 |
Экстремальные осадки и снежно-ледниковые явления
|
|
|
|
Экстремальное количество и продолжительность выпадения осадков сами оказываются опасными для людей и различных объектов и возбуждают другие виды опасных чрезвычайных ситуаций:
- интенсивные снегопады парализуют транспорт, вызывают повреждения деревьев, ЛЭП, зданий под снеговой нагрузкой, сход снежных лавин в горах, а при выпадении в обычно бесснежных районах или в теплое время года приносят ущерб сельскому хозяйству;
- интенсивные ливни возбуждают наводнения, эрозию, сели и оползни в горах; несвоевременные и затяжные дожди вредоносны для урожая;
- экстремально малые суммы осадков означают засуху, опасность лесных пожаров, обмеление рек, трудности для судоходства и водоснабжения т. д.
Рассмотрим условия выпадения особо больших осадков. Максимальные значения интенсивности осадков выше летом вблизи поставляющих влагу океанов, на наветренных склонах гор, в наиболее влажных районах экваториального и тропического климатических поясов. В этих же условиях относительно невелики колебания максимальных значений интенсивности. В противоположных условиях абсолютные величины интенсивности ниже, но выше их колебания. Поэтому и в сухих районах возможны наводнения и другие последствия ливней, причем даже более тяжелые для населения, поскольку оно здесь хуже подготовлено.
Рекорды минутной интенсивности принадлежат конвективным (грозовым) ливням тропиков Центр. Америки – до 20–25 мм/мин при средней более 10–20 мм/мин. Конвективные ливни охватывают небольшие территории (до 200 км2), непродолжительны (в тропиках до 2–4 ч., чаще до 1 ч; в средней полосе – до 30 мин), неравномерны, начинаются и заканчиваются резко.
Фронтальные ливневые дожди длятся от нескольких часов до 4 сут., с перерывами до 2–3 недель, охватывают территории площадью до сотен тысяч квадратных километров. При тропических циклонах интенсивность ливней превышает 150 мм/сут. и достигает 500–800 мм/сут. Чаще всего ливень длится 5–10 ч. За 10–20 ч может выпасть вся годовая норма осадков. В районах, где эта норма особенно велика (например, на Филиппинах 2000–3000 мм), ее могут набирать интенсивные ливни в течение 60–70 ч. Наибольшая часовая интенсивность может быть близка к суточной, хотя чаще равна 1/3–1/4 от суточной. В Батуми интенсивность ливней превышает 250 мм/сут., что отвечает нескольким метрам снега в близлежащих горах Аджарии. В умеренном климатическом поясе величины интенсивности еще меньше: в Молдавии, Украине 100–200 мм/сут., 40–60 мм/ч, в центральных районах европейской части России – 50–100 мм/сут., 30–50 мм/ч, в северных районах – до 50 мм/сут.
|
|
|
По своему механизму многие из явлений, связанных со снегом, льдом и холодом, могут быть отнесены к различным категориям, рассмотренным выше. Однако своеобразие снежно-ледовых явлений побуждает к их отдельному рассмотрению.
Снежный покров – это слой снега на поверхности Земли, возникающий в результате снегопадов. Различают временный и устойчивый снежные покровы. Устойчивый снежный покров распространяется в районах со средней температурой самого холодного месяца 0° и ниже, неустойчивый снежный покров и редкие снегопады возможны при температуре этого месяца 10–12° выше нуля. Названным условиям отвечают почти 2/3 площади суши, причем приблизительно на 1/4 суши снежный покров держится не менее четырех месяцев в году. Области с многолетней мерзлотой, подземными льдами и наледями занимают около 1/7 суши, акватория с морскими льдами и айсбергами – 1/4 поверхности морей и океанов. В районах, где зимой устанавливается снежный покров, размещается 1/5 населения мира и еще почти столько же – в районах, где возможен неустойчивый снежный покров и редкие снегопады.
|
|
|
Благодаря малой теплопроводности снежный покров предохраняет почву от сильного выхолаживания и озимые посевы от вымерзания. В нём содержатся снегозапасы, являющиеся источником пресной воды при таянии снега. Снежный покров оказывает большое влияние на климат, рельеф, гидрологические и почвообразовательные процессы. Он используется в хозяйственных целях путём снегозадержания и снежной мелиорации.
Величина снежного покрова характеризует снежность зимы. По абсолютной снежности выделяют бесснежные районы (толщина снежного покрова менее 10 см), малоснежные (с покровом 10–30 см, в континентальных районах – до 40–50 см) и многоснежные (с большой высотой снежного покрова). По относительной снежности различают: малоснежные зимы с высотой снежного покрова ниже нормы (подразделяются на зимы с устойчивыми морозными днями и малым количеством осадков и оттепельные зимы со значительным количеством осадков); среднеснежные зимы с постепенным нарастанием высоты снежного покрова, близкой к средней многолетней неустойчивой зимы со значительными колебаниями снежного покрова в течение всей зимы; многоснежные зимы с высотой снежного покрова, значительно превышающей среднюю многолетнюю.
По режиму и форме воздействия на население и объекты народного хозяйства снежноледниковые явления весьма разнообразны. Стихийные бедствия связаны с эпизодическими событиями – экстремальными снегопадами и холодами, массовым сходом лавин, крупными заторами льда на реках. В целом по миру эти стихийные бедствия находятся на четвертом или пятом месте по величине наносимого ими ущерба, но в отдельных районах выходят на 3–4 место. Разовый ущерб от экстремальных снегопадов в обычно малоснежных Молдавии, Закавказье, предгорьях Средней Азии достигает сотен миллионов рублей. Защита городов и дорог от неблагоприятных и опасных снежноледовых явлений способна вызвать удорожание строительства и эксплуатации до 100–200 %.
Снеговые нагрузки могут ломать крыши домов, деревья, особенно в районах, где снегопады редки и сильны (юг США, Турция и другие страны Средиземноморья). Средние многолетние из максимальных за зиму снеговых нагрузок могут превышать 250 кг/м2, нагрузки от разовых снегопадов – 100 кг/м2; экстремальные величины этих показателей в районах вблизи внешней границы области устойчивого снежного покрова превышают норму вдвое. Здесь редкие интенсивные снегопады способны вызвать чрезвычайные ситуации комплексного характера (снеговые нагрузки; паводки снеготаяния; в горах – лавины, активизация оползней и т. п.). Такие снегопады случаются раз в несколько лет или десятилетий, длятся до 2–4 сут., охватывают площадь в сотни – тысячи квадратных километров.
|
|
|
Метель (вьюга) – перенос снега сильным ветром над поверхностью земли. Количество переносимого снега определяется скоростью ветра, а участки аккумуляции снега – его направлением. В процессе метельного переноса снег движется параллельно поверхности земли. При этом основная масса его переносится в слое высотой менее 1,5 м. Рыхлый снег поднимается и переносится ветром при скорости 3–5 м/с и более (на высоте 0,2 м). Различают низовые (при отсутствии снегопада), верховые (при ветре лишь в свободной атмосфере) и общие метели, а также метели насыщенные, то есть переносящие предельно возможное при данной скорости ветра количества снега, и ненасыщенные. Последние наблюдаются при нехватке снега или при большой прочности снежного покрова. Твердый расход насыщенной низовой метели пропорционален третьей степени скорости ветра, верховой метели – первой ее степени. При скорости ветра до 20 м/с метели относятся к слабым и обычным, при скорости 20–30 м/с –
к сильным, при большой скорости – к очень сильным и сверхсильным (фактически это уже – штормы и ураганы). Слабые и обычные метели длятся до нескольких суток, более сильные – до нескольких часов. Снегонакопление при метельном переносе превышает аккумуляцию снега, которая наблюдается в результате снегопадов при безветренной погоде. Отложение снега происходит в результате уменьшения скорости ветра вблизи наземных препятствий. Форма и размер запасов определяется формой и размером препятствий и их ориентацией по отношению к направлению ветра. В России сильным снежным заносам подвержены многоснежные районы Заполярья, Сибири, Урала, Дальнего Востока и Севера Европейской части. В Заполярье снежный покров сохраняется до 240 дней в году и достигает 60 см, в Сибири, соответственно – до 240 дней и 90 см, на Урале – до 200 дней и 90 см, на Дальнем Востоке – до 240 дней и 50 см, на севере Европейской части России до 160 дней и 50 см.
|
|
|
Дополнительный отрицательный эффект при снежных заносах возникает за счет сильного мороза, сильного ветра при метелях и обледенений. Последствия снежных заносов могут быть достаточно тяжелыми. Они в состоянии парализовать работу большинства видов транспорта, приостановив перевозку людей и грузов. Люди, оказавшиеся на местности в изоляции из-за снежных заносов, подвергаются опасности обморожения и гибели, а в условиях буранов – теряют ориентировку. При сильных заносах небольшие населенные пункты могут оказаться отрезанными от коммуникаций снабжения. Осложняется работа предприятий коммунального и энергетического хозяйства. При сопровождении заносов сильными морозами и ветрами могут выходить из строя системы электроснабжения, теплоснабжения, связи. Аккумуляция снега на крышах зданий и сооружений свыше избыточных нагрузок приводит к обрушению.
В целях уменьшения ущерба от снежных заносов и ликвидации их последствий принимаются предупредительные и оперативные меры, носящие пассивный и активный характер.
В многоснежных районах проектирование и строительство зданий, сооружений и коммуникаций (особенно дорог) должно проводиться с учетом уменьшения их снегозаносимости. Для предупреждения заносов используют снегозащитные ограждения, выполняемые из приготовленных заранее конструкций или подручных материалов в виде снежных стенок, валов и т. д. Ограждения сооружаются на снегоопасных направлениях, особенно вдоль железных и важных шоссейных дорог. При этом они устанавливаются на расстоянии не менее 20 м от обреза дороги. Предупредительной мерой является оповещение органов власти, организаций и населения о прогнозе снегопадов и метелей.
Для ориентировки пешеходов и водителей транспортных средств, застигнутых бураном, вдоль дорог устанавливают вехи и другие указатели. В горных и северных районах практикуется растяжка канатов на опасных участках троп, дорог, от здания к зданию. Держась за них, в условиях бурана, люди ориентируются на маршруте.
В предвидении бурана на строительных и других промплощадках производят крепление стрел кранов, других конструкций, не защищенных от воздействия ветра. Прекращаются работы на открытой местности и высоте. Усиливается швартовка судов в портах.
|
|
|
При получении угрожающего прогноза приводятся в готовность силы и средства, предназначенные для борьбы с заносами, проведения возможных аварийно-восстановительных работ. Основной мерой борьбы со снежными заносами является расчистка от них дорог и территорий. В первую очередь основные силы и средства направляют на расчистку от заносов железнодорожных и автомобильных магистралей, взлетно-посадочных полос аэродромов, пристанционных путей железнодорожных станций, а также на оказание помощи автотранспорту, застигнутому бедствием в пути. В наиболее тяжелых случаях, парализующих жизнедеятельность населенных пунктов, к расчистке от снега привлекается все трудоспособное население. Одновременно с расчисткой заносов организуются работы по непрерывному метеонаблюдению, розыску и освобождению от снежного плена людей и транспортных средств, оказанию помощи пострадавшим, регулированию движения и проводке транспорта, защите и восстановлению систем жизнеобеспечения, доставке экстренных грузов специальным снегопроходимым транспортом в блокированные населенные пункты. В случае необходимости организуются частичная эвакуация населения и специальные маршруты коммунального транспорта колоннами, а также прекращается работа учебных заведений и учреждений.
На европейской части России среднее число дней с метелью находится в пределах 30–40, средняя продолжительность метели 6–9 ч. Опасные метели составляют около 25 %, особо опасные – около 10 % общего их количества. На территории всейстраны ежегодно бывает 5–6 сильнейших буранов, способных парализовать железные и автодороги, обрывать линии связи и электропередачи и т. д.
Снежные и ледяные корки образуются при налипании снега и намерзании капель воды на различные поверхности. Налипание мокрого снега, опасное для линий связи и электропередачи, происходит при снегопадах и температуре воздуха в диапазоне от 0°… +3°, особенно при температуре +1… –3° и ветре 10–20 м/с. Диаметр отложений снега на проводах достигает 20 см, вес 2–4 кг на 1 м. Провода рвутся не столько под тяжестью снега, сколько от ветровой нагрузки. На полотне автодорог в таких условиях образуется скользкий снежный накат, парализующий движение. Такие явления характерны для приморских районов с мягкими влажными зимами (запад Европы, Сахалин и т. д.), но распространены также во внутриконтинентальных районах в начале и конце зимы.
При выпадении дождя на промороженную землю и при намокании и последующем замерзании поверхности снежного покрова образуются ледяные корки, называемые гололедицей. Она опасна для пастбищных животных: например, на Чукотке в начале 80-х гг. гололедица вызвала массовую гибель оленей. К типу гололедицы относится также явление обледенения причалов, морских платформ, судов вследствие намерзания брызг воды во время шторма. Обледенение опасно для небольших судов, палуба и надстройки которых невысоко подняты над водой. Такое судно может набрать ледяную нагрузку критической величины за считанные часы. Набрызговые наледи на берегах Охотского и Японского морей достигают толщины 3–4 м, мешая хозяйственной деятельности в прибрежной полосе.
