Глава 2. Чрезвычайные ситуации в литосфере виды чрезвычайных ситуаций природного характера и их характеристика
 Скачать 3.06 Mb.
|
|
Зависимость площади снегосбора от крутизны склона
При косом ударе лавины о сооружение, кроме нормальной составляющей, появляется касательная составляющая от сил трения, величина давления которой определяется по формуле: Fтр= fтрРЛ,(2.101) где fтр – коэффициент трения снега о материал сооружения (принимается равным 0,3); РЛ – нормальное давление, Па. При расчете нагрузки на крышу сооружения следует учитывать также массу лавинного снега и принимать величину давления по формуле:  , (2.102)где ЛС – плотность лавинного снега, кг/м3; Нфл – высота фронта лавины, м; к – угол наклона крыши сооружения к горизонту. Высота фронта лавины определяется по формуле:  , (2.103)где – угол наклона склона на подходе лавины к сооружению; = к + . Если удар лавины приходится на вогнутую поверхность с радиусом закругления r, то давление лавины определяется по формуле:  , (2.104)где Sg – длина дуги на закруглении. В этом случае силу трения на 1м2 крыши равна Fтр1 = fтрQЛ (2.105) 7. Кроме удара лавинного снега сооружение испытывает удар воздушной волны, идущей впереди фронта лавины. Способы защиты от лавин Наиболее надежным способом защиты от лавин является размещение объектов вне лавиноопасных участков. По экономической эффективности противолавинной защиты можно выделить две группы лавиноопасных районов:
В районах первой группы постоянными мероприятиями могут быть регулирование режима работы подверженных опасности объектов, выполняемое специально созданной прогнозно-профилактической службой, защита этих объектов инженерными и другими средствами. В районах второй группы снижение ущерба от лавин может быть достигнуто деятельностью службы, получающей предупреждение о приближающейся опасности от специалистов, и организующей эвакуационные, спасательные и неотложные аварийно-восстановительные работы. Во всех странах эти обязанности возложены на органы гражданской обороны. Таблица 2.47 Удельная стоимость противолавинных мероприятий
При выборе наилучших мер защиты исходят из характера защищаемого объекта и показателей лавинной активности в угрожающих ему лавинных очагах. Вначале с помощью крупномасштабных топографических карт определяют эти показатели, затем рассчитывают все возможные способы защиты и выбирают среди них экономически оптимальный вариант. В идеале защита должна назначаться от всего комплекса опасных явлений, воздействующих на защищаемый объект на рассматриваемом участке. Для горных районов обычно сочетание опасности лавин, водоснежных потоков, сползания снега, снегозаносов, селей, паводков, камнепадов и др. На уровне страны возможны лишь рекомендации: застройка лавиносбора снегоудерживающими щитами (очень дорога в многоснежных районах); профилактический спуск лавин путем обстрела горных склонов в малонаселенных районах; прогнозирование лавин (можно быстро ввести в районах, знаний о которых достаточно для разработки приемов оперативного прогноза), и т. д. Рекомендации по выбору противолавинных мероприятий могут быть обобщены применительно к физико-географическим типам лавиноопасных территорий, подразделяемым по растительности (горно-луговая, горно-лесная и др.) и снежности, имеющим вертикально-поясное распределение, и морфометрическим характеристикам рельефа (глубина расчленения, ширина днищ долин, площадь и наклон лавиносборов). Например, на Северном Тянь-Шане в лесном поясе для защиты автодорог залесение склонов дешевле строительства противолавинных галерей при высоте склонов до 500 м, а в горно-луговом поясе строительство галерей дешевле застройки лавиносборов снегоудерживающими щитами при высоте склонов более 200 м. Предусматривать защиту от лавин и других видов ЧС целесообразно с начала планирования территориально-производственных комплексов и на всех последующих этапах детализации и планов застройки, что должно сопровождаться составлением мелкомасштабных и среднемасштабных карт. Требуются также и карты оценки чрезвычайных ситуаций. Картографически представляют следующие показатели:
Показатели существенно меняются во времени. Поэтому желательно знать и картографически изображать не только среднемноголетние их значения, но и предельные величины на какой-то плановый срок, зависящий от характера защищаемого территориально-производственного комплекса, например на 25–100 лет вперед. Кроме названных показателей лавинной опасности на обзорных картах желательно изображение районов, для которых прямо разработаны методы оперативного прогнозирования лавин, и районов, аналогичных первым по условиям лавинообразования настолько, что в них могут быть использованы привнесенные извне методы прогнозирования. 2.2.6. Абразия берегов Абразия (лат. abrasio – соскабливание) – в геологии процесс разрушения и сноса суши морским прибоем. Проблема актуальна для крупных озер и водохранилищ. Волны моря, ударяясь о берег, непрерывно его подтачивают, подмывают и, таким образом, сглаживают все выступы и неровности. Таким путем вырабатывается более или менее широкая подводная волноприбойная терраса. По мере того как море проникает далее вглубь разрушаемой им суши, возрастает ширина этой террасы и уменьшается живая сила волн вследствие трения о ее поверхность. Если уровень моря повышается относительно прилегающего берега, разрушительная работа волн проникает дальше вглубь материка и ширина абразионной террасы возрастает (иногда до 10–20 км). При длительном повышении уровня моря (или опускания суши) море может далеко проникнуть вглубь материка (трансгрессия) или затопить обширные площади. Вновь поднявшаяся над уровнем моря часть суши, которая подверглась действию морской абразии, представляет собой слабо покатую в сторону моря абразионную равнину или абразионную платформу. Интенсивность абразии зависит от степени волнового воздействия, т. е. от бурности водоема. Важнейшим условием, предопределяющим абразионное развитие берега, является относительно крутой угол исходного откоса (больше 0,01) прибрежной части дна моря или озера. Абразия создает на берегах абразионную террасу или бенч (англ. bench), и абразионный уступ или клиф (рис. 2.17). Образующиеся при этом в результате разрушения горных пород песок, гравий, галька могут вовлекаться в процессы перемещения наносов и служить материалом для образования береговых аккумуляторных форм. Часть материала сносится волнами и течениями к подножью абразионно-подводного склона, образуя прислоненную аккумуляторную террасу. По мере расширения абразионной террасы абразия постепенно затухает (так как расширяется полоса мелководья, на преодоление которой расходуется энергия волн) и при поступлении наносов может смениться аккумуляцией. Абразионная терраса  Клиф Подводная аккумуляторная терраса Уровень воды Рис. 2.17. Абразионное развитие берега На склонах искусственных водохранилищ, уклоны которых в прошлом формировались иными, не абразионными факторами, темп абразии особенно высок – до десятка метров в год. Абразия берегов, то есть разрушение их волнами, возможна на морях, озерах, водохранилищах там, где с суши поступает не слишком много наносов в виде твердого стока рек. В противном случае, характерном для дельт, происходит накопление обломочного материала, выдвижение линии берега в сторону моря. Этот процесс также неблагоприятен для хозяйства, однако имеет меньшее значение, поскольку выдвигающиеся берега неудобны для строительства и практически не освоены. Набегающие на берег волны ударяют в него с силой до 70 т/м2, смывают рыхлый материал и перемещают его вдоль берега. Постепенно вырабатывается подводная терраса, ограниченная со стороны берега абразионным уступом. Скорость абразии (отступания прибрежного уступа) и продолжительность периода выработки равновесного профиля зависят от прочности пород, слагающих берег, от энергии волн, их направления и повторяемости. Энергия волн пропорциональна квадрату их высоты; основной объем абразии выполняют крупнейшие волны. В реальных условиях добавляются эффекты приливных и нагонных колебаний уровня моря, его длительных изменений, гашения волнения морскими льдами, изменения объемов обломочного материала, поступающего с суши и т. д. В высоких широтах преобладает активная абразия. Главной причиной ее является относительная скудность поступления обломочного материала с суши. Особенностями берегов Северного Ледовитого океана является возможность термической абразии, помимо механической, а также их относительно молодой «динамический возраст», равный иногда лишь 0,1–0,2 от «динамического возраста» берегов безледных морей. Характерная скорость абразии здесь 4–6 м/год, наивысшая – до 55 м/год. Эти показатели не очень велики, но, если учесть долю времени, когда прибрежные акватории свободны ото льда, скорость абразии оказывается в 3–4 раза выше, чем в более низких широтах с их существенно более суровым «волновым климатом». В средних широтах преобладают берега, где нет активной абразии, и происходит, в основном, вдольбереговое смещение наносов. В низких широтах, где особо велик твердый сток рек, преобладают процессы накопления обломочного материала у берегов, их выдвижение в сторону. Причины усиления абразии берегов делятся следующим образом:
Абразия берегов происходит также на крупных озерах и водохранилищах. Состояние берегов озер обычно близко к равновесному, вдольбереговые потоки наносов слабы вследствие малой энергии волн. Абразия активизируется, в основном, повышением уровня вследствие увлажнения климата или подпора плотиной. Еще более сильна абразия на водохранилищах, берега которых геоморфологически молоды и практически никогда не станут зрелыми, равновесными, поскольку для этого требуется больше времени, чем будут существовать водохранилища. Рабочие колебания уровня равнинных водохранилищ находятся в пределах 3–8 м (близко к размаху приливно-отливных колебаний уровня морей), горных – до 50–80 м. Высота волн на водохранилищах ниже, чем в морях; максимальные значения на водохранилищах бывшего СССР – до 4 м, чаще в пределах 2–3 м. В первые два–три года существования водохранилищ скорость отступания берега достигала 50 м/год на Цимлянском и Красноярском, 30 м/год на Каховском водохранилище, в первые 10 лет – до 20 – 25 м в степной зоне, 4–6 м в лесной зоне, в первые 17–35 лет средняя скорость на Цимлянском, волжских и Новосибирском водохранилищах – 1–5 м/год. Во многих случаях на абразионном уступе начинаются оползневые, а в зоне распространения многолетней мерзлоты – обвально-плывунные процессы, ускоряющие отступание берега. Термоденудационный берег на Братском водохранилище у пос. Артумей отступил за 1962–1967 гг. на 759 м, до 435 м за год и до 150 м за сутки. Средние за 100 лет скорости отступания берегов равнинных водохранилищ равны 0,5 от значений скорости за первые 20–30 лет; потери земли от абразии берегов Волгоградского, Саратовского, Нижнекамского и Горьковского водохранилищ составят за первые 25 лет около 95 км2 (в среднем 3,8 км2/год), за 50 лет – около 130 км2, за 100 лет – 165 км2. 2.2.7. Эрозионные процессы Эрозия почв Под этим общим названием – эрозия (лат. еrosio – разъединение), рассмотрим неблагоприятные и опасные процессы воздействия водных потоков, волн и ветров на рельеф: плоскую и линейную (овражную) эрозию, дефляцию (ветровую) эрозию, переформирование русел рек. Сели, абразия берегов морей и водохранилищ, рассмотренные выше, также относятся к эрозии почв. На земной поверхности нет таких мест, где бы ни выпадали атмосферные осадки. Текущая вода производит работу повсеместно в пределах суши, а формы рельефа, ею созданные, универсальны. Выпахивающая деятельность текущей воды называется эрозией. Эрозия бывает нескольких типов и видов (табл. 2.48), каждый из которых характеризуется физическими процессами, происходящими, в основном, в почве. Эрозия почв (плоская эрозия) – процесс разрушения верхних, наиболее плодородных слоев почвы и подстилающих пород талыми и дождевыми водами (водная эрозия почв) или ветром (ветровая эрозия почв, дефляция, выдувание). В ряде мест от эрозии почв утрачивается больше плодородных земель, чем вновь осваивается. Естественная эрозия почв – очень медленный процесс. Например, снос поверхностными водами 20 см почвы под пологом леса происходит за 174 тыс. лет, под лугом за 29 тыс. лет. При правильных севооборотах поля теряют 20 см почвы за 100 лет, а при монокультуре кукурузы – всего за 15 лет. В последних двух случаях скорость разрушения почвенного покрова намного превышает скорость почвообразования. Эрозия почв привела к полной или частичной, но хозяйственно значимой потере плодородия более половины всей пашни мира (1,6–2 млн км2, при современном использовании 1,2–1,6 млн км2). Ежегодно из-за эрозии выбывает из сельскохозяйственного использования от 50 до 70 тыс. км2 земель (более 3 % эксплуатируемой пашни в год). В разной степени эродировано 73 % земель России. Потери России от эрозии оцениваются в 10,7 млрд рублей в год. Плоская эрозия (эрозия почв) распространена повсеместно, где бывают сколь-нибудь интенсивные осадки. Скорость плоской эрозии измеряется толщиной слоя, сносимого в среднем за год, или массой материала, сносимого с единицы площади. Естественная скорость плоской эрозии на междуречьях равнин умеренного климатического пояса измеряется сотыми долями миллиметра в год; скорость эрозии до 0,5 мм/год отвечает скорости накопления гумуса в почве; более высокие величины означают срезание почвы. Интенсивность эрозии есть функция от количества и интенсивности осадков, распределения и скорости снеготаяния, а также от механических свойств почвы, угла наклона микрорельефа поверхности склона. Значительная эрозия оголенных поверхностей почвы начинается при осадках более 10 мм/сут и 2 мм/мин на склонах с наклоном более 3°. Особенно усиливается эрозия (до 4 –10 мм/год) при осадках более 30 мм/сут, при ливнях с диаметром капель более 1,5 мм, на склонах круче 10–12°. По мере смыва относительно водопроницаемого и прочного гумусового горизонта почвы сток при дождях возрастает до шестикратного, скорость эрозии возрастает в 10 раз. Антропогенная эрозия почв сопровождает земледелие в течение всей его истории, но особенно возросла в ХIХ–ХХ вв., с применением механической тяги и стандартной агротехники на огромных полях с различными местными значениями потенциальной эрозии. Темп эрозии оголенного грунта местами возрастает в сотни раз в сравнении с эрозией в лесах. За время сельскохозяйственного производства средняя величина эрозии поднялась приблизительно втрое. В бывшем СССР из 225 млн га пашни заметно эродированы 152 млн га, в том числе сильно эродированы 64 млн га. Ежегодно полностью эродируются почвы в среднем на 2 млн. га, смывается около 2 млрд т почвы. Эрозия сильна также на 175 млн га сенокосов и пастбищ, что ведет к опустыниванию 40–50 тыс. га земель в год. Ветровая эрозия (выдувание) почв легкого состава возможна при скорости ветра уже 4–6 м/с, если почва сухая (что достигается при относительной влажности воздуха около 50 % и менее) и не слишком защищена растительностью. Скорость дефляции пропорциональна третьей степени скорости ветра: при ветре более 6 м/с дефляция может достичь характера пыльной бури. Например, в Туркмении 40 % пыльных бурь происходит при скорости ветра 7–10 м/с, остальные – 15–20 м/с и более. Наиболее характерна дефляция для территорий с сухим климатом (годовая сумма осадков около 200 мм и менее): для Сахары, стран Ближнего Востока, Афганистана, Индии, Центральной Азии, Китая, Мексики и др. В Средней Азии ежегодно отмечаются сотни пыльных бурь, обусловленных в основном циклонами, приходящими с юга («афганец»). В некоторых районах повторяемость бурь превышает 50 за год. Особо сильные бури отмечаются раз в 30–40 лет; слой дефляции при них – до 20–25 см. На юге Восточноевропейской равнины среднегодовое число дней с пыльными бурями 8–23, в отдельные годы (1960, 1969 и др.) – до 70. От 10 до 50 % пыльных бурь длятся более чем по 6 часов и при скорости ветра более 16 м/с относятся к категории сильных и разрушительных. Существенную дефляцию здесь могут производить и смерчи. Например, на Украине ширина полосы, где смерчем выдувается несколько сантиметров почвы, достигает 500–700 м, длина – 15 км, площадь – 1000 га; в ветровой тени рядом с такой полосой толщина наноса почвы – до 10 –15см. Овражная (линейная) эрозия сменяет плоскую на склонах с наклоном более 15°. В природных условиях современное оврагообразование – редкое явление, поскольку подходящие для этого склоны давно эродированы. Оно возможно при стечении обстоятельств, например, при выпадении осадков вскоре после выгорания растительности. Почти все растущие ныне овраги и преобладающая доля их общего числа антропогенны. В России человеческой деятельностью порождено 3/4 оврагов. На пахотных землях в последние 10 лет площадь оврагов увеличилась с 5 до 6,6 млн га, что означает потери приблизительно 150 тыс. га в год. В предгорьях Средней Азии на пастбищах скорость удлинения оврагов достигает 4–6 м/год, углубления – 1 м/год, что в 2–3 раза выше, чем в Нечерноземье. В степной зоне рекордные скорости удлинения оврагов – до 100 м/год, а на поливных землях – до 165 м/год. На льдосодержащих многолетнемерзлых породах наблюдается термоэрозия – род овражной эрозии, провоцируемой антропогенным усилением стока (талый сток от снегозаносов, сброс бытовых вод и т. п.), а также механическим нарушением теплоизолирующего растительного покрова. В районе Воркуты термоэрозия на суглинках при наклоне поверхности 3–5° за один дождь может создать рытвины длиной до 10–15 м, шириной до 2,5 м, глубиной до 1,5 м. Они закладываются с интервалом 30–50 м, намного гуще, чем в Нечерноземье, и полностью развиваются лишь за 20–35 лет, в 5 раз быстрее, чем в Нечерноземье. На севере Западной Сибири термоэрозионный рост оврагов по следам гусеничных машин имеет скорость до 30 м/год. Последствия эрозии отрицательно сказываются во многих странах. В Болгарии водной эрозии подвержено 72 % обрабатываемых площадей. Ежегодно с них теряется около 40 млн м3 мелкозема, что равнозначно потере 60 млн т плодородной земли. В Венгрии различная степень эрозии угрожает 2,3 млн га земель или около 30 % сельскохозяйственных площадей. В Польше поверхностная эрозия наблюдается на 13 % территории страны. В Англии опасности выдувания ежегодно (с марта по июнь) подвержено от 4 до 6 тыс. га посевов сахарной свеклы, выращиваемых на торфяных и песчаных почвах. В отдельные годы до 50 % этих площадей пересеивают несколько раз. В Индии в результате развития процессов эрозии ежегодно с сельскохозяйственными культурами из почв выносится около 4,2 млн т азота, 2,1 фосфора, 7,3 калия, 4,3 млн т извести. Большой ущерб эрозия почв наносит странам Азии, Африки и Латинской Америки. В Мексике лишь 19% территории страны можно считать не подверженной эрозии, в то время как умеренная и ускоренная эрозия охватывает 24 – 26 %, 17 % территории превращены в бросовые земли, а на 15 %, где эрозия только начинается, требуется принятие срочных мер. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||