Мониторинг безопасности конспект лекций

•уровень подземных вод, мм;

•температура подземных вод, °С;

•содержание, концентрация микро- и макрокомпонент газофлюидного поля;

•значение температуры и градиент геотермического поля. Регулярные наблюдения должны проводиться с представительным

опросом не реже одного раза в год для долгосрочного прогноза; одного раза в месяц для среднесрочного прогноза; для краткосрочного прогноза – один раз в день, в час или непрерывно (в зависимости от критичности ситуации).

Виды методов наблюдения: сейсмологический, сейсмического просвечивания, геодезический, морфоструктурный, сейсмоакустический; электромагнитный, геоэлектрический, гидродинамический, гидрохимический, тектонофизический, геотермический, геомагнитный, гравитометрический, аэрокосмический, ионосферный.

Технические средства наблюдений за землетрясениями. Система наблюдений предусматривает размещение измерительных приборов или датчиков на земной поверхности, на море и в литосферном пространства. Прогнозирование катастрофических деформаций, приводящих к возникновению техногенных землетрясений, осуществляется на основании комплексного анализа аномалий регистрируемых геофизических параметров, величины которых превышают их суточные. Комплекс определения уровня насосов в прибрежной зоне используется для регистрации уровня наносов и изменения береговой линии прибрежной зоны морей и сезонные колебания, связанные с природными изменениями геологической среды.

В настоящее время в сейсмически опасных районах создаются пункты наблюдения за предвестниками. Их задача – предупреждение и оповещение населения о надвигающемся бедствии. Современная мировая сеть насчитывает свыше 2000 стационарных сейсмических станций, данные которых систематически публикуются в сейсмологических бюллетенях икаталогах. Кроме стационарных станций используются экспедиционные сейсмографы, в том числе устанавливаемые на дне океанов. Экспедиционные сейсмографы засылались также на Луну (где 5 сейсмографов ежегодно регистрируют до3000 лунотрясений), атакже на Марс и Венеру.

Современная сейсмическая станция – это хорошо организованный комплекс измерительного, регистрирующего и передающего оборудования. В оснащении пунктов наблюдения (буровые скважины, шахты,

61

шурфы, т.е. места с низким фоном сейсмических помех) основным измерительным прибором является сейсмограф с автоматической регистрацией. Устойчивость и возможность сохранения данных наблюдений обеспечивают акселерографы. Кроме этого, оборудование может дополняться устройствами для изучения уровня и химического состава грунтовых вод, наклономерами, измерителями напряжения электрического и магнитного полей в грунтах и атмосфере. Сейсмостанции могут работать в непрерывном и ждущем режиме работы. В первом случае регистрация ведется круглосуточно или в режиме, когда показания приборов снимаются автоматически 1–2 раза в час, во втором – регистрация начинается в момент землетрясения.

4.2. Цунами

Цунами – длинные волны, порождаемые мощным воздействием на всю толщу воды в океане или другом водоеме.

В открытом океане волны цунами распространяются с большой скоростью. При средней глубине 4000 м скорость распространения получается 200 м/с, или 720 км/ч. В открытом океане высота волны редко превышает 1 м, а длина волны (расстояние между гребнями) достигает сотен километров, и поэтому волна не опасна для судоходства. При выходе волн на мелководье, вблизи береговой черты, их скорость и длина уменьшаются, а высота увеличивается.

Частота проявления цунами на Тихоокеанском побережье Камчатки и Курильских островах: при максимальном подъеме уровня воды свыше 23 м 1 раз в 100–200 лет; при подъеме от 8 до 23 м 1 раз в 50–100 лет; от3 до 8 м 1 раз в 20–30 лет; 1–3 м1 раз в 10 лет.

Поражающим фактором цунами является затопление прибрежной полосы, подъемная сила воды, давление водного потока, ударное действие влекомого материала. Для характеристик опасности цунами применяются шкалы К. Ииды, А. Имамуры, Амбрейсиса и др. (табл. 4.3).

62

Окончание табл. 4 . 3

Наиболее распространенные причины возникновения длинных волн:

1.Подводное землетрясение (около 85 % всех цунами). При землетрясении под водой образуется вертикальная подвижка дна: часть дна опускается, а часть приподнимается. Поверхность воды приходит в колебательное движение по вертикали, стремясь вернуться к исходному уровню – среднему уровню моря, – и порождает серию волн. Далеко не каждое подводное землетрясение сопровождается цунами.

2.Оползни (около 7 % всех цунами). Зачастую землетрясение вызывает оползень и он же генерирует волну. 9 июля 1958 г. в результате землетрясения на Аляске в бухте Литуйя возник оползень. Масса льда

иземных пород обрушилась с высоты 1100 м. Образовалась волна, достигшая на противоположном берегу бухты высоты более 524 м. Но намного чаще происходят подводные оползни в дельтах рек, которые не менее опасны.

63

3. Вулканические извержения (около 5 % всех цунами). При сильных вулканических взрывах образуются не только волны от взрыва, но вода также заполняет полости от извергнутого материала или даже кальдеру в результате чего возникает длинная волна. Классический пример – цунами, образовавшееся после извержения Кракатау в 1883 г., когда огромные цунами наблюдались в гаванях всего мира и уничтожили в общей сложности 5000 кораблей, погибло 36 000 чел.

Другими возможными причинами могут быть:

y человеческая деятельность. В век атомной энергии появилось средство вызывать сотрясения земной поверхности. В 1946 г. США произвели в морской лагуне глубиной 60 м подводный атомный взрыв с тротиловым эквивалентом 20 тыс. т. Возникшая при этом волна на расстоянии 300 м от взрыва поднялась на высоту 28,6 м, а в 6,5 км от эпицентра еще достигала 1,8 м;

yпадение крупного небесного тела; имея огромную скорость падения (десятки километров в секунду), данные тела имеют колоссальную кинетическую энергию, их масса может достигать миллиарды тонн;

yветер, как причина образования метеоцунами, когда при резком изменении давления или при быстром перемещении аномалии атмосферного давления, возможно образование короткопериодных волн (до 20 м). Этоявление наблюдается наБалеарских островах и называется риссага.

Предвестниками цунами бывают:

•Внезапный быстрый отход воды от берега на значительное расстояние и осушка дна. Чем дальше отступило море, тем выше могут быть волны цунами. В случае телецунами волна обычно подходит без отступления воды.

•Землетрясение, при этом эпицентр землетрясения находится, как правило, в океане. Энергия цунами составляет от 1 до 10 % энергии вызвавшего его землетрясения. На берегу землетрясение обычно гораздо слабее, а часто его нет вообще.

•Необычный дрейф льда и других плавающих предметов, образование трещин в припае.

•Громадные взбросы у кромок неподвижного льда и рифов, образование толчеи, течений.

Последствия цунами:

•гибель большого числа людей;

•разрушение зданий, сооружений, транспортных магистралей;

•изменение рельефа местности;

64

•привнесение морских обитателей;

•аварии на промышленных объектах и др.

Следствием проявления цунами на суше являются разрушение экосистем, переселение большого числа людей; голод и нехватка питьевой воды в пострадавших районах. Обсуждаются и такие последствия, как изменение климата и смещение земной оси.

Организация системы мониторинга. Наиболее распространен-

ным является магнитудно-географический метод определения опасности возникновения цунами. Для прогноза цунами, которые распространяются после подводного землетрясения, используют два критерия:

1)географическое расположение эпицентра землетрясения в определенной области океана;

2)превышение порогового для этой области значения магнитуды. При регистрации подводного землетрясения сейсмическая инфор-

мация поступает в пункт (центр) сейсмологической подсистемы, который рассчитывает и оценивает параметры землетрясений: координаты эпицентра, глубину гипоцентра землетрясения, магнитуду, цунамигенность землетрясения.

Системы предупреждения цунами строятся главным образом на обработке сейсмической информации. Если землетрясение имеет магнитуду более 7 баллов по шкале Рихтера и центр расположен под водой, то подается предупреждение о цунами.

Предупреждение «по факту» полезно для глобальных цунами (телецунами), оказывающих влияние на весь океан и приходящих на другие границы океана спустя несколько часов. Для выявления волн цунами в открытом океане используются придонные датчики гидростатического давления. Глубоководная система предупреждения, основанная на таких датчиках со спутниковой связью с приповерхностного буя, разработанная в США, называется DARТ (рис. 4.1). Обнаружив волну тем или иным образом, можно достаточно точно определить время ее прибытия в различные населенные пункты.

В РФ действуют следующие службы предупреждения:

yМеждународная координационная группа по системе предупреждения и уменьшения ущерба от цунами в Тихом океане – Тихоокеанский центр предупреждения о цунами (ТЦПЦ).

yДанныедистанционного мониторинга накосмических спутниках.

yРегиональные центры предупреждения цунами.

yМестные территориальные центры цунами.

65

3.ФС по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет).

4.Геофизическая служба РАН.

5.Мининформсвязи России, Россвязь, операторы связи.

В связи с созданием в 2003 г. Единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (РСЧС) служба предупреждения о цунами получила статус функциональной подсистемы ФП РСЧС-Цунами. В 2006 г. создана модернизированная система предупреждения цунами (СПЦ) (рис. 4.2, 4.3). СПЦ включает в себя:

y11 широкополосных цифровых сейсмических станций с сейсмическими микрогруппами;

y16 пунктов регистрации станций сильных движений;

y3 региональных сейсмических информационно-обрабатывающих центра;

y23 береговых автоматизированных уровенных поста;

y3 территориальных Центра предупреждения о цунами;

yкомплекс донной гидрофизической станции в открытом океане, высокоскоростные каналы сбора и распространения информации, современные технологии и средства для оповещения об угрозе цунами.

Рис. 4.2. Сеть наблюдений системы предупреждения цунами

Функции подсистем.

Сейсмическая система обеспечивает:

y непрерывные наблюдения за сейсмологической обстановкой на акватории Тихого океана, включая Японское, Охотское и Берингово моря в круглосуточном непрерывном режиме;

67

yобработку сейсмических сигналов в автоматическом и автоматизированном режимах для оперативного определения параметров сильных землетрясений (время в очаге, координаты, магнитуда, глубина гипоцентра) на акватории Тихого океана и морях по одной станции, по локальной группе станций, по сети станций иоценки ихцунамигенности;

yпередачу результатов обработки сейсмологических данных (параметры очагов землетрясений) в центры СПЦ на региональном и федеральном уровнях;

yпринятие решения об угрозе цунами по одной станции, по локальной группе станций, по сети станций при близких цунамигенных землетрясениях;

yпередачу сигналов предупреждения о цунами на локальном, региональном и федеральном уровне по схемам оповещения СПЦ;

yобмен данными наблюдений с российскими и международными сейсмологическими центрами и центрами предупреждения о цунами;

•сбор, накопление и систематизация данных сейсмологических наблюдений, обобщение и анализ записей цунамигенных землетрясений в целях развития научно-методического и информационного обеспечения СПЦ.

Рис. 4.3. Гидрофизическая сеть наблюдений

Гидрофизическая сеть обеспечивает:

y непрерывные наблюдения за уровнем моря и его измерением различными методами;

y передачу измеренных данных в центры сбора и обработки данных соответствующего уровня СПЦ;

68

y обработку данных для обнаружения аномальных изменений уровня, фильтрацию гидрологических явлений, обнаружение цунамиподобных сигналов и идентификация волн цунами;

yрасчет характеристик волн цунами (времена вступления, амплитуды, периоды);

yсбор и накопление первичных измерительных данных об уровне

моря;

yполучение и накопление данных о проявлениях цунами на берегу (величине заплеска, характере воздействия на объекты).

При очагах цунами в ближней зоне цунамизащищаемого пункта ответственность за объявление тревоги цунами возложена на Геофизическую службу РАН, одновременно параметры землетрясения передаются в центр предупреждения цунами.

4.3. Наводнение

Наводнение – это различное по длительности временное значительное затопление местности в результате подъема уровня воды в реке, озере или океане (ГОСТ 19179–73).

Можно выделить природные условия, приводящие к резкому возрастанию количества воды, подъему уровня воды и затоплению:

•таяние снега или ледников, расположенных в бассейне водного объекта, выпадение обильных осадков;

•загромождение русла льдом при ледоходе (затор) или закупоривание русла под неподвижным ледяным покровом скоплениями внутриводного льда и образования ледяной пробки (зажор);

•действие ветров, нагоняющих воду с моря и вызывающих повышение уровня за счет задержки в устье приносимой рекой воды;

•прорывы плотин, оградительных дамб и др.

Деятельность человека, ведущая к наводнениям:

•стеснение живого сечения потока вдольрусловыми дорогами, дамбами, мостовыми переходами, что уменьшает пропускную способность русла и повышает уровень воды;

•нарушение естественного режима расходов и уровней воды, например, в результате сезонного регулирования стока вышележащими водохранилищами.

•освоение территорий в нижних бьефах водохранилищ, хозяйственное освоение пойм и др.

69

При наводнении возможно возникновение вторичных поражающих факторов:

•обрушения зданий, сооружений (под воздействием водного потока и вследствие размыва основания);

•заболеваний людей и сельскохозяйственных животных (вследствие загрязнения питьевой воды и продуктов питания) и др.

Классификация наводнений в зависимости от масштаба распространения и повторяемости представлена в табл. 4.4.

Таблица 4 . 4

Классификация наводнений по масштабу распространения и повторяемости

70