Заторы и зажоры льда на реках




 

Затор льда представляет собой скопление льда в русле, стесняющее живое сечение (течение) и вызывающее подъем уровня воды в месте скопления льда и на некотором участке выше него [5]. Заторы, как правило, образовываются при вскрытии рек при скоростях течения более 0,6 м/с.

К местам образования затора можно отнести:

участки с изменением уклонов водной поверхности от большего к меньшему;

крутые повороты реки;

сужение русла реки;

участки с повышенной толщиной ледяного покрова.

Наиболее часто встречаются заторы торошения. Они формируются при интенсивном подъеме уровня воды, когда вслед за образованием трещины вдоль берегов ледяной покров разламывается на отдельные поля и льдины. В результате столкновения происходит наползание одних льдин на другие, их сжатие и торошение.

На участках со значительным разрушением ледяного покрова при скоростях течения более 1 м/с образуются заторы подныривания. Поверхность затора торосистая. Высота торосов может достигать нескольких метров.

Потеря устойчивости и прорыв затора происходит под влиянием напора воды и повышением температуры воздуха.

При прорыве скорость движения заторов составляет от 2 до 5 м/с, толщина движущегося скопления льда - 3-6 м.

Водный поток ниже прорвавшегося затора может выйти за пределы русла и затопить местность, оставляя на берегах рек навалы льда высотой более 3 м.

Зажор льда - это явление, сходное с затором льда. Оно также представляет собой скопление ледового материала в русле реки, вызывающего подъем воды в месте скопления и на некотором участке выше него.

Однако между затором и зажором имеются и различия.

Во-первых, зажор состоит из скопления рыхлого ледового материала (комьев шуги, частиц внутриводного льда, обломков айсбергов, небольших льдин), тогда как затор есть скопление крупнобитых и мелкобитых льдин.

Во-вторых, зажор льда наблюдается в начале зимы, в то время как затор - в конце зимы и весной.

К местам образования зажоров можно отнести различные русловые препятствия: острова, отмели, валуны, крутые повороты, сужение русла, участки в нижних бьефах ГЭС.

К основным характеристикам заторов и зажоров обычно относят: строение, размеры, максимальный подъем уровня воды (рис. 2.5.1).

В строении затора выделяются три характерных участка:

замок затора - покрытый трещинами ледяной покров или перемычка из ледяных полей, заклинивших русло;

голова затора (собственно затор) - многослойное скопление хаотически расположенных льдин, подвергшихся интенсивному торошению;

хвост затора - примыкающее к затору однослойное скопление льдин в зоне подпора.

Рис. 2.5.1. Основные характеристики затора:

Вр - ширина реки; Lз - длина заторного участка; hmaxз - максимальный уровень воды в половодье без затора; (hmaxз - hmaxп) - максимальный заторный уровень воды

 

Максимальный заторный уровень характеризует превышение уровня при заторе над уровнем весеннего половодья без заторов.

Максимальный зажорный уровень характеризует превышение уровня при зажоре над уровнем при ледоставе без зажора.

По значениям максимальных подъемов заторных (зажорных) уровней воды и крупномасштабным картам определяются площади затопления и глубины в этой зоне.

По значениям максимальных заторных (зажорных) уровней воды заторы и зажоры можно подразделить на катастрофически мощные, сильные, средние и слабые:

при максимальном заторном подъеме уровня воды более 5 метров - катастрофически мощный затор;

при максимальном заторном подъеме уровня воды от 3 до 5 метров - сильный затор;

при максимальном заторном подъеме уровня воды от2 до 3 метров - средний затор;

при слабом заторе максимальный заторный уровень подъема воды не превышает 1-1,5 м.

 

Селевые потоки

 

Селевой очаг - участок селевого русла или селевого бассейна, имеющий значительное количество рыхлообломочного грунта или условий для его накопления, где при определенных условиях обводнения зарождаются сели [5].

Селевым потоком (селем) называют стремительные русловые потоки, состоящие из смеси воды и обломков горных пород, внезапно возникающие в бассейнах небольших горных рек.

Непосредственными причинами зарождения селей служат ливни, интенсивное таяние снега и льда, прорыв водоемов, землетрясения, извержения вулканов.

