Реки и озера как источник опасностей

Опасное гидрологическое явление — комплекс гидрологических величин, описывающих режим рек или озер и которые по своему значению, интенсивности или продолжительности представляют угрозу безопасности людей, а также могут нанести значительный ущерб объектам экономики и населению.

Гидрологические опасные явления подразделяются на несколько видов (рис. 4.5):

Рис. 4.5. Виды гидрологических опасных явлений

Наводнение — это затопление водой местности, прилегающей к реке, озеру или водохранилищу, которое наносит урон здоровью людей или даже приводит к их гибели, а также причиняет материальный ущерб.

По причинам возникновения наводнения подразделяются на несколько видов:

– половодье — сезонное таяние снега с максимальным стоком воды, отличающееся длительным подъемом уровня воды в реке;

– паводок — вызывается дождями и ливнями или таянием снега при зимних оттепелях;

– заторные, зажорные наводнения — вызываются большим сопротивлением водному потоку, возникающим при скоплении ледового материала в сужениях или излучинах реки во время ледохода (заторы) или во время ледостава (зажоры).

– нагонные наводнения — вызываются ветровыми нагонами воды на берега больших озер, водохранилищ и в морские устья рек;

– наводнения, вызванные прорывом (разрушением) плотин;

– наводнения, вызванные подводными землетрясениями, извержениями подводных или островных вулканов.

По размерам и наносимому ущербу наводнения бывают:

– низкие (малые) — вода затапливает низкие места, почти не нарушая ритма жизни населения, наносит незначительный ущерб;

– высокие — существенно нарушают налаженную жизнь людей, наносят значительный материальный ущерб, часто вызывая необходимость частичной эвакуации населения;

– выдающиеся — охватывают целые речные бассейны, наносят большой материальный ущерб, затапливают населенные пункты и города, при этом возникает необходимость в массовой эвакуации людей;

– катастрофические — полностью меняют жизненный уклад населения и приводят к огромным материальным потерям, затапливая более 70 % сельскохозяйственных угодий.

Основными характеристиками наводнения являются:

– максимальный уровень воды;

– максимальный расход воды за время наводнения;

– площадь затопления;

– высота слоя воды;

– продолжительность затопления;

– температура воды;

– скорость подъема уровня воды.

Факторами, обусловливающими величины максимального уровня и максимального расхода воды, являются:

а) для случаев весеннего половодья:

– запас воды в снежном покрове перед началом весеннего таяния;

– атмосферные осадки в период снеготаяния и половодья;

– осенне-зимнее увлажнение почвы к началу весеннего снеготаяния;

– глубина промерзания почвы;

– ледяная корка на почве;

– интенсивность снеготаяния (связанная с температурой воздуха).

б) для случаев паводка:

– количество осадков, их интенсивность и продолжительность;

– площадь охвата;

– увлажненность бассейна, предшествующая выпадению осадков;

– водопроницаемость почвы;

– рельеф бассейна;

– величины уклонов рек;

– наличие растительности и ее виды;

– хозяйственная деятельность человека;

– наличие и глубина промерзания почвы.

К основным характеристикам последствий наводнения относятся:

– численность населения, оказавшегося в зоне, подверженной наводнению;

– количество населенных пунктов, попавших в зону наводнения;

– количество предприятий в зоне затопления;

– протяженность затопленных автомобильных и железных дорог, линий электропередачи, связи и коммуникаций, оказавшихся в зоне ЧС;

– количество погибших животных, разрушенных мостов и тоннелей.

На основе данных о гидрологическом режиме рек была составлена картосхема России, показывающая регионы страны, где ежегодно сохраняется существенная угроза наводнений (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Районы России, где ежегодно сохраняется угроза наводнений

При подтоплении (подъем уровня грунтовых вод) вода проникает в подвалы через канализационную сеть, различного рода траншеи и коллекторы. В случае же затопления местность покрывается слоем воды определенной высоты.

Правила безопасного поведения при угрозе и во время наводнений. С получением прогноза о возможности наводнения население оповещают об этом по радио и телевидению.

При получении информации о начале эвакуации необходимо быстро собрать и взять с собой:

– пакет с документами и деньгами;

– аптечку;

– трехдневный запас продуктов и питьевую воду;

– постельное белье и туалетные принадлежности;

– комплект верхней одежды и обуви.

После этого необходимо прибыть в установленный срок на заранее назначенный эвакуационный пункт для регистрации и отправки в безопасное место.

Если наводнение застало внезапно, то необходимо:

– быстрее занять возвышенное место и быть готовым к эвакуации;

– принять меры к подаче сигналов;

– в безопасном месте нужно находиться до спада воды, самоэвакуацию можно проводить только в случае реальной угрозы вашей жизни.

После спада воды:

– нужно остерегаться оборванных и провисших проводов;

– продукты, попавшие в воду, можно употреблять только после их проверки санитарной инспекцией;

– воду перед употреблением обязательно кипятить.

Перед тем как войти в здание после спада воды, нужно убедиться, что вход в него не представляет опасности. Войдя в помещение, сразу же нужно проветрить его. Не рекомендуется применять спички.

Ученые составили перечень самых опасных с точки зрения гидроэкологических характеристик рек мира. В этот «опасный список» не включены реки, которые в силу стараний человека теперь невозможны для «проживания» в них рыб и других обитателей водоемов, но тогда список был бы, несомненно, длиннее.

Река Ориноко (Южная Америка) — весьма длинная река с порогами и водопадами. Для жителей прибрежных вод могут представлять опасность круглогодичные подъемы грунтовых вод к поверхности реки, так называемые апвеллинги. Наводнения и быстрый спад воды могут снести с берега жилища и людей.

Река Конго (Центральная Африка) — опасность представляет водопад Стэнли, который переходит в Адские ворота. Это узкий каньон на реке, где скорость воды увеличивается по сравнению с обычным течением в несколько раз, переходящий в серию порогов.

Река Амазонка (Южная Америка) — в сезон половодья разливается так, что ее называют «Речным морем», глубина которого достигает 50 метров. Приливные волны сносят с берегов деревья, дома.

Река Янцзы (Китай) — круглогодичные дожди вызывают заторы на этой реке, что приводит к появлению водоворотов, изменению скорости реки за считанные минуты. От гибели при наводнении не спасают ни дамбы, ни построенные жителями плотины.

Река Брамапутра (Юго-Западный Тибет, Китай, Бангладеш, Индия) — таяние снегов в Гималаях вызывает обширные половодья, наводнения.

Особую категорию гидрологических опасностей составляют сели.

Селями называются грязевые или грязекаменные потоки, внезапно возникающие в руслах горных рек вследствие резкого паводка, вызванного интенсивными ливнями, бурным снеготаянием и другими причинами. Сели представляют большую опасность вследствие заключающейся в них огромной энергии и высоких скоростей движения, обусловливающих внезапность их появления. Сели разрушают находящиеся на их пути постройки, наносят большой ущерб обрабатываемым землям и урожаю, приводят к человеческим жертвам. Известны случаи, когда под селевыми потоками были погребены селения и даже города. Разрушительному воздействию селей неоднократно подвергались такие крупные города, как Алма-Ата, Ашхабад, Ереван. Под угрозой селевых потоков находятся многие селения и хозяйственные объекты в горных областях.

Одно из крупнейших наводнений селевого характера имело место в 1921 году в г. Алма-Ате, где грязекаменным потоком было снесено несколько сот домов и погибло несколько десятков человек. Объем вынесенного этим селем каменного материала превышал 1,5 млн. м³, а его масса — 3 млн. т. Сильное наводнение селевого характера имело место в г. Ереване в 1946 году.

При селях в водоток поступает огромное количество твердого материала, объем которого может достигать сотен миллионов — миллиардов кубических метров.

Для образования селя необходимо быстрое поступление в русла рек больших объемов воды, значительные уклоны земной поверхности, наличие легко смываемого рыхлого мелкообломочного материала. Такие условия обычно имеют место в горной местности. Поэтому на территории России основными районами, опасными по проявлению селей, являются Кавказ, Прибайкалье, Забайкалье, Дальний Восток, Сахалин, Камчатка.

Образование селей зависит от совокупного действия целого ряда природных факторов. Это геологическое строение местности (литология, последовательность накопления пород и др.), тектонические движения земной коры, рельеф склонов, климатические и гидрогеологические условия, растительный и животный мир.

Геологическое строение местности определяется видом слагающих поверхностный слой горных пород. Прочные горные породы с жесткими внутренними связями (магматические, метаморфические, некоторые осадочные) непосредственно не участвуют в селевых процессах. Они лишь являются источником рыхлообломочного материала для селей при своем разрушении в процессе выветривания и других видах разрушения. В селевых потоках принимают участие рыхлые породы; при больших скоростях и расходах воды в них могут принимать участие и слабые осадочные породы.

Тектонические движения Земли, следствием которых являются землетрясения, сопровождаются обвалами и оползнями и поэтому играют важную роль в формировании твердой составляющей селевого потока. Сильные землетрясения нередко были причинами образования селей. Аналогичный результат может вызвать и вулканическая деятельность.

Климатические условия определяют формирование жидкой составляющей селей, а также и их твердой составляющей, поскольку влияют на разрушение горных пород.

Гидрогеологические условия определяют, прежде всего, величину поверхностного стока воды: чем меньше водопроницаемость почвы и подстилающих ее горных пород, тем меньше воды при выпадении атмосферных осадков уходит в породы, тем больше поверхностный сток воды, тем благоприятнее условия для образования селя. В формировании жидкой составляющей селя могут принимать участие также подземные воды. Подземные воды могут разрушать горные породы, способствуя подготовке твердой фракции селя.

Растительный покров, связывая почву, способствует предупреждению образования селей. Лесные почвы, более рыхлые, способствуют проникновению воды вглубь, уменьшая ее поверхностные стоки. В то же время полеглая трава, создавая для осадков эффект «крыши», способствует усилению поверхностного стока вод.

Звери могут способствовать разрушению почвы и тем самым образованию твердой составляющей селей. Такие воздействия могут оказывать некоторые грызуны, проделывая в почве подземные ходы. Многие грызуны, поедая травяной покров, особенно его корневую систему, способствуют эрозии почвы.

Активизации селевых процессов может способствовать хозяйственная деятельность человека, прежде всего уничтожение лесов, луговой растительности в результате чрезмерного выпаса скота, размещение отвалов горных пород в руслах водотоков и в нижних частях склонов, гидротехническое строительство.

Хищническая вырубка лесов в ХIХ веке привела к сильнейшей активизации селей в приальпийских странах (Франция, Австрия, Швейцария). По этой причине активизировались селевые процессы в Карпатах в 40-60-х годах XX века. В Забайкалье и на Дальнем Востоке аналогичное значение имеют лесные пожары.

Чрезмерный выпас скота на горных пастбищах приводит к разрушению дернового покрова, ухудшению фильтрационных свойств почв и, как следствие, к активизации эрозии и формированию очагов зарождения селей.

При разработке месторождений полезных ископаемых в горной местности часто пустая порода складируется в отвалах на крутых склонах или в руслах временных или небольших водотоков. Во время паводков отвалы размываются и существенно участвуют в формировании твердой составляющей селевых потоков. Примером тому являются селевые потоки у г. Новороссийска, твердая составляющая которых формируется из отвалов карьеров цементных заводов. Отвалы Садонского рудника (Северный Кавказ) формируют твердую составляющую селей на реке Ходка. Подобных примеров достаточно много.

Формирование селя состоит в формировании его жидкой и твердой составляющих.

У большинства селей жидкая составляющая формируется за счет дождей и ливней. Меньшую роль играет таяние снега и льдов. Возможно формирование жидкой составляющей селей в результате прорывов ледниковых озер и завалов долин рек. Так, в Средней Азии в период с 1870 по 1959 годы в 37 % случаев прохождения селей их жидкая составляющая формировалась за счет дождей и ливней и лишь 7,2 % — за счет таяния снега и ледников. На Кавказе формирование жидкой составляющей селей за счет прорывов ледниковых озер и завалов долин рек составляет всего 1,4 %. В то же время прорывы завальных озер характерны высокой интенсивностью формирования жидкой составляющей селей. Например, при внезапном обрушении больших масс горных пород в виде оползней и обвалов в завальные озера расход воды при ее переливе через завал может достигать 200000-300000 м /с, а высота волны над гребнем плотины — 70 м. Поэтому с прорывами завальных озер обычно связаны катастрофические проявления селей (в Средней Азии за последние 75 лет зарегистрировано 10 катастрофических проявлений селей, образованных вследствие прорыва завальных озер).

При дождях и ливнях интенсивному стоку вод по поверхности способствует слабая водопроницаемость почвы, ее большая начальная влажность, а также полеглый травяной покров на крутых склонах.

Интенсивное таяние снега часто связано с обильными снегопадами в горах в середине лета и последующим наступлением теплой солнечной или теплой дождливой погоды.

Интенсивное таяние ледников может быть результатом вулканической деятельности с извержением лавы. В 1877 году извержение вулкана Котопахи (Эквадор) привело к очень быстрому таянию ледников. В результате уже через час после извержения лавы все окрестные долины были залиты грязекаменными потоками. В одном из ущелий ширина селя достигала 100 м, глубина 60 м. Скорость потока при выходе из ущелья была 10 м/с, а расход потока — около 60000 м /с. За 3 ч сель прошел 111 км.

Обычно сели движутся со скоростями порядка 10-15 км/ч. Содержание твердой составляющей в селевом потоке превышает 100 кг на 1 м воды. Масса отдельных камней, перемещаемых селевым потоком, достигает 10 т и более.

В селевом потоке заключена огромная энергия. Расчеты показывают, что сила давления, испытываемого стеной небольшого индивидуального дома от селевого потока, достигает 25-30 тс.

Твердая составляющая селя в большинстве случаев формируется за счет сноса со склона в русло водотока продуктов разрушения коренных пород либо за счет размыва рыхлообломочных четвертичных (молодых) отложений.

Твердая составляющая селей может формироваться за счет материалов запруд горных рек. Запруды горных рек обычно вызываются оползнями, обвалами, селями из боковых притоков, осовами осыпей. Запруды от оползней и обвалов могут существовать очень долго и приводить к значительному накоплению воды в водостоке. Лавины, сели, осовы осыпей обычно создают небольшие запруды, которые прорываются через несколько часов или суток. Причиной прорывов больших древних завалов могут быть землетрясения.

Твердая составляющая может формироваться также за счет размыва ледниковых морен и материала извержения вулканов. Например, при извержении вулкана Ксудач на Камчатке было выброшено около 3 млрд. м рыхлого материала. При извержении вулкана Авача там же в 1945 году мощность слоя выпавшего пепла составила 45 мм. Эти продукты извержения формируют твердую составляющую селевых потоков (лахаров), образующихся при извержениях вулканов, часто сопровождающихся ливнями. Примером таких селей являются грязевые потоки, образовавшиеся при извержении вулкана Везувий в 79 году, когда под ними и слоем пепла были погребены города Помпеи, Геркуланум, Стабия, располагавшиеся у подошвы этого вулкана.

После зарождения селя, т. е. после завершения формирования его жидкой и твердой составляющих, селевой поток продолжает двигаться по руслу. При этом важнейшей особенностью движения потока является его пульсирующий характер, который проявляется в том, что поток движется в виде системы чередующихся по его длине селевых валов. Такой характер движения формируется крутыми поворотами русла, изменением его продольных уклонов и ширины, наличием заторов. Пульсирующее движение селя определяется также неравномерностью поступления в него жидкой и твердой составляющих. В зависимости от конкретных условий количество валов в селевом потоке может изменяться от нескольких единиц до нескольких сотен, а их высота может достигать десятков метров. Например, в селевом потоке, который прошел по руслу реки Большой Алмаатинки (г. Алма-Ата) в 1977 году, количество валов составило 200-300, их высота достигала 20 м, а в отдельных случаях — 30 м.

Защита от селей включает прогноз селеобразования и проведение специальных мероприятий.

Прогноз представляет собой предсказание периода активизации селевых явлений или оценка изменений селевого режима и соотношения генетических типов селей на определенный момент будущего времени. Заблаговременность прогноза — от нескольких лет до нескольких десятков лет. Прогноз периодов активизации селевых явлений, продолжительностью от одного года до нескольких лет строится на базе циклов солнечной активности. Он включает следующие этапы: выявление связи хода селевой активности (случаев схода) с кривыми хода определяющих факторов — солнечной активности, микроформ атмосферной циркуляции, температуры воздуха, осадков; прогноз хода — метеоэлементов путем экстраполяции по их длинным рядам; прогноз селевой активности на основе выявленной корреляции селевой активности с определяющими факторами; конкретная реализация прогноза на основе среднемасштабной карты селевой активности, на которую накладывается карта районирования по режиму метеопараметров. Оценка изменения селевого режима и соотношения генетических типов селей на какой-либо момент времени ближайших десятилетий дается на базе оценок климатических изменений. Существующие сценарии климатических изменений в связи с глобальным изменением климата позволяют рассчитать минимально необходимые параметры температуры воздуха, осадков, других показателей. Выводы об изменении (величине или тенденции) селевой активности и соотношения генетических типов селей делаются путем пространственно-временных аналогий.

Прогноз селеопасности завершается оценкой возможных последствий действия селевых потоков. Эта оценка выполняется на основе оценок расходов селевых потоков, их скорости движения, объемов выноса твердой составляющей, глубины потоков, выполняемых специальными методами. Специальные мероприятия по защите от селей включают агролесомелиоративные мероприятия и строительство специальных гидротехнических сооружений. Агролесомелиоративные мероприятия состоят в закреплении почв и растительного покрова, в частности включают лесонасаждения, скрепляющие почву и предохраняющие ее от размыва. Специальные гидротехнические сооружения — это плотины, служащие для задержания твердой составляющей селей и регулирования стока воды; котлованы; искусственные русла для отвода селевого потока в специально предназначенные водоприемники. Характерным примером использования плотин для борьбы с селями является сооружение противоселевой плотины над Алма-Атой в Медео. В 1973 году эта плотина защитила город от мощного селевого потока, предотвратив неминуемую катастрофу.

Поиск по сайту: