Глава 7. СЕЛЕВЫЕ ПОТОКИ

Селевые потоки, или сели, широко распространены в большинстве горных районов мира. Сели разрушают населенные пункты, предприятия, железные и автомобильные дороги, линии связи и электропередач, уничтожают сады и виноградники, наносят большой ущерб другим сельскохозяйственным угодьям. Многочисленны случаи катастроф, сопровождавшихся человеческими жертвами. Страх, внушаемый селями, настолько велик, что жители гор называют их "черной смертью". Ежегодные убытки от селей составляют в СССР до 100 млн. руб. в год.

Учитывая опасность селей и наносимый ими ущерб, ЦК КПСС и Совет Министров СССР в постановлении о борьбе с водной и ветровой эрозией (1967 г.) уделили большое внимание задачам борьбы с селями и путям их решения.

По данным проф. С. М. Флейшмана, в СССР селевая опасность угрожает более чем 50 городам, из которых 5 являются столицами союзных республик (Алма-Ата, Ереван, Фрунзе, Душанбе, Тбилиси). На территории нашей страны сели встречаются практически во всех горных районах от Арктики до субтропиков: в Крыму, на Карпатах, Северном Кавказе, в Закавказье, на Памире, Тянь-Шане, Алтае, Саянах, Сахалине, Камчатке, Курильских островах, в горах Кольского полуострова, на Верхоянском хребте, нагорье Черского, Охотско-Колымском нагорье, Земле Франца-Иосифа, Новой Земле и др. Общее количество селеопасных бассейнов в СССР, по данным инж. И. И. Херхеулидзе, превышает 5 тысяч.

В истории катастроф, вызванных селевыми потоками на территории СССР, особое место занимает мощный сель, обрушившийся на Алма-Ату летом 1921 года.

Зима 1920/21 г., весна и начало лета 1921 г. в Алма-Ате были обильны осадками. За 9 месяцев их выпало на 130 мм больше, чем в среднем за целый год. В горах Заилийского Алатау, у подножия северного склона которых расположен город, накопилось много снега. В июне установилась тридцатиградусная жара и снег начал быстро таять. 8 июня 1921 г. во второй половине дня пошел дождь, вскоре превратившийся в ливень. Через три часа ливень окончился, наступила тишина и вечерняя прохлада.

И вдруг жители услышали сильный шум. Он напоминал шум приближающегося поезда, по был значительно громче. Со стороны гор на Алма-Ату шел водяной вал высотой 4 - 5 м, несший землю, ил, снег и вывороченные в горах большие деревья. Первый удар этот мощный поток обрушил на дачные постройки, находившиеся у самого подножия гор. Он снес их, как карточные домики, уничтожил фруктовые сады и, подхватив бревна, доски, людей и животных устремился дальше на город. Поток двигался по старому руслу р. Малой Алмаатинки, засыпанному и выровненному, по которому была проложена улица имени Карла Маркса. Прорыв русло заново, поток вторгся в центральную часть города, снося и разрушая дома или сдвигая их с фундамента. В темноте ночи улицы превратились в бушующие реки. Валы грязекаменного потока шли один за другим с интервалами в 30 - 60 с. Поток нес громадные валуны, продолжавшие разрушать постройки, а вязкая грязь отлагалась вдоль всего пути, погребая в этих отложениях людей и животных. Ширина потока достигала 200 м, а высота его валов доходила до 8 - 10 м.

Селевый поток нанес городу огромный ущерб. Было повреждено около 500 домов, а 20 совершенно разрушено. Поток вынес на Алма-Ату и ее пригороды около 5 млн. т грязекаменного материала. Поля, сады и огороды были покрыты слоем грязи, похожей в застывшем виде на бетон и имевшей толщину до 1,5 - 2 м.

Катастрофические сели повторяются через некоторые промежутки времени. До описанного случая подобные сели обрушивались на Алма-Ату дважды - в 1841 и 1887 гг.