Несмотря на разнообразие причин, механизмы зарождения селей имеют много общего и могут быть сведены к трем главным типам: эрозионному, прорывному и обвально-оползневому.

При эрозионном механизме зарождения вначале идет насыщение водного потока обломочным материалом за счет смыва и размыва селевого бассейна и затем - формирование селевой волны в русле.

При прорывном механизме зарождения водяная волна за счет интенсивного размыва и вовлечения в движение обломочных масс сразу превращается в селевую волну, но с изменчивой насыщенностью.

При обвально-оползневом механизме зарождения, когда происходит смыв массива водонасыщенных горных пород (включая снег и лед) насыщенность потока и селевая волна формируются одновременно (насыщенность сразу практически максимальна).

Селевые потоки бывают: водно-каменными; водно-песчаными и водно-пылеватыми; грязевыми; грязекаменными; водно-снежно-каменными.

Водно-каменный сель - такой поток, в составе которого преобладает крупнообломочный материал. Формируется в основном в зоне плотных пород.

Водно-песчаный - такой поток, в котором преобладает песчаный и пылеватый материал. Возникает в основном в зоне лессовидных и песчаных почв во время интенсивных ливней, смывающий огромное количество мелкозема.

Грязевой сель близок к водно-пылеватому. Формируется в районах распространения пород преимущественно глинистого состава.

Грязекаменный сель характеризуется значительным содержанием в твердой фазе глинистых и пылеватых частиц с явным их преобладанием над каменной составляющей потока.

Водно-снежно-каменный сель - переходная стадия между собственно селью, в которой транспортирующей средой является вода, и снежной лавиной.

Формирование селей обусловлено определенным сочетанием геологических, климатических и геоморфологических условий: наличием селеформирующих грунтов, источников интенсивного обводнения грунтов, а также геологических форм, способствующих образованию достаточно крутых склонов и русел.

Источниками питания селей твердыми составляющими являются ледниковые морены с рыхлым заполнением, рыхлообломочный материал осыпей, оползней, обвалов, смывов, русловые завалы и загромождения, образованные предыдущими селями, древесно-растительный материал.

Источниками питания селей водой являются дожди и ливни, ледники и сезонный снежный покров, воды горных рек.

Наиболее часто образуются сели дождевого питания, основным условием формирования которых является количество осадков, способных вызвать смыв продуктов разрушения горных пород и вовлечь их в движение (таблица 2.12).

 

Таблица 2.13

Условия формирования дождевых селей

 

Районы России Суточные максимумы ливневых осадков в мм при 20%-ой обеспеченности Минимальные суммы селеформирующих осадков, мм/сут.
Северный Кавказ 50-70  
Центральный Кавказ 50-70  
Урал 30-40  
Тянь-Шань 30-60 30-40
Памир-Алтай 30-60  
Алтай и Саяны 30-50  
Предбайкалье и Забайкалье 40-70  
Горы северо-востока 30-60 -
Приморье 74-130 -
Приамурье 60-80  
Камчатка 40-90 -
Сахалин 40-100  

 

Формирование селей происходит в селевых водосборах, наиболее распространенной формой которых в плане является грушевидная с водосборочной воронкой и веером ложбинных и долинных русел, переходящих в основное русло.

Селевой водосбор включает три основные зоны, в которых формируются и протекают селевые процессы:

зона селеобразования (питания селей водой и твердой составляющей);

зона транзита (движение селевого потока);

зона разгрузки (массового отложения селевых выносов).

Площади селевых водосборов колеблются от 0,05 до нескольких десятков квадратных километров. Длина русел колеблется в пределах от 10-15 м (микросели) до нескольких десятков километров, а их крутизна в транзитной зоне колеблется от 25°-30° (в верхней части) до 8°-15° (в нижней части). При меньших уклонах начинается процесс отложения селевой массы. Полностью движение селя прекращается при крутизне 2°-5°.

Результат воздействия селевого потока на различные объекты зависит от его основных параметров: плотности, скорости, продвижения, высоты, ширины, расхода, объема, продолжительности, размеров включения и вязкости.

Плотность селевого потока зависит от состава и содержания твердой составляющей. Обычно она составляет не менее 100 кг. в одном кубическом метре воды, что при плотности породы 2,4-2,6 г/см3 приводит к плотности селевых потоков примерно 1,07-1,1 г/см3. Как правило, плотность селевого потока колеблется в пределах 1,2-1,9 г/см3.

