Природного характера
Чрезвычайная ситуация - это обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате аварии, опасного природного явления, катастрофы, стихийного или иного бедствия, которые могут повлечь или повлекли за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или окружающей природной среде, значительные материальные потери и нарушение условий жизнедеятельности людей. Рассмотрим основные чрезвычайные ситуации природного характера.
Природная чрезвычайная ситуация (ЧС) – это обстановка на определённой территории или акватории, сложившаяся в результате возникновения источника природной чрезвычайной ситуации, который может повлечь или повлёк за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей и (или) окружающей природной среде, значительные материальные потери и нарушение условий жизнедеятельности людей.
Природные ЧС различают по характеру источника и по масштабам. В большинстве случаев, причиной природных ЧС стало служить:
- увеличение антропогенного воздействия на окружающую природную среду;
- аномальные изменения ряда параметров биосферы, гидросферы и литосферы;
- повышенная урбанизация территорий;
- размещение населенных пунктов и ведение хозяйственной деятельности в зонах потенциальной природной опасности;
- низкая достоверность прогнозирования опасных природных явлений;
- плохое состояние гидротехнических, противооползневых, противоселевых и других защитных инженерных сооружений.
5.1. Стихийные бедствия метеорологического
и гидрологического характера
Каждое стихийное бедствие имеет свою физическую сущность, свои, только ему присущие, причины возникновения, движущие силы, характер и стадии развития, свои особенности воздействия на окружающую среду.
Знание причин возникновения и характера ЧС позволяет:
– предотвратить некоторые из них или ослабить силу их разрушительного воздействия;
– заблаговременным принятием соответствующих мер конкретно и действенно осуществить меры по ликвидации последствий.
В борьбе с чрезвычайными ситуациями большое значение имеет проведение предупредительных работ в целях предотвращения или значительного уменьшения размеров ущерба от стихийного бедствия, а также получение необходимой информации. Крупные природные катастрофы, как время их наступления, так и масштабы, трудно предсказуемы. Особенно это относится к гидрометеорологическим явлениям: наводнениям, заморозкам, ураганам и другим стихийным бедствиям.
В соответствии с Положением «О классификации ЧС природного и техногенного характера», разработанным на основании Федерального закона «О защите населения и территорий от ЧС природного и техногенного характера», устанавливается единый подход к оценке ЧС природного и техногенного характера, определения зон ЧС и адекватного реагирования на них. ЧС классифицируются в зависимости от количества людей пострадавших в этих ситуациях, людей, у которых оказались, нарушены условия жизнедеятельности, размера материального ущерба, а также границ зон распространения поражающих факторов ЧС.
Сильные ветры, значительные перепады атмосферного давления и большое количество осадков могут вызвать разрушения и человеческие жертвы. Опасные атмосферные явления связаны с возможностью образования циклонов, ураганов и торнадо, кинетическая энергия Е которых дана в таблице 5.1.
Таблица 5.1 - Энергия катастрофических атмосферных явлений
| Опасные явления | Е,Дж |
| Пылевые смерчи | 4·10 7 |
| Торнадо | 4·1010 |
| Шквалы | 4·1012 |
| Ураганы | 4·1016 |
| Циклоны | 4·1017 |
Опасные атмосферные вихри. В порядке уменьшения энергии и размеров к ним относятся циклоны, тайфуны, шквалы, смерчи (торнадо). Они зарождаются вокруг мощных восходящих потоков теплого влажного воздуха (циклоны и тайфуны – над океанами), быстро вращаются против часовой стрелки в Северном и по часовой стрелке в Южном полушариях, при этом смещаются вместе с окружающей воздушной массой. По пути в благоприятных условиях подпитки влагой они могут усиливаться, но раньше или позже теряют энергию и гаснут.
Циклон – общее название вихрей с пониженным давлением в центре. Это вихревое движение вызывается сочетанием двух сил:
- контрастом между низким давлением в центре или осью атмосферного давления и повышенным давлением вокруг него;
- силой Кориолиса, которая представляет собой стремление любого движущегося тела на Земле или на ее поверхности отклоняться в сторону из-за вращения Земли. В Северном полушарии отклонение идет вправо от направления движения, а в Южном – влево. Сочетание этих двух сил образует циклоническую модель.
Особенности систем низкого давления способствуют усилению разрушительных сил центра циклонов. На движущийся над земной поверхностью воздух оказывают влияние рельеф местности и встречающиеся на его пути предметы. Например, непосредственно на земной поверхности и близ нее существует сила трения, которая заставляет потоки воздуха завихряться внутрь к области низкого давления. Это создает циклонические формы. Они компенсируются воздушными потоками, поднимающимися вверх из центра области низкого давления. Эти восходящие потоки на высоте охлаждаются, что увеличивает влажность воздуха. Таким образом, в любом регионе низкого давления возникают облака и высокая влажность, являющиеся характерной чертой не только циклонов, но и вообще ураганов.
Циклоны могут иногда достигать в поперечнике 800 км и больше, хотя такие размеры являются редкими.
Циклоны обычно делят на две главных категории: среднеширотные и тропические (тайфуны).
Среднеширотные циклоны могут формироваться как над сушей, так и над водой. Иногда их связывают с волнами или возмущениями вдоль полярных фронтов, и они движутся с преобладающими ветрами с запада на восток.
Тропические циклоны встречаются над теплыми тропическими океанами, в стадии формирования обычно движутся на запад с потоком пассатов (ветры), а после окончания формирования изгибаются к полюсам. Тропический циклон, достигший необычной силы, называется ураганом, если он рождается в Атлантическом океане и примыкающим к нему морям; тайфуном – если в Тихом океане (или его морях); циклоном – если в регионе Индийского океана.
Факторами опасности при различных атмосферных вихрях являются, прежде всего, сильные ветры и интенсивные осадки.
Разрушительная способность ветра выражается в условных баллах 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. |
Ураганы обусловлены некоторой неустойчивостью атмосферы, связанной с притоком теплого влажного воздуха. Восходящее его движение приводит к конденсации влаги в верхних слоях атмосферы и образованию центра урагана. 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.
Разрушительное действие ураганов определяется, в основном, энергией скорости ветра, т. е. скоростным напором (g), пропорциональным произведению плотности атмосферного воздуха (ρ) на квадрат скорости (v 2) воздушного потока (g = 0,5ρ v 2 ).
Максимальное нормативное значение ветрового давления для территории России составляет 0,85 кПа, что при плотности воздуха 1,22 кг/м3 соответствует скорости ветра 37,2 м/с (134 км/ч).
Более подробные оценки содержит шкала скорости ветра Бофорта, модифицированная для ураганов специалистами Национальной службы погоды США. Она приводится с некоторыми сокращениями второстепенных деталей и дополнениями о разрушительном потенциале:
0–7 баллов – менее 19 м/с (56 км/ч), от затишья досильного ветра;
8 баллов – 19–23 м/с (68–79 км/ч), буря, ломает тонкие ветки деревьев; опасна для судов, буровых вышек и сходных сооружений;
9 баллов – 23–26 м/с (79–95 км/ч), сильная буря, повреждения легких построек, кровли, труб;
10 баллов – 26–30 м/с (95–110 км/ч), полная буря, вырывает с корнем деревья; значительное повреждение легких построек;
11 баллов – 30–35 м/с (110–122 км/ч), шторм, массовое повреждение легких построек;
12 баллов – более 35 м/с ураган, детальное подразделение;
12.1. – 35–42 м/с (122–150 км/ч); сильный ветровал; значительное разрушение легких деревянных поселков; валятся телеграфные столбы;
12.2. – 42–49 м/с (150–175 км/ч); в легких деревянных поселках разрушается 50 % домов, в прочих постройках – повреждения крыш, окон, дверей; штормовой нагон воды на 1,6–2,4 м выше нормального уровня моря;
12.3. – 49–58 м/с (175–210 км/ч); полное разрушение легких деревянных поселков; в прочных постройках – большие повреждения; штормовой нагон – на 1,5-3,5 м выше нормального уровня моря; серьезное нагонное наводнение, повреждение зданий водой;
12.4. – 58–70 м/с (210–250 км/ч); 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; сильные повреждения нижних этажей зданий водой;
12.5. – более 70 м/с (250 км/ч); многие прочные здания разрушаются ветром, при скорости 80–100 м/сек – также каменные, при скорости 110 м/с – практически все; штормовой нагон выше 5,5 м; интенсивные разрушения наводнением.
Как правило, действие урагана сопровождается сильными ливнями, иногда опаснее его самого Большую опасность представляет действие обильных дождевых осадков. Велика также разрушительная сила ударов от предметов, уносимых ураганным ветром. Разрушения и человеческие жертвы связаны также со штормовыми волнами, обрушивающимися на прибрежные участки суши. Основными разрушительными факторами урагана являются высокая скорость ветра, скоростной напор воздушного потока, его сила и продолжительность. На величину ущерба оказывают влияние также огромные массы приливных вод на морском побережье и продолжительные ливневые дожди, вызывающие обширные наводнения. Непосредственная опасность надвигающегося урагана может фиксироваться слежением за его перемещением радиолокаторами, а также спутниками, что позволяет определить направление движения путем краткосрочного прогноза.
К опасным (стихийным) гидрологическим явлениям относятся различные быстропротекающие наводнения, сопровождающиеся высокими уровнями воды (при половодьях, паводках, заторах, зажорах, нагонах и т.д.) и медленные изменения уровня океана и бессточных озер, превышающего величины особо опасных (критических) уровней воды для конкретных населённых пунктов и хозяйственных объектов.
Под наводнением понимают значительное затопление местности водой в результате подъёма уровня воды в реке, озере, водохранилище и море и их разлива выше обычного горизонта, которое причиняет материальный ущерб, наносит урон здоровью населения, приводит к гибели людей.
Наводнениявозникают во время половодья и паводков, т. е. при подъеме уровня водывесной от таяния снегов и осенью вследствие ливневых дождей, от скопления льда при ледоходах, уменьшающих площадь сечения реки, от интенсивноготаяния ледников и снежного покрова, расположенных высоко в горах, а также во время ветров с моря (нагонные наводнения). Кроме того, затопления могут возникать в результате образования завалов или перемычек на реках во время землетрясений, горных обвалов или селевых потоков, привоздействии гравитационных волн подводного землетрясения, а такжепри прорыве плотин. По повторяемости, площади распространения и суммарному среднему годовому материальному ущербу в масштабах страны наводнения занимают первое место в ряду стихийных бедствий, а по человеческим жертвам и ущербу, приходящемуся на единицу пораженной площади, – второе после землетрясений.
Масштабы наводнений, вызываемых весенними водами, можно прогнозировать за месяц и более до их начала. При наводнениях, вызываемых заторами и зажорами льда, время упреждения значительно сокращается, но так как места их образования обычно известны, то можно принять предупредительные меры задолго до начала ледохода.
Наводнение, характерное для равнинных рек, называют половодьем. Половодье – это ежегодно повторяющийся в один и тот же сезон значительный и довольно длительный подъем уровня воды в реке.
Наводнение, характерное для рек с максимальным стоком, обусловленным выпадением интенсивных дождей, называют паводком.
Паводок – интенсивный, сравнительно кратковременный подъем уровня воды.
Наводнения также могут возникать вследствие заторов и зажорах, происходящих на реках.
Затор – загромождение русла реки льдом во время ледохода, на реках, текущих с юга на север (южные участки реки освобождаются ото льда раньше, чем северные, и начавшийся ледоход встречаетна своём пути препятствие в виде ледостава). Затор вызывает подъем уровня воды в месте скопления льда и на некотором участке выше него. Затор обычно образуется в конце зимы и в весенний период при вскрытии рек во время разрушения ледяного покрова. Затор – это скопление крупно- и мелкобитых льдин.
Зажор – скопление внутриводного льда, образующего ледяную пробку и вызывающего дополнительный подъём уровня воды. В отличие от затора зажор состоит из скопления рыхлого ледового материала: комьев шуги, частиц внутриводного льда, обломков заберегов, небольших льдин. Зажоры возникают в предледоставный период и в течение зимы при наличии незамерзающих участков реки. Характеристиками заторов и зажоров являются: строение, размеры, максимальный уровень и максимальный подъём уровня воды.
Природно-географическими условиями возникновения наводнений являются: выпадение осадков в виде дождя, таяние снега и льда, цунами, тайфуны, опорожнение водохранилищ. Наиболее часто наводнения бывают дождевого-речного тип а. Другой тип – затопление побережья в результате подъёма уровня моря при шторме (наводнения нагонного типа).
Факторами опасности (ущерба) являются:
- высота изменения уровня, влияющая на площадь заливаемой или осушающейся территории;
- скорость изменения уровня воды;
- продолжительность периода отклонения уровня воды от нормы;
- для наводнений – также сопровождающие явления (ветер, температура воздуха, оползания и размывы грунта и т. п.).
Многообразие наводнений можно свести к пяти группам по причинам возникновения и характеру проявления (табл. 5.2). На территории Российской Федерации преобладают наводнения первых двух видов (70–80 % всех случаев). Они встречаются на равнинных, предгорных и горных реках, в северных и южных, западных и восточных районах страны. Остальные три вида наводнений имеют локальное распространение.
Таблица 5.2 - Виды наводнений
| Виды наводнения | Причины | Характер проявления |
| Половодье | Весеннее таяние снега на равнинах или весенне-летнее таяние снега и дождевые осадки в горах | Повторяются периодически в один тот же сезон. Характеризуются значительным и длительным подъёмом уровней воды |
| Паводок | Интенсивные дожди и таяние снега при зимних оттепелях | Отсутствует чётко выраженная периодичность. Интенсивный и сравнительно кратковременный подъём уровня воды |
| Заторные, зажорные (заторы, зажоры) | Большое сопротивление водному потоку, образующееся на отдельных участках русла реки, возникающее при скоплении ледового материала в сужениях или излучинах | Заторные – в конце зимы или весны. Высокий и сравнительно кратковременный подъем уровня воды в реке. Зажорные – в начале зимы. Значительный (не менее чем при заторе) подъем уровня воды и более |
| реки во время ледостава (зажоры) или во время ледохода (заторы) | значительная, по сравнению с заторами, продолжительность | |
| Нагонные наводнения (нагоны) | Ветровые нагоны воды в морских устьях рек и наветренных участках побережья морей, крупных озер, водохранилищ | В любое время года. Отсутствие периодичности и значительный подъем уровня воды |
| Затопления при прорыве плотин | Излив воды из водохранилища или водоема, образующийся при прорыве сооружений напорного фронта (плотины, дамбы и т. п.), при аварийном сбросе воды из водохранилища, при прорыве естественной плотины, создаваемой природой при землетрясениях, оползнях, обвалах, движении ледников | Образование волны прорыва, приводящей к затоплению больших территорий и к разрушению или повреждению встречающихся на пути объектов (зданий и сооружений и др.) |
Факторы, оказывающие влияние на величину максимального подъема уровня воды при различных видах наводнений, приведены в табл. 5.3. По исходным причинам наводнения делятся на нагонные, ливневые (дождевые), половодья (связаны с таянием снега и ледников), зажорные и заторные, завальные и прорывные.
Таблица 5.3 - Факторы влияния на масштабы наводнения
| Вид наводнения | Факторы, оказывающие влияние на величину максимального подъема уровней воды |
| Половодье | Запас воды в снежном покрове перед началом весеннего таяния; атмосферные осадки в период снеготаяния и половодья; осенне-зимнее увлажнение почвы к началу весеннего снеготаяния; ледяная корка на почве; интенсивность снеготаяния; сочетание волн половодья крупных притоков речного бассейна; озёрность, заболоченность и лесистость бассейна; рельеф бассейна |
| Паводок | Количество осадков, их интенсивность, продолжительность, площадь охвата, предшествующее выпадение осадков, увлажненность и водопроницаемость почвы, рельеф бассейна, величина уклонов рек, наличие и глубина мерзлоты |
| Затор, зажор | Поверхностная скорость течения воды, наличие в русле сужений, излучин, мелей, крутых поворотов, островов и других русловых препятствий, температура воздуха в период ледостава (при зажоре) или в период ледохода (при заторе), рельеф местности |
| Нагон | Скорость, направление и продолжительность ветра, совпадение по времени с приливом или отливом, уклон водной поверхности и глубина реки, расстояние от морского побережья, средняя глубина и конфигурация водоема, рельеф местности |
| Затопления при прорывах плотин | Величина перепада уровня воды в створе плотины: объем, заполненный водой в водохранилище, на момент прорыва; уклон дна водохранилища и реки; размеры прорана и время образования прорана; расстояние от плотины, рельеф местности |
Наводнения, проходящие по рекам, делят по высоте:
- на низкие или небольшие (затапливаются низкие поймы);
- средние (затапливаются высокие поймы, частично заселенные);
- сильные или выдающиеся (частично затапливаются города, коммуникации, требуется эвакуация населения);
- катастрофические (существенно затапливаются города, требуются крупные аварийно-спасательные работы, массовая эвакуация).
В каждом районе случаются разные типы наводнений, причем сильные и катастрофические создаются обычно совпадением двух и более факторов (например, снеготаяние плюс ливни, ливни плюс прорыв плотин и т. п.), что позволило разработать классификацию наводнений с учётом масштабов их распространения и повторяемости (табл. 5.4).
Таблица 5.4 - Классификация наводнений
| Класс наводнений | Масштабы наводнения | Повторяемость (годы) |
| Низкие (малые) | Наносят незначительный ущерб. Охватывают небольшие прибрежные территории. Затопляется менее 10 % сельскохозяйственных угодий, расположенных в низких местах. Почти не нарушают ритма жизни населения | 5–10 |
| Высокие | Наносят ощутимый материальный и моральный ущерб, охватывают большие земельные участки речных долин, затапливают 10–15 % сельскохозяйственных угодий. Существенно нарушают хозяйственный и бытовой уклад населения. Приводят к частичной эвакуации людей | 20–25 |
| Выдающиеся (сильные) | Наносят большой материальный ущерб, охватывая речные бассейны. Затапливают 50–70 % сельскохозяйственных угодий, некоторые населенные пункты. Парализуют хозяйственную деятельность и резко нарушают бытовой уклад населения. Приводят к необходимости массовой эвакуации населения и материальных ценностей из зоны затопления и защиты важных хозяйственных объектов | 50–100 |
| Катастрофи-ческие | Наносят огромный материальный ущерб и приводят к гибели людей, охватывая громадные территории в пределах одной или нескольких речных систем. Затапливается 70 % сельскохозяйственных угодий, множество населенных пунктов, промышленных предприятий и инженерных коммуникаций. Полностью парализуется хозяйственная и производственная деятельность, временно изменяется жизненный уклад населения | 100–200 |
Наводнения (не считая нагонных, которые сопровождают ураганы) занимают в мире первое место по числу создаваемых или стихийных бедствий (40 % всех ЧС), второе-третье место по числу жертв, место в первой тройке по средней многолетней и по максимальной разовой величине прямого экономического ущерба.
Меры защиты от наводнений подразделяются на оперативные (срочные) и технические (предупредительные).
Оперативные меры не решают в целом проблему защиты от наводнений и должны осуществляться в комплексе с техническими мерами.
Технические меры включают заблаговременное проектирование и строительство специальных сооружений. К ним относятся: регулирование стока в русле реки; отвод паводковых вод; регулирование поверхностного стока на водосбросах; обвалование; спрямление русел рек и дноуглубление; строительство берегозащитных сооружений; подсыпка застраиваемой территории; ограничение строительства в зонах возможных затоплений и др.
Прогнозирование наводнений – это один из видов гидрологических прогнозов. В зависимости от времени упреждения гидрометеорологические прогнозы разделяются на краткосрочные (менее 12–15 дней) и долгосрочные (с большей заблаговременностью).
Методы краткосрочного прогнозирования базируютсяна использовании закономерностей движения воды в руслах и закономерностей притока (стока) воды.
Долгосрочные гидрологические прогнозы применяются, как правило, для предсказания масштабов действия наводнения. Для каждого населенного пункта, попадающего в зону действия наводнения, в соответствующем территориальном органе Госкомгидромета имеются Каталоги опасных отметок уровней (расходов) воды, так называемых критических уровней воды. Критический (опасный) уровень – это уровень воды по ближайшему гидрологическому посту, с превышения которогоначинается затопление данного населенного пункта.
Методика прогнозирования наводнений заключается в следующем:
- по прогнозным картам устанавливается максимально возможное ожидаемое превышение уровня воды в реке для данного пункта;
- величина превышения суммируется с соответствующей величиной среднего многолетнего уровня воды в реке для данного пункта, которые также имеются в органе Госкомгидромета;
- сравнивая полученную величину отметки с величиной критического уровня получаем информацию о той или иной возможной степени затопления интересующих пунктов.
Главная задача прогнозирования заторов и зажоров – оценить максимальные возможные заторные и зажорные уровни воды.
На первой стадии прогнозирования оценивается возможность образования затора или зажора, определяются затороопасные и зажороопасные участки в руслах рек. Исходными данными для прогнозирования максимальных заторных и зажорных уровней являются данные наблюдений гидрологических постов. Результаты прогноза выдаются в виде карт или сводок с ожидаемыми величинами максимальных заторных и зажорных уровней. Методы прогноза максимальных заторных и зажорных уровней основываются на прямой или косвенной оценке величины расхода воды у кромки ледяного покрова по пути её перемещения в пределах водосборного участка реки. Так как основная опасность затора (зажора) льда заключается в значительном подъеме уровня воды в реке, при котором вода выходит из берегов и затопляет прилегающую местность, то, в дальнейшем, полученные расчетом ожидаемые значения максимальных уровней сравниваются с соответствующими величинами критических уровней, т. е. отметок уровней, превышение которых представляет опасность.