Защита от сели. Основные защитные мероприятия при селях

Защита от селевых потоков. Противоселевые сооружения.

Противоселевые сооружения это одна из технических мер защиты от селей, минимизации возможного материального ущерба населенным пунктам, объектам транспортной инфраструктуры, сельскохозяйственным угодьям и прочим объектам.

В Российской Федерации строительство противоселевых сооружений регулирует СНиП 22-02-2003 «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов», а также другие смежные нормативные акты. Ранее в период СССР действовала «Инструкция по проектированию и строительству противоселевых и защитных сооружений (СН 518-79).

СНиП 22-02-2003, в отличии от СН 518-79 регулирует не только строительство и проектирование противоселевых сооружений, но и мероприятия против других видов геологического воздействия – оползни, подтопление и затопление территорий, снежные лавины, морозного пучения, наледеобразования, термокарста и другие).

Противоселевые сооружения подразделяются на несколько видов:

Селезадерживающих – предназначены для задержания селевого потока и образования селехранилищ. Включают в себя бетонные, железобетонные плотины, плотины из каменной кладки и грунтовых материалов.

К селезадерживающим сооружениям предъявляются повышенные требования, так как их разрушение угрожает катастрофическими последствиями. Включают в себя поверхностные селесбросные сооружения, на случай если объем селевого потока будет превышать расчетный.

Селепропускные – устраиваются для пропуска селевых потоков через объект или вокруг него. Это в частности каналы – для пропуска селевых потоков через населенные пункты и другие объекты. Селепропуски – для пропуска селевых потоков через объекты транспортной инфраструктуры – автомобильные и железные дороги, каналы, различные трубопроводы и др.

При проектировании селепропусков учитывается продольный уклон (он не может быть малым). Селепропуск включает в себя входной и выходной участок, отводящий тракт. Стенки селепропуска должны возвышаться над максимальным уровнем селевого потока не менее чем на 1 метр для лотков и 0,5 метров для каналов.

Селенаправляющие сооружения – дамбы, шпоры, предназначены для направления селевого потока в селепропускное сооружение. Применяются также для предотвращения подмыва защищаемой территории.

Стабилизирующие сооружения – включают в себя дренажные устройства, каскады запруд, подпорных стен, террасирование склонов. Предназначены для ослабления динамических характеристик селевого потока или прекращения его движения. Подобные сооружения достаточно часты в районах с пересеченным рельефом, где есть угроза оползней и обвалов.

Запруды устраиваются на всех участках русел данного водосборного бассейна. При этом верхняя граница стабилизации определяется местоположением, где расход паводка с некоторым запасом не превышает критический селеобразующий расход, а нижняя граница определяется уклоном, при котором селевые потоки уже не образуются. Принимаются меры для предотвращения подмыва основания, бортов сооружения, а также возможность пропуска дождевого паводка. На прочность запруды рассчитывают, как подпорные стены, с учетом гидростатического и фильтрационного давления воды и отложения наносов.

Террасы применяют для уменьшения максимального расхода дождевого паводка путем перехвата склонового стока и перевода его в сборные каналы или русла.

Селепредотвращающие сооружения представлены плотинами для регулирования селеобразующего паводка. Плотины применяют в условиях, когда очаг образования дождевого или гляциального селя находиться ниже очага формирования селя и между этими участками рельеф позволяет создать регулирующую емкость. Плотина оборудуется выпуском воды, обеспечивающая автоматическое опорожнение регулирующей емкости с расходом, не превышающий селеобразующий. Для расчета объема емкости необходимы данные по пиковым объемам паводка, с учётом запаса.

Селепредотвращающие сооружения устраиваются также в тех случаях, когда присутствует угроза прорыва горных озер (к примеру, образовавшихся в результате закупоривания русла в результате обвала).

Проектирование противоселевых сооружений выполняют на основе инженерно-геодезических, инженерно-геологических, инженерно-теотехнических, инженерно-гидрологических, инженерно-гидрометеорологических и инженерно-экологических изысканий. То есть стадии проектирования и строительства предшествует огромный объем подготовительной работы.

Кроме того, должны быть проведены работы прогнозирования изменений в будущем геологических, гидрологических, гидрометеорологических факторов. Даны прогнозы последствий и возможных потерь от воздействия селевых и грязекаменных потоков. Важно также минимизировать отрицательное воздействие от строительства противоселевых сооружений на защищаемые территории, исключить при работах возникновение иных негативных геологических процессов, ландшафт местности. В случае, когда сооружения инженерной защиты могут оказать отрицательное влияние на территории, должны быть предусмотрены компенсационно-восстановительные мероприятия.

Читайте также:  Шнурки из паракорда. Шнурок из паракорда

Также проводятся работы по рекультивации и благоустройству территорий, нарушенных при создании сооружений.

При проектировании противоселевых сооружений требуются точные метеорологические и гидрологические данные, как можно за больший период времени. В частности, частота выпадения ливневых осадков и их пиковые объёмы, максимальный расход образующихся потоков, высота снежного покрова и возможное воздействие на него температурного режима.

Селезащитная плотина Медеу защищает Алма-Ату от селевых потоков проходящих по реке Малая Алмаатинка.

Селезадерживающая плотина на реке Талгар (Казахстан)

Селезадерживающая плотина на реке Калгаринка (Казахстан), защищает Алматы от селевых потоков.

Селезадерживающая плотина с пятью сбросными отверстиями (Австрия)


Инновационное решение последних лет в области защиты от селей стало внедрение сквозных заграждений из стальных стержней или сеток. Крупность задерживаемого обломочного материала определяется размером ячейки. Устраивается как правило каскадом подобных защитных сооружений. Прошедший сквозь барьер поток устремляется вниз ослабленным и обедненным наиболее крупными обломками, что снижает воздействие на следующие барьеры. Тем самым поэтапно гаситься разрушительная сила селевого потока, при минимальных материальных затратах и простоте эксплуатации (требуется периодическая замена сетки).

Монтаж сетчатого ограждения

Каскад стабилизирующих сооружений, снижающих разрушительную силу потока.

Устройство склоноудерживающих террас (стабилизирующие сооружения).

Использованы фотоматериалы:

Журнал «Инженерная защита«

Росинжиниринг

Сели и селезащита

Автор:
Александр Кривцов
Генеральный директор журнала “Инженерная защита”
Михаил Морозов
Кандидат геолого-минералогических наук, доцент


Горные страны, влекущие нас целительным воздухом, видами, курортами и романтикой, на темную сторону своей медали поместили обвалы, оползни, лавины и конечно же сели, или муры, – водно-грязевые или грязекаменные потоки, возникающие при резком насыщении почвы влагой и внезапном росте питания ручьев и рек.

Причиной возникновения селя чаще всего являются ливневые дожди, но также и таяние снега, землетрясения, прорывы ледниковых озер, а в районах вулканической активности «спусковым крючком» катастрофы порой становится внезапное таяние ледника под воздействием вулканического тепла или извержения. Возникновение селевого потока не всегда предсказуемо и часто происходит внезапно.

Скорость селя достигает 5–10 метров в секунду, он переносит обломки диаметром до 3–4 метров (до 100–200 т весом). В отечественной классификации гигантским считается сель, объем единовременного выноса которого превышает 10 млн кубометров. Катастрофические по масштабам сели сходили в Казахстане (1921 г., пострадало 7% населения Алма-Аты), Колумбии (1985 г., 20 тыс. жертв), Венесуэле (2000 г., тысяча погибших, 15 000 остались без крова), Гватемале (2005 г., до 3 тысяч погибших и пропавших без вести), Китае и других горных регионах мира. Крупные селевые явления обладают вековой периодичностью, полностью устранить их невозможно.

Свойства конкретного селевого потока зависят от его состава и плотности, которая может достигать средней плотности горных пород (2,5 т/м3). Характер движения воднокаменных селей ламинарный, т.е. аналогичен движению водных потоков: разные его слои движутся с разной скоростью, а распределение частиц по глубине неодинаково (обломки движутся в нижней части потока). Движение грязекаменных селей турбулентно: они однородны, имею большую вязкость и движутся не по законам гидравлики, а как вязкопластичные смеси (бетонный раствор).

Для формирования селя в районах с сильно пересеченным горным рельефом достаточно суточного количества осадков 13–20 мм. На территориях с более низким рельефом требуется большее «вливание» осадков. Помимо форм рельефа на формирование селя сильно влияют дренажные свойства грунтов и источников их обводнения. Так, на Тянь-Шане, Забайкалье и Дальнем Востоке для появления селя достаточно 30–40 мм осадков в день. При этом суточные максимумы осадков в данных районах достигают значений в 1,5–5 раз больших, что превращает удобные для схода селей горные долины в мины замедленного действия, которые могут «сработать» практически в любой момент. Поэтому первым средством предупреждения селей становится карта прогноза селевых процессов.

Читайте также:  Магнитный азимут это угол между. Азимут - что это такое и как его определить

Грязекаменный материал составляет до 75% селя, поэтому его воздействие на встреченные препятствия одновременно имеет черты наводнения (статическая нагрузка), внезапного водного потока (динамическая нагрузка) и камнепада или обвала (пульсационный характер).


Главной «слабостью» селя является его зависимость от рельефа: сель движется по руслам постоянных или временных водных потоков


Подобно водным потокам или оползням он имеет «область питания» – территорию, с которой происходит смыв рыхлых отложений и собирание водных потоков в один. Соответственно и борьба с селями производится по трем направлениям: 1) сокращение размера потенциальной области питания селя, 2) инженерная корректировка направления движения селевого потока, 3) понижение разрушительной силы потока. Эти направления, а особенно второе и третье, взаимосвязаны, поэтому инженерное обеспечение селевой безопасности является примером комплексной многоступенчатой инженерной защиты территорий.

Хозяйственная деятельность человека, сокращающая лесные массивы на горных склонах, к сожалению, является одной из причин распространения селевых явлений. Голые склоны, не сдерживаемые растительностью рыхлые отложения, отсутствие препятствий, замедляющих водные потоки и мешающих им быстро формировать русла, создают удобную для селя обстановку. Поэтому первое направление инженерной защиты от селей состоит в преобразовании горных склонов в более селебезопасные. Для этого укрепляют грунты и создают лесные насаждения.

Классические сооружения, препятствующиt появлению селей, делятся на два класса: стабилизирующие (каскады запруд, подпорные стены, дренажные устройства, террасирование склонов, агролесомелиорация) и селепредотвращающие (регулирующие паводок плотины, водосбросы на озерных перемычках).

Средства инженерной защиты на путях вероятного схода селей представляют собой селепропускные сооружения (каналы, селеспуски, мосты), селенаправляющие и ограждающие дамбы и селезадерживающие водосбросные и сквозные плотины. Их задача – отвести «разбушевавшийся», т.е. превосходящий свою нормальную интенсивность, поток в сторону от населенных пунктов и объектов хозяйственной деятельности человека, ослабить энергию потока («преградить ему путь»), рассредоточить массу потока. Сооружения могут строиться из железобетона, бетона, камня и даже грунтовых материалов.

Классические противоселевые сооружения принимают на себя большую долю удара стихии, что является их недостатком: они подвержены разрушению, в т. ч. внезапному, и неуклонно изнашиваются. При этом именно в силу высоких требований по защите они представляют собой масштабные сооружения, которые не могут быстро или регулярно заменяться или перестраиваться.
Для «точечного» пропуска селя, например через дорогу, канал, газопровод или иной линейный объект, достаточен укрепленный селеспуск (при этом недопустимо использование труб, которые могут быть легко замурованы грязекаменным материалом селя). В случае площадных объектов (населенный пункт, предприятие) необходимо строительство канала для направления селя через объект либо для его отвода в сторону. Критическим здесь является угол разворота между динамической осью селя и осью селепропускного сооружения: превышение критического расхождения в восемь градусов может превратить канал в дамбу, которая принимает на себя энергию селя и может разрушиться либо иметь недостаточную высоту. На входных участках сооружений высота стен сооружений должна превышать глубину селя минимум в полтора раза, а ниже по ходу движения селя – по крайней мере на 20%.

Одним из инновационных решений в области защиты от селей стало внедрение сквозных заграждений из стальных стержней или сеток, которые позволили разделить общую задачу борьбы с селем на отдельные проблемы, которые могут решаться «малой кровью».


Сквозные заграждения принимают на себя механическое воздействие обломочной части селевого материала


При этом крупность задерживаемого обломочного материала выбирается непосредственно человеком, поскольку определяется размером ячеи. Прошедший сквозь барьер поток устремляется вниз ослабленным и обедненным наиболее крупными обломками, что снижает воздействие на следующие барьеры. Таким образом, с введением сквозных заграждений небольшого размера, расположенных в местах зарождения селей, впервые появилась возможность поэтапно «отбирать» у селя его разрушительную силу и, по сути, программировать характер его ослабевания по мере распространения вниз по руслу. Важна и простота установки сеточного заграждения в сравнении со стационарным бетонным барьером, а значит, снимается острота проблем при замене или ремонте изношенной конструкции.

Читайте также:  Планшет с компасом. Компас-планшет жидкостной 5с

Установка гибких сквозных заграждений на основе сеток позволяет минимизировать расходы на инженерные мероприятия при создании разветвленной системы защиты большой территории. Сквозные заграждения могут устанавливаться каскадами и ослаблять потоки в областях их формирования на уровнях выше точек соединения потоков в один, более разрушительный поток, который сложнее остановить. Фактически, грамотному размещению селезащитных сооружений предшествует динамическое моделирование всего горного склона с учетом скоростей движения потоков, количества переносимого ими материала и направлений возможного перемещения обломочной массы.


Несомненным мировым лидером в строительстве селезащитных гибких барьеров стала швейцарская компания Geobrugg


Успешность инженерных решений Geobrugg основана на трех основных аспектах: использование современных материалов, математическое моделирование и натурные масштабные испытания.

Отправной точкой решений Geobrugg стала высокопрочная стальная проволока. Она характеризуется высокой устойчивостью на срез, отличными энергопоглощающими свойствами и долголетием при минимальном обслуживании. Это позволило фирме установить мировые рекорды: например, задержать 20-тонный бетонный блок, падающий на скорости 103 км/ч! Благодаря технологии антикоррозийного покрытия GEOBRUGG SUPERCOATING® и алюмо-цинковому покрытию последнего поколения GEOBRUGG ULTRACOATING® конструкции служат в шесть-десять раза дольше, чем просто оцинкованные.

Geobrugg совместно с WSL разработал две компьютерные программы, позволяющие рассчитать требуемые параметры барьеров в зависимости от характеристик селевого потока и рельефа. Бесплатно распространяемая программа DEBFLOW позволяет производить расчеты для определения реакции и взаимодействия всех компонентов противоселевых барьеров. Программа основана на десятках натурных испытаний в масштабе 1:1 и результатах лабораторных исследований.

Программный комплекс FARO предназначен для моделирования противоселевых систем. С помощью этой программы можно моделировать воздействие на барьер не только селей, но и камнепадов, лавин и снежных оползней.

Характеристики защитных систем Geobrugg не только рассчитываются на компьютере. Фирма тестирует конструкции на ударопрочность и прочность на разрыв в соответствии с самыми строгими нормативами в масштабе 1:1. При этом заявленные параметры всех компонентов систем регулярно проверяются в тестах независимых институтов.

Самый большой гибкий селезащитный барьер в Швейцарии был смонтирован фирмой Geobrugg в русле горного ручья Хюпбах в долине Зимменталь. В девяностые годы после сильных ливней по руслу Хюпбах сходили мелкие оползни и селевые потоки, которые иногда блокировали шоссе и даже железную дорогу в Обервиле. Чтобы исключить возможность неприятностей в будущем, Техническая служба Обервиля спланировала установку двух гибких систем задержания. Стоимость строительства в 2,5 млн швейцарских франков была покрыта правительством и кантоном Берн. Система рассчитана на трехсотлетнюю службу!

Параметры противоселевого барьера:

  • ширина до 40 м
  • высота h=14 м
  • пиковая нагрузка (вода и грязекаменный материал): 350 м3
  • расчетный объем первой волны селя: V=5000 м3
  • наклон русла ручья: 25%
  • объем задерживаемого селя: 13 000 м3

Еще одна интересная система была установлена в 2013 году в русле ручья Грёнбах в Мерлигене. Система предназначена для защиты от селей и завалов сплавного леса. Расчетный объем задержания приблизительно 12 000 м3.

Параметры противоселевого барьера:

  • высота барьера – 6,5 м
  • Площадь: 110,5 м2

Несмотря на то что сели по-прежнему остаются чрезвычайно грозным явлением природы, у человечества накопился серьезный опыт борьбы с ними и защиты населенных районов. Многообразие приемов ослабления селевых потоков, отведения их в безопасное русло, постоянное совершенствование технологий и использование новых материалов позволяет надеяться, что урон от этого стихийного бедствия будет уменьшаться с каждым годом.

ОСТАВЬТЕ КОММЕНТАРИЙ

Please enter your comment!
Please enter your name here