Скорость движения селевого потока в транзитных условиях (в зависимости от глубины потока, уклона русла и состава селевой массы) составляет от 2-3 до 7-8 м/с., а иногда и более. Максимальная скорость может превышать среднюю в 1,5-2 раза.

Высота селевого потока варьируется в значительных пределах и может составлять: для мощных и катастрофических селей 3-10 м, для маломощных - 1-2 м.

Ширина селевого потока зависит от ширины русла и в большинстве горных бассейнов на транзитных участках колеблется от 3-5 м. (узкие каньоны, горловины, глубоко врезанные русла небольших бассейнов) до 50-100 м.

Максимальный расход сели колеблется от нескольких десятков до 1000-1500 м3/с.

Объем селевых отложений (объем рыхлообломочной породы в естественном залегании, вынесенный из селевого очага и русла) определяет зону воздействия селя. Как правило, суммарный объем селевого выноса определяет тип селя и его разрушительное действие на сооружение. Для большинства селевых бассейнов России характерны сели малой и средней мощности.

Продолжительность селей колеблется от десятков минут до нескольких часов. Большинство зарегистрированных селей имели продолжительность 1-3 часа. Иногда сели могут проходить волнами по 10-30 минут с неселевыми промежутками между ними до нескольких десятков минут.

Максимальные размеры крупнообломочных включений характеризуются размерами отдельных глыб и валунов скальных и полускальных пород, и могут быть 3-4 м в поперечнике. Масса таких глыб может составлять до 300 т.

Вязкость связных селей колеблется от 3-4 пуаз (единица динамической вязкости (П). 1П=0,1 Нс/ м3=0,102 кгс) до нескольких десятков, а иногда и сотен пуаз. При значительной вязкости сель напоминает густой бетонный раствор. Вязкость при переходе от несвязного селя к связному примерно равна 2,5-4,0 пуаза.

Таким образом, диапазоны основных параметров селевых потоков следует принимать:

плотность - (1,2-1,9)×103 кг/м3;

вязкость - 4-20 пуаз;

скорость движения в транзитных условиях:

- для уклонов - 10°-27° - 2,5-7,5 м/с;

- максимальна возможная - 14-16 м/с;

предельная крутизна прекращения движения - 2-5°;

высота селевого потока: катастрофического до 10 м.;

мощного 3-5 м.;

среднего » 2,5 м.;

маломощного » 1,5 м;

ширина потока на транзитных участках - 5-70 м;

расход (диапазон) 30-800 м3/с, возможный максимум 2000 м3/с;

продолжительность 0,5-3 часа;

повторяемость 15-20 лет;

размер крупных включений 3-4 м;

масса включений 200-300 т.

 

Снежные лавины

 

Лавина (от позднелатинского labina - оползень) - снежный обвал массы снега на горных склонах, пришедшей в интенсивное движение [5]. Снежные лавины представляют серьезную опасность. В результате их схода гибнут люди, разрушаются спортивные и санаторно-курортные комплексы, железные и автомобильные дороги, линии электропередач, объекты горнодобывающей промышленности и другие объекты экономики, блокируются целые районы, а также могут вызываться наводнения (в том числе прорывные) с объемом подпруженного водоема до нескольких миллионов кубометров воды. Высота прорывной волны в таких случаях может достигать 5-6 метров. Лавинная активность приводит к накоплению селевого материала, так как вместе со снегом выносятся каменная масса, валуны и мягкий грунт.

Возникновение лавин возможно во всех горных районах, где устанавливается снежный покров. Возможность схода лавин обуславливается наличием благоприятного сочетания лавинообразующих факторов, а также склонов крутизны от 20 до 50° при толщине снежного покрова не менее 30-50 см.

К лавинообразующим факторам относятся:

высота снежного покрова;

плотность снега;

интенсивность снегопада;

оседание снежного покрова;

температурный режим воздуха и снежного покрова;

метелевое распределение снежного покрова.

В отсутствии осадков сход лавин может быть следствием интенсивного таяния снега под воздействием тепла, солнечной радиации и процесса перекристаллизации, приводящих к разрушению снежной толщи (вплоть до образования мелкодисперсной снежной массы в глубине этой толщи) и ослаблению прочности и несущей способности отдельных слоев.

Формирование лавин происходит в лавинном очаге, представляющем собой участок склона и его подножия, в пределах которого движется лавина. Лавинный очаг принято характеризовать тремя зонами:

зона зарождения (лавиносбор);

зона транзит (лоток);

зона остановки (конус выноса) лавины (рис. 2.2).

Классификация лавин по природе их формирования представлена в таблице 2.14.

До 70% всех лавин обусловлены снегопадами. Эти лавины сходят во время снегопадов или в течении 1-2 суток после их прекращения.

По частоте схода (повторяемости) различают:

систематические лавины (сходят каждый год или один раз в два года);

спорадические лавины (сходят 1-2 раза в 100 лет и реже, место схода трудно определить)

Таблица 2.14

Классификация снежных лавин

 

Тип лавин   О с о б е н н о с т и
Лотковая Движение по фиксированному руслу
Осов (склоновая) Отрыв и движение по всей поверхности склонов
Прыгающая Свободное падение с уступов склонов
Пластовая Движение по 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. 2.2. Схема лавинного очага

Lmax - дальность выброса лавины; В - ширина лавиносбора; b - ширина выброса;

a1 - средний угол наклона площади лавиносбора; a2 - средний угол наклона лотка; DН - превышение лавинного очага (разность максимальной и минимальной высот склона в пределах лавинного очага); L - длина лавиносбора; F - площадь лавиносбора.

 

Таблица 2.15

Характеристика лавиноопасных территорий при различных

превышениях DН лавинного очага

 

Тип территорий DН, м. Условия лавинообразования
  среднее максимальное  
       
Низкогорный     Образование лавин ограничено величиной снегонакопления. Могут формироваться небольшие лавины. Большинство лавин останавливается на склонах

 

 

       
Средне-горный лугово-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 и 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 боль- шинстве очагов. Большинство лавин лотковые или cклоновые. Лавины достигают дна долин.

 

Наиболее распространенные признаки лавинной опасности территорий представлены в таблице 2.15.

 

 

    Признаки лавинной опасности      
             
               
Резкие изменения погоды   Сильные снегопады     Продолжительные метели   Дожди в горах
               
               
Оттепели     Ясная солнечная погода     Наличие воды в снежном покрове   Наличие гори- зонтов разрых- ления в снеж- ном покрове
               
             
Прирост высоты снега 30-50 см.   Образование снежных карнизов, скопления снега   Скатывание со склонов снежных комьев   Появление пустот в снегу
                                       

 


Таблица 2.16

Количественная характеристика лавинной опасности территории

в зависимости от DН, 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 площади 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 2.17

Основные характеристики снежных лавин

 

П о к а з а т е л и Диапазоны изменений
Масса (m), т от единицы до 107
Объем (V), м3 от единицы до 107
Скорость движения (V), м/с: мокрые 10-20
сухие 20-100
Динамическое давление (rn), мПа до 2
Дальность выброса (Lmax), м до 2000
Плотность лавинного снега (r), т/м3: сухая 0,2-0,4
мокрая 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 длины дна долины ко всей длине на данном участке.

 

Оползни

Оползень - это смещение на более низкий уровень части горных пород, слагающих склон, в виде скользящего движения в основном без потери контакта между движущимися и неподвижными породами [5].

 

 

Движение оползня начинается в следствии нарушения равновесия склона и продолжается до достижения нового состояния равновесия.

Оползни могут разрушать отдельные объекты и подвергать опасности целые населенные пункты, губить сельскохозяйственные угодья, создавать опасность эксплуатации карьеров, повреждать коммуникации, туннели, трубопроводы, телефонные и электрические сети, угрожать водохозяйственным сооружениям (плотинам).

Оползни, образующиеся на естественных склонах и в откосах выемок принято подразделять на две группы.

1-я группа. Структурные оползни (структура - однородные связные глинистые породы: глины, суглинки, глинистые мергели).

Основными причинами образования оползней являются:

чрезмерная крутизна склона (откоса);

перегрузка верхней части склона различными отвалами и инженерными сооружениями;

нарушение целостности пород склона траншеями, нагорными канавами или оврагами;

подрезка склона и его подошвы;

увлажнение подошвы склона.

