книги / Опасные природные процессы. Вводный курс

Гшва 10. Гидро югические и гидрогеологические опасные природные проиессы

Т а б л и ц а 1 0 . 1 0

431

Разде I //. Опасные природные процессы

Т а б л и ц а 1 0 . 1 1

Приближенные значения максимальных расходов воды равнинных рек в периоды летне-осенних и зимних паводков (повторяемость I раз в 20—50 лет) [Саулин В.И., 1997)

432

Гшва 10. Гидрологические и гидрогеологические опасные природные процессы

Окончание таблицы 10. / /

Т а б л и ц а 1 0 . 1 2

Приближенные значения максимальных годовых расходов воды

433

Раздел //. Опасные природные процессы

434

Глава 10. Гидро югичесние и гидрогеологические опасные природные процессы

Прогноз наводнений В основе предсказания наводнений лежит статистическая обработка ма­

териалов по каждому водосборному бассейну (площадь бассейна, крутизна склонов, залесенность, величина снегового покрова и т.д.). Чем меньше паво­ док, тем выше частота его повторения. Это относится и ко всем другим ката­ строфам. Так вычисляют паводки однолетние, 10-летние, 100-летние и т.д. В отношении крупных сооружений и плотин должны учитываться 1000-лет­ ние паводки, а при проектировании низких насыпных плотин — 100-лет­ ние паводки. При прогнозе учитывают наиболее неблагоприятные обстоя­ тельства.

Для паводковых наводнений рассматривают:

факторы, обусловливающие высоту весенних паводков; запас воды в снежном покрове перед началом весеннего таяния; атмосферные осадки в период снеготаяния; глубину промерзания почвы; ледяную корку на почве; интенсивность снеготаяния.

Для ливневых наводнений учитывают следующее:

чем обильнее атмосферные осадки и значительнее интенсивность их вы­ падения, тем больше дождевой паводок. В расчет берется предшествующая увлажненность бассейна.

При прогнозе максимальных паводков принимаются соответствующие меры защиты всех гидросооружений и населенных пунктов вблизи водотоков.

Кроме статистических, существуют и эмпирические прогнозы [по Ростомову]:

QMaKC= 16,67 x C x B x S x A x R x Ro,

где QwaKC— максимальный расход воды; С — коэффициент стока; В — ко­ эффициент распределения атмосферных осадков; S — коэффициент фор­ мы бассейна; А — площадь бассейна; R — количество осадков; Ro — про­ должительность выпадения осадков.

Для прогноза нужна параметризация наводнений, т.е. описание этого явления с помощью минимального набора простых характеристик (хотя это и трудно осуществить). Одна из таких характеристик — высота подъема воды в реке или высота нагона воды на побережье. Такие измерения про­ водятся регулярно. Можно использовать и значение расхода в м3/с. Хуже с вариантами прорыва дамб: здесь уровень воды в реке всегда выше уровня суши. Возможно, в данном случае надо считать за параметр превышение. Следующий параметр — плошадь затопления территории. Затем надо знать время наводнения — от начала до пика. Для дождевого наводнения учиты­ вают количество осадков в (мм) или лучше полный объем либо вес ливня. Например, в Швейцарии 15 октября 2000 г. на 1 м2 выпало 600 л воды в су­ тки, поэтому случилось наводнение.

435

Разде J II. Опасные природные процессы

По подъему и расходу воды имеется большая статистика. Например, ус­ тановлено, что при увеличении расхода в 10 раз число случаев уменьшается

в100—200 раз. Энергию наводнения можно выразить следующей формулой:

М= IgS (км2),

где М — магнитуда.

а потом сравнить повторяемость М и повторяемость категорий бедствий. Для атмосферных процессов несколько иная зависимость:

М = 3,32 lg (рс — р) х R.,

где рс — среднее давление; р — давление в центре циклона (в гектопаска­ лях); R. — радиус циклона (тыс. км).

Обязательно нужно учесть угловую скорость и размеры вращающегося образования. Но измерять давление в различных местах смерча непросто.

Для оценки магнитуды линейных ураганов подошла бы формула: М = 3,32 lg V,

где V — скорость ветра (км/ч).

Для града учитывается величина градин: М = lg г, для ливня М = lg m, где m — масса ливня (или вместо m взять I — количество осадков в мм).

Надо помнить, что в чередовании места, времени и магнитуды всегда присутствуют два начала: закономерное течение процесса и случайное нало­ жение на этот процесс большого числа отклоняющих факторов, т.е. Порядок

иХаос. Причем фактор случайности преобладает. В этих условиях мы можем рассчитывать лишь на долговременные оценки общего состояния отдельных районов, их готовности к экстремальным событиям, но не на оценки кон­ кретного момента и силы отдельных событий. Что же касается краткосроч­ ного прогноза, то здесь, как и в физике, действует принцип неопределенно­ сти: чем точнее мы хотим предсказать время события, тем больше мы можем ошибаться в предсказании его размеров.

Появление спутников позволило давать более точные краткосрочные прогнозы погоды и прогнозы прихода тропических циклонов. Мезопроцессы, т.е. сильные локальные грозы, шквалы, смерчи, предсказываются не­ сколько хуже, и то за очень короткое время. Прогноз — это только полдела Требуется еще высокая организация общества.

США располагают наиболее совершенной системой прогноза и оповеще­ ния о наводнениях. Центральная система предупреждения о наводнениях подчиняется Национальной службе погоды. В ее состав входят 12 прогноз­ ных центров, расположенных в основных речных бассейнах. Центры обраба­ тывают данные, собираемые 2,5 тыс. станций слежения за стоком и атмосфе­ рой, и обеспечивают своевременную передачу информации в национальные

иместные органы управления, отвечающие за организацию противопаводко­

436

Глава 10. Гидрологические и гидрогеологические опасные природные процессы

вой защиты. Всего в стране сеть наблюдения за стоком насчитывает более 6 тыс. станций со средним периодом наблюдений 40 лет. Помимо цент­ ральной системы, существуют многочисленные местные системы наблюде­ ния прогнозирования и предупреждения паводков.

Наряду с Национальной службой погоды, входящей в состав Нацио­ нального управления по исследованию океана и атмосферы, основными государственными организациями, осуществляющими контроль и борьбу с паводками, являются: Корпус военных инженеров армии США, Министер­ ство сельского хозяйства (Служба лесов и Служба охраны почв), Министер­ ство жилищного строительства и городского развития, Геологическая служба и др. Координацию усилий по борьбе с паводками осуществляет Управление экстренного планирования, до создания которого эти функции возлагались на Совет по водным ресурсам. В программах по организации зашиты от на­ воднений принимают участие более 3 тыс. местных организаций. Доля ка­ питальных государственных вложений в противопаводковые мероприятия составляет в городах 80% всех средств, затрачиваемых на борьбу с наводне­ ниями, в сельских районах — 90%. Остальные расходы ложатся на местные власти.

Влияние антропогенного фактора, к сожалению, негативно, ибо все больше объектов размещается в зонах паводков.

Усиление наводнений. В 80-е годы были установлены рекорды за послед­ ние 100 лет наблюдений по ливневым наводнениям и паводкам снеготаяния (ливневые наводнения в Новой Зеландии, Великобритании, Португалии, па­ водок снеготаяния в Башкирии). Некоторые специалисты связывают эту тен­ денцию с начавшимся антропогенным изменением климата. Однако могут быть и причины местного характера. К ним относятся:

техногенное изменение геометрии русел рек (непреднамеренное антро­ погенное заиление, неправильные русло-выправительные работы);

рост искусственных водохранилищ и прорывных паводков: осушение болот; сведение лесов (сток возрастает в 2 раза);

увеличение водоупорных (асфальтовых) покрытий в городах: изменение температурного режима над городами; загрязнение снегов и др.

Ряд исследователей высказали предположение, что ожидаемое антро­ погенное потепление климата приведет к быстрому сокращению антаркти­ ческого ледникового покрова и к катастрофическому повышению уровня Мирового океана — возможно, на 5—6 м уже в XXI в. При этом могут быть затоплены низменности, где ныне проживают десятки млн. человек. Одна­ ко новейшие исследования приводят к выводу, что поднятие уровня океа­ на при антропогенном потеплении климата либо будет гораздо меньшим (0,5—1,5 м) и более медленным, либо не произойдет вовсе.

437

Разде i П. Опасные природные процессы

10.5.2

Прогноз опасных морских гидрологических явлений. Местные признаки

Виды навигационной гидрометеорологической инфор­ мации для целей прогноза. Для оценки гидрометеорологической обстановки и корректировки пути судна используются информация, принимаемая по радио, результаты судовых наблюдений и измерений гидрометеорологиче­ ских элементов. Радиостанции гидрометеорологических центров в очеред­ ных сообщениях передают прогнозы погоды на 12, 24 или 72 ч. Обзоры и прогнозы синоптического положения даются на сутки, прогнозы погоды и волнения моря — на сутки. Обзоры и прогнозы ледовой обстановки при­ водятся на 24 ч. по отдельным районам — на 48 ч, а на район Канады — на 5 суток. Очередные сообщения предваряются словом «МЕТЕО».

Вне очереди передаются предупреждения об ураганах, штормах и осо­ бо опасных явлениях погоды. Такие предупреждения следуют после слов «УРАГАН», «ШТОРМ» или «ЛЕД» (на русском или английском языке).

Факсимильные карты, передаваемые на суда, содержат приземный анализ погоды, который дается на период от I2 до 72 ч. Прилагаются кар­ ты ожидаемых положений циклонов, антициклонов и фронтов, а также прогноз на 24 и 48 ч и анализ поля волнения. Прилагаются также прогноз температуры воды на срок от I до 10 суток, информация о поверхностных океанических течениях, о ледовой обстановке.

Для обеспечения перехода океанских судов, а также перегона и букси­ ровок плавсредств и судов с ограниченной мореходностью Госкомгидромет через свои прогностические центры передает рекомендации о наивыгод­ нейших и безопасных путях плавания.

Оценка гидрометеорологической информации. Для оценки гидрометео­ рологической информации рекомендуется на генеральной карте наносить центры барических образований (циклоны и антициклоны), направление и скорость их перемещения, атмосферные фронты, изобары (линии равных давлений).

Продолжительность существования ТЦ от 3 до 20 суток. Имеются дан­ ные, что атмосферное давление в ТЦ падает от периферии к центру. В цен­ тре оно составляет 950—970 мб. Скорость ветра в среднем на удалении 150— 200 миль от центра достигает Ю—15 м/с, в 100—150 милях — 15—22 м/с, в 50—100 милях — 22—25 м/с, а в 30—50 милях от центра — 30 м/с. Иногда такая скорость наблюдается и на значительно большем расстоянии от цен­ тра ТЦ. В самом центре ТЦ в зоне не более 20 миль небо обычно ясное

438

Глава 10. Гидрологические и гидрогеологические опасные природные процессы

(«глаз бури») или покрыто тонкими высокослоистыми облаками. В этой зоне ветер ослабевает до штиля, однако волнение принимает вид «толчеи», которая представляет опасность для судов.

Признаки приближения ТЦ можно наблюдать на значительном удале­ нии от него. Так, например, зыбь, идущую не от того направления, от ко­ торого дует или дул ранее ветер, при глубоком ТЦ можно обнаружить на расстоянии до 1000 миль от центра, а на расстоянии 400—500 миль она ощущается при любых тропических циклонах. Ветры, связанные с ТЦ, рас­ пространяются на расстояние до 700 миль от его центра. Иногда отмечают­ ся необычной окраски восходы и заходы Солнца, при которых небо прини­ мает огненный или медно-красный цвет с разнообразными оттенками, а также необычные флуоресценция моря и ореолы вокруг Солнца и Луны.

