Опасные геологические явления и процессы

История развития земной цивилизации неразрывно связана со стихийными бедствиями, авариями и катастрофами. В современном лексиконе эти явления называются чрезвычайными ситуациями (ЧС). К геологическим явлениям
и процессам относятся: сели, оползни, обвалы и осыпи, лавины, абразия берегов
и эрозионные процессы.

Сель [4] (арабское «сайль» – бурный поток) – стремительный поток большой разрушительной силы, состоящий из смеси воды и рыхлообломочных пород, внезапно возникающий в бассейнах небольших горных рек в результате интенсивных дождей или бурного таяния снега, а также прорыва завалов и морен. Сель движется в виде волны с высотой фронта до 20-40 м и со скоростью до 20-30 м/с (10-100 км/ч) и оказывает давление на препятствие силой до десятков т/м². Вид селевого потока определяется составом селеобразующих пород. Вид селевого потока определяется составом селеобразующих пород. Основные виды селевых потоков:

водно-каменные, водно-песчаные и водно-пылеватые;

грязевые, грязекаменные или каменно-грязевые;

водно-снежно-каменные.

Сели классифицируются и по объему перенесенной твердой массы или, иначе говоря, по мощности, и делятся на три группы:

мощные (сильной мощности) – с выносом к подножью гор более 100 тыс. м³ материалов (бывают один раз в 5–10 лет);

средней мощности – с выносом от 10 до 100 тыс. м³ материалов (бывают один раз в 2–3 года);

слабой мощности (маломощные) – с выносом менее 100 тыс. м³ материалов (бывают ежегодно, иногда несколько раз в году).

По объему единовременных выносов селевые потоки делят на 6 групп:

очень мелкий – менее 1,0 тыс. м³,

мелкий – 1,0-10 тыс. м³,

средний – 10-100 тыс. м³,

крупный – 0,1-1,0 млн. м³,

очень крупный – 1,0-10 млн. м³,

гигантский - более 10 млн. м³.

Существует классификация селей по их воздействию на сооружения (таблица 2.2).

Таблица 2.2. Типы селевых потоков и их воздействие на сооружения  

Тип селевого потока	Воздействие на сооружения	Суммарный объём селевого выноса, м^3
Маломощный (I)	Небольшие размывы, частичная забивка отверстий водопропускных сооружений.	менее 1 · 10^4
Среднемощный (II)	Сильные размывы, полная забивка отверстий, повреждений и снос безфундаментных строений.	1 · 10^4 – 1 · 10^5
Мощный (III)	Большая разрушительная сила, снос мостовых ферм, разрушения опор мостов, каменных строений, дорог.	1 · 10^5 – 1 · 10^6
Катастрофический (IV)	Разрушение целых строений, участков дорог вместе с полотном и сооружениями, погребение сооружений под наносами.	более 1 · 10^6

Основные показатели, характеризующие поражающее действие селя, и диапазон их применения приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3. Характеристика селевых процессов

Основные параметры селя	Диапазон возможных значений
Объем или мощность селя, м^3	от 1,0 тыс. до 100 млн. и более
Максимальный расход селевого потока, м^3/с	от нескольких десятков до 2000
Скорость движения селя, м/ с	от 2 до 10
Продолжительность селя, ч	от 1 до 8
Высота вала «головы селя», м	от 2 до 25 м
Структурный состав селя (доля твердого материала в объеме потока), %	от 10 до 70
Плотность селевого потока, т/м^3	от 1,1 до 2,5
Ширина селевого потока, м	от 3 до 150
Глубина селевого потока, м	от 1,5 до 15
Длина русла селей	от нескольких десятков метров до нескольких десятков километров
Максимальная сила удара селевого потока, т/м^2	от 5 до 12
Повторяемость селя	от нескольких раз в году до одного раза в 30–50 лет
Максимальные размеры в поперечнике крупнообломочных включений, м	от 1 до 10 м
Вязкость селевых потоков (связных), П	От 3 до нескольких сотен
Предельная крутизна прекращения движения	2–5°
Расход, м^3/с	30–800
Размер крупных включений, м	3–4
Масса включений, т	200–300

Показатель объем селевого потока отражает интенсивность воздействия селевого потока, ориентировочную оценку устойчивости зданий и сооружений и вероятности общих и смертельных потерь населения (таблица 2.4).

