы, залегающие в виде пластов с хорошо выраженными плоскостями напластования (глины, суглинки, мергели, неплотные известняки, некрепкие глинистые сланцы, лесс, лессовидные суглинки и др.).

Основными причинами образования контактных оползней являются:

- чрезмерное крутое падение слоев;

- перегрузка склона отвалами или различными земляными сооружениями;

- нарушение целостности пород на склоне траншеями или нагорными канавами;

- подрезка склона;

- смачивание плоскостей напластывания (контактов) подземными водами.

Характерными местами (условиями) возникновения оползней могут быть: естественные склоны возвышенностей и долин рек (на косогорах), откосы выемок, состоящих из слоистых пород, у которых падение слоев направлено в сторону склона или по направлению к выемке.

Наиболее действенной защитой от оползней является их предупреждение. Из комплекса предупредительных мероприятий следует отметить собирание и отведение поверхностных вод, искусственное преобразование рельефа (в зоне возможного отрыва земли уменьшают нагрузку на склоны), фиксацию склона с помощью свай и строительства подпорных стенок.