 |
Классификация снежных лавин
|
|
|
|
| Тип лавин | Особенности |
| Лотковая | Движение по фиксированному руслу |
| Осов (склоновая) | Отрыв и движение по всей поверхности склонов |
| Прыгающая | Свободное падение с уступов склонов |
| Пластовая | Движение но поверхности нижележащего слоя снега |
| Грунтовая | Движение по поверхности грунта |
| Сухая | Сухой снег в лавинном очаге |
| Мокрая | Мокрый снег в лавинном очаге |
а) План горного склона
б) Расчетные параметры
Рис. 1.10. Схема лавинного очага:
(Lmaх - дальность выброса лавины; В - ширина лавиносбора; b – ширина выброса; α1- средний угол наклона площади лавиносбора; α2 – средний угол наклона лотка; ΔН - превышение лавинного очага (разность максимальной и минимальной высот склона в пределах лавинного очага); L - длина лавиносбора; F - площадь лавиносбора)
Условия, способствующие образованию лавин, при различных превышениях лавинного очага приведены в табл. 1.20.
Таблица 1.20
Характеристика лавиноопасных территорий
при различных превышениях лавинного очага ΔН
| Тип территорий | ΔН, м | Условия лавинообразования | |
| среднее | максимал. | ||
| Низкогорный | Образование лавин ограничено величиной снегонакопления. Могут формироваться небольшие лавины. Большинство лавин останавливается на склонах | ||
| Среднегорный логово-лесной | Формирование лавин ежегодное. В нижней части пояса, а также на залесенных склонах образуются, как правило, малые лавины. На безлесных склонах активность лавинообразования быстро увеличивается с высотой | ||
| Среднегорный луговый | В нижней части пояса у границы леса ежегодно формируются мощные лавины. Лавины обычно достигают дна долин | ||
| Высокогорный приледниковый | Формирование лавин ежегодное, в большинстве очагов в холодный сезон возможен неоднократный их сход. Большинство лавин лотковые или склоновые, как правило, достигают дна долин | ||
| Высокогорный ледниковый | Ежегодный многократный сход лавин в большинстве очагов. Большинство лавин лотковые или склоновые. Лавины достигают дна долин |
|
|
|
Наиболее распространенные признаки лавинной опасности территорий представлены на схеме 1.6.
Схема 1.6. Признаки лавинной опасности
Таблица 1.21
Количественная характеристика лавинной опасности
территории в зависимости от ΔН, м
| Характеристика | ||||||||||
| Коэффициент лавинной активности, кs | 0,35 | 0,55 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 0,95 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
| Доля очагов лотковых лавин в общей плошали лавиноопасных склонов | 0,05 | 0,15 | 0,25 | 0,35 | 0,5 | 0,65 | 0,75 | 0,8 | 0,85 | 0,9 |
| Средняя ширина зоны выброса лотковых лавин, м | – | |||||||||
| Средняя площадь лавиносборов. Га | ||||||||||
| Количество лавинных очагов на 1 км долины | 1,5 | 1,5 | 1,5 | |||||||
| Количество лавинных очагов на 1 км2 долины |
Таблица 1.22
Основные характеристики снежных лавин
| Показатели | Диапазоны изменений |
| Масса (m), т | от единицы до 107 |
| Объем (V), м3 | от единицы до 107 |
| Скорость движения (V), м/с: мокрые сухие | 10-20 20-100 |
| Динамическое давление (ρп), мПа | до2 |
| Дальность выброса (Lmax), м | до 2000 |
| Плотность лавинного снега (ρ), т/м3: сухая мокрая | 0,2-0,4 0,3-0,8 |
| Высота фронта лавины (Нл,), м | до 10 |
| Площадь сечения лавинного потока, м2 | до 103 |
| Коэффициент лавинной активности, кs * | 0,3-1,0 |
| Коэффициент поражения дна долины, кдн ** | 0,2-1,0 |
| Объем лавинных завалов на дне долин и дорогах, м3 | до 107 |
* отношение лавиноактивной площади к суммарной.
|
|
|
** отношение поражаемой дайны дна долины ко всей длине на данном участке.
МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ, МОРСКИЕ
ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ И ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ
БУРИ И УРАГАНЫ
Ураганы, бури, штормы - метеорологические опасные явления, характеризующиеся высокими скоростями ветра. Эти явления вызываются неравномерным распределением атмосферного давления на поверхности земли и прохождением атмосферных фронтов, разделяющих воздушные массы с разными физическими свойствами. Они зарождаются вокруг мощных восходящих потоков теплого влажного воздуха (циклоны и тайфуны - над океанами), быстро вращаются против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке - в Южном, при этом смещаются вместе с окружающей воздушной массой. По пути (в благоприятных условиях подпитки влагой) они могут усиливаться.
Обычно ураганы формируются в тропических районах, затем, следуя в северные или южные широты Земли, медленно рассеиваются. Считается, что возникновение урагана связано с наличием области низкого давления, а его поддержание - с некоторым постоянным источником энергии, который представляет влажный воздух, поднимающийся над водной поверхностью. Выделяющееся при конденсации воды тепло питает ураганы энергией.
Важнейшими характеристиками ураганов, бурь и штормов, определяющими объемы возможных разрушений и потерь, являются скорость ветра, ширина зоны, охваченной ураганом, и продолжительность его действия. Скорость ветра при ураганах, бурях и штормах в районах европейской части РФ изменяется от 20 до 50 м/с, а на Дальнем Востоке достигает 60-90 м/с и более. Фактором опасности являются также интенсивные осадки.
Разрушительная способность ветра выражается условными баллами и зависит от скорости:
0 баллов -18-32 м/с, слабые разрушения;
1 балл - 33-49 м/с, умеренные разрушения;
2 балла - 50-69 м/с, значительные разрушения;
3 балла - 70-92 м/с, сильные разрушения;
4 балла - 98-116 м/с, опустошительные разрушения.
Более подробные оценки содержит шкала скорости ветра Бофорта, модифицированная для ураганов специалистами национальной службы погоды США. Эта шкала принята в 1963 г. Всемирной Метеорологической организацией. В таблице 1.23 она приводится с некоторыми сокращениями второстепенных деталей и дополнениями о разрушительном потенциале.
|
|
|
Наивысшая зарегистрированная скорость ветра в урагане более 64 м/с, а в смерче -115 м/с.
Таблица 1.23
Шкала Бофорта
| Баллы | Скорость ветра | Название ветрового режима | Признаки | |
| км/ч | м/с | |||
| 0-1,6 | 0-0,44 | Затишье | Дым идет прямо | |
| 3,2-4,8 | 0,88-1,33 | Легкий ветерок | Дым изгибается | |
| 6,4-11,3 | 1,77-3,14 | Легкий бриз | Листья шевелятся | |
| 12,9-19,3 | 3,58-5,36 | Слабый бриз | Листья двигаются | |
| 20,9-28,9 | 5,8-8,02 | Умеренный бриз | Листья и пыль летят | |
| 30,6-38,6 | 8,5-10,72 | Свежи Н бриз | Тонкие деревья качаются | |
| 40,2-49,9 | 11,16-13,86 | Слабый бриз | Качаются толстые деревья | |
| 51,5-61,1 | 14,3-16.97 | Сильный ветер | Стволы деревьев изгибаются | |
| 62,8-74,0 | 17,4-20,5 | Буря | Ломаются тонкие ветки деревьев Опасна для судов, буровых вышек и сходных сооружений | |
| 75,6-86,9 | 21-24,1 | Сильная буря | Повреждение легких построек, кровли, тpy6 | |
| 88,5-101,4 | 24,58-28,16 | Полная буря | Вырывает с корнем деревья. Значительное повреждение легких построек | |
| 103-120,7 | 28,6-33,52 | Шторм | Массовое повреждение легких построек |
Продолжение табл. 1.23
| более 120,7 | > 33,52 | Ураган | ||
| 12,1 | 122-150 | 35-42 | Ураган | Сильный ветровал. Значительное повреждение легких деревянных построек. Валятся некоторые телеграфные столбы |
