ФОТО Автора; ПОЛу-СЕЛевый поток в долине реки Чаткал выше устья Акбулака
5 мая 1963 в дождь
На формирование ландшафта, особенно русел и пойм рек и снабжение их твердыми материалами с широчайшим диапазоном крупности фракций (от долей микрона до нескольких метров в поперечнике и массой в сотни тонн) существенное влияние оказывают селевые явления. Сель - это горный поток, состоящий из воды и рыхлообломочных пород. От обычных водотоков сели отличаются кратковременностью действия, внезапностью возникновения, очень большой разрушительной мощностью потока, большим количеством перемещаемых продуктов разрушения горных пород и значительным содержанием в них очень мелких фракций (до 1 мкм и мельче). Если в обычных постоянных и временных горных водотоках содержание твердых материалов обычно не превышает 1% объема потока, то в селевых оно составляет от 10-15% до 60-70%, что обусловливает огромную разрушительную силу селей, динамические параметры которых (вследствие больших расходов, скорости движения и плотности селевой массы) значительно выше, чем у самых мощных неселевых потоков [38]. Это определяет качественно отличную от обычных горных потоков структуру селевых потоков и механизм их действия.
Селевые явления представляют характерную особенность режима многих горных рек, временных водотоков и сухих русел. Большинство селей формируется при прохождении ливневых дождей, при совпадении ливня и бурного таяния снега, при длительных обложных дождях. Во всех случаях для образования селя необходимо достаточное количество рыхлообломочного материала, залегающего на склоне или в тальвеге при значительных уклонах (то есть в состоянии неустойчивого равновесия) и приходящего в движение при взаимодействии с водой. Перемещение продуктов выветривания и денудации со склонов в тальвеги может проходить в виде оползней, оплывин, осовов, обвалов, осыпания, солифлюкции, плоскостного смыва и т.д. В селевом русле, где формируется и проходит селевый поток, выделяют три основные зоны: формирования, транспорта и отложения (аккумуляции). Зона формирования (зарождения) - это место скопления рыхлообломочного материала на уклонах не менее 200 %о, как правило, в своеобразных формах рельефа (селевых очагах). сочетающих необходимые условия для накопления и обводнения рыхлого материала. После насыщения водой мелкозема-заполнителя рыхлообломочных пород они теряют устойчивость и приходят в движение. Таким образом, для вознкновения селя необходимы начальный импульс и эффект мультипликативности, то есть, возрастание перемещаемой массы во много раз по сравнению с начальным моментом [Черноморец С.С. Селевые очаги до и после катастрофы. -М.: Научный мир, 2005. -184с.].
Зона транзита - это участок водосбора, где движется уже сформированный поток без существенных изменений в составе и режиме, увеличивая свою массу за счет притоков и размывания берегов и русла. При этом часть грязекаменного материала отлагается, участки отложения чередуются с участками захвата ранее отложившейся массы. Содержание твердой фазы возрастает до тех пор, пока поток не перегрузится настолько, что потеряет скорость и начнет освобождаться от наносов. Так поток движется, пока не наступит вторичная перегрузка. Отложение твердой фазы происходит и на поворотах (у выпуклого берега, в виде сплошных полей, окаймленных валом со стороны берега), и на прямых участках (образуя отдельные валы, вытянутые вдоль по течению). Зоной транзита обычно бывают участки русла с уклоном 200-20%. Зона отложения (аккумуляции селя) обычно бывает при выходе реки из гор или в расширение (межгорную котловину с малыми уклонами) долины, где сели образуют мощные конусы выноса, которые часто сливаются друг с другом, создавая предгорный шлейф. Грязе-каменная масса обычно отлагается при уклоне менее 20%о, но иногда и при уклоне 100-150% [40]. В селевом бассейне может отсутствовать зона транзита, если селевый очаг заканчивается конусом выноса или впадает в крупный водоток (при этом может отсутствовать и зона отложения). Зоны зарождения, транзита и аккумуляции являются частями не всего селевого бассейна, а только русла и опирающихся на него бортов прилегающих склонов; количественный параметр разграничения зон - литодинамический критерий - величина бюджета наносов в створе русла [Черноморец С.С. Селевые очаги до и после катастрофы. -М.: Научный мир, 2005. -184с.].
Распространенность селей, их характеристики, частота и интенсивность зависят от гидролого-климатических и геолого-морфологических условий водосборов рек. Селевые потоки в переносят материал, подготовленный процессами выветривания, и материал, ранее переотлагавшийся делювиальными, пролювиальными, аллювиальными и оползневыми процессами, и только в сравнительно небольших масштабах они непосредственно захватывают породы, слагающие склоны. Литологический состав пород, слагающих склоны, определяет не только количество, состав и мобильность продуктов выветривания, но в значительной степени и форму склонов. Сопоставление карт литологического состава и типов селевых паводков свидетельствует о тесной зависимости типов селевых паводков от литологии пород. Установлено, что механизм формирования антропогенных селей не отличается от селей, обусловленных природными процессами [41]. По условиям формирования селей выделяют две группы водотоков.
1) Сель возникает вследствие сдвига переувлажненного грунта. Отличительная черта этой группы - отсутствие постоянного водотока или очень малые расходы воды, что создает благоприятные условия для постепенного накопления рыхлообломочного материала в тальвегах в виде аллювиально-делювиальных или гравитационных отложений. Такой очаг называют рытвиной [29], глубина рытвины до 10м, уклон русла обычно более 400%, сдвиг потерявшего устойчивость переувлажненного массива происходит по относительному водоупору, которым служат коренные породы или мерзлота.
2) Формирование селя связано с непосредственным взаимодействием водного паводка с рыхлообломочным материалом, приводящим к интенсивной русловой эрозии и размыву мощных толщ рыхлообломочных отложений, в которых сформировано русло. Такой селевый очаг называют селевым врезом. Сели этой группы наиболее мощны, глубина вреза - до 100-150м, очаги приурочены к уступам морен с уклоном до 200% и более.
В периоды между прохождением селей (а они бывают и короткие, и длинные - до десятков и сотен лет) речные потоки преобразуют селевые отложения, формируя в них русла рек. При этом русловые процессы по-разному протекают в зонах формирования, транзита и аккумуляции, в зависимости от уклона и состава отложений. При этом преобразующая деятельность водных потоков изменяет тот фон, на котором впоследствии будут происходить новые селевые явления.
Отличительными признаками (следами) прохождения селей являются:
1) валы из рыхлообломочного материала, окаймляющие русло;
2) наличие в отложениях глинисто-пылеватых фракций мельче 0,05 мм;
3) плохая отсортированность отложений или ее отсутствие.
На селевых реках влияние селей на русловые процессы проявляется, прежде всего, через изменение гранулометрического состава береговых и русловых отложений, через морфометрию русла, через резкое увеличение расхода и мутности воды. Селевые отложения характерны заметным содержанием глинистых пылеватых фракций, тогда как в русловых отложениях их практически нет. Соотношение селевых и русловых процессов во многом зависит от типа процесса формирования селевого потока и различно в реках первой и второй групп [40]. 1) В селевых реках первой группы сдвиг грунта при зарождении селя приводит к мгновенному вскрытию водоносных горизонтов на значительную глубину, что вызывает формирование мощного и резкого паводка, вырабатывающего себе русло в селевых отложениях до нескольких м глубиной, что превращает временные водотоки в постоянные, увеличивает длину водотоков первого порядка и вызывает формирование послеселевого паводка. Сели в таком случае представляют собой существенный руслоформирующий фактор. Максимальный расход послеселевого паводка намного превышает максимальные расходы обычных водных паводков, поэтому процесс руслоформирования заканчивается с окончанием послеселевого паводка (мощности обычного водного потока в межселевый период недостаточно для выноса обломочного материала, поступающего в русло, и русловой процесс подавляется склоновыми процессами). Таким образом, на реках первой группы руслоформирующие расходы отсутствуют (кроме послеселевых паводков) и русло разрабатывается селем и проходящим вслед за ним послеселевым паводком (что наблюдается в среднем один раз за 20-40 лет).