Характерными местами (условиями) возникновения оползней могут быть:

искусственные земляные сооружения с крутыми откосами;

в выемках, образующихся в однородных глинистых грунтах на водораздельных участках возвышенности;

в глубоких разрезах для открытой разработки месторождений полезных ископаемых;

в насыпях, отсыпанных такими же породами при переувлажнении почвенно-растительного покрова и глинистых пород, залегающих у дневной поверхности.

2 группа. Контактные (соскальзывающие, срезающие, скалывающие) - связные глинистые породы, залегающие в виде пластов с хорошо выраженными плоскостями напластования (глины, суглинки, мергели, неплотные известняки, некрепкие глинистые сланцы, лесс, лессовидные суглинки и др.).

Основными причинами образования контактных оползней являются:

чрезмерное крутое падение слоев;

перегрузка склона отвалами или различными земляными сооружениями;

нарушение целостности пород на склоне траншеями или нагорными канавами;

подрезка склона;

смачивание плоскостей напластывания (контактов) подземными водами.

Характерными местами (условиями) возникновения оползней могут быть: естественные склоны возвышенностей и долин рек (на косогорах), откосы выемок, состоящих из слоистых пород, у которых падение слоев направлено в сторону склона или по направлению к выемке.

 

 

Ураганы, бури, штормы

 

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 [5].

Важнейшими характеристиками ураганов, бурь и штормов, определяющими объемы возможных разрушений и потерь, являются скорость ветра, ширина зоны, охваченная 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 60-90 м/с и более.

В таблице 2.18 приведена шкала Бофорта в которой определены характеристики ветрового режима, бальности и диапазона изменения скоростей ветра при ураганах, бурях и штормах, а также визуальная оценка признаков ветрового режима. Эта шкала принята в 1963 г. Всемирной Метеорологической организацией.

Таблица 2.18

Шкала Бофорта

 

Бал- Скорость ветра Название ветро- Признаки
лы мили/ч км/ч м/с вого режима  
  0-1 0-1,6 0-0,44 Затишье Дым идет прямо
  2-3 3,2-4,8 0,88-1,33 Легкий ветерок Дым изгибается
  4-7 6,4-11,3 1,77-3,14 Легкий бриз Листья шевелятся
  8-12 12,9-19,3 3,58-5,36 Слабый бриз Листья двигаются
  13-18 20,9-28,9 5,8-8,02 Умеренный бриз Листья и пыль летят
  19-24 30,6-38,6 8,5-10,72 Свежий бриз Тонкие деревья качаются
  25-31 40,2-49,9 11,16-13,86 Слабый бриз Качаются толстые деревья
  32-38 51,5-61,1 14,3-16,97 Сильный ветер Стволы деревьев изгибаются
  39-46 62,8-74,0 17,4-20,5 Буря Ветви ломаются
  47-54 75,6-86,9 21-24,1 Сильная буря Черепица и трубы срываются
  55-63 88,5-101,4 24,58-28,16 Полная буря Деревья вырываются с корнем
  64-75 103-120,7 28,6-33,52 Шторм Везде повреждения
  более 75 более 120,7 > 33,52 Ураган Большие разрушения

 

Ширина зоны катастрофических разрушений при ураганном ветре в тропических районах может изменяться от 20 до 200 километров и более. 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. Направление ветра при ураганах в наших широтах в основном с Запада на Восток.

Наиболее часто ураганы на территории Российской Федерации возникают в августе - сентябре.

Очень часто ураганы сопровождаются ливнями, снегопадами, градом, возникновением пыльных и снежных бурь.

Ураган, проходя над морем или океаном, может сформировать мощные облака, которые являются источником 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 предгорья 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. Могут получить 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.

В ликвидации последствий урагана принимали участие пожарные части (5031 чел. и 440 ед. техники), полк ГО и воинские части Заб.ВО и невоенизированные формирования ГО (2240 чел. и 410 ед. техники), медицинские формирования, формирования службы ООП (4,5 тыс.чел и 430 ед. техники), подразделения инженерной службы области (18 бульдозеров, автопогрузчик, 2 цистерны - водоснабжения) и другие.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2018-03-19 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: