Специальные гидротехнические сооружения для защиты территорий от селей

 

Сооружение	Конструкция
Селерегулирующие: селепропускные, селенаправляющие, селесбрасывающие и селеотстойные Селеделительные Селезадерживающие: глухие с отвер­стиями Селетрансформирующие (направлен­ные на разжижение селя)	Селеспуски, селеотводы. Дамбы, под­порные стенки. Запруды, пороги, перепа­ды, каналы Полузапруды, буны, шпоры. Селезагра-дители, тросовые селерезы, щелевые за­пруды Плотины, котлованы, обвалования. Пло­тины с отверстиями Каналы и трубопроводы из водохрани­лищ

Селерегулирующие сооружения позволяют пропускать сель в обход защищаемого сооружения над или под ним (под оросите­льным каналом), селенаправляющие сооружения устраивают для пропуска селя вдоль защищаемого объекта; селеотстойные — пе­ред сооружениями защитными дамбами и подпорными стенками.

Селеделительные сооружения позволяют задерживать крупные и пропускать мелкие фракции селевого потока. Их используют как временные защитные сооружения и делают в виде металли­ческих заанкеренных сеток из толстого троса.

Глухие селезадерживающие сооружения задерживают сель пол­ностью и обычно это железобетонные, реже фунтовые селехрани-лища. Плотины с отверстиями задерживают крупные камни и пре­вращают поток в водный.

Селетрансформирующие сооружения позволяют при помощи подачи воды из водохранилища по трубам или каналам разжи­жать сель.

Снежные лавины.Это обрушение больших масс снега с кру­тых склонов гор. На высоких горных хребтах постоянно накап­ливается снег, образуя нависающие над склонами большие кар­низы. Под действием собственной тяжести масса снега находится

Рис. 111. Снежная лавина в горах

в весьма неустойчивом состо­янии. В определенный мо­мент от перегрузки, порыва ветра и даже от звукового ко­лебания воздуха огромная масса снега приходит в дви­жение и обрушивается вниз по склону (рис. 111).

Лавины образуются при достаточном снегонакоплении на безлесных склонах крутиз­ной 15° и более; при уклонах более 50° снег ссыпается и лавины не образуются. Счи­тается, что ровный травяни­стый склон протяженностью 100—500 м и уклоне 30°—40° (а иногда и 20°) является оп­тимальным для формирова­ния лавин.

Снежные лавины бывают сухие и мокрые. Если на снеж­ную поверхность, покрытую образовавшейся после оттепели кор­кой льда, ложится новая масса рыхлого снега, которая в силу определенных причин соскальзывает вниз, то это дает сухую лави­ну. Обрушение сопровождается огромным облаком снега. Мокрые лавины возникают в период оттепели. Вода проникает под снег и вызывает обрушение.

Скорость движения сухих лавин достигает от 100 до 400 км/ч. Движение мокрых лавин более медленное — 20—50 км/ч. Снеж­ные лавины по мере движения вниз захватывают новые массы снега, а также различный обломочный материал. Лавины на своем пути сносят леса, разрушают здания и сооружения, засы­пают жилые поселки многометровой толщей снега. Сила удара снежных лавин может достигать 60 т/м².

Лавины перед собой образуют воздушную волну, которая, в свою очередь, обладает большой разрушительной силой.

По характеру движения лавины подразделяют на осовые, лот­ковые и прыгающие. Снежные осовы (или снежные оползни) на­блюдаются на склонах южной экспозиции и представляют собой сползание снега на сравнительно большой площади склона. Осовы надвигаются на долины широким фронтом. Лотковые ла-

вины двигаются по определенным ложбинам сравнительно узкой полосой. У подошвы склонов они создают снежные накопления, после таяния которых на месте остается разнообразный обло­мочный материал, остатки деревьев. Прыгающей называют снеж­ную лавину, которая при своем движении падает с обрыва в до­лину.

В нашей стране снежные лавины возникают в горах Кавказа, Алтая, Кольского полуострова и в других районах. История знает много примеров лавин катастрофического характера. Так, снеж­ная лавина в 1812 г. запрудила Дарьяльское ущелье. Обвал из снега и льда остановил течение р. Терека на 3 дня, уничтожил 14 км Военно-Грузинской дороги. В мае 1970 г. в Перу с горы Уаскарак сошла лавина объемом 50 млн м³, прошла она 15 км со скоростью 320 км/ч и уничтожила г. Юнгай, в котором из 20 тыс. жителей уцелело лишь несколько сотен. В марте 1910 г. в Каскадных горах (штат Вашингтон, США) лавина сбросила в ущелье пассажирский поезд (погибло 100 человек). Лавина, со­шедшая в 1966 г. в бассейне р. Хелино (Алтай), уничтожила лес на площади 40 га. Зафиксированы случаи (Приэльбрусье, Кав­каз), когда уничтожался лес с диаметром сосен в 90 см.

При инженерно-геологических изысканиях определяют лави­ноопасные районы и направления, устанавливают пути и гра­ницы движения лавин. Область действия воздушной волны определяют расчетом. В настоящее время строители могут руко­водствоваться картой, на которую нанесены все лавиноопасные районы России. Для изучения лавин оборудованы наблюдатель­ные станции.

Там, где снежные лавины представляют опасность для зда­ний и сооружений, с ними активно борются. Способы защиты разнообразны и зависят от особенностей местности и характера движения лавин. Большое внимание уделяется мерам преду­преждения. Чтобы снег не соскальзывал, склоны террасируют, производят посадку леса, ставят подпорные стенки. В лавино­опасных местах не допускают опасного скопления снега, перио­дически его обрушивают взрывопатронами или обстрелом из орудий.

В населенных пунктах организуют инженерную защиту. Для отвода лавин строят отбойные и направляющие стенки, устраива­ют специальные дамбы и стены для прикрытия зданий от удара снежных масс. Дороги на склонах перекрывают каменными или железобетонными галереями, что обеспечивает надежное и безо­пасное движение транспорта.

Глава 23

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ РЕК

Подземные воды и временные ручьи атмосферных осадков, стекая по оврагам и балкам, собираются в постоянные водные потоки — реки. Площадь, с которой к реке стекает вода, называ­ют бассейном реки. Полноводные реки совершают большую гео­логическую работу — разрушение горных пород {эрозия), перенос и отложение {аккумуляция) продуктов разрушения.

Эрозионная деятельность рек.Эрозия осуществляется динами­ческим воздействием воды на горные породы. Кроме того, реч­ной поток истирает породы обломками, которые несет вода, да и сами обломки разрушаются и разрушают ложе потока трением при перекатывании. Одновременно вода оказывает на горные по­роды растворяющее действие.

Перенос продуктов эрозии осуществляется различными спосо­бами: в растворенном виде, во взвешенном состоянии, перекаты­ванием обломков по дну, сальтацией (подпрыгиванием). В раство­ренном состоянии река переносит до 25—30 % всего материала. Во взвешенном состоянии передвигаются пылевато-глинистые и тон­копесчаные частицы.

Размер обломков, которые может переносить водный поток, пропорционален шестой степени скорости его течения, которая, в свою очередь, пропорциональна продольному уклону русла. Поэтому быстрые горные реки способны перемещать валуны диаметром в несколько метров.

При определенных условиях река откладывает обломочный материал. Речные отложения называют аллювиальными (а(2).

В процессе размывающей и аккумулятивной деятельности реки в коренных породах вырабатывают вытянутые, корытообразные углубления, которые носят название речных долин. На рис. 112, 113 показано, как река за счет эрозии углубляет свою долину, выраба­тывает определенный продольный профиль, стремясь достигнуть максимальной глубины. Положение профиля, как и всей эрозион­ной деятельности реки, зависит от базиса эрозии, под которым понимают уровень моря или каких-либо других бассейнов, куда впадает река (или прекращает свое движение).

По мере углубления долины река проходит ряд стадий. На пер­вой стадии дно реки имеет значительный уклон, поток обладает большой скоростью, интенсивно действует донная эрозия. Долина узкая, глубокая, типа теснины и ущелья. Обломочный материал {аллювий) почти весь поступает в морской бассейн. Для этой ста-

 

Рис. 112. Продольный профиль долины реки:

/—верхнее течение; II — то же, среднее; III— то же, нижнее; 1—3 — последовательные ста­дии выработки профиля реки; 4—направление донной эрозии; 5—базис эрозии

дии развития типичны горные реки, т. е. молодые реки. По мере приближения русла к максимальной глубине река переходит в по­следнюю стадию своего развития. На значительном протяжении река теперь имеет небольшой уклон. Скорость потока снижается. Постепенно река вырабатывает равновесный профиль. Глубинная эрозия сменяется боковой. Река размывает свои берега, русло до­лины блуждает (или меандрирует). Долины широкие, пологие. Об­ломочный материал в большей своей части оседает в русле. Река мелеет, появляются отмели, перекаты, косы. Такие реки находятся в стадии старости и типичны территориям равнин.

Последовательность стадийного развития рек нарушается дви­жением земной коры (неотектоникой), которые меняют высотное положение базиса эрозии или верховьев рек. Опускание базиса эрозии или поднятие верховья приводит к возобновлению дон­ной эрозии. Долина снова углубляется, и река повторяет стадии своего развития. Поднятие базиса эрозии или опускание верховья снижает скорости течения, и в долинах усиливается аккумуляция наносов. Река быстро стареет.

Большое влияние на развитие рек оказывает производствен­ная деятельность человека. Уси­ление аккумуляции на каком-ли­бо участке реки может быть вы­звано интенсивным забором воды в целях водоснабжения и ороше­ния сельскохозяйственных угодий или увеличением поступления твердого стока за счет сброса в

Рис 113 Стэлийностк

формирования равновесного Р^еКУ ОТВЯЛЬНЫХ ПОрОД ГОрнО-руд-

профиля реки (по А.П. Павлову): НОЙ промышленности. Сброс В а„, 8, - положения эрозионного вреза реКИ бОЛЬШОГО КОЛИЧеСТВа ВОД С 360

Рис. 114. Поперечное сечение речных долин:

о — симметричное; б — асимметричное

орошаемых территорий может привести к усилению эрозион­ной деятельности. Строительст­во водохранилищ, в свою оче­редь, но иначе влияет на поло­жение базиса эрозии всей реки или ее части. Выше плотин уменьшаются скорости течения, растет аккумуляция наносов: ниже плотин осветленная вода резко повышает донную эро­зию. Например, понижение уровня озера Севан (Армения) вследствие сработки воды на гидростанциях вызвало резкую

6

донную эрозию приустьевых частей рек, впадающих в это озеро.

При инженерно-геологической оценке территорий геологиче­скую деятельность рек следует изучать в связи с природными причинами и с хозяйственной деятельностью человека. Особое внимание уделяется размыву русел рек, аккумуляции наносов и подмыву берегов.

Строение речныхдолин. Долины рек разнообразны по фор­мам, размерам, строению. Это можно видеть в поперечных раз­резах. Долины бывают симметричные и асимметричные (рис. 114). Последние являются следствием вращения Земли и свойственны равнинным рекам (или участкам рек) с меридиональным направ­лением течения.

Долина имеет следующие элементы: дно долины, русло, пой­му и террасы (рис. 115). Дно — низшая часть долины, заключен­ная между подошвами склонов. Русло — часть долины, занятая водным потоком. Поперечный разрез потока называют живым

Рис. 115. Элементы строения долины реки:

/—коренные породы; 2— склон; 3 — русло; 4 — пойма; 5 — первая над­пойменная терраса; 6— то же, вторая; 7—старица; <? — дно долины

 

рг2			6	2
		7 з 4 5х
				У/
У'			Ш	А

сечением. Пойма — часть речной долины, заливаемая водой в пе­риод паводка в силу таяния снега весной. Поймы бывают низкие, заливаемые ежегодно, и высокие, эти обычно заливаются один раз в 10—15 лет. Старицы — изолированные старые русла рек, в которых вода не движется, а стоит, как в озерах.

Иногда при характеристике речных долин применяют поня­тие тальвег — условная линия, соединяющая самые глубокие точ­ки дна долины. В большинстве случаев дно долины представляет собой сравнительно ровную поверхность.

Необходимо различать следующие уровни воды в реке:

• расчетный горизонт высоких вод, отвечающий средним из
наибольших уровней реки, наблюдавшихся в течение многих лет;

• наивысший горизонт высоких вод, выше этого уровня по
многолетним наблюдениям вода не поднималась;

• меженный горизонт — низкий уровень воды.

На береговом участке поймы, вдоль русла, часто образуется прирусловый вал, сложенный песком. Поверхность центральной части поймы содержит протоки, старицы, озера, старые прирус­ловые валы.

Террасы — уступы на склонах долин рек. Террасы бывают по­перечные и продольные. Поперечные располагаются поперек рек долины и порождают водопады. Их появление связано с пересе­чением рекой пород различной прочности. Мягкие породы раз­мываются быстро, между ними и твердыми породами образуются уступы высотой от нескольких до десятков метров. Вода падает с уступа (порога) и продолжает разрушать мягкие породы. Приме­ром могут служить пороги на р. Ангаре и др.

Продольные террасы располагаются вдоль склонов долин в ви­де горизонтальных или почти горизонтальных площадок. Их на­зывают надпойменными. При паводках они не заливаются водой. Каждая надпойменная терраса в свое время была поймой. Даль­нейшее углубление дна долины поднимает надпойменные терра­сы все выше и выше.

Отсчет надпойменным террасам ведут снизу вверх (I — над­пойменная, II — надпойменная и т. д.). Общее количество бывает различным: в долинах равнинных рек до 3—4, горных рек —зна­чительно больше. Известны случаи, когда долины горных рек имеют до 10—15 надпойменных террас. Долина р. Дон у г. Рос­това-на-Дону имеет 5 террас, долина р. Кубани у г. Черкес­ска — до 14.

Каждая терраса измеряется высотой и шириной. Высота ко­леблется от метров до десятков метров, ширина—от десятков метров до десятков километров. Продольные террасы по слагаю-362

щему их материалу подразделяют на эрозионные, цокольные и аккумулятивные (аллювиальные) (рис. 116).

Эрозионные террасы вымываются рекой в коренных породах долины и возникают на первых стадиях развития реки (чаще горной) или в ее верхнем течении. Эрозионные террасы, пере­крытые маломощным аллювием, называют цокольными. Аккумуля­тивные террасы полностью сложены из аллювиального материала и наиболее типичны долинам равнинных рек.

Аккумулятивные террасы подразделяют на вложенные и нало­женные (рис. 117, 118, 119). Долины с вложенными террасами формируются следующим образом. Вначале река образует долину в коренных породах. Далее в процессе старения река заполняет свою долину аллювиальными наносами. Новое усиление эрози­онной деятельности углубляет дно долины, но уже в ранее отло-

Р и с. 116. Типы надпойменных террас: а — эрозионные; 6 — цокольные; в — акку мулятивные; 1 — русло; 2— пойма; 3 — над пойменная терраса; 4—то же, вторая 5— коренные породы

 

 

	. "«Г
"А^у///////
		'/У/Л

Рис. 117. Виды надпойменных аккумулятивных террас:

а — вложенные; {« — наложенные; / — русло; 2— пойма; 3— 5— надпойменные террасы;

6 — коренные породы

 

 

Рис. 118. Врезанные террасы:

а —нормальный размыв; 0—энергичный размыв

Рис. 119. Прислоненные террасы:

а — в условиях затухающей эрозии; б — при равномерно интенсивной глубин­ной эрозии

жившемся аллювии. Часть аллювия, прислоненная к коренному склону, сохраняется в виде надпойменных террас. Последующие циклы накопления наносов дают новые надпойменные террасы, причем каждая последующая по возрасту оказывается моложе предыдущей.

Наложенные террасы образуются несколько иначе. Усиление эрозионной деятельности приводит лишь к частичному размыву ранее отложившегося аллювия. Аккумуляция новых наносов про­исходит поверх более древних аллювиальных отложений.

Геологическое строение речных долин имеет важное значение при инженерно-геологической их оценке в строительных целях. Наиболее благоприятными в этом отношении являются террасы эрозионные. Значительно сложнее решаются вопросы строитель­ства на аккумулятивных наносах (рис. 120, 121).

Борьба с эрозией рек.Для зданий и сооружений, расположен­ных в речных долинах, подмыв берегов, в том числе и древних террас, и углубление дна реки представляет значительную опас­ность. Это приводит к обрушению берегов, сокращению строите­льных площадок, появлению обвалов, оползней и другим неже­лательным явлениям (рис. 122).

Скорость размыва берегов, сложенных рыхлыми породами, может быть значительной. Так, р. Кубань ниже г. Краснодара в отдельных случаях размывала лессовый берег со скоростью до 20 м в год. 364

 

 

/