Селевой поток - Debris flow

Селевой канал с отложениями, оставшимися после штормов 2010 года в Ладакхе , северо-западные индийские Гималаи. Борта канала образуют грубые валунные дамбы. На дне канала лежат плохо отсортированные породы.
Селевой поток в Сен-Жюльен-Мон-Дени , Франция , июль 2013 г.
Шрамы, образовавшиеся в результате селевого потока в Вентуре, большой Лос-Анджелес, зимой 1983 года. Фотография была сделана в течение нескольких месяцев после того, как произошел селевой поток.

Селевые потоки - это геологическое явление, при котором насыщенные водой массы почвы и фрагментов горных пород устремляются вниз по склонам гор, впадают в русла ручьев , увлекают объекты на своем пути и образуют толстые илистые отложения на дне долин. Обычно они имеют объемную плотность, сравнимую с плотностью каменных лавин и других типов оползней (примерно 2000 кг на кубический метр), но из-за широко распространенного разжижения отложений, вызванного высоким давлением поровой жидкости , они могут течь почти так же плавно, как вода. Селевые потоки, спускающиеся по крутым каналам, обычно достигают скорости, превышающей 10 м / с (36 км / ч), хотя некоторые крупные потоки могут достигать гораздо большей скорости. Селевые потоки объемом до 100 000 кубических метров часто возникают в горных регионах по всему миру. Объемы крупнейших доисторических потоков превышали 1 миллиард кубических метров (т. Е. 1 кубический километр). Из-за высокой концентрации наносов и их подвижности селевые потоки могут быть очень разрушительными.

В результате известных селевых катастроф ХХ века погибло более 20 000 человек в Армеро , Колумбия, в 1985 году и десятки тысяч человек в штате Варгас , Венесуэла, в 1999 году.

Особенности и поведение

Селевые потоки имеют объемную концентрацию наносов, превышающую примерно 40-50%, а остальная часть объема потока состоит из воды. По определению, «мусор» включает зерна отложений различной формы и размера, обычно от микроскопических частиц глины до огромных валунов . В сообщениях СМИ часто используется термин « селевой поток» для описания селевых потоков, но настоящие селевые потоки состоят в основном из зерен меньшего размера, чем песок . На земной поверхности сели встречаются гораздо реже, чем селевые потоки. Однако подводные сели преобладают на окраинах подводных континентов , где они могут вызывать мутные течения . Селевые потоки в лесных регионах могут содержать большое количество древесного мусора, такого как бревна и пни. Водные паводки, богатые наносами, с концентрацией твердых веществ в диапазоне от 10 до 40% ведут себя несколько иначе, чем селевые потоки, и известны как гиперконцентрированные наводнения. Нормальные водотоки содержат еще более низкие концентрации наносов.

Селевые потоки могут быть вызваны интенсивными дождями или таянием снегов, прорывом плотин или наводнениями, вызванными прорывом ледников, или оползнями, которые могут быть связаны или не быть связаны с сильными дождями или землетрясениями. Во всех случаях главные условия, необходимые для инициирования селевого потока, включают наличие склонов крутизной более 25 градусов , наличие обильных рыхлых отложений, почвы или выветрившейся породы, а также достаточное количество воды для доведения этого рыхлого материала до состояния почти полного насыщения. (с заполнением всего порового пространства). Как показывает опыт южной Калифорнии, селевые потоки могут быть более частыми после лесных и кустарниковых пожаров. Они представляют значительную опасность во многих крутых горных районах и привлекли особое внимание в Японии, Китае, Тайване, США, Канаде, Новой Зеландии, на Филиппинах, в Европейских Альпах, России и Казахстане. В Японии большой селевой поток или оползень называется ямацунами (山 津 波), буквально горное цунами .

Отложения древних селевых потоков на перевале Рестинг-Спрингс, Калифорния

Селевые потоки ускоряются под действием силы тяжести и имеют тенденцию следовать по крутым горным каналам, которые выходят на аллювиальные конусы или поймы рек . Передняя часть, или «голова» селей, часто содержит большое количество грубого материала, такого как валуны и бревна, которые придают большое трение . За головкой потока с высоким коэффициентом трения следует тело потока с меньшим трением, в основном сжиженное тело, которое содержит более высокий процент песка , ила и глины. Эти мелкие отложения помогают удерживать высокое давление поровой жидкости, что увеличивает подвижность селей. В некоторых случаях за телом потока следует более водянистый хвост, который переходит в сверхконцентрированный поток. Селевые потоки имеют тенденцию двигаться сериями импульсов или дискретных скачков, при этом каждый импульс или волна имеет отличительную головку, тело и хвост.

