Экстремальные осадки и снежно-ледниковые явления

Экстремальное количество и продолжительность выпадения осадков сами оказываются опасными для людей и различных объектов и возбуждают другие виды опасных чрезвычайных ситуаций:

· интенсивные снегопады парализуют транспорт, вызывают повреждения деревьев, ЛЭП, зданий под снеговой нагрузкой, сход снежных лавин в горах, а при выпадении в обычно бесснежных районах или в теплое время года приносят ущерб сельскому хозяйству;

· интенсивные ливни возбуждают наводнения, эрозию, сели и оползни в горах; несвоевременные и затяжные дожди вредоносны для урожая;

· экстремально малые суммы осадков означают засуху, опасность лесных пожаров, обмеление рек, трудности для судоходства и водоснабжения т. д.

Фронтальные ливневые дожди длятся от нескольких часов до 4 сут., с перерывами до 2–3 недель, охватывают территории площадью до сотен тысяч квадратных километров.

Снежный покров – это слой снега на поверхности Земли, возникающий в результате снегопадов. Различают временный и устойчивый снежные покровы. Устойчивый снежный покров распространяется в районах со средней температурой самого холодного месяца 0° и ниже, неустойчивый снежный покров и редкие снегопады возможны при температуре этого месяца 10–12° выше нуля. Названным условиям отвечают почти 2/3 площади суши, причем приблизительно на 1/4 суши снежный покров держится не менее четырех месяцев в году. Области с многолетней мерзлотой, подземными льдами и наледями занимают около 1/7 суши, акватория с морскими льдами и айсбергами – 1/4 поверхности морей и океанов. В районах, где зимой устанавливается снежный покров, размещается 1/5 населения мира и еще почти столько же – в районах, где возможен неустойчивый снежный покров и редкие снегопады.

Благодаря малой теплопроводности снежный покров предохраняет почву от сильного выхолаживания и озимые посевы от вымерзания. В нём содержатся снегозапасы, являющиеся источником пресной воды при таянии снега. Снежный покров оказывает большое влияние на климат, рельеф, гидрологические и почвообразовательные процессы. Он используется в хозяйственных целях путём снегозадержания и снежной мелиорации.

Величина снежного покрова характеризует снежность зимы. По абсолютной снежности выделяют бесснежные районы (толщина снежного покрова менее 10 см), малоснежные (с покровом 10–30 см, в континентальных районах – до 40–50 см) и многоснежные (с большой высотой снежного покрова). По относительной снежности различают: малоснежные зимы с высотой снежного покрова ниже нормы (подразделяются на зимы с устойчивыми морозными днями и малым количеством осадков и оттепельные зимы со значительным количеством осадков); среднеснежные зимы с постепенным нарастанием высоты снежного покрова, близкой к средней многолетней неустойчивой зимы со значительными колебаниями снежного покрова в течение всей зимы; многоснежные зимы с высотой снежного покрова, значительно превышающей среднюю многолетнюю.

По режиму и форме воздействия на население и объекты народного хозяйства снежноледниковые явления весьма разнообразны. Стихийные бедствия связаны с эпизодическими событиями – экстремальными снегопадами и холодами, массовым сходом лавин, крупными заторами льда на реках. В целом по миру эти стихийные бедствия находятся на четвертом или пятом месте по величине наносимого ими ущерба, но в отдельных районах выходят на 3–4 место. Разовый ущерб от экстремальных снегопадов в обычно малоснежных Молдавии, Закавказье, предгорьях Средней Азии достигает сотен миллионов рублей. Защита городов и дорог от неблагоприятных и опасных снежноледовых явлений способна вызвать удорожание строительства и эксплуатации до 100–200 %.

Снеговые нагрузки могут ломать крыши домов, деревья, особенно в районах, где снегопады редки и сильны (юг США, Турция и другие страны Средиземноморья). Средние многолетние из максимальных за зиму снеговых нагрузок могут превышать 250 кг/м², нагрузки от разовых снегопадов – 100 кг/м²; экстремальные величины этих показателей в районах вблизи внешней границы области устойчивого снежного покрова превышают норму вдвое. Здесь редкие интенсивные снегопады способны вызвать чрезвычайные ситуации комплексного характера (снеговые нагрузки; паводки снеготаяния; в горах – лавины, активизация оползней и т. п.). Такие снегопады случаются раз в несколько лет или десятилетий, длятся до 2–4 сут., охватывают площадь в сотни – тысячи квадратных километров.

Метель (вьюга) – перенос снега сильным ветром над поверхностью земли. Количество переносимого снега определяется скоростью ветра, а участки аккумуляции снега – его направлением. В процессе метельного переноса снег движется параллельно поверхности земли. При этом основная масса его переносится в слое высотой менее 1, 5 м. Рыхлый снег поднимается и переносится ветром при скорости 3–5 м/с и более (на высоте 0, 2 м). Различают низовые (при отсутствии снегопада), верховые (при ветре лишь в свободной атмосфере) и общие метели, а также метели насыщенные, то есть переносящие предельно возможное при данной скорости ветра количества снега, и ненасыщенные. Последние наблюдаются при нехватке снега или при большой прочности снежного покрова.

Слабые и обычные метели длятся до нескольких суток, более сильные – до нескольких часов. Снегонакопление при метельном переносе превышает аккумуляцию снега, которая наблюдается в результате снегопадов при безветренной погоде. Отложение снега происходит в результате уменьшения скорости ветра вблизи наземных препятствий.

В России сильным снежным заносам подвержены многоснежные районы Заполярья, Сибири, Урала, Дальнего Востока и Севера Европейской части. В Заполярье снежный покров сохраняется до 240 дней в году и достигает 60 см, в Сибири, соответственно – до 240 дней и 90 см, на Урале – до 200 дней и 90 см, на Дальнем Востоке – до 240 дней и 50 см, на севере Европейской части России до 160 дней и 50 см.

Дополнительный отрицательный эффект при снежных заносах возникает за счет сильного мороза, сильного ветра при метелях и обледенений. Последствия снежных заносов могут быть достаточно тяжелыми. Они в состоянии парализовать работу большинства видов транспорта, приостановив перевозку людей и грузов. Люди, оказавшиеся на местности в изоляции из-за снежных заносов, подвергаются опасности обморожения и гибели, а в условиях буранов – теряют ориентировку. При сильных заносах небольшие населенные пункты могут оказаться отрезанными от коммуникаций снабжения. Осложняется работа предприятий коммунального и энергетического хозяйства. При сопровождении заносов сильными морозами и ветрами могут выходить из строя системы электроснабжения, теплоснабжения, связи. Аккумуляция снега на крышах зданий и сооружений свыше избыточных нагрузок приводит к обрушению.

В целях уменьшения ущерба от снежных заносов и ликвидации их последствий принимаются предупредительные и оперативные меры, носящие пассивный и активный характер.

В многоснежных районах проектирование и строительство зданий, сооружений и коммуникаций (особенно дорог) должно проводиться с учетом уменьшения их снегозаносимости. Для предупреждения заносов используют снегозащитные ограждения, выполняемые из приготовленных заранее конструкций или подручных материалов в виде снежных стенок, валов и т. д. Ограждения сооружаются на снегоопасных направлениях, особенно вдоль железных и важных шоссейных дорог. При этом они устанавливаются на расстоянии не менее 20 м от обреза дороги. Предупредительной мерой является оповещение органов власти, организаций и населения о прогнозе снегопадов и метелей.

Для ориентировки пешеходов и водителей транспортных средств, застигнутых бураном, вдоль дорог устанавливают вехи и другие указатели. В горных и северных районах практикуется растяжка канатов на опасных участках троп, дорог, от здания к зданию. Держась за них, в условиях бурана, люди ориентируются на маршруте.

В предвидении бурана на строительных и других промплощадках производят крепление стрел кранов, других конструкций, не защищенных от воздействия ветра. Прекращаются работы на открытой местности и высоте. Усиливается швартовка судов в портах.

На европейской части России среднее число дней с метелью находится в пределах 30–40, средняя продолжительность метели 6–9 ч. Опасные метели составляют около 25 %, особо опасные – около 10 % общего их количества. На территории всейстраны ежегодно бывает 5–6 сильнейших буранов, способных парализовать железные и автодороги, обрывать линии связи и электропередачи и т. д.

Снежные и ледяные корки образуются при налипании снега и намерзании капель воды на различные поверхности. Налипание мокрого снега, опасное для линий связи и электропередачи, происходит при снегопадах и температуре воздуха в диапазоне от 0°… +3°, особенно при температуре +1… –3° и ветре 10–20 м/с. Диаметр отложений снега на проводах достигает 20 см, вес 2–4 кг на 1 м. Провода рвутся не столько под тяжестью снега, сколько от ветровой нагрузки. На полотне автодорог в таких условиях образуется скользкий снежный накат, парализующий движение. Такие явления характерны для приморских районов с мягкими влажными зимами (запад Европы, Сахалин и т. д.), но распространены также во внутриконтинентальных районах в начале и конце зимы.

При выпадении дождя на промороженную землю и при намокании и последующем замерзании поверхности снежного покрова образуются ледяные корки, называемые гололедицей. Она опасна для пастбищных животных: например, на Чукотке в начале 80-х гг. гололедица вызвала массовую гибель оленей. К типу гололедицы относится также явление обледенения причалов, морских платформ, судов вследствие намерзания брызг воды во время шторма. Обледенение опасно для небольших судов, палуба и надстройки которых невысоко подняты над водой. Такое судно может набрать ледяную нагрузку критической величины за считанные часы. Набрызговые наледи на берегах Охотского и Японского морей достигают толщины 3–4 м, мешая хозяйственной деятельности в прибрежной полосе.

При намерзании переохлажденных капель тумана на различные предметы образуются гололедные и изморозевые корки, первые – при диапазоне температуры воздуха от 0… –5, реже –20°, вторые – при температуре – –10… –30°, реже до –40°.

Вес гололедных корок может превышать 10 кг/м (до 35 кг/м на Сахалине, до 86 кг/м на Урале). Такая нагрузка разрушительна для большинства проводных линий и для многих мачт. Повторяемость гололеда наиболее высока там, где часты туманы при температуре воздуха от 0 до –5°. На территории России она достигает местами десятков дней в году. Воздействие гололеда на хозяйство наиболее заметно в южных районах бывшего СССР и носит в основном угнетающий характер. Изредка создаются чрезвычайные ситуации. Например, в феврале 1984 г. в Ставропольском крае гололед с ветром парализовал автодороги и вызвал аварии на 175 высоковольтных линиях; их нормальная работа возобновилась лишь через 4 сут. При гололеде в Москве количество автоаварий увеличивается втрое.

Наледи – это ледяные тела разной площади, мощности и формы, формирующиеся в результате последовательного излияния и замерзания природных (речных и подземных), в меньшей степени – техногенных (хозяйственно-бытовых и промышленных) вод.

Процессы наледообразования вызывают серьезные, даже катастрофические осложнения при строительстве и эксплуатации железных и автомобильных дорог, мостов, трубопроводов, жилых поселков и разного рода инженерных сооружений. В некоторых условиях, например, вдоль полотна дорог, образуются грунтово-наледные бугры пучения диаметром до 200, высотой до 6 м. При росте и при разрывах таких бугров внутренним давлением воды возможно разрушение полотна дорог, мостов, расположенных на бугре построек. Абсолютное большинство наледей формируется в пределах территорий, охваченных многолетним промерзанием. Этому способствует криогенное преобразование подземного стока, проявляющееся в его концентрации в пределах существующих несквозных и сквозных таликов и в подмерзлотных зонах пластовой проводимости или трещиноватости пород. В силу этого крупные наледи являются хорошим диагностическим признаком повышенной водообильности пород. Они служат поисковым критерием месторождений подземныхвод на территории с многолетним промерзанием пород.

Речные, озерные, морские льды. Большинство рек и озер Евразии и Сев. Америки выше 350 с. ш. зимой частично или полностью покрывается льдами. Их общая площадь достигает почти 2 млн км², в том числе более половины – в Евразии, где малые реки Сибири зимой промерзают до дна, а в устьевых частях больших рек толщина льда достигает 2 м.

Природные опасности и неудобства, связанные с речными и озерными льдами, разнообразны (например, зажорные и заторные наводнения). Кроме того, сами льды оказывают препятствие судоходству. Они осложняют работу водозаборных устройств и оказывают динамическое давление на гидротехнические сооружения, опоры мостов и т. п. Во время ледохода нагрузки на препятствия могут достигать 10–15 т/м². Плывущие льдины постепенно истирают поверхность сооружений; периодическая нагрузка, создаваемая льдом, ведет к деформациям и появлению «усталости» металлических конструкций.

Морские льды в наиболее холодные месяцы занимают акваторию площадью до 16 млн км² в Северном и до 20 млн км² в Южном полушарии, летом же – около 1/3 названных площадей. Толщина сезонных льдов достигает 2 м, многолетних – 3–6 м, торосов – 5–9 м в открытом море и до 20 м у берегов. В категорию морских льдов входят также айсберги, разносимые течениями далеко на юг, местами до субтропического пояса. Морские льды создают помеху судоходству и представляют опасность для разработки нефтегазовых месторождений. В морях Арктики на акваториях со сплоченным льдом в условиях сжатия различной степени происходит 10–25 % длины трасс летом, 20–40 % зимой. Наиболее сильны сжатия в прибрежных акваториях шириной до 50 км, где к ветровому дрейфу льдов добавляется их смещение приливно-отливными течениями. Для проводки транспортных судов требуются ледоколы (стоимость ледокола типа «Арктика» 150 млн руб.), но и они не всегда способны двигаться в условиях сжатия. Айсберги могут также сильно выпахивать отмели, что представляет опасность для любых подводных сооружений – трубопроводов, кабелей и т. д.