При намерзании переохлажденных капель тумана на различные предметы образуются гололедные и изморозевые корки, первые – при диапазоне температуры воздуха от 0… –5, реже –20°, вторые – при температуре – –10… –30°, реже до –40°.
Вес гололедных корок может превышать 10 кг/м (до 35 кг/м на Сахалине, до 86 кг/м на Урале). Такая нагрузка разрушительна для большинства проводных линий и для многих мачт. Повторяемость гололеда наиболее высока там, где часты туманы при температуре воздуха от 0 до –5°. На территории России она достигает местами десятков дней в году. Воздействие гололеда на хозяйство наиболее заметно в южных районах бывшего СССР и носит в основном угнетающий характер. Изредка создаются чрезвычайные ситуации. Например, в феврале 1984 г. в Ставропольском крае гололед с ветром парализовал автодороги и вызвал аварии на 175 высоковольтных линиях; их нормальная работа возобновилась лишь через 4 сут. При гололеде в Москве количество автоаварий увеличивается втрое.
Подземные льды определяют физико-механические свойства горных пород, и прежде всего рыхлых в талом виде. Зона многолетнемерзлых пород неустойчивого состояния отвечает районам со среднегодовой температурой от 0… –1,5°; здесь обычны пластичномерзлые грунты с малой несущей способностью. Зона многолетнемерзлых пород относительно устойчивого состояния характеризуется среднегодовой температурой от –1,5… –3°; в ней прерывистое распределение мерзлоты переходит в сплошное. Зона устойчивого состояния многолетнемерзлых пород и «твердомерзлых» грунтов отвечает среднегодовой температуре ниже –3°. Во всех этих зонах главным опасным явлением оказывается разрушение мерзлоты, ведущее к снижению несущих свойств грунта. Примером является разрушение многих вспомогательных сооружений и угроза основным зданиям Анадырской ТЭЦ в 80-х гг. вследствие растопления мерзлоты и деформации фундаментов. Для сооружений, располагающихся на поверхности сезонно промерзающего слоя или на основаниях, углубленных в него, главную опасность представляют мерзлотные деформации – пучения, перекосы и т. п. Проявляясь пусть и слабо в отдельных эпизодах, мерзлотные деформации оказываются многочисленными, широко распространяющимися и ежегодно повторяющимися, что делает их сильным угнетающим фактором.
Наледи – это ледяные тела разной площади, мощности и формы, формирующиеся в результате последовательного излияния и замерзания природных (речных и подземных), в меньшей степени – техногенных (хозяйственно-бытовых и промышленных) вод.
Образующиеся ледяные массивы (наледи) нередко имеют огромные размеры (до 100 и больше км2). Например, длина и ширина известной Момской наледи сопоставима по размерам с крупнейшим на Памире ледником Федченко. Ледяные образования подобного типа часто встречаются в Якутии и Верхояно-Колымской горноскладчатой области. В наледях Евро-азиатского материка аккумулируется более 100 км3 воды, а общая площадь этих образований составляет около 0,5 % всей площади с многолетней мерзлотой. Наледи представляют собой визитную карточку районов прерывистого распространения многолетней мерзлоты и образуются за счет грунтовых вод, выходящих из слоя между многолетнемерзлым и сезонномерзлым горизонтами при зимнем нарастании последнего. Крупнейшие наледи – тарыны достигают площади 30 км2 при толщине льда до 10–12 м; общая площадь наледей – до 3–5 % площади территории, длина наледей вдоль рек, – до 100 км. В более холодных районах наледи развиты слабее из-за уменьшения объемов грунтовых вод, в более теплых – из-за того, что в них в зимнее время не так часто складываются условия выдавливания грунтовых вод на поверхность. Наибольшие площади наледей в тех и других районах – до нескольких квадратных километров, толщина – до 2–5 м. Повсеместно в зоне многолетнемерзлых пород имеется опасность антропогенного образования наледей на местах нарушения рельефа, теплоизолирующей растительности, водного стока. Такие наледи оказываются значительно меньше естественных, но приносят больше неудобств, проявляясь на полках дорог, в карьерах, в населенных пунктах и т. д.
