Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow География arrow Опасные природные процессы

НЕБЛАГОПРИЯТНЫЕ И ОПАСНЫЕ ПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ, ВЫЗВАННЫЕ ЭРОЗИЕЙ

Воды суши, размывая горные породы, формируют рельеф. Но наряду с созидательной работой, которая происходит очень медленно, с наземными и подземными водами связаны такие неблагоприятные процессы, как формирование овражно-балочной сети, эрозия берегов и даже процессы, которые можно отнести к опасным или катастрофическим, а именно — карстовые процессы, селевые потоки.

Селевые потоки возникают внезапно в результате ливневых осадков или при быстром таянии снега на крутых, лишенных растительности склонах, покрытых рыхлым слоем продуктов разрушения горных пород. Для формирования селей важен также рельеф и геологическое строение района. Селями называются эпизодические стремительные русловые потоки, состоящие из смеси воды и обломков горных пород, внезапно возникающих в бассейнах небольших горных рек. Для образования селя необходимо накопление рыхлого материала, в основном продуктов выветрелых горных пород, которые можно вовлечь в поток воды. На их образование уходит от 5—6 до 20—25 лет. Образованию селя способствуют также незадернованная поверхность склонов, сход оползней, поставляющих для них материал, большая площадь водосборного бассейна с крутыми склонами и большими уклонами русел рек. Также способствует возникновению селя и длительный засушливый период, сменяющийся ливнями, катастрофический поток гляциаль- ного характера. Сели не образуются во время весеннего снеготаяния, редко образуются и во время затяжных моросящих дождей. Возникают сели не только в руслах действующих водотоков, но и в тех местах, где водные потоки образуются только при выпадении дождей или при бурном таянии снега.

Сели движутся с большой скоростью — от 1—2 до 8—10 м/с, легко переносят обломки от 2—4 до 8—10 м в диаметре, влекут огромное количество твердого материала, составляющего 75—80% общего объема потока. Объем выноса может достигать 5—6 млн м3 материала. Высота отдельных грязекаменных валов достигает иногда нескольких метров. Глубина селевого потока составляет 2—10 м, а его ширина варьирует от 3—5 до 50—100 м. После прохождения селей часто остаются характерные следы эрозии — глубокие рытвины и овраги.

Селевые потоки можно классифицировать по гранулометрическому составу, мощности, по состоянию и источнику воды, частоте схода селей и т.д. (рис. 6.5).

По гранулометрическому составу различают водокаменные, водогрязевые и водогрязекаменные селевые потоки. Водокаменные потоки образуются там, где выходят на поверхность слабо разрушенные трещиноватые породы при малом количестве рыхлого материала, поэтому они состоят в основном из смеси воды и валунноглыбового материала с незначительным количеством ила, песка, леса. Эти потоки имеют значительные скорости, а количество каменного материала в таком потоке может достигать 50—100 кг на 1 м3 воды. Водогрязевые потоки состоят из густой массы и образуются при смыве водой с горных склонов песчаных и глинистых пород. Количество взвешенного материала может достигать 1 тыс. кг на 1 м3 воды, который связывает воду. Такие потоки относятся к типу связных, или структурных, потоков со значительно более медленным движением. Сели этого типа при движении не распластываются, не растекаются, как водный поток, а движутся валом, достигающим высоты 4—5 м. Водогрязекаменные потоки содержат взвешенные в воде рыхлые породы и камни.

Классификация селевых потоков

Рис. 6.5. Классификация селевых потоков

По состоянию воды селевые потоки разделяют на текучие, или турбулентные, и связные, или структурные. Связные селевые потоки обладают значительной разрушительной силой, которая обусловлена инерцией потока и ударами движущейся массы. При остановке такая селевая масса не распадается на составные части, а как бы застывает. Текучие селевые потоки обычно вмещаются в русло, а твердый переносимый материал отлагается по пути следования этого потока. Разрушительная сила селевого потока увеличивается при прорыве завалов, образующихся в суженных и извилистых руслах.

Селеопасные территории занимают 16% площади всей суши, а в России сели возможны на 20% территории. Селевые потоки формируются на Северном Кавказе, в районе Саяно-Байкальской области, на Камчатке, в пределах Станового и Верхоянского хребтов. Они зарегистрированы в некоторых районах Приморья, Кольского полуострова и на Урале.

В бассейнах рек Малая и Большая Алматинка насчитывается 61 ледник общей площадью 59 км2. Очаги зарождения гляциальных селей приурочены к морене, под чехлом которой скрываются погребенные льды с множеством каналов, по которым талые воды собираются в многочисленные приледниковые озера, прорыв которых и приводит к возникновению селей. В 1921 г. по долине реки Малая Алматинка, протекающей у подножья Заилийского Алатау, на город Алма-Ату обрушилась масса камней и рыхлого материала, переносимая потоком воды. За 4 ч на территорию города было вынесено 1,5 млн т каменного материала, разрушено сотни домов (рис. 6.6). В 1971 г. для защиты от селей была построена плотина, высотой 110 м при ширине 500 м, которую впоследствии нарастили до 150 м, объем селехранилища увеличился до 12,6 млн м3. Эта плотина выдержала сели 1972 и 1973 гг. и спасла город от разрушений. Сила селя 1973 г. была настолько велика, что наибольшие из глыб достигали размера 45 м3 и весили около 120 т.

Многочисленные данные показывают, что формированию селей способствует деятельность человека, например вырубка леса, неконтролируемый выпас скота, создание отвалов пород при добыче руд в долинах рек. Сели такого типа часто возникают в районе г. Тырныауз на Северном Кавказе, где происходит формирование техногенных селей на отвалах вскрышных пород Тырныаузского горно-обогатительного комбината.

Методы прогноза селей. В настоящее время не существует параметров, позволяющих дать четкий прогноз времени возникновения селевого потока, определить вероятные объекты воздей-

Территория г. Алма-Ата после селя (1921) [74]

Рис. 6.6. Территория г. Алма-Ата после селя (1921) [74]

ствия, а также оценить возможный ущерб от его действия. Основой прогнозирования является многолетний мониторинг территорий вероятного образования селей, куда входят сбор, систематизация и анализ многолетних данных о последствиях воздействия селей, результаты прогноза селеопасных территорий и основных параметров селей.

Вместе с тем для некоторых селевых районов установлены определенные критерии, позволяющие оценить вероятность возникновения селей. Так, для районов с большой вероятностью селей ливневого происхождения определяется критическая сумма осадков за 1—3 суток, селей гляциального происхождения, т.е. образующихся при прорывах ледниковых озер и внутриледниковых водоемов, — критическая средняя температура воздуха за 10—15 суток, или сочетание этих двух критериев.

Меры защиты от селевых потоков. Сели наносят большой материальный ущерб хозяйству и населению, разрушаются дороги, мосты. Борьба с селями — это один из вопросов охраны и рационального использования геологической среды. Их характер, месторасположение и количество определяются исходя из местных условий. Противоселевые мероприятия подразделяются на препятствующие формированию селевых потоков и защищающие объекты народного хозяйства. Для защиты от селей строят земляные, бетонные или железобетонные плотины, предназначенные для аккумуляции всего твердого стока с водосборными и водопропускными узлами; фильтрующие плотины с решетчатыми ячейками в теле, которые позволяют пропускать жидкий сток и задерживать твердый; сквозные плотины, выполненные из соединенных между собой железобетонных балок, для аккумуляции крупных камней. Хорошо себя зарекомендовали каскады запруд (рис. 6.7) или низконапорных плотин, лотки и селедуки, которые предназначаются для транзитного пропуска селевой массы под дорогами и над дорогами (рис. 6.8), струенаправляющие дамбы и берегозащитные стенки, служащие для отвода селевых потоков.

Борьба с селевыми потоками путем строительства дамб поперек долины, по которой движутся селевые потоки [10, с. 105]

Рис. 6.7. Борьба с селевыми потоками путем строительства дамб поперек долины, по которой движутся селевые потоки [10, с. 105]

Для предотвращения возникновения селей строят водосборные траншеи и сифонные водосливы, создающие условия для спуска моренных озер во избежание их прорыва, поднапорные стенки для укрепления откосов, водосбросные канавы, служащие для перехвата жидкого стока со склонов и отвода его в ближайшие водотоки.

Эрозия плоскостная, овражная или русловая распространена повсеместно и связана часто с атмосферными осадками или таянием снега. Скорость плоскостной эрозии измеряется миллиметрами в год, иногда достигая значения 0,5 мм/г. На склонах плоскостная эрозия сменяется овражной. Большая часть оврагов имеет в настоящее время антропогенное происхождение. В результате эрозии разрушаются постройки, дороги, газо- и нефтепроводы, сельскохозяйственные угодья.

Методы борьбы с овражной эрозией. Для предотвращения процессов эрозии необходимо проводить лесопосадки на склонах и в верховьях оврагов, проводить укрепление берегов и русло выпрямительные работы. Часто используется строительство на дне оврагов плотин или водобойных сооружений (рис. 6.9).

Селеспуск (о) и селепропускной канал (б) [38]

Рис. 6.8. Селеспуск (о) и селепропускной канал (б) [38]

Схема борьбы с ростом овражной эрозии

Рис. 6.9. Схема борьбы с ростом овражной эрозии

Карстовые процессы. С негативным воздействием движущихся подземных и поверхностных вод связано растворение и выщелачивание горных пород и образование своеобразных форм карстового рельефа. Карстовые процессы часто сопровождаются суффозией, эрозией, подземным размывом. По своим последствиям они относятся к разряду опасных, но не катастрофических, существенно изменяя условия жизни людей.

Поверхностные карстовые формы образуются в тех случаях, когда растворимые горные породы — известняки, доломиты, мел, гипс, каменная соль — либо обнажаются на поверхности Земли, либо неглубоко залегают под маломощным покровом рыхлых четвертичных отложений. Большое значение имеет трещиноватость пород, делающая их более водопроницаемыми, что облегчает вынос продуктов растворения движущимся водным потоком (рис. 6.10).

Вертикальный разрез на участке карстовой области [39]

Рис. 6.10. Вертикальный разрез на участке карстовой области [39]

Подземные карстовые формы создаются подземными водами внутри растворимых горных пород. В труднорастворимых карбонатных породах карстовые процессы развиваются медленно, в среднерастворимых сульфатах скорость этих процессов достаточно большая и соизмерима по времени со сроками строительства и эксплуатации сооружений, а в легкорастворимых породах эти процессы развиваются еще быстрее (табл. 6.1).

Поверхностные карстовые формы превращают территории в непроходимые местности, непригодные для проведения механизированных сельскохозяйственных работ и дорожного строительства (рис. 6.11). С этими формами связаны также периодически исчезающие озера, на дне которых располагаются карстовые воронки, поноры которых закупорены озерными осадками. На закарстован- ных территориях изменяется гидрологический режим рек, уменьшая их расход вплоть до того, что они могут полностью исчезнуть. Существенно возрастает минерализация и жесткость речных вод за счет выноса карстовыми водами растворимых солей, меняется и температурный режим. Такие изменения особенно ощутимы в районах развития соляного карста. Водоносные горизонты карстовых реХарактеристика литологических типов карста (по СП-11-105-97 «Инженерно-геологические изыскания для строительства») [28]

Литологический

тип

Условия

распространения и развития

Растворимость

пород

Пористость пород,%

Коэффициент

фильтрации,

м/сут

Провалы

Карбонатный

Распространен широко, развивается медленнее гипсового и соляного

Мала

От единиц до 30—35

До 200 и больше

Преобладают территории с частотой провалов менее 0,01 случая на 1 км2 в год, редки участки с частотой провалов от 0,01 до 0,1 —

1 случаев на 1 км2 в год

Меловой (подтип карбонатного)

Распространен широко, развивается медленно

Мала

До 50 и больше

Дол - 10 и больше

Сульфатный (часто в сочетании с карбонатным)

Распространен достаточно широко, развивается быстрее, чем карбонатный

Значительна

Малая, от 0,1 до 6

Практически водонепроницаемы, на сильно закарсто ванных участках — до 200 и более

Распространены участки с частотой провалов более 0,01 случая и до 0,1—1 случаев на 1 км2 в год

Соляной (преимущественно в сочетании с гипсовым, реже с карбонатным)

Распространен лишь в районах соляных месторождений, развивается чрезвычайно быстро

Очень

высокая

Малая

Практически водонепроницаемы

Достигает одного и более случаев на 1 км2 в год

гионов легко подвергаются загрязнению по крупным зияющим трещинам и пустотам, плохо очищаются в процессе фильтрации.

Карстовые воронки на нижнем плато Чатырдаг, Крым. Вид с вертолета (фото М.Ю. Никитина) [11, с. 178]

Рис. 6.11. Карстовые воронки на нижнем плато Чатырдаг, Крым. Вид с вертолета (фото М.Ю. Никитина) [11, с. 178]

Карстовые породы не всегда являются надежным основанием для размещения инженерных сооружений. Наблюдаются осадка зданий и провалы горных пород, деформация сооружений. При гидротехническом строительстве утечки воды по карстовым пустотам под плотинами могут достигать величин, препятствующих заполнению водохранилищ, возможно даже разрушение плотины. В Испании, когда построили Андалузское водохранилище, вода стала утекать, как сквозь пальцы, так как многочисленные карстовые полости образовали подземный переток воды. При постройке водохранилищ может произойти подъем уровня воды до уровня карстующихся пород, такой же процесс может произойти во время паводков.

В 2007 г. в г. Березники в Пермском крае на территории предприятия «Уралкалий» образовался провал. Первое время размер воронки составлял 50 • 70 м при глубине — около 15 м, которая впоследствии увеличилась до размера 146 -50 м.

Районом интенсивного развития карста является город Дзержинск Нижегородской области, расположенный в долине реки Оки на площади 283 км2. С 1935 по 1959 г., т.е. за 25 лет в этом районе образовалось 54 провала, а в 1992 г. произошло даже обрушение промышленного корпуса завода, причиной которого явился карстовый провал диаметром 30 м и видимой глубиной 10 м.

Хорошо известен и Фалдинский провал, образовавшийся в 1981 г. в 15 км южнее города Тулы. Величина провала составила 50 м в диаметре при такой же глубине. Масса обрушившихся за несколько часов пород составила 90 тыс. м3.

В Москве — в районе Хорошевского шоссе, на Нагатинской пойме и в других районах — также происходят деформации земной поверхности. Здесь под толщей четвертичных отложений находится погребенная доледниковая долина с трещинами бокового отпора, к которым приурочены ослабленные карстовые зоны. За последние 40 лет на территории Москвы зафиксировано около 45 крупных провалов, а проседаний — несколько сотен.

Суффозионные западинные формы рельефа образуются в основном в рыхлых песчано-глинистых и лессовых толщах в результате значительного механического выноса подземными водами твердых частиц. Материал переносится в подстилающие закарсто- ванные горные породы, в результате чего на поверхности возникают провальные формы, напоминающие карстовые.

Методы изучения карста. Изучение распространения карстовых процессов очень важно для хозяйственной деятельности, так как периодически возникают провальные воронки, а здания, располагающиеся вблизи, разрушаются. При инженерно-геологическом изучении карста необходимо выяснить степень угрозы построенным сооружениям со стороны провалов и других нарушений поверхности; условия фильтрации, что особенно важно для гидротехнических сооружений; возможный приток воды в подземные выработки и др. Интенсивность развития карста можно косвенно оценить по густоте карстовых воронок на местности, их генезису и приуроченности к определенным элементам рельефа. Инженерно-геологическое изучение карста должно проводиться в неразрывной связи с изучением химико-минерального состава и структурно-текстурных особенностей пород, тектоники района, геоморфологических особенностей местности, условий циркуляции подземных вод, изменения базисов коррозии и эрозии в ходе общей геологической истории определенной территории. Изучение карста должно быть комплексным с применением различных методов.

Борьба с развитием карста. Борьба с карстом чрезвычайно трудна и сводится в основном к цементации и битумизации закарсто- ванных пород. Часто бывает так, что для заполнения карстовых пустот сначала используют раствор глины, песок, иногда щебень, и только после этого нагнетают цементный раствор. Могут применяться и другие меры борьбы с карстом, например прекращение доступа поверхностных и подземных вод к карстующимся породам путем регулирования поверхностного стока и устройства дренажей или искусственное обрушение кровли карстовых пустот и заполнение их глинистыми породами и др.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы