Глава 2. Чрезвычайные ситуации в литосфере виды чрезвычайных ситуаций природного характера и их характеристика
 Скачать 3.06 Mb.
|
Т | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
аблица 2.33| Класс | Тип | Подтип | Диагностические признаки лавин | ||||
| Метеоусловия, предшествующие сходу лавин | Преимущественная форма отрыва | Стратиграфия снега выше поверхности срыва | Расположение поверхности скольжения в месте обрыва | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| I. Сингенетические, вызванные увеличением сил, сдвигающих снег со склона вследствие прироста высоты снежного покрова | 1. Снегопадов | – | Снегопад без метели | Точечная | Слой свежевыпавшего снега | Внутри свежевыпавшего снега или по контакту его со старым | |
| 2. Общих метелей | – | Снегопад с метелью | Площадная | Слой свежевыпавшего переметённого снега | На контакте свежевыпавшего переметенного снега со старым; иногда внутри переметенного снега | ||
| 3. Низовых метелей | – | Низовая метель или поземок | Площадная | Слой переметенного снега | На контакте переметенного старого снега с нижележащим слоем, иногда внутри переметенного снега | ||
| II. Эпигенетические, вызванные уменьшением сил, удерживающих снег на склоне без увеличения высоты снежного покрова | 1. Температурного разрыхления снега | а) Вызванные ослаблением связей в глубине снежной толщи | Длительный морозный период, возможно сочетание с периодами снеготаяния | Площадная | Один или несколько слоев старого снега | По ослабленной прослойке внутри снежной толщи или по грунту | |
| б) Вызванные разрушением связей с поверхности снежной толщи | Длительный морозный период практически без снегоотложения | Точечная | Слой глубинной изморози | Внутри поверхностного разрыхленного горизонта, по контакту его со связанным слоем или по грунту | |||
| | | ||||||
| Продолжение табл. 2.33 | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| | 2. Ветрового разрыхления снега | – | Продолжительные, сильные порывистые ветры при низкой влажности воздуха | Площадная | Один или несколько слоёв старого снега | По ослабленной прослойке внутри снежной толщи или по грунту | |
| 3. Снеготаяния | а) Вызванные образованием двухзонного по адгезионным свойствам снега | Потепление, интенсивная солнечная радиация в первые дни после снегопада | Точечная | Слой мокрого слабосвязанного снега | Внутри слоя слабо-связанного снега на контакте зон, различных по адгезионным свойствам | ||
| б) Вызванные увлажнением снега до значения его водоудерживающей способности | Сильное потепление | – | Один или несколько слоев мокрого слабо-связанного снега | По грунту или по водоупорной прослойке внутри снежной толщи | |||
| III. Полигенетические, вызванные увеличением сил, сдвигающих снег со склона, при одновременном уменьшении сил, удерживающих снег на склоне | 1. Вызванные дождями | – | Дождь | – | Один или несколько слоев мокрого слабо-связанного снега | По грунту или по водоупорной прослойке внутри снежной толщи | |
| 2. Комбинированные лавины | – | Длительный период с сильными морозами, ветрами или снеготаянием; непосредственно перед сходом лавины снегопад; общая или низовая метель | Площадная | Один или несколько слоев старого и, обязательно, слой свежеотложенного снега | По ослабленной прослойке внутри старого снега или по грунту | ||
Одним из наиболее распространенных факторов служит разрыхление тех или иных слоев снега в результате переноса водяного пара в снежной толще от горизонтов с его избытком к горизонтам с относительным недостатком. Соответствующий перепад создается разницей температуры относительно теплого нижнего и выхоложенного верхнего слоя снега. При этом нижний слой разрыхляется, в нем происходит перекристаллизация ледяных зерен и образуется глубинная изморозь. Плотность этого слоя постепенно уменьшается (в 2–3 раза и более) и, наконец, достигает критической величины. Возникает лавина типа II, 1а. В особо холодных условиях процессы температуроградиентной перекристаллизации могут затрагивать и верхние слои снежного покрова (тип II, 1б).
Условия для вертикальной миграции водяного пара в снежной толще и перекристаллизации снега могут создаваться также перепадом влажности воздуха в толще снежного покрова и над ним, что бывает при сухих ветрах. Этот механизм сублимационной перекристаллизации и отвечающий ему тип лавин II, 2 встречается редко и лишь в особых климатических условиях.
Другим фактором ослабления прочности лежалого снега и возникновения эпигенетических лавин (типа II, 3) служит увлажнение снежного покрова при его таянии; при увеличении влажности снега от 0 до 20 % величина сцепления уменьшается в 5 раз.
Полигенетические лавины возникают при различных сочетаниях названных факторов, а также при выпадении дождя на снежный покров, что увеличивает его вес и одновременно уменьшает прочность.
Обламывание снежных козырьков, созданных метелями, является важной самостоятельной причиной схода лавин с уступов приморских и приречных террас, с бровок карьеров. В явном виде в классификацию В. В. Дзюбы она не внесена (как и во все другие классификации, касающиеся лишь горных лавин), но может найти свое место в типах лавин I, 2 и I, 3 (табл. 2.33).
Лавины комбинированного происхождения характеризуются суммарным значением сил, уменьшающих снега на склоне, и сил, непосредственно сдвигающих снег со склона (табл. 2.34).
Таблица 2.34
Типы лавин комбинированного происхождения
| Длительно действующие причины уменьшения сил, удерживающих снег на склоне | Причины увеличения сил, непосредственно сдвигающих снег со склона | ||
| Снегопад, С | Снегонакопление при общей метели, ОМ | Снегонакопление при низовой метели, НМ | |
| Температурное разрыхление снега | + | + | + |
| Ветровое разрыхление снега | + | + | + |
| Ослабление сцепления в снеге при его таянии | + | + | + |
Участки склонов, с которых обрушиваются лавины, называются лавиносборами. Большинство лавиносборов – это различные понижения, в которых снега накапливается больше, чем на выпуклых участках склонов. Высота верхней кромки крупных лавиносборов над дном долин измеряется многими сотнями метров, их площадь – десятками гектаров. Геоморфологическая классификация лавиносборов включает эрозионные врезы, денудационные воронки, кары с плоским дном или деформированные эрозией. Очаги лавин с лавиносборами этих типов имеют общую черту: пути лавин в них проходят выраженным руслам – лоткам. Поэтому такие очаги объединены названием лотковые. К этой группе добавлены плоские (нерасчлененные) лавиноопасные склоны. Лавиносборы разных типов имеют разную площадь и угол наклона поверхности. В зависимости от геологических условий различается шероховатость их поверхности. С увеличением угла наклона их повторяемость возрастает, и объемы уменьшаются (рис. 2.13).
С увеличением шероховатости поверхности лавиносборов повторяемость лавин снижается, так как высота снежного покрова, необходимого для образования лавин, должна превышать высоту неровностей микрорельефа не менее чем на 30–40 см. Объемы лавин при прочих равных условиях зависят от величины площади лавиносбора, на которой создаются единые условия срыва снежного пласта. Эти условия определяются геометрией лавиносбора и отражаются в распределении на его поверхности зон различной высоты покрова (большей в понижениях) и различных напряжений в снежной толще (растягивающие напряжения на выпуклых элементах рельефа, сжимающие на вогнутых элементах). По этим причинам в каждом лавиносборе проявляются участки преимущественного срыва лавин. В малом лавиносборе с простейшей геометрией лавины часто сходят сразу со всей его поверхности. В большом лавиносборе и в лавиносборе со сложной геометрией срыв лавины сразу со всей поверхности – редкое событие. Такие лавиносборы делятся на ряд участков преимущественного срыва лавин. В каждом отдельном случае критические значения высоты снежного покрова и площади срыва зависят от его физико-механических свойств и существенно изменяются при изменении метеорологических условий. Определение этих значений является важнейшей частью оперативного прогноза времени схода лавин.
Непрерывно во время снегопадов
Десятки раз в год
1
2
Повторяемость
Ежегодно
Раз в десятки лет
Объем
n · 106 м3
n · 104 м3
n · 102 м3
n · 10 м3
Распределение лавин из разных типов снега
Лавины из свежевыпавшего снега
Лавины из снежной доски
Область
водоснежных потоков
Лавины из тающего снега
10°
20°
30°
40°
50°
60°
70°
Рис. 2.13. Приближенная зависимость повторяемости и объемов лавин
из снега разных типов от угла наклона склона:
1 – мелкие лавины; 2 – крупные лавины
Лавины могут состоять из сухого чистого снега, но также могут включать то или иное количество свободной воды и каменного обломочного материала, захваченного на их пути. Нет резких рубежей, которые отделяли бы по вещественному составу лавины от других форм быстрого движения материала по склону (рис. 2.14).
Снег – 100 %
Вода – 100 %
5
10
8
9
6
7
1
4
2
3
Каменный обломочный материал – 100 %
Рис. 2.14. Вещественный состав снежных лавин и других видов движения
различного материала на склонах:
1 – чистые сухие лавины; 2 – чистые водотоки; 3 – сухие осыпи;
4 – лавины с тем или иным содержанием обломочного материала и (или) влаги;
5 – водоснежные потоки; 6 – водотоки с разным количеством снега
и (или) обломочного материала; 7 – сели; 8 – оплывины грунта и смеси снега
с грунтом; 9 – осыпи с разной долей снега; 10 – различные обрушения и потоки,
возможные на техногенных скоплениях обломочного материала, но редкие в природе
Обрушение лавин с плоских склонов происходит широким фронтом. В лавинных очагах иных типов обрушивающаяся масса концентрируется в канале, что позволяет существенно возрасти ее скорости и дальности выброса. Лавины из тяжелого влажного снега движутся в виде четко ограниченных потоков. Лавина, образованная из мягкой, легко разрушающейся снежной доски или из рыхлого сухого снега, представляет собой снеговоздушное облако, толщина которого (при прочих равных условиях) больше, чем толщина лавин из других типов снега, и измеряется десятками метров.
Мокрые лавины называют текучими, сухие – пылевыми. Существенно турбулизованные сухие лавины отличаются тем, что практически весь снег движется во взвешенном состоянии. Промежуточный, или смешанный, тип движения наблюдается у сухих лавин из снежной доски, состоящих из относительно плотного нижнего и пылевого верхнего слоя. Перед достаточно быстрыми сухими лавинами со взвешенным или промежуточным типом движения образуется область значительного сжатия воздуха или воздушная волна. Особо легкий верхний слой сухой лавины может продолжать свое движение после остановки основной ее массы. Такое явление называют снеговоздушным потоком или волной. Собственно воздушная волна сжатия и снеговоздушная волна при практическом их рассмотрении обычно объединяются под первым или вторым названием.
Характерные значения скорости движения, плотности и давления лавин на перпендикулярное их пути препятствие на участке наибольшего разгона приведены в табл. 2.35. Величины давления отвечают средним из указанных значений скорости и плотности.
Таблица 2.35
Значения скорости движения, плотности и давления лавин
с разным типом движения
| Тип лавин | Скорость м/с | Плотность, г/см3 | Давление, 104Па |
| Из сухого снега, пылевые с взвешенным характером движения | 30–70* (125)** | 0,02–0,15 | 25 |
| Из сухого снега, с текучим нижним и взвешенным верхним слоями (данные для нижнего слоя) | 20–40 (60) | 0,05–0,30 | 18 (110) |
| Из мокрого снега, текучие | 10–20 (30–40) | 0,30–0,40 | 8 |
Примечание: * – характерные значения; ** – максимальные значения.
Давление собственно воздушной волны в момент наибольшего разгона лавины может достигать 0,5·104 Па, давление снеговоздушной волны на участке, расположенном сразу за фронтом остановившегося плотного тела лавины, – (0,5–1,0)·104 Па. Разрушительные способности лавин характеризуются тем обстоятельством, что при давлении 104 Па разрушаются деревянные и легкие каменные постройки, при давлении 10·104 Па вырываются с корнем взрослые деревья, при давлении 100·104 Па повреждаются или разрушаются наиболее прочные, в том числе бетонные, здания.
В каждом лавинном очаге сходят лавины разных размеров. Их можно условно разделить на крупные, достигающие дна долины, и мелкие, останавливающиеся на склоне. Приблизительное распределение лавинных очагов в горах зоны умеренного климата по продолжительности среднего интервала между сходом крупных лавин представлено на рис. 2.15. В наиболее активных очагах сходит до 10–15 лавин в год.
50
1
3
5
10
20
40
50
100
0
10
20
30
40
Средний интервал между сходом лавин в год
Рис. 2.15. Относительное число лавинных очагов с различной
продолжительностью интервала между сходом лавин,
достигающих дна долины, в горах умеренного пояса
Для каждого лавинного очага существуют пределы зон выброса лавин. Для очерчивания этих пределов требуется знать максимальную дальность выброса лавин. Ее можно определять с помощью коэффициента общего сопротивления движению лавины, зависящего от геометрии лавиносбора, пути движения и зоны выброса на подножие склона, но главным образом, от площади и угла наклона лавиносбора. Этот коэффициент численно выражается тангенсом угла наклона прямой линии, проведенной от верхней кромки лавиносбора в точку остановки фронта наиболее крупной для данного очага лавины. Он может быть представлен и величиной угла наклона этой линии. При равных углах наклона лавиносбора он более велик для лавиноопасных плоских склонов и менее для очагов лотковых лавин. На основе данных наблюдений рассчитаны значения углов, отвечающие величинам коэффициента общего сопротивления движению для очагов лотковых лавин в зависимости от площади и угла наклона лавиносбора.
Сползание снежного покрова по склонам (рис. 2.15) происходит повсеместно и постоянно, его скорость и оказываемое снегом давление на препятствие зависят от толщины пласта, температуры и плотности снега, наклона и характера поверхности склона. Во многих горных районах сползающий снег регулярно повреждает древесную поросль, ломает заборы на склонах; в случаях же образования экстремально толстых и влажных пластов снега сила их давления на препятствие достигает 104 – 105 Па (многих тонн на квадратный метр) и оказывается достаточной для выкорчевывания взрослых деревьев и разрушения легких построек.
В некоторых условиях ускорение сползания снега в лавиносборах служит предвестником схода лавин. На плоских склонах небольшой высоты и определенной крутизны могут наблюдаться формы движения снежного пласта, промежуточные между сползанием и обрушением. Это – осовы, отличающиеся от настоящих лавин тем, что снежный пласт движется ламинарно, не дробясь и не теряя своей общей формы, а от настоящего сползания – тем, что в нем образуются разрывы. Выламывание сползающим снегом деревьев на залесенном склоне может послужить поводом последующего его обрушения в виде лавины.
Названием водоснежные потоки предложено объединить разные и слабо изученные виды быстрых смещений снежного покрова по уклону, происходящих при существенном участии талой воды, и занимающих промежуточное положение между настоящими лавинами и паводками весеннего снеготаяния. Отдельные виды водоснежных потоков упоминаются под названиями гидронапорных лавин, холодных водоснежных селей, снежных гидронапорных селей, снеговодокаменных селей, снежногрязекаменных потоков и др., рассматривающих часть видов водоснежных потоков как селей весеннего снеготаяния, которые распространены в высокогорных и среднегорных районах Субарктики и умеренного пояса.
Распространение и режим лавин
Лавинообразование – это разделение снежного покрова на обрушивающиеся порции. География лавин может быть понята через географию снежного покрова и твердых осадков (табл. 2.36, 2.37, 2.38). Снег может выпадать в условиях средней суточной температуры воздуха до +2 – 4 °С, среднемесячной до +6 °С. При температуре – 4 0С и ниже выпадают только твердые осадки.
Таблица 2.36
Площадь лавиноопасных территорий мира
| Район | Лавиноопасная площадь, тыс. км2 | % от площади района | % от всей лавиноопасной площади суши |
| Зарубежная Европа (с островами) | 743 | 15,5 | 8,0 |
| Зарубежная Азия (с островами) | 2540 | 9,6 | 27,5 |