Важным признаком приближающегося ТЦ на расстоянии до 1500 миль от центра циклона может служить появление перистых облаков в виде тон­ ких прозрачных полос, перьев или хлопьев, которые хорошо видны при восходе и заходе Солнца. Когда эти облака кажутся сходящимися в одной точке за горизонтом, можно считать, что на расстоянии около 500 миль от судна в направлении сходимости облаков расположен центр ТЦ. На рас­ стоянии 300 миль от центра ТЦ полосы перистых облаков обычно вытяну­ ты в направлении движения ТЦ. Однако на расстоянии, превышающем 250 миль от центра, признаки приближения ТЦ нельзя считать безуслов­ ными. Более надежные признаки приближающегося ТЦ можно установить на расстоянии около 200 миль: сила ветра составляет 6—7 баллов; появляют­ ся разорванно-кучевые облака; наблюдается значительная зыбь, направлен­ ная от центра ТЦ. Движение мелких одиночных кучевых облаков обычно на­ дежно указывает на направление движения центра ТЦ. Если стать навстречу движению кучевых облаков, то в Северном полушарии центр ТЦ будет расположен справа, а в Южном полушарии — слева. Так как зыбь распро­ страняется по радиусам от центра ТЦ, то по направлению распростране­ ния зыби можно судить о положении центра, а по изменению этого напра­ вления — составить представление о направлении его движения.

Сприближением ТЦ происходит уплотнение облачности, усиление ветра

изыби, быстрое падение температуры воздуха. На расстоянии 100—150 миль от центра наблюдается заметное падение атмосферного давления, кучевые об­ лака заволакивают все небо, начинаются сильные ливневые дожди. На рассто­ янии менее 100 миль от центра ТЦ происходит резкое падение атмосферного давления. В 10—60 милях паление давления может достигать 10—20 гПа (мб) в час. Ветер продолжает усиливаться, достигая 12 баллов в 30—35 милях от цен­ тра. Наиболее сильное волнение образуется: в Северном полушарии — в пра­ вой задней четверти ТЦ, в Южном полушарии — в левой задней четверти.

После прохождения центра ТЦ наблюдаются те же метеорологические явления, только в обратной последовательности и с большей скоростью их смены.

439

Разбег II. Опасные природные процессы

Для нахождения центра ТЦ можно использовать штормовую картушку (рис. 10.20).

NN

WW

WN1

Рис. 10.20. Штормовая картушка для Северного полушария (слева), расхож­ дение судна с тропическим циклоном (справа) [http://istok.angara.ru/Hand_book/ Hidrometeo/Hidrometeo.htm]

Обнаружив первые признаки приближающегося ТЦ, нужно считать се­ бя находящимися между внешней и второй снаружи окружностями 1 и 2, а при падении барометра от 1 до 2 гПа в час — между окружностями 2 и 3. Считая местом судна то место на картушке, где направление вектора ветра совпадает с истинным, определяют направление на центр циклона как на центр картушки. Для расхождения с ТЦ прежде всего необходимо опреде­ лить, в какой его половине находится судно. Если ветер меняется по часо­ вой стрелке, то судно находится справа от пути ТЦ. если против. — слева (рис. 10.20).

ВСеверном полушарии, если судно находится в правой половине ТЦ

ине может пересечь его движение заблаговременно, следует привести ве­ тер на носовые курсовые углы правого борта и идти этим курсом до тех пор, пока давление не начнет повышаться. Если судно находится в левой половине или на пути ТЦ, следует уйти от центра ТЦ курсом, перпенди­ кулярным его движению, приведя ветер по правому борту, и идти так, по­ ка давление не начнет повышаться.

ВЮжном полушарии в левой половине ТЦ следует привести ветер на носовые курсовые углы левого борта и идти так, пока не начнет повышать­ ся давление. В правой половине или на пути движения ТЦ следует приве­

440