Таблица 2.4. Вероятность общих и смертельных потерь населения, находящегося в зоне конуса выноса селевого потока

Место расположения населения	Объем селевого выноса, м^3
	до 10^5	10^5–10^6	10^6
Открытая местность	100/75	100/100	100/100
Безфундаментные строения	85/70	100/100	100/100
Строения с фундаментом	10/0	100/90	100/100

Глубина селевого потока составляет для:

катастрофического – 10 м и более;

мощного – 3–5 м;

среднего – 2,5–3 м;

маломощного – 1,5–2,5 м.

При плотности селя менее 1,1 г/см³, глубине потока менее 1,5 м и средней скорости менее 2,5 м/с вероятность выживания взрослого человека достаточно высока. Параметры реальных селевых потоков выше указанных величин в несколько раз. Последствия воздействия селевого потока на различные объекты приведены
в таблице 2.5. Основными характеристиками селевого потока, которые определяют выбор и эффективность мероприятий по защите населения, являются время прихода головы селя в данный район, средняя глубина селя в объеме выносов.

Таблица 2.5. Последствия воздействия селевых потоков на различные объекты

Объекты	Суммарное давление селя, кг/см^2
	Полное разрушение	Сильное повреждение	Среднее повреждение	Слабое повреждение
Деревянные здания	0,3–0,45	0,18–0,3	0,12–0,2	0,09–0,12
Кирпичные здания бескаркасные с перекрытием из железобетонных элементов, малоэтажные	0,68–1,0	0,53–0,7	0,3–0,53	0,2–0,3
То же, многоэтажные	0,53–0,68	0,4–0,53	0,23–0,4	0,15–0,23
Здания из сборного железобетона	0,6–0,9	0,45–0,6	0,3–0,45	0,15–0,30

Способы защиты от селей и лавин [5].

Для защиты населения при непосредственной угрозе и во время схода селевого потока необходимы следующие мероприятия:

заблаговременная эвакуация населения транспортом или пешим порядком
и направление его к местам временного размещения;

экстренная эвакуация населения;

укрытие населения на верхних этажах зданий, сооружений, незатапливаемых участках местности;

аварийно-спасательные и другие неотложные работы;

оказание экстренной и другой неотложной медицинской помощи.

Оползень [6] – это смещение масс горных пород по склону под воздействием собственного веса и дополнительной нагрузки вследствие подмыва склона, переувлажнения, сейсмических толчков и иных процессов.

Оползни характеризуются следующими показателями:

типом пород;

влажностью пород;

скоростью движения оползня по склону;

объемом пород;

смещением при оползнях, максимальной длиной оползня по склону.

Наиболее благоприятными, с точки зрения образования оползней, являются лессовые породы.

По влажности оползни бывают:

сухие, не содержащие влаги;

слабовлажные, содержащие немного несвободной воды, обусловливающей пластичность и текучесть грунта;

влажные, содержащие достаточно воды, чтобы частично обладать текучестью;

очень влажные, содержащие достаточно воды для жидкого течения на голых склонах.

Скорости движения оползня по склону приведены в таблице 2.6.

Таблица 2.6.  Шкала скоростей движения оползней

Граничная скорость	Оценка движения
3 м/с 0,3 м/мин 1,5 м/сут 1,5 м/мес 1,5 м/г 0,06 м/г	Исключительно быстрое Очень быстрое Быстрое Умеренное Очень медленное Исключительно медленное

По механизмуоползневого процесса выделяются следующие оползни:

сдвига,

вязкопластические,

гидродинамического выноса,

внезапного разжижения,

сложные (комбинированные).

По мощности оползневого процесса (по массе горных пород, вовлекаемой в процесс) оползни подразделяют на:

малые – до 10 тыс. м³;

средние – от 11 до 100 тыс. м³;

крупные – от 101 до 1000 тыс. м³;

очень крупные – свыше 1000 тыс. м³.

В общем виде меры борьбы с оползнями, возникновение которых обусловлено различными причинами, приведены в таблице 2.7.

