III. Оцінка обстановки у зоні прояву екзогенних геологічних процесів природного та техногенного походження: селі Теоретичні відомості

Сель (або ж силь; від араб. сейль, сайль — бурхливий потік) — це короткочасні бурхливі грязьові або грязьово-кам'яні потоки на гірських річках з дуже небезпечним вмістом намулу та уламків гірських порід. Виникнення селів у багатьох випадках пов'язане з антропогенними втручаннями в екосистеми: вирубкою лісів і деградацією ґрунтів на гірських схилах, руйнуванням природних систем відведення ґрунтових вод та ін. Безпосередньою причиною утворення селю (його "спусковим гачком") може бути різкий паводок, викликаний інтенсивними зливами, бурхливим таненням снігу тощо, прорив греблі, землетрус, вулканічна діяльність та інші причини (Табл. 6-3.1).

Табл. 6-3.1

Характеристики селів та їх основні типи

Характеристика порушень, що накопичуються в екосистемах	Безпосередня причина виникнення селю	Характер взаємодії селевого потоку з руслом	Тип селю
Плоске змивання і розмивання гірських схилів, надмірне насичення водяного потоку рихлими гірськими матеріалами та уламками гірських порід	Інтенсивні опади у вигляді злив, інтенсивне танення снігу та льоду	Рух селевого потоку відбувається у межах русла	Ерозійний сель
Утворення водяної хвилі прориву, розмивання і затягування до селевого потоку уламків гірських порід	Прорив греблі, гаті тощо	Селевий потік суттєво деформує русло і видозмінює його	Проривний сель
Надмірне зволоження та обводнення ґрунту, ослаблення структурних зв'язків усередині геологічного матеріалу, зсувні явища і початок плину гірських порід	Зрив масиву водонасичених гірських порід униз по крутосхилу	Селевий потік переповнює русло, його розвиток набуває кумулятивних форм	Обвально-зсувний сель

Селі є однією з причин виникнення надзвичайних ситуацій і можуть спричиняти величезні руйнування. В Україні селі спостерігаються у горах Карпат (де у басейнах річок Черемош, Дністер, Тиса, Прут та ін. нараховується 219 селевих басейнів) і Криму та у деяких місцевостях на Правобережжі. Зоною прояву селів (означеної як селевий басейн) називають гірську територію з прилеглими до неї схилами, на яких знаходяться зруйновані внаслідок механічної та хімічної деградації гірські породи, та гірськими річками з їхніми витоками, руслами і водозбором. Селеві басейни в Україні охоплюють близько 9% території Криму, 40% — Закарпаття, 33% — Івано-Франківської області, 15% — Буковини. Ймовірність виникнення селю залежить від складу й будови гірських порід, ступеня їхнього перетворення внаслідок вивітрювання, інтенсивності антропогенного тиску на навколишнє природне середовище та ступеня екологічної деградації довкілля. Повторюваність селів у селенебезпечних районах України є неоднаковою.

Первинним уражаючим фактором селю є ударна хвиля грязьового або грязьово-кам'яного потоку. Його інтенсивність значною мірою залежить від висоти розташування селевих витоків, геологічної будови та ступеня ерозії гірських порід. Залежно від висоти, на якій утворюються селеві потоки, селеві басейни поділяють на високогірні (2,5 км над рівнем моря і вище), середньогірні (1,0...2,5 км над рівнем моря), та низькогірні (до 1,0 км над рівнем моря). Чим вище розташований селевий басейн, тим більшою є його селеактивність і потужність (яку оцінюють за об'ємом селевого виносу у тис. м³ з 1 км² території). Катастрофічні (за потужністю) селі мають селеві виноси об'ємом понад 1 млн. м³ з 1 км² і спостерігаються на Земній кулі приблизно один раз на 30—50 років. Селі малої потужності із виносом селевого матеріалу об'ємом до 10 тис. м³ виникають у гірських місцевостях практично повсюдно і спостерігаються по декілька разів на рік. Селі потужні та середньої потужності мають об'єми селевих виносів від 10 тис. м³ до 1,0 млн. м³ і спостерігаються не частіше одного разу на 2—3 роки. Потужність селевих потоків визначає їхню уражаючу дію (Табл. 6-3.2).

Табл. 6-3.2

Потужність селевих потоків та їхні дія на споруди

Характеристика селю	Сумарний об'єм селевого виносу, м3	Уражаюча дія на споруди
Малої потужності	до 10 тис. м3	Невеликі розмиви, часткова забивка отворів водоспускних споруд, пошкодження житлових будинків та інженерних будівель
Середньої потужності	від 10 тис. м3 до 100 тис. м3	Сильні розмиви, повна забивка отворів, пошкодження і зніс безфундаментних споруд
Потужні	від 100 тис. м3 до 1,0 млн. м3	Значний надлишковий тиск, знесення мостових ферм, руйнування мостових опор, пошкодження доріг, руйнування кам'яних будівель
Катастрофічні	понад 1,0 млн. м3	Суцільні руйнування інженерних споруд, знесення ділянок доріг разом з полотном і спорудами, поховання споруд під наносами

Селевий потік складається з води, уламків гірських порід, грязі та іншого рихлого матеріалу, утвореного за рахунок вивітрювання гірських порід та гірської ерозії. За складом селю розрізняють: 1) грязьовий сель (суміш води, невеликої кількості землі і дрібного каміння); 2) грязьово-кам'яний сель (суміш води, гравію, гальки та невеликого каміння); 3) водяно-кам'яний сель (суміш води і каміння великого розміру). У більшості випадків селевий потік рухається зі швидкістю від 2,0 м/с до 4,5 м/с, але під час прориву заторів і гребель вона може зростати до 10 м/с. Об'єм одночасного селевого виносу змінюється у широких межах — від менш, ніж 1,0 тис. м³ (дуже мілкий сель) до понад 10 млн. м³ (гігантський сель). Вміст твердих матеріалів у селевому потоці становить від 10% до 75%. При цьому окремі уламки гірських порід можуть сягати у поперечнику 3—4 метра, а їхня загальна маса може становити до 100—200 тонн. Густина речовини у селевому потоці становить 1100...1500 кг/м³ у водокам'яних потоках, 1500...2000 кг/м³ — у грязьових потоках, 2100...2500 кг/м³ — у грязекам'яних потоках. Під час сходження селевого потоку часто спостерігається утворення "голови" селю висотою до 25 метрів.

ЗАДАЧА-ЗРАЗОК. В утвореному внаслідок інтенсивних злив селі ерозійного типу об'єм одноразового селевого виносу становить V_сель= 3,2 тис. м³ ("мілкий" сель), а густина селевого матеріалу дорівнює ρ= 2200 кг/м³. Швидкість селевого потоку становить v= 3,0 м/с. Після переповнення річкового русла селевий виніс розосереджується у гірську долину й уражає частково заглиблені наземні металеві резервуари загальним об'ємом V= 1000 м³, межа стійкості яких становить . Розрахуйте надлишковий тиск у фронті селевої хвилі і визначте спричинений селем ступінь руйнування цих інженерних споруд.

РОЗВ'ЯЗАННЯ:

1) Розраховуємо масу одноразового селевого виносу за формулою :

.

2) Розраховуємо кінетичну енергію селевого потоку

.

3) Ураховуючи відомий зв'язок між кінетичною енергією рухомого тіла та створеного ним тиску , розраховуємо надлишковий тиск, утворений у фронті селевої хвилі

4) Отримане значення надлишкового тиску, що його чинить селева хвиля, є меншим, ніж вказана в умові задачі межа стійкості інженерної споруди (частково заглибленого металевого резервуару). Уточнюючи ступінь руйнування цієї споруди за довідковою таблицею (див., наприклад, Табл. 6.2 на с. 280-282 підручника Шоботова В.М.), доходимо висновку, що спричинений селем ступінь руйнувань частково заглиблених наземних металевих резервуарів може бути означений як середній, оскільки отримане значення надлишкового тиску .

Відповідь. ;

середній ступінь руйнувань.