Процессы наледообразования вызывают серьезные, даже катастрофические осложнения при строительстве и эксплуатации железных и автомобильных дорог, мостов, трубопроводов, жилых поселков и разного рода инженерных сооружений. В некоторых условиях, например, вдоль полотна дорог, образуются грунтово-наледные бугры пучения диаметром до 200, высотой до 6 м. При росте и при разрывах таких бугров внутренним давлением воды возможно разрушение полотна дорог, мостов, расположенных на бугре построек. Абсолютное большинство наледей формируется в пределах территорий, охваченных многолетним промерзанием. Этому способствует криогенное преобразование подземного стока, проявляющееся в его концентрации в пределах существующих несквозных и сквозных таликов и в подмерзлотных зонах пластовой проводимости или трещиноватости пород. В силу этого крупные наледи являются хорошим диагностическим признаком повышенной водообильности пород. Они служат поисковым критерием месторождений подземныхвод на территории с многолетним промерзанием пород.
В части регионов криолитозоны, в которых зимы отличаются многоснежностью (правобережье р. Колымы в районе Юкагирского плоскогорья, Камчатка, Охотское побережье, Кольский полуостров), условия для наледообразования неблагоприятны и крупные наледи там редки. Наледи могут формироваться во внутри континентальных регионах и вне криолитозоны. Последнему способствуют низкие зимние температуры воздуха, малая снежность и наличие водопроявлений поверхностного и подземного происхождения. Однако объемы накапливающегося в такого рода наледях льда за зимний период несравненно меньше, если их соотносить с регионами криолитозоны. Многие наледи на территориях с отсутствием многолетнемерзлых пород приурочиваются к местам, где нарушены естественные условия обводнения и сезонного промерзания. Это выемки, карьеры, участки размещения открытых поверхностному влиянию канав и т. д.
Процесс перераспределения наледями поверхностного и подземного стока в течение года называют сезонным наледным регулированием. Зимой за счет наледообразования этот сток уменьшается. Весной и летом законсервированные в виде наледи воды возвращаются в речную сеть.
За счет многократных процессов наледообразования в одних и тех же местах формируются овалоподобные расширения русловых и пойменных частей долин и создаются наледные поляны и наледные долины. Наледи образуются на неглубоких водотоках с каменными перекатами, порогами и водопадами, с распластанными галечниковыми руслами и конусами выноса из боковых притоков и т. д. В регионах, характеризующихся контрастной и активной неотектоникой, наледи могут формироваться в глубоковрезанных каньонах, заполняя их к концу зимы.
Речной поток в местах наледообразования разбивается на множество рукавов и проток. Визуально места наледообразования представляют собой относительно ровные, безлесные, плоские и широкие пространства, сложенные сортированным гравийно-галечниковым или валунно-галечниковым материалом. На участках сохраняющегося в пределах наледных полян леса стволы деревьев выбелены солевым налетом. По уровенному положению этих солевых проявлений на стволах можно судить о мощностях наледного льда в данном месте. Уклоны участков наледообразования, как правило, меньше уклонов речного русла выше и ниже по потоку.
Формирование наледных полян и наледных долин обусловлено активным физическим выветриванием пород в периферических частях наледи, интенсивной боковой эрозией талыми водами, постоянным перемывом и переотложением аллювиальных (наледных) отложений многочисленными, меняющимися во времени и пространстве, водными потоками под и поверх наледи, а также по границам блоков наледного тела, разрозненных в процессе таяния, и эродирующей деятельности вешних водных потоков.
В наледном процессе в холодный период года можно выделить следующие стадии его развития.
1. Детская – растекание наледобразующих вод по наледной поляне. Это характерно для начала зимы после устойчивых переходов среднесуточных температур воздуха через 0°С. Наледь нарастает по площади.
2. Юная – площадь, мощность и объем льда нарастают наиболее интенсивно. Формируются основные контуры наледи. Это характерно для периода до февраля. Зарождаются наледные бугры и гидролакколиты.
3. Зрелая – наледь и ее объем увеличиваются за счет ее нарастания по мощности. Это характерно для периода после февраля. Происходят взрывы наледных бугров и растрескивание льда с излиянием и выбросом на поверхность воды.
4. Старческая – начинается таяние и разрушение наледи. Характерна для начала весны и всего летнего периода.
Классификация наледей по площади и объёму приведена в табл.3.3.
Таблица 3.3
|
|
|
