Селевой поток

редактировать
Геологическое явление, при котором водные массы почвы и фрагменты горных пород устремляются вниз по горным склонам Селевой канал с отложениями, оставшимися после штормов 2010 года в Ладакхе на северо-западе Индийских Гималаев. Борта канала образуют грубые валунные дамбы. На дне канала лежат плохо отсортированные камни. Файл: Селевой поток - 22 июля 2013 г. - Crue torrentielle a Saint Julien Montdenis.webm Воспроизвести Селевой поток в Сен-Жюльен-Мон-Дени, Франция, июль 2013 г. Шрамы, образованные Селевой поток в Вентуре, Большой Лос-Анджелес, зимой 1983 года. Фотография была сделана в течение нескольких месяцев после появления селей.

Селевые потоки представляют собой геологические явления, при которых водоносные массы почвы и осколки скалы устремляются вниз по склонам гор, стекают в каналы ручьев, увлекают объекты на своем пути и образуют толстые грязевые отложения на дне долин. Обычно они имеют объемную плотность, сопоставимую с каменными лавинами и другими типами оползней (примерно 2000 кг на кубический метр), но из-за широко распространенных отложений разжижение, вызванное высоким давлением поровой жидкости, они могут течь почти так же текучко, 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 (то есть 1 кубический километр). Из-за высокой концентрации наносов и их подвижности селевые потоки могут быть очень разрушительными.

Известные стихийные бедствия двадцатого века, связанные с селевыми потоками, привели к гибели более 20 000 человек в Армеро, Колумбии в 1985 г. и десятки тысяч человек в штате Варгас, Венесуэла в 1999 году.

Содержание

  • 1 Особенности и поведение
  • 2 Типы
    • 2.1 Лахар
    • 2.2 Йокульхлауп
  • 3 Теории и модели селевых потоков
    • 3.1 Двухфазный
  • 4 Предотвращение повреждений
  • 5 В популярной культуре
  • 6 См. Также
  • 7 Ссылки
    • 7.1 Примечания
    • 7.2 Дополнительная литература
  • 8 Внешние ссылки

Характеристики и поведение

Селевые потоки имеют объемные осадки концентрации, превышающие примерно от 40 до 50%, а остальная часть объема потока состоит из воды. По определению, «обломки» включают зерна отложений различной формы и размеров, обычно от микроскопических частиц глины до больших валунов. В сообщениях средств массовой информации часто используется термин селевой поток для описания селевых потоков, но настоящие селевые потоки состоят в основном из зерен размером меньше песка. На земной поверхности сели встречаются гораздо реже, чем селевые потоки. Однако подводные сели преобладают на подводных окраинах континентов, где они могут вызывать мутные течения. Селевые потоки в лесных районах могут содержать большое количество древесного мусора, например бревен и пней. Водные паводки, богатые наносами, с концентрацией твердых веществ в диапазоне от 10 до 40% ведут себя несколько иначе, чем селевые потоки, и известны как сверхконцентрированные наводнения. Нормальные водотоки содержат еще более низкие концентрации наносов.

Селевые потоки могут быть вызваны интенсивными дождями или таянием снега, наводнениями, вызванными прорывом плотин или прорывом ледников, или оползнями, которые могут быть связаны или не быть связаны с сильными дождями или землетрясениями. Во всех случаях главные условия, необходимые для возникновения селевого потока, включают наличие склонов крутизной более 25 градусов, наличие обильных рыхлых отложений, почвы или выветренной породы, а также достаточное количество воды для переноса этого рыхлого материала на поверхность. состояние 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 привлекают 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 «гора» цунами.

Древние селевые отложения в Рестинг-Спрингс Пасс, Калифорния

Селевые потоки ускоряются вниз под действием силы тяжести и имеют тенденцию следовать по крутым горным каналам, выходящим на аллювиальные конусы или поймы. Передняя часть, или «голова» нагона селевого потока, 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 низким коэффициентом трения, в основном сжиженное, 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 перемещаться сериями импульсов или дискретных всплесков, при этом каждый импульс или всплеск имеет отличительную головку, тело и хвост.

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

Селевые отложения легко распознаются в поле. Они составляют значительную часть многих конусов выноса 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 богатых валунами боковых дамб. Эти естественные дамбы образуются, когда относительно подвижные, жидкие, мелкозернистые обломки в теле обломков отводятся в сторону от крупных обломков с высоким коэффициентом трения, которые собираются в головках селей в результате сегрегации по размеру зерен (знакомое явление в гранулярная механика ). Боковые дамбы могут ограничивать пути последующих селей, а наличие более старых дамб дает некоторое представление о масштабах предыдущих селевых потоков в конкретной области. Посредством датировки 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, обнаженные только в обнажениях, труднее распознать, но обычно для них характерно наложение зерен с сильно различающимися формами и размерами. Такая плохая сортировка зерен осадка отличает сельные отложения от большинства отложений, отложенных водой.