2) Селевые реки второй группы имеют развитую гидрографическую сеть и большую (по сравнению с реками первой группы) площадь водосбора (1,8-48 км2), что способствует формированию мощных паводков. Их максимальный расход часто превышает максимальные расходы послеселевых паводков, поэтому процесс руслоформирования продолжается и в межселевый период, обеспеченность руслоформирующих расходов составляет 10-15 % и часто возрастает с увеличением площади водосбора. Процесс руслоформирования наиболее интенсивен в начале межселевого периода, а затем постепенно затухает. После прохождения селя прежнее русло исчезает, погребенное под слоем грязекаменного материала. Большую роль в формировании нового русла играет послеселевый паводок, который может разработать новое русло очень быстро (иногда за несколько часов), чему способствует отсутствие отмостки, и поток непосредственно взаимодействует с несортированным материалом, обогащаясь глинисто-пылевыми и песчано-гравийными частицами. Облик первичного русла, создаваемого послеселевым паводком, во многом определяется волновым характером движения селя и образованием валов при остановке селя, создающих запруды в русле. При этом грязевые частицы в основном уносятся паводком, а крупные валуны и глыбы создают гряду. Гранулометрический состав по длине таких гряд изменяется согласно распределению фракций в грязе-каменном валу. В передней (лобовой) части селевого вала перемещаются наиболее крупные обломки (до нескольких метров в поперечнике), а вверх по течению крупность постепенно уменьшается. Низовой откос и гребень гряды также состоят из нагромождения самых крупных глыб и валунов; верхний откос сложен мелкими фракциями. В результате первичное послеселевое русло имеет ступенчатый продольный профиль, в котором каждый перегиб соответствует остановившемуся селевому валу. Берега русла представляют собой террасы, сложенные из несортированного грубообломочного материала с мелкозернистым заполнителем. Порожисто-водопадноме дно первичного русла выстлано хаотично нагроможденным валунно-галечным материалом. В межселевый период такое русло перерабатывается водным потоком реки, который вымывает мелкие фракции из береговых валов и террас, сортируя галечно-валунный материал по длине и ширине русла. В результате глубины русла становятся равномерными, селевое русло постепенно приобретает вид послеселевого русла, для которого характерна последовательная смена типов русла вниз по течению (в соответствии с уменьшением уклонов) от порожисто-водопадного к руслу с НАФ, а затем к руслу с РАФ и далее к полугорному, утрачивая черты селевого русла и приближаясь по морфологии и режиму к неселевым горным рекам.
Катастрофические селевые потоки приводят к быстрому и радикальному изменению рельефа и морфологического строения днищ горных долин, нарушают относительное равновесие склоновых экзогенных процессов [Черноморец С.С. Селевые очаги до и после катастрофы. -М.: Научный мир, 2005. -184с.].
Западный Тянь-Шань даже в селеопасной Средней Азии выделяется высокой селевой опасностью. Например, по данным [31] на Чаткальском хребте отмечены 265 селевых потоков, в то время как в других селеопасных районах их отмечено почти на два порядка меньше (Юго-Западный Таджикистан - 6; Кунгей-Алатау - 3; Терскей-Алатау - 9; Киргизский Алатау - 6). Это обусловлено следующими факторами: 1) новейшими горообразовательными тектоническими движениями, определившими резко контрастный рельеф горных хребтов и межгорных впадин; 2) составом горных пород и высокой степенью их подготовленности к выветриванию, размыву и смыву; 3) климатическими условиями (чередование длительных периодов жаркой сухой погоды с периодами высокоинтенсивных осадков); 4) широкомасштабной нерациональной деятельностью человека.
Здесь широко распространены участки сильно смываемых почв и выходов совершенно обнаженных коренных пород. Пышная растительность (в том числе лесная), когда-то покрывавшая большую часть склонов гор и надежно защищавшая их от эрозии, на значительных территориях уничтожена и деградирована [15]. Вырубка лесов (которые в здешних условиях трудно и медленно восстанавливаются), частые степные и лесные пожары, интенсивный выпас скота, ежегодная распашка крутых склонов и посев однолетних культур со слабой корневой системой резко ослабили защитную роль почвенно-растительного покрова. Особенно усиливает смыв (почти на порядок по сравнению с покрытыми растительностью площадками) пахота и рыхление почвы.
Непосредственные факторы-реализаторы возникновения селей распределяются так (в % к общему их числу в Чаткальском хребте - 265): дождь - 61,5; ливень - 20,8; ливень с градом - 8,7; разлив рек - 3; таяние снега - 2,6; дождь и таяние снега - 1,9; дождь с градом -1,5. По данным САНИИрИ и УзУГКС [23] из 1219 селей, для которых установлена причина возникновения, только 3% селей возникли в результате выпадения дождя на тающий снег, а у 97% причиной явились дожди.
Четко прослеживается зональность в распределении типов селей по составу. В высокогорных зонах преимущественного распространения магматических пород интрузивной и эффузивной формаций чаще всего образуются сели водо-каменного состава, реже - грязекаменные. В районах мощного делювия и развития пород метаморфической, флишоидной и терригенно-карбонатной формаций чаще грязекаменные сели. Песчано-глинистые комплексы пород флишевой формации, породы лессовых комплексов нередко дают начало грязевым селям. Активно формируются сели в полосе предгорий (адыров) и невысоких (до 1500-2000м) гор, сложенных преимущественно неоген-четвертичными породами. Здесь преобладает особый тип мелкосопочного холмисто-увалистого рельефа с сетью сухих саев и мелких постоянных водотоков, с наличием крутых, сильно обнаженных эродированных склонов. Исключительно селеактивным районом является обрамление Ферганской долины. Сотни селевых бассейнов охватывают здесь большие пространства, где в той или иной степени селеопасным следует считать почти каждый водоток, спускающийся в Ферганскую долину. Это обусловлено сильным расчленением гор, наличием легко размываемых пород в средне- и низкогорной зонах, разреженной полупустынной и степной растительностью, неравномерным выпадением осадков, нередко ливневых, с большими (около 150мм) суточными максимумами. Основная зона формирования селей - полоса адыров на высотах от 600-700м до 1500-2000м, сложенная преимущественно рыхлыми породами песчано-глинистого состава. Здесь сели наиболее часто возникают из-за быстрого поверхностного стока ливневых вод, значительно реже - за счет быстрого таяния снега. Юго-восточные склоны Кураминского хребта, обращенные в Ферганскую долину, отнесены к районам повышенной селеопасности в пределах адырной зоны и значительной опасности - в среднегорной зоне. Чаткало-Кураминский район и горное обрамление Ташкентского оазиса, почти кольцами охватывающие Ангренскую и Чирчикскую долины, отнесены к значительно селеопасным и лишь небольшая крайняя западная его часть - к среднеопасной. Рельеф этих районов, сформированный многократными тектоническими движениями, отличается расчлененностью, крутизной склонов до 35-45о, многочисленными разломами и зонами дробления. Сели формируются от высокогорья до предгорных участков с интенсивным проявлением оползневых процессов. Очаги грязевых и грязекаменных селей приурочены преимущественно к зонам повышенной трещиноватости пород, вызванной тектоническими нарушениями. Особенно четко это прослеживается на правобережье Чирчика, в долинах Паркентсая, Аксакатасая и право- и левобережных притоков Ахангарана - по саям Шаваз, Акча, Нишбаш, Гульдурама, Шаугаз, Ургаз и др., чьи верховья находятся вблизи водораздельных гребней Чаткальского и Кураминского хребтов и приурочены к зонам сочленения разновозрастных разломов и интенсивных процессов выветривания.
В бассейне Ахангарана зарегистрированы 46 селей на 11 водотоках, однако их случилось гораздо больше, поскольку их слившиеся конусы выноса образовали вдоль его правого берега между городами Ангрен и Ахангаран сплошную ленту шириной 2-3 км, а местами до 6 км. В бассейне Чирчика наиболее селеопасны Каранкуль-сай, Акташ-сай и Аксаката-сай; в междуречье Ахангарана и Чирчика - бассейны Паркент-сая (22 селя с 1895г. по 1974г.), Самсарека и Кызыл-сая. По данным гидрометеослужбы Узбекистана (за 25-летний период наблюдений на малых горных реках западного макросклона Чаткальского хребта: Аксаката, Паркент, Заркент, Алтынбель, Каранкуль-сай, имеющих длину от 12 км до 48 км и площадь водосбора от 32 до 500 км2) примерно половина селей возникла при дождях и ливнях и примерно столько же - при дождях с интенсивным таянием снега. В этом районе водокаменные сели случаются реже (чем грязекаменные), имеют большую скорость потока, но выносят менее крупный материал. В руслах относительно многоводных рек (Чирчик, Чаткал, Пскем, Угам, Майдантал, Ойгаинг) сели не формируются, так как в них невозможно достаточно длительное селевое состояние с содержанием твердой фазы, близким к количеству воды. Паводки на них приобретают селевый характер только при единовременных поступлениях селевых выносов из притоков и только на участках у впадения селевых русел, пока селевый вынос не разбавится большим объемом воды главного водотока и не распластается по его руслу. Но подобные явления бывают только в очень многоводные годы, например, на Угаме в апреле 1959г., когда расход воды достиг 347 м3/с при среднемноголетнем 21 м3/с. Сели формируются только на небольших горных водотоках с меженными расходами воды не более нескольких кубометров в секунду.
Селевые потоки за короткое время выполняют значительные и разнообразные деформации русла и поймы - от размыва дна и берегов до загромождения русла наносами. В зоне формирования селя происходит размыв русла на глубину до 5-10м и более (Карабау-сай - приток Пскема), сопровождающийся разрушением и оползанием склонов. При этом вдоль всей зоны встречаются отдельные скопления отложений остатков твердой фазы селевого потока. В зоне транзита наблюдаются как размыв, так и отложение наносов в виде осередков, береговых скоплений и валунных гряд вне русла реки. Селевые отложения суживают и перегораживают русло, изменяют направление течения, что способствует размыву дна и берегов. В зоне аккумуляции (у выхода из узкой долины в широкую) с ее относительно малыми уклонами селевый поток распластовывается и образует конус выноса с неровной поверхностью; площадь и мощность отложений зависят от объема и состава вынесенного материала.
Возможны следующие ситуации с воздействием селей на русла рек:
а) В случае прохождения селя по основной реке сель формирует русло (классические малые селевые водотоки с четко выделяющимися зонами зарождения, транзита и аккумуляции селя; участки рек с селевым невыработанным руслом). Характер и размеры деформаций зависят от мощности селя, его типа и местных условий (уклона, плановых форм русла, устойчивости берегов и ложа).
б) При прохождении селя по притоку: 1) сель деформирует участок русла основной реки - возникновение селевых перемычек с последующим их прорывом, загромождают русла крупнообломочным материалом [48-49]; 2) сели изменяют положение русла основной реки - оттесняют русла конусами выносов.
Влияние селей на сами селевые речки сказывается на гранулометрическом составе руслообразующих наносов и на морфологии русла. Конусы выноса сильно влияют на русловые процессы на локальных участках основной реки-селеприемника, длина которых возрастает при увеличении объема и крупности материала выноса. Для таких участков характерны некоторые общие признаки.
1) Изгиб русла с подмывом противоположного берега, так как поток селеприемной реки не способен быстро размыть и унести весь материал селевого выноса, в связи с чем поток оттесняется к противоположному берегу и начинает активно подмывать его (например, река Ахангаран у впадения Кенкол-сая, Акбулак у впадения Саргардон-сая).
2) Увеличение уклона русла и скорости течения в результате стеснения потока селевым выносом из притока.
3) Образование бурного ("кипящего") потока или даже порожисто-водопадного участка на месте селевого выноса. Поток приемной реки быстро вымывает относительно мелкие фракции из селевого выноса, а крупные (до нескольких метров в поперечнике) глыбы и валуны остаются в русле.
4) Изменение типа русла на месте значительных селевых выбросов - ниже зоны выноса русло принимает свойственный данному участку вид. Участки влияния селевых притоков есть на всех крупных реках региона. Например, на участке от 40-го км до 58-го км (от истока) значительная часть поймы реки Ахангаран завалена селевыми выносами из притоков.
Разрушительное действие селевых потоков обычно приурочено в основном к сужениям долин; область питания и в то же время и область разгрузки селевых потоков приурочены к расширениям долин. Сужения долин часто соответствуют осям антиклинальных складок (которые продолжают свое развитие). выходам более стойких пород, зонам надвигов, что усиливает на таких участках интенсивность донной эрозии и способствует образованию узких долин. Расширения долин приурочены к выходам менее стойких пород, к зонам тектонических нарушений, к участкам, отстающим в поднятии. Таким образом, на развитии селевых явлений сказывается вся история развития горной страны, основные этапы которой зафиксированы в наличии, поверхностей выравнивания, речных террас, ступенчатости склонов и др. элементах долин, задерживающих перемещение продуктов выветривания по склонам и способствующих их накоплению.
Селевые потоки могут непосредственно воздействовать на любые горные реки - от самых малых до самых крупных. Особенно большое влияние на русла рек оказывают катастрофические сели, нередко вызывая перестройку рельефа в долине и морфодинамики горного бассейна [39], [42-49]. Катастрофические селевые потоки приводят к быстрому и радикальному изменению рельефа и морфологического строения днищ горных долин, нарушают относительное равновесие склоновых экзогенных процессов [39]. Существенное влияние на формирование селей может оказывать криогенный фактор [Крыленко И.В., Петраков Д.А., Тутубалина О.В., Черноморец С.С. О влиянии криогенного фактора на формирование селей //Экстремальные криогенные явления: фундаментальные и прикладные аспекты. Материалы конфер. в г.Пущино, 2002. - с.145-146.].
КрылEнко Владимир 7 июня 2013