| 12,2 | 150-175 | 42-49 | Ураган | Разрушение легких деревянных построек, в прочих постройках — повреждения крыш, окон, дверей. Штормовой нагон воды на 1,6-2,4 м выше нормального уровня моря |
| 12,3 | 175-210 | 49-58 | Ураган | Полное разрушение легких деревянных построек. В прочих постройках — большие повреждения. Штормовой нагон — на 1,5-3,5 м выше нормального уровня моря. Нагонное наводнение, повреждение зданий водой |
| 12,4 | 210-250 | 58-70 | Ураган | Полный ветровал деревьев. Полное разрушение легких и сильное повреждение прочных построек. Штормовой нагон — на 3,5-5,5 м выше нормального уровня моря. Сильная абразия морского берега, Сильное повреждение нижних этажей зданий водой |
| 2,5 | >250 | >70 | Ураган | Многие прочные здания разрушаются ветром, при скорости 80-100 м/с, а также каменные, при скорости 110 м/с, практически все. Штормовой нагон выше 5,5 м. Интенсивные раз рушения наводнением |
|
|
|
Для достижения высоких скоростей ветра необходимы особые естные условия, в частности для ураганов - прохождение над возвышенностями.
Энергия скорости ветра, т.е. скоростной напор q, пропорционален произведению плотности атмосферного воздуха на квадрат скорости воздушного потока q = 0,5ρv2.
Согласно строительным нормам максимальное нормативное значение ветрового давление для территории России составляет 0,85 кПа, что при плотности воздуха ρ = 1,22 кг/м3 соответствует скорости ветра:
 м/с (134 км/ч).
| (1.3) |
Для сравнения приведем расчетные значения скоростного набора, использованные при проектировании атомных станций (АС) для района Карибского бассейна: для сооружений I категории -3,44 кПа, II и III -1,75 кПа и для открытых установок - 1,15 кПа.
Частотным анализом годового числа ураганов установлена возможность его описания распределениемПуассона:
| (1.4) |
где: f(x) - функция распределения;
х - ежегодная частота;
μ - средняя ежегодная частота. Например, для всех ураганов Атлантического побережья США μ=2.
Функция распределения вероятностей образования урагана может быть положена в основу прогноза риска возможных разрушений. Непосредственная опасность надвигающегося урагана может фиксироваться слежением за его перемещением радиолокаторами, а также спутниками, что позволяет определить направление движения путем краткосрочного прогноза.
Для циклонов средних широт характерен диаметр порядка 1000 км, максимум 4000 км, существуют они до 3-4 недель, за которые проходят расстояния до 10 тыс. км, в том числе до 5-7 тыс. км над сушей со скоростью обычно 30-40 км/ч, редко до 100 км/ч.
Шквальные бури и смерчи (торнадо) - это вихри, возникающие в теплое время года, в основном на мощных атмосферных фронтах, но иногда и при особо интенсивной местной циркуляции.
Шквалы - горизонтальные вихри под краем наступающей полосы мощных кучево-дождевых облаков. Ширина шквала соответствует ширине атмосферного фронта и достигает сотен километров. Скорость движения воздуха в вихре складывается со скоростью движения фронта и местами достигает ураганной (до 60-80 м/с).
Их ширина - 2-5 км. длина пути - 20 - 700 км, длительность в каждой точке пути - 2-30 мин. Они сопровождаются мощными ливнями и грозами. Шквалы и местные шквальные бури характерны для всех территорий, охватываемых циклонической деятельностью. Их повторяемость и сезонность зависят от некоторых характеристик сталкивающихся воздушных масс и весьма различны от места к месту.
|
|
|
В средних широтах ширина зоны действия урагана может достигать нескольких тысяч километров. Продолжительность действия ураганного ветра может изменяться от 9 до 12 суток и более, а бурь и штормов - от нескольких часов до нескольких суток. Ветер при ураганах в наших широтах, в основном, направлен с запада на восток. Наиболее часто ураганы на территории Российской Федерации возникают в августе-сентябре.