Рекомендации населению по поведению при оползнях, селях и обвалах. Население, проживающее в оползне-, селе- и обвалоопасных зонах, должно знать очаги, возможные направления и основные характеристики этих опасных явлений. На основе прогнозов до жителей заблаговременно доводится информация
о месторасположении их населенного пункта и предприятий относительно выявленных оползневых, селевых, обвальных очагов и возможных зон их действия, о периодах прохождения селевых потоков, а также о порядке подачи сигналов об угрозе возникновения этих явлений[7].

Таблица 2.7. Меры борьбы с оползнями

Активные причины, вызывающие оползни	Мероприятия	Меры борьбы
Изменение напря-женного состояния глинистых пород (перепад давления)	Уположивание склонов и откосов	Срезка земляных масс в верхней части откоса и укладка их у подножия для пригрузки в месте ожидаемого выпирания
Подземные воды	Перехват подземных вод выше оползня	Горизонтальный и вертикальный дренаж, сплошная прорезь, дренажная галерея, горизонтальные скважины – дрены
Поверхностные воды	Защита берегов от абразии	Волноотбойные стены. Волноломы подвижные и подводные, завоз пляжного материала
Атмосферные осадки	Регулирование поверхно-стного стока	Микропланировка. Лотки, кюветы, каналы, дорожки
Выветривание	Защита грунтов по-верхности склонов	Одерновка, посев травы, древесные насаждения, замена грунта
Совокупность ряда активных причин	Механическое сопротив-ление движению земляных масс. Изменение физико-технических свойств грунтов	Подпорные стены, свайные ряды. Шпунты. Земляные контрбанкеты. Подсушка и обжиг глинистых грунтов, электрохимическое закрепление грунтов
Некоторые виды деятельности человека	Специальный режим в оползневой зоне	Сохранение склонов в устойчивом состоянии. Ограничение в производстве строительных работ. Строгий режим эксплуатации различных сооружений.
Утечка водопровод-ных и канализацион-ных вод	Обеспечение повышенной надежности	В оползневой зоне трубопроводы устраиваются из труб более прочных материалов или в «рубашке»

Первичная информация об угрозе оползней, селей и обвалов поступает от оползневых и селевых станций, партий и постов гидрометеослужбы. При угрозе оползня, селя или обвала и при наличии времени организуется заблаговременная эвакуация населения и имущества из угрожаемых зон в безопасные места. Перед оставлением дома или квартиры при заблаговременной эвакуации двери, окна, вентиляционные и другие отверстия плотно закрываются, электричество, газ, водопровод выключаются, легковоспламеняющиеся и ядовитые вещества при возможности, размещают в отдаленных ямах или отдельно стоящих погребах. Во всем остальном граждане действуют в соответствии с порядком, установленным для организованной эвакуации.

Если заблаговременного предупреждения об опасности не было, то жители производит экстренный самостоятельный выход в безопасное место. Естественными безопасными местами для экстренного выхода являются склоны гор
и возвышенностей, не предрасположенные к оползневому процессу, или между которыми проходит селеопасное направление. При подъеме на безопасные склоны нельзя использовать долины, ущелья и выемки, поскольку в них могут образоваться побочные русла основного селевого потока.

Лавина [8] – быстрое, внезапно возникающее движение снега и (или) льда вниз по крутым склонам гор, представляющее угрозу жизни и здоровья людей, наносящее ущерб объектам экономики и окружающей природной среде.

Снежной лавиной называются снежные массы, низвергающиеся со склонов гор под действием силы тяжести. Возможность схода лавин обуславливается наличием благоприятного сочетания лавинообразующих факторов, а также склонов крутизны от 20⁰ до 50⁰ при толщине снежного покрова не менее 30-50 см.

К лавинообразующим факторам относятся: высота снежного покрова; плотность снега; интенсивность снегопада; оседание снежного покрова; температурный режим воздуха и снежного покрова; метелевое распределение снежного покрова. Формирование лавин происходит в лавинном очаге, т.е. на участке склона и его подножья, в пределах которых происходит движение лавины. Лавинный очаг принято характеризовать тремя зонами: зона зарождения (лавиносбор); зона транзита (лоток); зона остановки (конус выноса) лавины.

Классификация лавин, учитывающая природу их формирования, представлена в таблице 2.8.