Сел в Ладакхе, вызванный штормом в 2010 году. Плохая сортировка и дамбы. На заднем плане виден крутой водосбор источника.

Селевые отложения легко распознаются в поле. Они составляют значительную часть многих конусов выноса наносов и конусов обломков на крутых склонах гор. Полностью обнаженные отложения обычно имеют лопастную форму с обильными валунами мордами, а боковые границы отложений и троп селей обычно отмечены наличием обильных валунов боковых дамб . Эти естественные дамбы образуются, когда относительно подвижные, жидкие, мелкозернистые обломки в теле обломков отталкиваются от крупных обломков с высоким коэффициентом трения, которые накапливаются в головках отводов мусора в результате сегрегации по размеру зерен (знакомое явление в механике гранулирования. ). Боковые дамбы могут ограничивать пути последующих селей, а наличие более старых дамб дает некоторое представление о масштабах предыдущих селевых потоков в конкретной области. Путем датирования деревьев, растущих на таких отложениях, можно приблизительно оценить частоту разрушительных селевых потоков. Это важная информация для освоения земель в районах, где часто встречаются селевые потоки. Древние селевые отложения, которые обнажаются только в обнажениях , труднее распознать, но обычно для них характерно наложение зерен с сильно различающимися формами и размерами. Эта плохая сортировка зерен наносов отличает селевые отложения от большинства отложений, отложенных водой.

Типы

Другим геологическим потокам, которые можно охарактеризовать как селевые потоки, обычно дают более конкретные названия. Это включает:

Лахар

Основная статья: лахар

А лахар - это селевой поток, каким-то образом связанный с вулканической активностью либо непосредственно в результате извержения, либо косвенно в результате обрушения рыхлого материала на склонах вулкана. Разнообразные явления могут вызвать лахар, включая таяние ледникового льда, интенсивные дожди на рыхлых пирокластических материалах или прорыв озера, которое ранее было перекрыто пирокластическими или ледниковыми отложениями. Слово лахар имеет индонезийское происхождение, но в настоящее время оно обычно используется геологами во всем мире для описания потоков вулканогенного мусора. Почти все крупнейшие и самые разрушительные селевые потоки на Земле - это лахары, которые берут начало на вулканах. Примером может служить лахар, затопивший город Армеро в Колумбии.

Jökulhlaup

Основная статья: Йёкулхлауп

Йоукюльхлёйп является ледяной вспышкой наводнения. Йокульхлауп - исландское слово, и в Исландии многие ледниковые прорывы вызваны извержениями подледниковых вулканов. (Исландия расположена на вершине Срединно-Атлантического хребта, который образован цепью в основном подводных вулканов). В других местах более частой причиной йёкулхлаупов является прорыв озер, заваленных льдом или мореной . Такие события прорыва часто вызваны внезапным отколом ледникового льда в озеро, которое затем вызывает волну смещения, прорывающую морену или ледяную плотину. Внизу от точки разлома йокульхлауп может значительно увеличиться в размере за счет уноса рыхлых наносов из долины, по которой он движется. Обильный унос может привести к тому, что наводнение превратится в селевой поток. Расстояния проезда могут превышать 100 км.

Теории и модели селевых потоков

Для моделирования свойств, кинематики и динамики селей использовалось множество различных подходов . Некоторые из них перечислены здесь.

  • Реологический на основе модели , которые применяются к грязи потоков лакомства мусор течет в однофазных однородных материалах (Примеры включают в себя: Бингам , вязкопластическая , Bagnold типа дилатантной жидкость , тиксотропный , и т.д.)
  • Волна прорыва плотины, например, Hunt, Chanson et al.
  • Катящаяся волна, например, Такахаши, Дэвис
  • Прогрессивная волна
  • Тип переводящей каменной дамбы

Двухфазный

Теория смешения , первоначально предложенная Айверсоном, а затем принятая и измененная другими, рассматривает потоки селей как двухфазные смеси твердого вещества и жидкости.

В реальных двухфазных (обломочных) массовых потоках существует сильная связь между твердым телом и передачей импульса жидкости , когда нормальное напряжение твердого тела уменьшается за счет плавучести , что, в свою очередь, уменьшает сопротивление трения , увеличивает градиент давления и снижает перетащите твердый компонент. Плавучесть является важным аспектом двухфазного обломочного потока, поскольку она увеличивает подвижность потока (увеличенные расстояния перемещения) за счет снижения сопротивления трения в смеси . Плавучесть присутствует, пока в смеси есть жидкость. Это уменьшает твердое нормальное напряжение, твердые боковые нормальные напряжения, а также базальное напряжение сдвига (таким образом, сопротивление трения) на коэффициенте ( ), где плотность соотношение между жидкостью и твердыми фазами. Эффект существенный, когда отношение плотностей ( ) велико (например, в естественном селевом потоке).

Если поток имеет нейтральную плавучесть, то есть (см., Например, Bagnold, 1954), масса обломков псевдоожижается и перемещается на большие расстояния. Это может происходить в условиях высоковязких природных селевых потоков. Для нейтрально плавучих течений кулоновское трение исчезает, боковой градиент твердого давления исчезает, коэффициент сопротивления равен нулю, а также исчезает влияние базального наклона на твердую фазу. В этом предельном случае единственная остающаяся твёрдая сила возникает из-за силы тяжести и, следовательно, силы, связанной с плавучестью. В этих условиях гидродинамической поддержки частиц жидкостью масса обломков полностью псевдоожижена (или смазана ) и перемещается очень экономично, обеспечивая большие расстояния перемещения. По сравнению с плавучим потоком нейтрально плавучий поток ведет себя совершенно иначе. В последнем случае твердая и жидкая фазы движутся вместе, основная масса обломков псевдоожижается, передняя часть перемещается значительно дальше, хвост отстает, и общая высота потока также уменьшается. Когда поток не испытывает никакого эффекта плавучести. Тогда эффективное напряжение сдвига при трении для твердой фазы - это напряжение чистого гранулированного потока. В этом случае сила из-за градиента давления изменяется, сопротивление велико, и влияние виртуальной массы исчезает в импульсе твердого тела. Все это приводит к замедлению движения .

Алматы , Казахстан, после катастрофического селя в 1921 году. С тех пор был построен ряд сооружений, в том числе плотина Медеу , чтобы предотвратить попадание подобных потоков в город.

Предотвращение повреждений

Чтобы предотвратить попадание селей на имущество и людей, можно построить бассейн для мусора. Бассейны для мусора предназначены для защиты почвы и водных ресурсов или предотвращения повреждений в нижнем течении. Такие конструкции считаются крайней мерой, поскольку они дороги в строительстве и требуют ежегодного обслуживания. Кроме того, водосборные бассейны могут удерживать селевые потоки только из части ручьев, дренирующих гористую местность.

Перед ураганом, который потенциально может вызвать образование селевых потоков, системы прогнозирования часто могут количественно оценить вероятность того, что селевой поток может произойти в водоразделе; тем не менее, по-прежнему сложно предсказать количество мобилизованных наносов и, следовательно, общий размер селевых потоков, которые могут образоваться при данном шторме, а также будут ли бассейны для мусора способными защитить сообщества, расположенные ниже по течению. Эти проблемы делают селевые потоки особенно опасными для жителей горных районов.

В популярной культуре

В 1989 году в рамках своей масштабной пьесы Дэвида Гордона «Соединенные Штаты Америки» , а затем, в 1999 году, в рамках « Автобиографии лжеца» хореограф Дэвид Гордон объединил музыку Гарри Партча и слова Джона Макфи из «Контроль над ситуацией». Природа , прочитанная Нормой Файер, в танце под названием «Поток мусора», «мучительном записанном на пленку повествовании о семейном испытании во время огромного оползня в Лос-Анджелесе ...»

Смотрите также

Рекомендации

Заметки

дальнейшее чтение

Внешние ссылки