Смерчи, называемые в Северной Америке «торнадо», - мощные сконцентрированные вихри с вертикальной осью вращения, порождаемые грозовыми облаками на высоте до 12-15 км.
Процесс образования смерча протекает иногда лишь за 20-30 минут и начинается с появления восходящей струи теплого влажного воздуха, порождающей особо крупное и высокое грозовое облако. Из него начинается выпадение дождя и града в кольце вокруг восходящей струи. В какой-то момент завеса дождя закручивается в спираль в форме цилиндра или конуса, касающегося земли. Цилиндр (конус) стремится расшириться вследствие центробежной силы, что создает пониженное давление в трубке. Для поддержания смерча требуются продолжение подачи влажного воздуха вверх (что облегчается пониженным давлением в трубе) и определенная плотность вращающейся стенки, состоящей из дождя и града. Начальное условие - мощное грозовое облако и обильные осадки из него - обычно достигается при комбинировании тепловой конвекции и поднятия теплого воздуха подтекающим под него клином холодного. Поэтому 90% смерчей связаны с холодными фронтами, остальные - с экстремально сильной внутримассовой конвекцией.
Среднее время существования смерча - 10-30 минут, а при наилучших условиях подпитки на пути до 1 часа - на Русской равнине, 5 часов - в Великобритании, 7,5 часов - в США. Смерчи движутся со скоростью атмосферного фронта, на котором они родились (в среднем 50-60 км/ч, редко более 150 км/ч), и проходят путь длиной до 50 км - на Русской равнине, 300 км - в Великобритании, 500 км - в США.
Средний диаметр смерча у земли - 200-400 км, на Русской равнине - до 1 км. Площадь разрушений в среднем менее 1 км", максимум до 400,км".
Очень часто ураганы сопровождаются ливнями, снегопадами, градом, возникновением пыльных и снежных бурь.
Ураган, проходя над морем или океаном, может сформировать мощные облака, которые являются источниками ливневых дождей.
Пыльные (песчаные) бури возникают в распаханных степных районах и сопровождаются переносом миллионов тонн почвы и песка на десятки и сотни километров. Пыльные бури отмечаются летом в сухое время года, иногда весной и в малоснежные зимы. На территории РФ пыльные бури могут возникать в районах южнее линии Саратов, Уфа, Оренбург и предгорьях Алтая.
Снежные бури характеризуются перемещением огромных масс снега и сравнительно небольшой полосой действия - от нескольких километров до 10-20 км. Они возникают на равнинной территории РФ и в степной части Западной и Восточной Сибири.
В результате обильного выделения осадков, сопровождающих ураганный ветер, могут возникать затопления местности и снежные заносы на большой территории. Кроме того, возможны разрушения линии электроснабжения и связи.
Разрушения зданий при ураганном ветре и перехлестывание проводов ЛЭП способствуют возникновению и быстрому распространению массовых пожаров.
16 мая 1990 года территория Иркутской области подверглась действию ураганного ветра со скоростью более 30 м/с. При этом были разрушены и сожжены 723 жилых дома, 24 общественных здания, 4 крупных лесопромышленных объекта, повреждены 24 ЛЭП, схлестнулись провода на 31 ЛЭП, сгорело 255 деревянных опор ЛЭП и связи. Уничтожены зерновые на полях площадью 165 тыс. га. Погибло 27 человек и 296 голов крупного рогатого скота. Было эвакуировано около 700 человек населения г. Ангарска. Общий ущерб составил 150 млн. рублей.
Основными признаками возникновения ураганов, бурь и смерчей являются: усиление скорости ветра и резкое падение атмосферного давления; ливневые дожди и штормовой нагон воды; бурное выпадение снега и грунтовой пыли.
ЦУНАМИ
Волны цунами - это длинные морские волны, которые возникают вследствие землетрясений (90% случаев), деятельности вулканов и мощных подводных взрывов.
Цунами возникают лишь после тех землетрясений, которые связаны с быстрым образованием на дне океана сбросов, обвалов, оползней. Это смещение, действуя по принципу поршня, толкает воду, вызывая образование цунами.
Возникновение значительных цунами связано с землетрясениями, очаги которых расположены сравнительно неглубоко - на глубине не более 40-60 км.
На основе многолетних наблюдений получена следующая статистика:
землетрясения с магнитудой М > 7,5 вызывают цунами почти всегда;
при М = 7 ÷ 7,2 - цунами возникают в 67% случаев:
при М = 6,7 ÷ 6,9 - цунами возникают в 17% случаев;
при М - 5,8 ÷ 6,2 - лишь в 14% случаев.
Образовавшись в каком-либо месте, цунами может пройти несколько тысяч километров, почти не уменьшаясь. Это связано с длиной волны цунами. Цунами имеют весьма большую длину, обычно превышающую 100 км. Скорость распространения цунами в океане зависит от глубины:
и составляет - в океане 700 ÷ 800 км/ч, а на побережье - до 30 ÷ 40 км/ч.
Цунамиопасными регионами нашей страны являются Курильские острова, Камчатка, Сахалин, побережье Тихого океана.
В таблице 1.24 приведены данные о повторяемости цунами различной интенсивности и дана краткая характеристика возможных последствий наката волны на берег. Умеренные цунами, приводящие к- небольшому затоплению низких участков побережья, происходят в мире два раза в год, а в Курило-Камчатской зоне - один раз в 5,5 лет. Один раз в 10 лет происходит катастрофическое цунами (в Курило-Камчатской зоне – один раз в 200 лет), приводящее к полному разрушению на берегу протяженностью более 400 км.
Одно из последних катастрофических цунами, имевшее место осенью 1994 г. в районе островов Курильской гряды, по данным РАН, нанесло суммарный ущерб на сумму около 4.5 трлн. руб.
Прогнозирование обстановки в районах воздействия цунами целесообразно разделить на три этапа:
на 1-м этапе прогнозируется зарождение цунами и распространение волн в открытом море;
на 2-м этапе оценивается интенсивность гидравлического воздействия при распространении волн цунами на берегу;
на 3-м этапе производятся расчеты показателей обстановки в районах воздействия цунами.
Рассмотрим подробнее вопросы, связанные с зарождением цунами и распространением волн в открытом море (1-й этап прогнозирования).
Цунами характеризуют магнитудой. За магнитуду цунами принят натуральный логарифм амплитуды колебаний уровня воды (в метрах), измеренный стандартным мареографом у береговой линии на расстоянии от 3 до 10 км.
Магнитуда цунами отличается от магнитуды землетрясения. Если сейсмическая магнитуда характеризует энергию в целом, то магнитуда цунами - только часть энергии землетрясения.
По мере распространения волны цунами от места образования обычно формируется группа волн, порядка десяти, которые достигают берега с периодом от 5 до 90 минут. Пока не найдено определенной закономерности в вопросе о том, какая из серии движущихся к побережью волн будет иметь наибольшую высоту. Как правило, наибольшей является одна из первых трех волн.
Цунами вызывает массовую гибель людей, разрушает здания и сооружения, перемещает на значительные расстояния от берега тяжелые объекты, в том числе и океанические суда, переворачивает железнодорожные составы. Суда, портовые сооружения и оборудование повреждаются от воздействия даже слабых волн цунами. Значительные повреждения вызываются также действием плавающих предметов и обломков.
Цунами особенно опасны для поселков, городов и сооружений, расположенных на низменных берегах океана, а также находящихся в вершине заливов и бухт, широко открытых океану и клинообразно сужающихся в сторону суши. Сюда, как в воронку, цунами нагоняет большую массу воды, которая в конце бухт огромной волной выплескивается на берег, затопляя устья и долины рек на несколько километров.
Та6лица 1.24
|
|
|