Таблица 2.8. Классификация снежных лавин

Тип лавины	Особенности
Лотковая	Движение по фиксированному руслу
Склоновая	Отрыв и движение по всей поверхности склонов
Прыгающая	Свободное падение с уступов склонов
Пластовая	Движение по поверхности нижележащего слоя снега
Грунтовая	Движение по поверхности грунта
Сухая	Сухой снег в лавинном очаге
Мокрая	Мокрый снег в лавинном очаге

До 70 % лавин обусловлены снегопадами, которые сходят во время снегопадов или в течение 1–2 суток после их прекращения.

По частоте схода (повторяемости) различают лавины:

систематические–каждый год или один раз в 2–3 года;

спорадические–1-2 раза в 100 лет и реже, место схода трудно определить.

Дальность выброса лавины – это расстояние, которое может преодолеть лавина при наиболее благоприятных условиях, зависит от высоты её падения. Высота (или мощность) лавинного потока, чаще всего, составляет 10–15 м.

Способы защиты от лавин [9]. Наиболее надежным способом защиты от лавин является размещение объектов вне лавиноопасных участков. По экономической эффективности противолавинной защиты можно выделить две группы лавиноопасных районов: с высокой повторяемостью лавин; с низкой повторяемостью лавин
(раз в десятки лет).

Рекомендации по выбору противолавинных мероприятий могут быть обобщены применительно к физико-географическим типам лавиноопасных территорий. Предусматривать защиту от лавин и других видов чрезвычайных ситуаций целесообразно с начала планирования размещения объектов различного назначения и на всех последующих этапах.

Абразия берегов. Абразия [10] (лат. abrasio – соскабливание) – в геологии процесс разрушения и сноса суши морским прибоем. Таким путем вырабатывается подводная волноприбойная терраса (иногда до 10–20 км). Интенсивность абразии зависит от степени волнового воздействия, т.е. от бурности водоема. Абразия берегов, то есть разрушение их волнами, возможна на морях, озерах, водохранилищах там, где с суши поступает не слишком много наносов в виде твердого стока рек.

Причины усиления абразии берегов делятся следующим образом:

за счет повышения уровня океана или локального опускания дна – 30-35 %;

за счет климатически обусловленного усиления течений в устьях бухт
и заливов –20 %;

за счет антропогенного вмешательства в естественный ход процессов
в прибрежной зоне – 45–50 %.

Эрозионные процессы. Эрозия почв [11] –разрушение и снос верхних наиболее плодородных горизонтов почвы в результате действия воды и ветра.

Под этим общим названием – эрозия (лат. еrosio – разъединение) понимают следующие неблагоприятные и опасные процессы воздействия водных потоков, волн и ветров на рельеф: плоскую и линейную (овражную) эрозию; дефляцию (ветровую) эрозию; переформирование русел рек.

Сели, абразия берегов морей и водохранилищ, также относятся к эрозии почв. На земной поверхности нет таких мест, где бы не выпадали атмосферные осадки. Текущая вода производит работу повсеместно в пределах суши, а формы рельефа, ею созданные, универсальны. Выпахивающая деятельность текущей воды называется эрозией. Эрозия бывает нескольких типов и видов, каждый из которых характеризуется физическими процессами, происходящими, в основном, в почве.

Эрозия почв (плоская эрозия) – процесс разрушения верхних, наиболее плодородных слоев почвы и подстилающих пород талыми и дождевыми водами (водная эрозия почв) или ветром (ветровая эрозия почв, дефляция, выдувание). Она распространена повсеместно, где бывают сколь-нибудь интенсивные осадки. Скорость плоской эрозии измеряется толщиной слоя, сносимого в среднем за год, или массой материала, сносимого с единицы площади.

Антропогенная эрозия почв сопровождает земледелие в течение всей его истории, но особенно возросла с применением механической тяги и стандартной агротехники. Темп эрозии оголенного грунта местами возрастает в сотни раз
в сравнении с эрозией в лесах.

Ветровая эрозия (выдувание) почв легкого состава возможна при скорости ветра уже 4–6 м/с, если почва сухая (что достигается при относительной влажности воздуха около 50 % и менее) и не слишком защищена растительностью. Скорость дефляции пропорциональна третьей степени скорости ветра: при ветре более 6 м/с дефляция может достичь характера пыльной бури. Овражная (линейная) эрозия сменяет плоскую на склонах с наклоном более 15°.