Уровень 3 страница

Образовавшись в каком-либо месте, цунами может пройти несколько тысяч километров почти не уменьшаясь. Цунами имеют очень большую длину, обычно превышающую 100 км. Скорость распространения цунами в

океане связана с глубиной соотношением V = y[gh и составляет в океане

700...800 км/ч, а на побережье - до 30...40 км/ч.

Цунами характеризуют магнитудой, за которую принимают натуральный логарифм амплитуды колебаний уровня воды (в метрах), измеренный стандартным мареографом у береговой линии на расстоянии от 3 до 10 км. Магнитуда цунами отличается от магнитуды землетрясения. Если сейсмическая магнитуда характеризует энергию в целом, то магнитуда цунами - только часть энергии землетрясения, затраченную на образование цунами. Соотношение между магнитудами землетрясения и цунами и связанной с последней высотой главной волны цунами видно из табл. 3.7.

По мере распространения волны цунами от места образования обычно формируется группа волн (порядка десяти), которые достигают берега с периодом от 5 до 90 мин. Как правило, наибольшей является одна из первых трех волн.

Цунами вызывает массовую гибель людей, разрушает здания и сооружения, перемещает на значительные расстояния от берега тяжелые объекты, в том числе и океанические суда, переворачивает железнодорожные составы. Суда, портовые сооружения и оборудование повреждаются от воздействия даже слабых волн цунами. Значительные повреждения вызываются также действием плавающих предметов и обломков.

Цунами особенно опасны для поселков, городов и сооружений, расположенных на низменных берегах океана, а также находящихся в вершине заливов и бухт, широко открытых океану и клинообразно сужающихся в сторону суши. Сюда, как в воронку, цунами нагоняет большую массу воды, которая в конце бухты огромной волной выплескивается на берег, затопляя побережье на несколько километров.

Вторичными последствиями разрушительного действия цунами могут быть пожары, возникающие в результате повреждений нефтехранилищ, пожароопасных предприятий, морских судов, повреждения электросетей, разрушение химически и радиационно опасных объектов, а также коммунальных систем, что может вызвать химические, радиационные и другие загрязнения, которые быстро распространяются на обширные территории за счет потоков воды.

Цунами Интенсивн ость, Длина побережья, км Средний подъём воды, м Макси­мальный подъем воды, м Повторяемость, годы Характер разрушений Общий ККЗ** Катастроф ическое   >400   20...30     Полное разрушение на берегу Очень сильное   200...400 4...8       Сильное разрушение, все строения повреждены Сильное   80...200 2...4 3...6     Затапливаютс я ТОЛЬКО низкие участки побережья Умеренно е   20...80 1...2 0,5...3 0,5 5,5 Для человека незаметны Слабое   <20   0,25 1,7 - - Прочие -1...-5 - 0,1...0,4 - - - -

Таблица 3.8 - Повторяемость цунами различной интенсивности

_________ I___________________________ I___________________________ I___________________________ I___________________________ I___________________ I___________________ I______________ Примечание. * i = ln h, где h - средняя высота подъема воды на берегу, м; ** ККЗ - Курило-Камчатская зона.

Таблица 3.7 - Соотношение между магнитудами землетрясения и цунами

Магнитуда землетрясения, М	Магнитуда цунами, m	Высота главной волны, h, м
7,5		2...3
8,0		4...6
8,25		8...12
8,5		14...20

Большой экономический ущерб наносит вызванное цунами прекращение функционирования объектов сельского хозяйства, промышленности, энергетики, транспорта, связи и т. д.

Сильные водные потоки размывают почву, насыпи дорог, основания мостов. Вторичными последствиями могут быть оползни, обрушение склонов, гибель сельскохозяйственных угодий и природных ландшафтов, а также обрушение сооружений.

Вторичные последствия по размерам ущерба могут превосходить прямые последствия цунами во много раз.

В нашей стране цунамиопасными регионами являются Курильские острова, Камчатка, Сахалин, побережье Тихого океана.

В табл. 3.8 приведены данные о повторяемости цунами различной интенсивности и краткая характеристика возможных последствий наката волны на берег.

Одно из последних катастрофических цунами (осень 1994 г.) в районе островов Курильской гряды, по данным РАН, нанесло суммарный ущерб на сумму около 4,5 млрд. руб. Наиболее тяжелые последствия во второй половине прошлого столетия имели Курильское (1952), Чилийское (1960) и Аляскинское (1964) цунами.

3.3. Оползни, сели, снежные лавины

Оползень - это смещение масс горных пород по склону под действием собственного веса и дополнительной нагрузки вследствие подмыва склона, переувлажнения, сейсмических толчков и иных процессов.

Подавляющее большинство оползней (80%) связано с деятельностью человека, в частности с разрушением склонов дорожными выемками, чрезмерным выносом грунта, вырубкой лесов, нерациональным ведением сельского хозяйства на горных склонах. В90% случаев оползни происходят на высоте 1000...1700 м. Чаще всего они сходят в весенне-летний период на склонах крутизной более 19°. Однако на глинистых грунтах оползни могут возникать и при крутизне склона 5...7°.

Оползни классифицируют по масштабу, скорости движения и активности, мощности и месту образования.

По масштабу оползни подразделяют на крупные, средние и мелкомасштабные.

Крупные оползни, как правило, вызываются естественными причинами и образуются вдоль склонов на сотни метров. Толщина таких оползней достигает 10...20 м, и они часто сохраняют свою монолитность. Средние и мелкомасштабные оползни, в основном, являются следствием антропогенных процессов и характеризуются меньшими размерами.

По скорости движения оползни можно классифицировать как исключительно быстрые (скорость движения 3 м/с), очень быстрые (0,3 м/мин), быстрые (1,5 м/сут), умеренные (1,5 м/мес), очень медленные (1,5 м/год) и исключительно медленные (0,06 м/ год).

По активности оползни подразделяют на активные и неактивные, причем активность зависит от породы склона и наличия влаги. При большом количестве влаги на глинистом склоне создаются условия для жидкого течения.

По мощности процесса оползни делятся на малые (до 10 км вовлекаемых в процесс масс горных пород), средние (11...100 км), крупные (101...1000 км) и очень крупные (свыше 1000 км).

По месту образования оползни подразделяют на горные, подводные, смежные и на искусственные земляные сооружения (котлованы, каналы, отвалы породы).

Оползни наносят существенный ущерб экономике, жилищно-коммунальному хозяйству, приводят к выбыванию земель из сель­скохозяйственного оборота. Нередко оползни приводят к человеческими жертвам (например, в 1984 г. в результате Гиссарского землетрясения в Таджикистане огромные массы земли накрыли поселок Шарора, было разрушено 50 домов и погибли 207 чел.; в 1989 г. оползни в Ингушетии привели к разрушениям в 82 населенных пунктах и т. д.).

Сель (селевой поток) - стремительный русловый поток, состоящий из смеси воды и обломков горных пород, внезапно возникающий 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 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 переменной насыщенностью.

При обвально-оползневом механизме зарождения происходит смыв водонасыщенных горных пород (включая снег и лед), при этом насыщенность потока и селевая волна формируются одновременно и насыщенность с самого начала практически максимальна.

Селевые потоки бывают:

водно-каменными (формируются в зоне плотных пород);

водно-песчаными (формируются в зоне лессовидных и песчаных почв во время интенсивных ливней);

грязевыми (формируются в зоне пород преимущественно глинистого состава);

грязекаменными (характеризуются значительным содержанием в твердой фазе глинистых и пылевых частиц с явным их преобладанием над каменной составляющей потока);

водно-снежно-каменными (переходная стадия между селем, в котором 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, смывов, русловые завалы и загромождения, образованные предыдущими селями, древесно-строительный материал. Источниками питания селей водой являются дожди и ливни, ледники и сезонный снежный покров, воды горных рек.

Наиболее часто образуются дождевые сели за счет выпадения осадков в количестве, способном вызвать смыв продуктов разрушения горных пород и вовлечь их в движение (табл. 3.9).

Таблица 3.9 - Условия формирования дождевых селей

Районы России	Максимальный уровень ливневых осадков при 20%-й обеспеченности, мм/сут	Минимальный уровень селеформирующих осадков, мм/сут
Северный Кавказ	50...70
Центральный Кавказ	50...70
Урал	3...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

Сели формируются в селевых водосборах, наиболее распространенной формой которых 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 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). Движение селей прекращается при крутизне склона 2...5°.

Последствия воздействия селевого потока на различные объекты зависят от его основных параметров: расхода, объема, продолжительности, размеров включений и вязкости.

Основные параметры селевых потоков приведены в табл. 3.10

Таблица 3.10 - Основные параметры селевых потоков

Параметр	Значение
Плотность, кг/м3	(1,2...1,9)103
Вязкость, Па с	0,4...2,0
Скорость движения в транзитных условиях, м/с:
для уклонов 10...27°	2,5...7,5
максимально возможная	14...16
Предельная крутизна прекращения движения, град	2...5
Высота селевого потока, м:
катастрофического	До 10
мощного	3...5
среднего	2,5
маломощного	1,5
Продолжительность, ч	0,5...70
Ширина потока на транзитных участках, м	5...70
Расход потока, м3/с	30...800
Повторяемость, лет	15...20
Размер крупных включений, м	3...4
Масса включений, т	200...300

Наиболее памятные ЧС конца прошлого столетия, связанные с селевыми потоками - грязевой сель вследствие прорыва стенки вулкана в Латинской Америке и селевые потоки на Северном Кавказе (г. Тернауз), прошедшие в течение нескольких дней.

Снежная лавина - обвал на горных склонах массы снега, пришедшей в движение.

Снежные лавины представляют собой серьезную опасность. В ре­зультате их схода гибнут люди, разрушаются спортивные и санитарно-курортные комплексы, железные и автомобильные дороги, линии электропередач, объекты горнодобывающей промышленности и т.п., блокируются целые районы, а также могут возникать наводнения (в том числе и прорывные) с объемом подпруженного водоема до нескольких млн. кубометров воды. Высота прорывной волны в таких случаях может достигать 5...6 м. 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 обусловливается сочетанием лавинообразующих факторов, а также наличием склонов крутизной 20...50° при толщине снежного покрова не менее 30...50 см. К лавинообразующим факторам относят высоту снежного покрова, плотность снега, интенсивность снегопада, оседание снежного покрова, температурный режим воздуха и снежного покрова, метелевое распределение снежного покрова.

В отсутствие осадков сход снежных 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.

До 70% всех лавин обусловлены снегопадами. Эти лавины сходят во время снегопада и в течение 12 дней после их прекращения.

Классификация лавин по природе их формирования следующая.

1. Лотковая - движение по форсированному руслу.

2. Осов (склоновая) - отрыв и движение по всей поверхности склонов.

3. Прыгающая - свободное падение с уступов склонов.

4. Пластовая - движение по поверхности нижележащего слоя

5. Грунтовая - движение по поверхности грунта.

6. Сухая - сухой снег в лавинном очаге.

7. Мокрая - мокрый снег в лавинном очаге.

Территория Лавинный очаг АН, м Условия лавинообразования средний макси­мальный Низкогорная     Образование лавин ограничено величиной снегонакопления, могут формироваться небольшие лавины. Большинство лавин останавливается на склонах Среднегорная луговолесная     Формирование лавин ежегодное. В нижней части пояса, а также на залесенных склонах образуются, как правило, малые лавины. На безлесых склонах активность лавинообразования быстро увеличивается с высотой Среднегорная луговая     В нижней части пояса у границ леса ежегодно формируются мощные лавины. Лавины обычно достигают долин Высокогорная приледниковая     Формирование лавин ежегодное, в большинстве очагов в холодный сезон возможен неоднократный сход. Большинство лавин лотковые или склоновые, как правило, достигают дна долин Высокогорная ледниковая     Ежегодный неоднократный сход лавин в большинстве очагов. Большинство лавин лотковые или склоновые. Лавины достигают дна долин

Таблица 3.11 - Характеристика лавиноопасных территорий

Характеристика лавиноопасных территорий при различных знаниях лавинного очага АН (разность максимальной и минимальной высот склона в пределах лавинного очага), м, приведена в табл. 3.11.

Основные характеристики снежных лавин

Масса, т Объем, м³

Скорость движения лавин, м/с:

мокрых

сухих

Динамическое давление, МПа Дальность выброса, м Плотность снега лавин, кг/м³: мокрых сухих

Площадь сечения лавинного потока, м². Высота фронта лавинного потока, м Коэффициент лавинной активности, k_s

Коэффициент поражения дна долины, к _дн Объем завалов на дне долины и дорогах, м³

1 10⁷ 1..10

10...20 20...100

До 2 До 2000

0,3...0,8 0,2...0,4 До 10³

До 10

0,3...10 0,2..1,0 До 10⁷

3.4. Наводнения

Наводнения по повторяемости, площади распространения, суммарному среднегодовому ущербу занимают первое место в России среди опасных гидрологических явлений и процессов. По числу человеческих жертв и ущербу, приходящемуся на единицу площади поражения, они занимают второе место после землетрясений.

На территории России угроза наводнений существует для 746 городов и нескольких тысяч населенных пунктов. В исключительно многоводные годы, такие как 1926 и 1966 гг., площадь затоплений оценивается в 400 тыс. км, а в средние по затопляемости годы - 50 тыс. км. По данным Роскомвода средний ежегодный ущерб от наводнений составляет 5 трлн. руб. (в ценах 1995 г.), из которых 35% приходится на коммунальное хозяйство, 27% - на сельское хозяйство, 14% - на промышленность, 8% - на автомобильные, железные дороги и мосты.

Низкие (малые) наводнения на равнинных реках России наблюдаются примерно один раз в 5...10 лет. Затопляется менее 10% сельскохозяйственных угодий, расположенных в низких местах. Материальный ущерб невелик и ритм жизни населения практически не нарушается.

Высокие наводнения, происходящие один раз в 20...25 лет, со-
провождаются значительными затоплениями и иногда существенно нарушают
хозяйственный и бытовой уклад населения. В густонаселенных районах они
нередко приводят к частичной эвакуации населения, наносят ощутимый
социально-экономический ущерб. Затапливаются 10...15%

сельскохозяйственных угодий.

Выдающиеся (большие) наводнения, повторяющиеся каждые 50...100 лет, охватывают целые речные бассейны. Они парализуют хозяйственную деятельность, наносят большой материальный и моральный ущерб. Из-за затопления населенных пунктов возникает необходимость массовой эвакуации населения и материальных ценностей из зоны затопления и защиты наиболее важных хозяйственных объектов. Таким было наводнение в Башкирии в 1990 г., когда вода на р. Белой поднялась на 12 м выше ординара. Было затронуто более 130 населенных пунктов, включая г. Уфу, разрушено 90 мостов, 100 животноводческих ферм и т.д. Погибло 12 чел.

Один раз в 100...200 лет случаются катастрофические наводнения, вызывающие затопления громадных территорий в пределах одной или нескольких речных систем. В зоне затопления полностью парализуется хозяйственная и производственная деятельность. Таким было наводнение на р. Лене в 2001 г., когда был разрушен г. Ленск.

Большую потенциальную опасность представляют подтопления -повышение уровня грунтовых вод. На территории России около 960 городов, более 500 поселков городского типа и тысячи мелких населенных пунктов регулярно подвергаются подтоплению. Общая площадь подтапливаемых территорий составляет более 8000 км². Подтапливаются также более 34 тыс. км сельскохозяйственных земель.

Подтопление территорий вызывает деформацию и разрушение грунтов оснований зданий и подземных коммуникаций, повышение сейсмичности территории, затопление подвалов зданий, ухудшение санитарной и экологической обстановки в городах и населенных пунктах.

Стоимость необходимых мероприятий по инженерной защите от подтопления территорий только 607 городов России составляет около 130 трлн. руб. (в ценах 1995 г.).

Основными причинами возникновения наводнений являются выпадение осадков в виде дождя, таяние снегов, цунами, тайфуны, аварии на гидротехнических сооружениях.

Паводок, т.е. подъем воды в реках при ливневых дождях, как правило, скоротечен, возникает внезапно, продолжается несколько дней, но наносит большой ущерб экономике. В это время реки обладают большой энергией, несут наибольшую массу воды и наносов, деформируют дно реки и берега и т.д. Большие массы воды грозят разрушением плотин, мостов и других сооружений в прибрежной зоне реки.

Наиболее часты сильные ливневые наводнения на Дальнем Востоке, хотя бывают и в европейской части России. На реке Уссури, например, небольшое наводнение происходит каждые два года, большое - каждые четыре года и катастрофическое - каждые 9 лет.

Весеннее половодье, т. е. подъем воды вследствие таяния снега и льда, как правило, происходит более медленно, чем при ливневом наводнении, что позволяет принять необходимые меры. Вода заполняет меженное русло и заливает пойму. Высота подъема воды зависит от запасов воды в снеге в бассейне к началу таяния снега, интенсивности и одновременности таяния снега по бассейну, промерзлости почв бассейна перед таянием снега, количества и интенсивности осадков перед весенним наибольшим подъемом воды в реке. Продолжительность половодья на малых реках составляет несколько дней, на больших - 1... 3 мес.

Большую опасность при половодье представляют зажоры и заторы. Зажоры - это скопление шуги и мелкобитого льда, образующихся в зимнее время; заторы - скопление льдин во время весеннего ледохода. Толщина зажорных скоплений льда на Ангаре, Аму-Дарье, Лене достигает 10...15 м, длина - 25 км, сокращение площади сечения русла - до 80%. Образование за­жора было одной из причин катастрофического наводнения на р. Лене в 2001 г.

Заторы, как правило, образуются при разрушении ледяного покрова при скоростях течения более 0,6 м/с на участках уменьшения уклона водной поверхности, на крутых поворотах рек, в сужении русла реки и т.д. В результате затора вода поднимается в месте затора и выше по течению. Нередко это ведет к затоплению прилегающей территории, а на берегах рек образуются навалы льда высотой 10...15 м.

Поражающее действие наводнения выражается в затоплении водой жилищ, промышленных и сельскохозяйственных объектов, разрушении зданий и сооружений, снижении их капитальности, повреждении и порче оборудования предприятий, разрушении гидротехнических сооружений и коммуникаций, гибели людей. При катастрофических затоплениях согласно статистическим данным ущерб распределяется следующим образом: промышленность - 17%, транспорт и связь - 9%, сельское хозяйство - 60%, другие отрасли экономики - 14%.

Схематически сечение русла реки можно представить либо треугольным (рис. 3.1, а), либо трапецеидальным (рис. 3.1, б).

Расход воды в реке до наступления наводнения (паводка), м/с,

Q0 = ^0 S0, (3.8)

где w₀ - скорость воды в реке до наступления паводка, м/с;

S ₀ - площадь сечения русла реки до паводка, м (S ₀ = 0,5b₀ h₀ - для

для трапецеидального сечения).

S 0 = 0,5(a 0 +)h

треугольного сечения,

Расход воды после выпадения осадков (таяния снега) и наступления половодья (паводка), м³/с,

Qmax = Q0 + JF/ 3,6, (3.9)

где J - интенсивность осадков (таяния снега), мм/ч;

₂

F - площадь выпадения осадков (таяния снега), км. Высота подъема воды в реке при прохождении паводка h, м,

, 2Q h 1^3/8
h = 1 TV - h0, (3.10а)

Г (b0 - a0) ctgm + ctgn

15/3 I³/⁸

h

(3.10б)

2Q

max

Г ^(b0 ^-a0 ⁾ 1

ctgm + ctgn

Максимальная скорость потока воды при прохождении паводка, м/с,

^wmax = ^Qmax/^Smax ^{, (3.11)}

где S_max - площадь поперечного сечения потока при прохождении паводка,

м/с, определяемая по формулам для треугольного и трапецеидального сечения, в которые вместо h₀ подставляется h, а вместо b₀ - b.

Рис. 3.1 - Расчётная схема сечения реки а - треугольное русло; б - трапецеидальное русло; a₀ - ширина дна реки, м;

b₀ - ширина реки до паводка, м; b - ширина реки во время паводка, м; h₀ -глубина реки до паводка, м; h - высота подъема воды, м; h₃ - глубина затоп­ления, м; h_M - высота местоположения, м; m, n - углы наклона берегов реки.

Поражающее действие паводка определяется глубиной затопления, м,

h = h - h_M (3.12)

и максимальной скоростью потока затопления, м/с,

^w3 = ^wmax f ^{. (3.13)}

h3 М=1,25 М=1,5 М=2,0 0,1 0,20 0,23 0,30 0,2 0,38 0,43 0,50 0,4 0,60 0,64 0,72 0,6 0,76 0,84 0,96 0,8 0,92 1,05 1,18 1,0 1,12 1,20 1,32

Таблица 3.12 - Значения параметра f

Примечание. М - параметр, характеризующий профиль русла реки: М=1,25 -для трапецеидального профиля; М=1,5 - для овального; М=2,0 - для треугольного профиля.

Параметр удаленности объекта от русла реки/определяется по табл. 3.12.

Поражающее действие волны затопления может быть оценено по табл. 3.13.

Таблица 3.13 - Параметры волны затопления