Катастрофический сель спустился по р. Малой Алмаатинке также и в августе 1951 г. Река Малая Алмаатинка берет свое начало с ледника Туюк-Су (Заилийский Алатау), имеющего длину 5,5 км и площадь 4,4 км². Так же как и у других ледников, у языка ледника Туюк-Су залегает морена - большое скопление обломков горных пород, перенесенных ледником и отложенных на месте таяния. Летом 1951 г. часть морены осела, создав ложбину, в которой стала скапливаться дождевая вода, образуя озеро. Вода из озера проникла в толщу морены и начала ее насыщать. Полоса морены, насыщенная водой, имевшая длину 600 - 700 м, ширину 50 - 60 м и высоту 15 - 20 м, стала оползать, оторвалась и рухнула в р. Малую Алмаатинку. Образовался мощный сель, который вынес около 200 тыс. м³ грязекаменного материала, в том числе глыбы массой до 2 т. Спустившись по руслу до дома отдыха "Медео", сель на протяжении 10 км снес и разбил все мосты.

Широко известна еще одна селевая катастрофа, происшедшая также в Казахстане в горах Заилийского Алатау в 50 км от Алма-Аты. Здесь на высоте 1788 м над уровнем моря находилось одно из красивейших озер мира - Иссык. Поросшие растительностью склоны гор спускались к изумрудной воде, а белые от снега вершины вставали в удивительно синем небе. Красота озера ежегодно привлекала много туристов. Озеро Иссык возникло несколько тысяч лет тому назад в результате гигантского обвала, который перегородил русло реки и образовал плотину. 7 июля 1963 г. другая катастрофа уничтожила озеро. Е. М Калмыкина и А. П. Горбунов так рассказывают об этом.

Катастрофа была вызвана селевым потоком, спустившимся по р. Жарсай - притоку р. Иссык (рис. 44). Жарсай берет свое начало из двух больших ледников, которые накопили в верховьях реки огромную морену объемом в несколько десятков миллионов кубометров. Летом 1963 г. обвал, происшедший на одном из ледников, создал запруду, у которой затем накопилось озеро талой воды. 7 июля вода из озера прорвалась через запруду и устремилась вниз по руслу, захватывая материал морены.

Рис. 44

Долина р. Жарсай имеет в верховьях большой уклон (325 м на 1 км). Поэтому селевый поток развил значительную скорость (до 10 км/ч). Он мчался по извилистому руслу, задерживался у препятствий, переваливал через них и устремлялся дальше. Достигнув оз. Иссык, сель врезался в него. Вверх взметнулись фонтаны воды, а по поверхности озера побежали волны высотой до 12м. Под ударами волн прорвалась плотина, когда-то вызвавшая образование озера. Воды устремились в прорыв и помчались далее по руслу р. Иссык. Через 5 ч озеро перестало существовать. Из него вытекло более 18 млн. м³ воды, унесшей с собой 2 млн. м³ каменного материала. Сель не только уничтожил озеро, но и изменил весь облик ущелья Иссык, разбил лодочные причалы, лодки, катера, разрушил дорогу. К счастью, не пострадали гостиница, где находились в это время люди, столовая, магазины, служебные постройки.

Известны и другие случаи катастроф, весьма сходные по причинам и характеру с катастрофой, уничтожившей оз. Иссык. Такова, например, катастрофа, вызвавшая гибель оз. Яшилькуль, располагавшегося на высоте 2600 м над уровнем моря в горах хребта Кичикалай, окаймляющего Ферганскую долину (Узбекистан). Озеро это было образовано несколько столетий тому назад грандиозным обвалом, создавшим скальную перемычку-плотину, у которой затем накопилось около 15 млн. м³ воды. В июне 1966 г. вследствие обильного таяния снега в горах вода в озере стала быстро прибывать, переполнила его, начала размывать, а затем прорвала плотину-перемычку. Мощный сель вырвался через прорыв, прошел по р. Исфайрамсай, располагавшейся ниже озера, затопил значительную часть Ферганской долины и там отложил вынесенную грязь. Озеро же было уничтожено.

Периодически подвергается разрушительному действию селей Военно-Грузинская дорога. В 50-х и 60-х годах это происходило трижды - в 1953 г, 1958 и 1967 гг. Лето 1967 г. было очень дождливым. В районе Дарьяльского ущелья в июне и июле выпала годовая норма осадков. В ночь с 5 на 6 августа по р. Тереку прошел мощный сель, размывший русло реки и разрушивший берегоукрепительные сооружения. Он причинил большой ущерб Военно-Грузинской дороге и расположенным поблизости сооружениям. Было размыто земляное полотно дороги, подмыты мосты и трубы, проезжая часть завалена скальными обломками и валунами диаметром 2,5 - 3 м. Сель разорвал стальную трубу проложенного здесь газопровода, разрушил жилые дома и хозяйственные постройки в с. Верхний Ларе, повредил головные сооружения Эзминской ГЭС. В течение трех часов, пока продолжался сель, расход воды в р. Тереке возрос в 30 раз, составив 1500 м³/с. На протяжении 20 км от места, по которому с гор спустился сель, в русле р. Терека отложилось несколько миллионов кубометров принесенных селем каменных материалов и грязи.

Селевые потоки распространены не только в СССР. Например, в США сели наблюдаются в штатах Калифорния, Юта, Невада, Вайоминг, Колорадо, Виргиния, Вашингтон, Айдахо, Орегон и на Аляске. Особенно известен своими селевыми катастрофами район г. Лос-Анджелеса. Это город с населением более 3 млн. чел. занимает площадь 50X80 км и расположен на равнине у берега Тихого океана близ горной цепи Сан-Габриэль (отроги Кордильер), высота вершин которой достигает 3 тыс. м. Район богат осадками. Ливни, идущие над прибрежной равниной и в горах, имеют большую интенсивность. Например, ливень, начавшийся 29 декабря 1933 г., продолжался 53 ч и дал 292 мм осадков, а в 1943 г. за сутки выпало 650 мм осадков. Вода, выпадающая в горах, устремляется на Лос-Анджелес и его пригороды мощными селевыми потоками, вызывающими разрушения, человеческие жертвы и причиняющими убытки. Особенно крупными были катастрофы, разразившиеся в 1934 и в 1938 гг.

Селевому потоку, обрушившемуся на Лос-Анджелес 1 января 1934 г., предшествовал сильный и затяжной ливень. За двое суток количество осадков превысило годовую норму. С горных склонов устремились потоки воды, несшие землю, камни и вырванные с корнями крупные деревья. Потоки шли валами высотой до 6 м, сносили здания или проламывали стены. Были разрушены и завалены камнями дороги, повреждено более 400 домов и около 500 мостов, а 200 домов полностью разрушено. Число человеческих жертв составило 84. В марте 1938 г. катастрофический сель, также вызванный ливнем, на несколько суток прервал связь Лос-Анджелеса с внешним миром. Были разрушены железные и автомобильные дороги, уничтожены телеграфные и телефонные линии, снесено множество мостов и зданий. Сель вынес на город около 11,5 млн. м³ грязекаменного материала. Убытки, причиненные селем, составили 50 млн. дол. Погибло 200 чел., а 10 тыс. остались без крова.

Разрушительная сила селевых потоков объясняется тем, что они движутся с большой скоростью и несут огромное количество разнообразного материала, а порой очень крупные предметы. Скорость движения селей в зависимости от глубины потока, уклона русла и консистенции селевой массы составляет от 2 - 3 до 7 - 8 м/с.

Большая скорость селевых потоков обусловливается крутыми уклонами логов, по которым они движутся, и значительной длиной участков разгона. Например, в высокогорных районах сели не-, редко образуются на высоте до 2500 - 3000 м над уровнем моря и спускаются оттуда в долины, где местность имеет высоту всего 500 - 700 м над уровнем моря. Пробегая этот путь, поток приобретает огромную кинетическую энергию. Давление селей при ударе о препятствие достигает 15- 30 тс/м², или 150000 - 300000 Па.

Русло, по которому движется селевый поток, обычно извилисто и имеет переменную ширину. На крутых поворотах или в местах сужений застревают деревья, нагромождаются камни, накапливаются ил и земля. Поток кратковременно задерживается у затора, затем прорывает или переваливает через него и с новой силой устремляется вперед. Такой прерывистый характер движения вызывает образование валов (волн) часто большой высоты. Так, высота валов селевого потока, прошедшего в ночь с 17 на 18 августа 1891 г. в Тироле у подножия Австрийских Альп, достигала 18 м.

Селевые потоки бывают различными по своему составу. Если поток состоит в основном из воды и камней и лишь с малой примесью земляных частиц, он называется водокаменным. Если же наряду с камнями он несет много земли и ила, такой поток называют грязекаменным. Потоки без камней, только из жидкой грязи, называют грязевыми. Состав селевого потока зависит от характера материала, который подхватывает и уносит с собой вода, когда она стекает с гор. Так, сель на р. Иссыке в 1963 г. состоял из двух потоков. По р. Жарсаю в оз. Иссык спустился типичный грязекаменный поток, насыщенный материалом морены, подхваченным у ледников. Из озера же устремился далее водокаменный поток, несший материал плотины, которую он разрушил.

Селевые потоки могут переносить каменные глыбы огромных размеров (рис. 45). Например, сель в Алма-Ате в 1921 г. снес обломки скал массой до 14 т.

Рис. 45

Мощный селевой поток, прошедший 13 августа 1953 г. по долине р. Чхери (Кавказ), перенес каменную глыбу размером 71 м³ массой около 190 т.

Реки и ручьи всегда переносят некоторое количество ила, глинистых частиц, песка, гальки. Более легкие частицы переносятся в воде во взвешенном состоянии, более тяжелые - перекатываются по дну. По своему характеру движение частиц в воде похоже на движение снежинок в воздушном потоке. Насыщение водного потока взвешенными частицами меняет его свойства. Плотность жидкости, насыщенной землистыми частицами, значительно больше, чем плотность чистой воды. Если плотность воды равна 1 г/см³ (при + 4°С), плотность селевых потоков колеблется от 1,2 до 1,8 г/см³, а по данным некоторых ученых достигает даже 2,6 г/см³. Большинство горных пород имеет плотность в пределах от 2 до 2,7 г/см³. Из гидравлики известно, что на тело, погруженное в жидкость, действует сила, равная весу вытесненной жидкости и направленная вертикально вверх. Эта сила называется поддерживающей. Селевые потоки большой плотности обладают и значительно большей поддерживающей силой, чем чистая вода. Кроме того, селевые потоки имеют большую вязкость* (так называют внутреннее сопротивление жидкости при движении одного ее слоя по другому). Примерами жидкостей разной вязкости могут служить вода, сироп от варенья, касторовое масло, клей. Если пролить эти жидкости на наклонную поверхность, то потекут по ней с разной скоростью.

*(Примерами жидкостей разной вязкости могут служить вода, сироп от варенья, кастровое масло, клей. Если пролить эти жидкости на наклонную поверхность, то они потекут по ней с разной скоростью.)

Благодаря значительной плотности и большой вязкости селевые потоки удерживают в себе крупные валуны. М. В. Муратов наблюдал на Северном Кавказе в верховьях р. Хасаут валуны размером в футбольный мяч и крупнее, плывшие в селевом потоке, При очень большой вязкости грязекаменный поток похож на густой бетонный раствор с включенными в него крупными камнями.

Для образования селевых потоков нужны определенные условия. Прежде всего необходим мощный водный поток. Это бывает при интенсивных ливнях, быстром таянии больших масс снега и льда или при прорыве скопившейся в большом количестве воды. Кроме того, нужен достаточный запас рыхлых обломочных материалов, которые поток может подхватить и понести с собой, чтобы превратиться из водного в селевый. Такое накопление рыхлых материалов происходит при процессах выветривания или в результате переноса обломков горных пород ледниками, а также при обвалах, оползнях и осыпях. Наконец, нужно, чтобы местность имела достаточно крутой уклон, позволяющий потоку развить большую скорость. Такие уклоны и узкие извилистые русла, где селевые потоки могут двигаться с большой скоростью, встречаются в горной местности. Именно в горах наблюдается сочетание всех описанных выше условий.

Поэтому селевые потоки - обычное явление для большинства горных районов.

Образованию селевых потоков способствует вырубка леса на горных склонах. Лес защищает склоны гор от ветра и сильного нагрева солнечными лучами. Корневая система деревьев и кустарников, густая трава закрепляют почвенный покров и препятствуют его смыванию. На обнаженных горных склонах процессы выветривания идут значительно быстрее, чем на склонах, поросших густым лесом. Поэтому одна из важных мер борьбы с селевыми потоками - запрещение вырубки леса в селеопасных районах.

Разработана и система специальных инженерных мер защиты от селей. Прежде всего стремятся ослабить энергию потока или прекратить его движение до того, как он подойдет к защищаемому объекту (например, к дороге). Поперек крутых горных склонов устраивают террасы параллельно одна другой на расстоянии 15 - 20 м.

Склон превращается как бы в пологую лестницу, благодаря чему замедляется скорость стекания воды и задерживаются камни.

Устраивают также систему запруд (барражей) в русле, по которому обычно сходит селевый поток (рис. 46). Для этого поперек русла на некотором расстоянии друг от друга возводят каменные или бетонные стены высотой от 2 до 5 м. Получается своеобразная "лестница", тормозящая поток и уменьшающая его скорость. В результате переносимые камни и частицы земли откладываются у стен, перегораживающих русло. Таким образом, запруды, с одной стороны, ослабляют энергию потока, с другой - освобождают его от наносов.

Рис. 46

Для освобождения потока от наносов, что особенно важно в тех случаях, когда сель переносит крупные валуны, копают котлованы больших размеров, называемые наносоуловителями. Проходя через такой наносоуловитель, поток откладывает переносимые им камни и движется дальше, лишенный наиболее грозных средств разрушения.

Селевый поток можно также отвести в сторону от защищаемого объекта, если поблизости имеется подходящее для этого русло. С этой целью прокладывают отводной канал или строят о тводную дамбу (рис. 47). Ударяясь в такую дамбу, селевый поток изменяет направление и уходит в новое русло.

Рис. 47

После неоднократных катастроф, вызванных селями в районе г. Лос-Анджелеса, были развернуты крупные работы по защите города и района от селевой опасности и паводков. Было построено: 20 паводкорегулирующих плотин, 105 селехранилищ, 28 отстойников, система ливневого дренажа протяжением 2,6 тыс. км и 32 насосных станции. Кроме того, были построены волноломы и укреплены каналы и русла водотоков. Работы были закончены в 1968 г. а 18 января 1969 г. начался ливень, продолжавшийся 9 сут. В Лос-Анджелесе выпало более 330 мм осадков. Селевые потоки ринулись с гор, но система селезащитных мероприятий работала надежно и город был защищен.

Но особенно грандиозные работы по защите от селевых потоков были выполнены в районе г. Алма-Аты.

В октябре 1966 г. гигантская защитная дамба-плотина перегородила урочище Медео, расположенное в горах Заилийского Алатау в 18 км от Алма-Аты. Она была создана взрывом "на сброс" горных пород с ближних склонов для защиты столицы Казахстана от селевых потоков. Огромный заряд - 5 268 т взрывчатки - позволил обрушить более 2,5 млн. м³ каменных материалов. Образовавшаяся плотина имела высоту 61 м в самой низкой части и ширину в основании около 500 м.

С помощью экскаваторов и бульдозеров плотине затем была придана необходимая форма.

Взрывы в Медео были не только важной практической мерой по защите Алма-Аты от селевых потоков. Одновременно они явились и крупным научным экспериментом советских ученых. Образование плотин с помощью направленных взрывов - новый метод в гидротехнике. До проведения гигантских экспериментов в Медео этот метод вызвал много сомнений. Неясно было, насколько устойчивой окажется такая плотина против фильтрации воды. Опасались, что из-за отсутствия плотного водонепроницаемого ядра из глины внутри плотины вода будет фильтроваться сквозь плотину и постепенно размоет ее.

Не была разработана и теория таких взрывов, которая позволила бы определить, как разместится взорванная масса породы, рассчитать величину заряда, глубину его заложения и определить другие данные, необходимые для создания плотины нужных размеров в требуемом месте.

Вызывала опасения и возможность образования сильной сейсмической волны, которая, как допускали, могла достигнуть Алма-Аты и вызвать там разрушения. Опыт прошел удачно. Плотина образовалась в месте, определенном расчетом; и имела необходимые размеры. Колебания почвы в Алма-Ате почувствовали только приборы.

14 апреля 1967 г. в том же месте был произведен второй взрыв. С помощью 3941 т взрывчатых веществ было сброшено и уложено в тело плотины еще более 1 млн. м³ горных пород. Высота плотины увеличилась еще на 30 м.

В июле 1973 г. гигантская алма-атинская плотина подверглась очень серьезному испытанию. Жаркая погода в первой половине 1973 г. вызвала интенсивное таяние ледников, питающих р. Малую Алмаатинку. Вследствие усиленного притока воды была прорвана моренная перемычка между двумя соседними ледниковыми озерами. Вода устремилась вниз, захватывая с собой рыхлый моренный материал. Возникший сель был вначале небольшим (с расходом около 30 м³/с), но, спустившись на 2 км по руслу, он встретил на своем пути в урочище Мынжилки габионную запруду высотой около 8 м. Вода накопилась у запруды, а затем прорвала ее; за 3 - 4 мин через прорыв сошло около 40 тыс. м³ воды. Поток поднял песок, гальку, крупные камни; вода катила даже крупные глыбы размером до 4 м. Образовавшийся вторичный сель с расходом более 1000 м³/с имел уже катастрофический характер. Сель разрушил металлическую запруду у турбазы Горельник, размыл русло р. Малой Алмаатинки до коренных пород на протяжении 8 км, сорвал растительный покров, образовал каньоны глубиной от 10 до 30 м и, наконец, был задержан высотной плотиной. При этом селехранилище было заполнено на 85% своего объема. Хотя сель и был задержан плотиной, но выяснилось, что существует угроза размыва плотины и прорыва селя к Алма-Ате.

Если бы это случилось, то город был бы разрушен, так как объем скопившейся воды достигал 8 млн. м³.

Воду откачали насосами, а затем было решено продолжать работу по отсыпке плотины и еще ее повысить. С этой целью к 1974 - 1975 гг. велась отсыпка грунта из карьеров и селехранилища, в результате чего высота плотины достигла 145 м, а ширина в основании составила 600 м. Возросла до 12,5 млн. м³ и вместимость селехранилища. Столица Казахстана теперь надежно защищена от селевых потоков.

При прокладке дорог вместо защитных сооружений или дополнительно к ним можно построить мост, пересекающий русло селевого потока в наиболее узком месте. Тогда селевый поток проходит под дорогой через отверстие моста.

Можно также пропустить селевый поток над дорогой, построив для этого селеду к (рис. 48). По арке из камня или из бетона прокладывают каменный или железобетонный лоток, имеющий достаточную ширину и уклон, благодаря чему грязекаменный поток проносится по нему, не задерживаясь. У входа на лоток селедука устраивают две косые направляющие стенки - входные крылья, которые собирают поток и не дают ему растекаться в стороны.

Рис. 48

Противоселевые защитные сооружения имеют значительную стоимость. Поэтому при изысканиях дорог важно заранее определить место, где возможно прохождение селей, и оценить степень селевой опасности. С этой целью выявляют возможные источники писаний селей водой, места, где имеются скопления рыхлого материала, определяют уклоны местности на селеопасных участках рельефа, ищут следы старых селей. Собранные данные позволяют составить прогноз селевой опасности и решить, что целесообразнее: изменить трассу дороги и обойти селеопасные участки или построить на них селезащитные сооружения.

На дорогах, где имеются селеопасные участки, за ними ведут специальные наблюдения и принимают меры для предотвращения образования селевых потоков или ослабления их интенсивности. К этим мерам относятся, например: профилактический спуск воды из ледниковых озер, угрожающих прорывом; расчистка скоплений рыхлых материалов, которые могут быть захвачены селем; ускорение таяния снега запылением склонов темными веществами с самолетов и т. д. Кроме того, ведут контроль за хозяйственной деятельностью людей на селеопасной территории, запрещая ошибочные действия, которые могут усилить селевые явления (например, вырубку лесной и кустарниковой растительности, выпас скота на склонах и т.д.).

Обычно различные меры по борьбе с селевыми потоками применяются одновременно и составляют единый комплекс. Такой комплексный метод борьбы с селями наиболее успешен.