Глава 2. Чрезвычайные ситуации в литосфере виды чрезвычайных ситуаций природного характера и их характеристика
 Скачать 3.06 Mb.
|
|
Характеристики различных видов прогноза лавинной опасности
Районный и детальный прогноз не могут быть получены без данных об устойчивости снежного покрова, которые требуют проведения разведки лавинных очагов, соответствующих специальных измерений и расчетов. Фоновый прогноз лавин составляется службами Госкомгидромета. Методы прогноза лавиноопасного периода Среди всего многообразия методов прогноза лавин известны упрощенные методы прогноза и расчетные методы. К упрощенным методам прогноза относят методы, основанные:
Прогнозы, связанные с внешним состоянием снежного покрова, дают приближенную информацию о начале периода лавинной опасности отдельных лавиносборов. Они основываются на признаках, указывающих на неустойчивость снежного покрова на склоне. К таким признакам относятся:
Прогнозы, основанные на изучении стратиграфии, осуществляются с помощью зондирования снежного покрова, которое дает представление о состоянии снежной толщи: мощности снежного покрова; наличии слоев с очень малым сопротивлением погружаемому зонду и пустот; характере подстилающей поверхности; оседании снежного покрова. Существом метода прогноза, основанном на данных о резких переменах погоды, является анализ синоптических ситуаций, предшествующих и сопутствующих образованию лавин. Этот метод позволяет давать районный прогноз для целого горного хребта со сравнительно большой заблаговременностью, исчисляемой днями. Однако он не позволяет выдавать точную информацию о моменте начала лавиноопасного периода. Расчетные методы прогноза лавин основаны на данных, получаемых в ходе непосредственных наблюдений за ходом метеорологических элементов и изменениями в снежной толще. Эти методы базируются на том, что возникновение лавин начинается не сразу после перелома погоды, а спустя некоторый промежуток времени, необходимый для изменения соотношения сил внутри снежной толщи под влиянием перелома погоды. Данный промежуток времени позволяет дать оценку этих изменений. Для лавин, непосредственно связанных с метеорологическими факторами, указанный промежуток времени невелик, поэтому и заблаговременность прогноза будет небольшой. Для лавин, обусловленных и влиянием метеорологических факторов, и процессами, происходящими внутри снежной толщи при таянии, заблаговременность будет большей. Теоретической основой для расчетных методов прогнозов является уравнение устойчивости снежного покрова на склоне. Формула для расчета критической мощности снежного покрова для лотковых лавин имеет вид:  , (2.78)где Ссд – сопротивление сдвигу;сп – объемный вес снежного покрова;fтр – коэффициент внутреннего трения; – угол наклона склона. Существует несколько расчетных методов прогнозов, каждый из которых предназначен для определенных условий образования лавин:
Прогноз лавин, обусловленных снегопадами, основан на уравнении (2.78). Зная величину HСПкр, время наступления лавиноопасного периода от начала снегопада можно определить из уравнения:  , (2.79)где iСП – интенсивность нарастания снежного покрова в м/час, или из уравнения:  . (2.80)Величины iСП,СП, Ссд, fтропределяются экспериментально в лавиносборе, типичном для данного района, и на типичной высоте. Для выдачи прогноза необходимо:
Дальнейшее упрощение методики прогнозирования возможно при использовании зависимостей вида: ТЛП = F(iСП ) (2.81) или ТЛП = F(R), (2.82) где R – интенсивность осадков в мм/мин. Для метелевых лавин прогноз можно выдавать, используя также (2.78). Для районного прогноза можно использовать зависимость вида: ТЛ = F(V); (2.83) ТЛП = F(m),(2.84) где V – скорость ветра в м/с; m – величина метелевого переноса в г/см2 мин. Прогноз лавин, связанных с оттепелями, возможен для целого района. В общем виде уравнение для определения начала лавиноопасного периода имеет вид:  (2.85)где:  – максимальная температура за время оттепели;  – интенсивность повышения температуры во время оттепели; Tот – продолжительность оттепели.Все эти параметры оказывают влияние на величину Ссд в правой части уравнения (2.78). Для случая прогнозирования лавин, обусловленных выпадением дождя, время наступления опасного периода от момента начала дождя можно рассчитать по формуле:  , (2.86)где Hв – запас воды в снежном покрове;в – содержание свободной воды в снежном покрове до начала дождя; R – интенсивность осадков, при этом делается допущение, что интенсивность дождя не изменяется. Когда лавины обусловлены весенним снеготаянием и радиационными оттепелями, зная запас воды в снежном покрове Hв в данном лавиносборе, сумму положительных средних суточных температур с начала снеготаяния до момента выдачи прогноза t°, величину стаивания на один градус положительной средней суточной температуры воздуха 1° и прогноз средних суточных температур на ближайшие дни t°1, t°2, t°3, ...., t°n, можно спрогнозировать момент наступления лавиноопасного периода из уравнения 0,1Нв – 1°t° – 1°t°1 – 1°t°2 – ... 1°t°n = 0. (2.87) Решение уравнения производится путем подбора. Когда лавины возникают при резком понижении температуры, величина сдвигающего усилия сд, возникающего в результате охлаждения снежного покрова, выражается формулой:  (2.88)где сж – коэффициент температурного сжатия снежного покрова; – модуль нормальной упругости; – коэффициент бокового расширения снежного покрова; – градиент температуры охлаждающей толщи снега. Суммируя величину сдс составляющей силы тяжести, действующей поперек склона, получают суммарную силу, стремящуюся сдвинуть снежный пласт. Сравнение этой величины с суммой сил, удерживающих снежный покров на склоне, дает представление об его устойчивости. В реальных условиях лавина нередко возникает в результате сочетания ряда факторов, например, снегопад сочетается с оттепелью. Тогда время возникновения лавины будет зависеть не только от мощности старого снежного покрова, и критическая мощность снежного покрова НСПкр равна: НСПкр= НСТ +ТЛП iСП . (2.89) Время начала лавиноопасного периода определяется по формуле:   . (2.90)Принимая Ссд, СП, fтри постоянными, получаем ТЛП = (iСПHСТ) (2.91) или в случае дождя ТЛП = F(R, HСТ). (2.92) Для каждого района можно оценить экспериментальным путем минимальную сумму осадков, дополнительная нагрузка от которых вызывает возникновение лавин смешанного типа. Определив эту величину, и зная интенсивность выпадения осадков, можно определить время начала лавиноопасного периода. На этом принципе основаны фоновые прогнозы. Фоновый прогноз составляется на основе данных анализа синоптических ситуаций, метеорологических элементов и специальных снеголавинных наблюдений в данном регионе. Например, для территории Кавказа рекомендуются следующие прогностические зависимости:  (2.93) (2.94)где ТЛП– время от начала снегопада до лавиноопасного периода, ч; НСТ – толщина старого снега перед началом снегопада, см; измеряется в местах, максимально приближенных к тем, где происходит отрыв лавин; Х – сумма осадков (в слое воды) за первые сутки снегопада, км, берется ориентировочно из текущих метеорологических наблюдений;НСП – прирост толщины снежного покрова за первые сутки снегопада, см, находится расчетом по ожидаемым суммам осадков Х и плотности свежевыпавшего снега; НСПкр – критическая высота снежного покрова, вычисленная по формуле: НСПкр= 17200–2(0,9 + СП)6+(0,99 +СП)6, (2.95) где – крутизна склона, градус;СП – плотность снега, г/см3. Из расчета по этим формулам выбирается наименьшее время ТЛП. Пример В зоне отрыва лавин на склонах крутизной 40° высота старого снега составляет 135 см, плотность его 0,32 г/см3. Критическая высота снежного покрова НСПкр = 17200α–2(0,9 + 0,32)6+(0,99 +0,32)6 :402 =53 (см). За первые сутки снегопада выпало 18 мм (в слое воды), что при плотности свежевыпавшего снега 0,09 г/см3 соответствует  (см) слоя снега.Время от начала снегопада до лавиноопасного периода на основании прогностических зависимостей, ч:  ; .Наименьшее расчетное время до лавиноопасного периода – 27,3 ч от начала снегопада. Заблаговременность прогнозов с помощью методов, основанных на изучении хода отдельных метеорологических элементов и изменений, происходящих в снежном покрове, невелика и исчисляется часами. Это связано с тем, что метеорологическая служба не выдает прогнозов интенсивности осадков, интенсивности и продолжительности оттепели и т. п. Методика расчета основных параметров лавин Основными параметрами, которые необходимо знать при планировании режима деятельности, а также защитных мероприятий в лавиноопасных горных районах, являются: количество и площадь лавинных очагов; сроки начала и окончания лавиноопасного периода; объем лавин (средний и максимальный); скорость движения, дальность выброса и сила удара; высота лавинного потока. Количество и площадь лавинных очагов определяются на топокарте масштаба 1:25 000 – 1:50 000 по рельефу местности. К лавинообразующему рельефу относятся все участки горных склонов крутизной 15–60°, свободные от леса. Если выше границы леса имеется лавинообразующий рельеф, то весь этот участок также является лавиноопасным. Сроки начала и окончания лавиноопасного периода определяют в соответствии с прогнозом по периоду залегания устойчивого снежного покрова по данным метеостанций с учетом того, что на южных склонах снег сходит в среднем на две недели раньше, а на северных – на две недели позже, чем на дне долины. Необходимо также учитывать наличие вертикального градиента – примерно 6–7 дней на 200–250 м подъема. Максимальный и средний объем лавин, м3, определяются по формулам: WЛмакс = SЛП НСПмакс;(2.96) WЛср = Kо SЛПНСПрс, (2.97) где SЛП – лавиноактивная площадь (м2);НСПмакс и НСПрс – многолетняя максимальная и средняя высоты снежного покрова в очаге (м); Kо – коэффициент, зависящий от типа очага и конкретных климатических условий. При отсутствии данных можно принимать Kо = 0,5 для денудационных воронок. Оперативный метод оценки скорости движения, дальности выброса и силы удара лавин заключается в следующем. 1. На топографической карте оконтуривается снегосборная площадь и намечается средняя линия лавинного пути от места отрыва лавины (верхний перегиб склона и снегосборной части лавиносбора) до подножия склона или слияния с руслом водотока, куда примыкает лавиносбор. 2. По этой линии строится продольный профиль (рис. 2.16) лавинного русла, на котором отмечается место ее возможного отрыва. 3. Из точки отрыва под углом к горизонту проводится прямая до пересечения с профилем пути. Угол (табл. 2.46) выбирают в зависимости от снегосборной площади Fсб и средней крутизны лавиносбора. Снегосборная площадь определяется по топографической карте. За верхнюю границу ее принимается верхний перегиб склона или подножие скал, из-под которых срывается лавина, за боковые границы – перегибы склона у водораздельных гребней соседних снегосборов или подножие обрамляющих скал, за нижнюю границу – нижняя часть снегосборной воронки, где она переходит в лавинное русло. 4. Найденная точка пересечения наклонной прямой с профилем пути переносится на карту как предел распространения лавины. 5. Для определения скорости лавины в заданной точке ее пути на профиле восстанавливается вертикальный отрезок от поверхности пути до пересечения с наклонной прямой, измеряется длина этого отрезка, в соответствии с масштабом построения определяется его длина hс (м). Скорость лавины определяется по формуле:  где g – ускорение свободного падения (м/с2). 6. Сила удара лавины на 1 м2 поверхности неподвижного жесткого препятствия, расположенного перпендикулярно к направлению движения лавины, определяется по формуле:  , (2.98)где ЛС – плотность лавинного снега, принимаемая равной для лавины из свежевыпавшего снега – 300 кг/см3, из старого снега – 400 кг/см3, из мокрого снега – 500 кг/см3. Если поверхность препятствия образует угол с направлением движения лавины, то расчет ведется по формуле:  (2.99)Нагрузка лавины на тормозящее препятствие (стволы деревьев, столбы и др.) при обтекании его лавиной определяется по формуле:  , (2.100)где Sn–площадь проекции обтекаемой части препятствия на плоскость, перпендикулярную к направлению движения лавины. h, м 1000  φ 2 800 600 400 1 200 Номер участка 1 2 3 4 5 Угол наклона, градусы 26 6 35 12 0 Длина участка, м 1030 117 230 535 690 Рис. 2.16. Продольный профиль лавиносбора: 1 – объект; 2 – предельная дальность действия лавин; ∆ – предел распространения лавины Таблица 2.46 | |||||||||||||||||||||||