Типы

Другим геологическим потокам, которые можно описать как селевые потоки, обычно дают более конкретные названия. К ним относятся:

Lahar

A lahar - это селевой поток, каким-то образом связанный с вулканической активностью, либо непосредственно в результате извержения, либо косвенно в результате обрушения рыхлый материал на склонах вулкана. Ряд явлений может вызвать лахар, включая таяние ледникового льда, интенсивные осадки рыхлого пирокластического материала 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 вулканогенных селей. Почти все крупнейшие и самые разрушительные селевые потоки на Земле - это лахары, которые берут начало на вулканах. Примером может служить лахар, затопивший город Армеро, Колумбия.

Йёкулхлауп

A Йёкулхлауп - это ледниковый прорыв. Йокульхлауп - это 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, перекрытых льдом или мореной. Такие события прорыва часто вызваны внезапным отколом ледникового льда в озеро, что затем вызывает волну смещения, прорывающую морену или ледяную плотину. Ниже 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 селевых потоков, кинематики и динамики использовалось множество различных подходов. Некоторые из них перечислены здесь.

  • Реологические модели, применяемые к грязевым потокам, рассматривают селевые потоки как однофазные однородные материалы (примеры включают: Бингхэм, вязкопласт, жидкость типа Бэгнольда дилатант, тиксотропный и т. Д.)
  • волна прорыва плотины, например Хант, Шансон и др.
  • Роликовая волна, например, Такахаши, Дэвис
  • Прогрессивная волна
  • Тип перемещающейся каменной дамбы

Двухфазная

теория смеси, первоначально предложенная Айверсоном, а затем принятая и модифицированная другими, рассматривает потоки селей как двухфазные смеси твердое тело-жидкость.

В реальных двухфазных (обломочных) массовых потоках существует сильная связь между твердым телом и жидкостью передачей импульса, где нормальное напряжение твердого тела уменьшается на плавучесть, что, в свою очередь, снижает сопротивление трения , увеличивает градиент давления и уменьшает перетащите на твердотельный компонент. Плавучесть является важным аспектом двухфазного обломочного потока, поскольку она увеличивает подвижность потока (увеличенные расстояния перемещения) за счет снижения сопротивления трения в смеси смеси. Плавучесть присутствует, пока в смеси есть жидкость. Он снижает нормальное напряжение твердого тела, боковые нормальные напряжения твердого тела и базовое напряжение сдвига (таким образом, сопротивление трения) на коэффициент (1 - γ {\ displaystyle 1- \ gamma}1- \ gamma ), где γ {\ displaystyle \ gamma}\ gamma - это отношение плотностей между жидкой и твердой фазами. Эффект существенен, когда коэффициент плотности (γ {\ displaystyle \ gamma}\ gamma ) велик (например, в естественном потоке мусора).

Если поток имеет нейтральную плавучесть, т.е. γ = 1 {\ displaystyle \ gamma = 1}\ gamma = 1 (см., Например, Bagnold, 1954), масса обломков псевдоожижается. и перемещается на большие расстояния. Это может происходить в условиях сильно вязких природных селевых потоков. Для потоков с нейтральной плавучестью кулоновское трение исчезает, боковой градиент твердого давления исчезает, коэффициент сопротивления равен нулю, и эффект базового наклона на твердую фазу также исчезает. В этом предельном случае единственная остающаяся сила твердого тела 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 γ = 0 {\ displaystyle \ gamma = 0}\ gamma = 0 , 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 селевого потока 1921 года. С тех пор был построен ряд объектов, в том числе Плотина Медеу. предотвращать попадание таких потоков в город.

Предотвращение ущерба

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, потому что они дороги в строительстве и требуют ежегодного обслуживания. Кроме того, водосборные бассейны могут удерживать селевые потоки только из части ручьев, дренирующих гористую местность.

Перед штормом, который потенциально может вызвать зарождение 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 горных сообществ.

В популярной культуре

В 1989 году в рамках его крупномасштабного произведения Дэвида Гордона Соединенные Штаты, а затем, в 1999 году, как часть «Автобиографии лжеца», хореограф Дэвид Гордон объединил музыку Гарри Партча и слова Джона Макфи из The Control of Nature, прочитанная Нормой Файер, в танце под названием «Поток селей», «мучительном записанном на пленку повествовании о семейном испытании во время массивного оползня в Лос-Анджелесе...»

См. Также

Ссылки

Примечания

Дополнительная литература

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-17 10:35:53
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте