|
|
ОПАСНЫЕ ПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ НА КАМЧАТКЕ
С.М. Говорушко |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Снегопады и связанные с ними снеговые нагрузки и
снегоотложения |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Сильные ветры и морские штормы
Ветер
– «движение воздуха относительно земной поверхности …»
(Географический энциклопедический словарь, 1988, с. 36). В
наибольшей степени он влияет на следующие объекты и виды
человеческой деятельности: 1) авиационный транспорт; 2) водный
транспорт; 3) растениеводство; 4) животноводство; 5) жилая
застройка; 6) линии электропередачи; 7) мосты; 8) военная
деятельность; 9) рекреационная деятельность.
Значимыми для авиации являются: 1) направление и скорость
ветра; 2) сдвиг ветра; 3) турбулентность. Поскольку самолет
погружен в воздушную среду, она оказывает влияние на скорость
полета относительно Земли – уменьшает или увеличивает её в
зависимости от соотношения между курсом самолета и
направлением ветра. В настоящее время планирование полетов на
большие расстояния осуществляется с учетом прогноза ветра на
различных высотах, что позволяет выбрать оптимальные высоту и
маршрут полета. Правильный выбор пути позволяет уменьшить
время полета, несмотря на увеличение пройденного расстояния
(Энциклопедия …, 1983).
Влияние ветра особенно значимо в фазе полета на больших
высотах, где действуют струйные течения. При близких
направлениях маршрутов самолетов и струйных течений, их
стремятся максимально использовать. В противоположной ситуации
летчики стараются свести к минимуму участки со встречным
ветром, поскольку это приводит к отклонению от графика полета
и перерасходу топлива. Влияние ветра существенно и в приземном
слое атмосферы. Например, боковой ветер сильно осложняет взлет
и посадку.
Сдвиг ветра – это изменение скорости и направления ветра на
единицу расстояния. Различают вертикальный и горизонтальный
сдвиг ветра. Вертикальный сдвиг обычно определяют как
изменение скорости ветра в метрах в секунду на 30 м высоты; в
зависимости от направления изменения ветра относительно
движения самолета вертикальный сдвиг может быть продольным
(попутным – положительным или встречным – отрицательным) или
боковым (левым или правым). Горизонтальный сдвиг ветра принято
измерять в метрах в секунду на 100 км расстояния.
Сдвиг ветра при значительной величине угрожает безопасности
полетов. Опасным для авиации метеорологическим явлением
считается вертикальный сдвиг ветра более 4 м/с на 30 м высоты
(Астапенко, 1986). Прежде всего, вертикальный сдвиг ветра
влияет на точность приземления самолета. Пилоту необходимо
компенсировать сдвиг рулями или работой двигателя. Иначе при
переходе снижающегося самолета через линию сдвига ветра из
верхнего слоя с одной скоростью в нижний слой с другой
скоростью, вследствие изменения подъемной силы и скорости
самолета, он сойдет с расчетной траектории снижения и
достигнет земли не в заданной точке, а ближе или дальше ее,
левее или правее.
Для турбулентности характерны мелкомасштабные вертикальные
порывы ветра с резкими пространственными границами. В первую
очередь, турбулентность является отличительной чертой гроз,
однако нередки случаи ее возникновения без гроз и даже при
отсутствии облачности. На небольших высотах турбулентность
обусловлена неравномерным прогревом земной поверхности, что
приводит к образованию нерегулярных восходящих и нисходящих
воздушных потоков. Обычно такие зоны хорошо заметны по наличию
конвективной облачности, поэтому появление болтанки самолета в
полете в турбулентном пограничном слое над земной поверхностью
для опытных пилотов не является неожиданностью.
На больших высотах возникновение турбулентности обусловлено
преимущественно сдвигом скорости ветра у поверхности раздела
воздушных масс с разными свойствами, что характерно, в
частности, для струйных течений. Турбулентность в верхней
тропосфере и стратосфере нельзя обнаружить визуально, поэтому
при внезапном попадании в область интенсивных нисходящих и
восходящих потоков возможно серьезное повреждение самолета.
Сила воздействия турбулентности на самолет зависит от трех
факторов (Энциклопедия …, 1983): 1) скорости самолета
(высокоскоростные самолеты больше подвержены турбулентности);
2) массы самолета (тяжелые самолеты двигаются более плавно,
чем легкие); 3) гибкости крыльев (самолеты с жесткими крыльями
больше подвержены влиянию турбулентности, поскольку гибкие
крылья способны демпфировать удары).
Помимо возникновения аварийных ситуаций, турбулентность
создает неудобства с точки зрения комфорта пассажиров. За
несколько секунд самолет падает на десятки метров (а над
горной местностью иногда и сотни), при этом за каждым провалом
непременно следует бросок самолета вверх (Вовченко, 1985). Еще
одним следствием турбулентности является сокращение срока
эксплуатации самолетов. Даже в случае гибких крыльев удары,
наносимые атмосферными вихрями, не проходят бесследно.
Непрерывные процессы изгибания и выпрямления крыльев приводят
к «усталости металла». Кроме этого турбулентность ухудшает
характеристики работы газотурбинных двигателей.
В эпоху парусных судов влияние ветра на водный транспорт было
огромным. Роль ветра в движении кораблей частично сохранилась.
Попутный ветер увеличивает скорость судов примерно на 1%, в то
время как встречный – снижает ее на 3-13% в зависимости от
размеров и груза корабля (Смит, 1978). В связи с этим прогноз
ветра имеет большое значение для выбора оптимального маршрута
судна. Учет ветра обычно благоприятно сказывается на скорости
движения, расходе топлива и продолжительности рейса.
Немаловажна роль ветра для эксплуатации автомобильного и
железнодорожного транспорта. В зависимости от направления
ветер влияет на скорость передвижения или устойчивость
транспортных средств, нередко приводя к опрокидыванию.
Влияние ветра на растениеводство достаточно многообразно, в
зависимости от конкретных условий оно может быть и
положительным и отрицательным. Положительное значение состоит
в том, что, перенося влажный воздух с океанов и морей в
континентальные районы, ветер обеспечивает растительность
влагой. Негативное воздействие заключается в усилении
непродуктивного испарения с поверхности почвы, что
способствует почвенной засухе. Сильный ветер вызывает
полегание посевов, ломает плодовые деревья. Направление и
скорость ветра необходимо учитывать при подкормке полей
удобрениями и опылении ядохимикатами (Чирков, 1988).
Велико влияние ветра на промышленную и гражданскую застройку.
Все сооружения, возвышающиеся над поверхностью земли,
подвергаются ветровым воздействиям. Их влияние заключается в
увеличении теплопотерь и ветровой
нагрузке, которая особенно важна для высотных сооружений
(теле- и радиомачты, дымовые трубы, опоры ЛЭП, башни и т. д.).
Учет этой нагрузки нужен при определении сечения и
необходимого количества материалов. Высотные сооружения могут
раскачиваться ветром. При последующем уплотнении застройки
возможно изменение силы давления на здание на треть,
увеличение крутящего момента, возникновение вибрации в
конструкции и т. д.
Влияние на линии электропередачи обусловлено дополнительными
нагрузками, связанными с колебательными движениями проводов.
Наиболее опасны такие колебательные движения, как вибрация,
возникающая из-за срыва вихрей при скорости ветра менее 6 м/с
и образующая стоячие волны с небольшой амплитудой (порядка
диаметра проводов), и «пляска проводов», при которой амплитуда
стоячей волны достигает нескольких метров, а период –
нескольких секунд (Заварина,
1976).
Волновая природа ветра имеет значение с точки зрения его
влияния на мосты. В основе воздействия лежит не большая
скорость ветра, а неблагоприятное совпадение его характеристик
с амплитудой колебания моста.
Ветер весьма значим для рекреационной деятельности и
некоторых видов спорта (парусный, парашютный, планерный,
горнолыжный и т. д.). Определенное значение ветер имеет для
производства электроэнергии на ветровых станциях.
К сильным относятся ветры со скоростью 30 м/с и более.
Данному явлению, в той или иной степени, подвержена вся
территория края. Ветры силой до 30-40 м/с и продолжительностью
до 3 суток могут охватить 60 % территории края, однако чаще
всего ураганные ветры отмечаются на юго-восточном,
юго-западном и северо-восточном побережьях, достигая
максимальной частоты и силы (свыше 45 м/с) на крайнем юге
полуострова и восточном побережье
Олюторского залива (Шахраманьян
и др., 1998).
Один из сильнейших ураганов на Камчатке был отмечен 13 марта
1988 г. Тогда из строя вышло электроснабжение
Петропавловска-Камчатского, город остался без тепла и воды.
Были выбиты стекла и двери в тысячах квартир, ветер сорвал
крыши с сотен домов (Пучков и др. 2013).
Сильные ветры над акваторией приводят к возникновению морских
штормов, т.е. появлению морских волн – «колебательных движений
водной среды морей и океанов…» (Географический
энциклопедический словарь, 1988, с. 43).
Влияние морских волн обусловлено их динамическим
воздействием. Они влияют на следующие виды человеческой
деятельности: 1) водный транспорт; 2) военная деятельность; 3)
добыча нефти и газа со дна моря; 4) рекреационная
деятельность. Ветровые волны имеют также большое экологическое
значение.
Воздействие на водный транспорт осуществляется как
непосредственно на суда, так и на портовую инфраструктуру.
Влияние на суда выражается в изменении скорости движения,
повреждении судов и их качке. Сильнее всего замедляют движение
волны, распространяющиеся в направлении, противоположном курсу
судна, однако попутные волны тоже оказывают тормозящее
действие. Скорость судна является эллиптической функцией
высоты и направления волн (Астапенко, 1986). При высоте волны
более
Типичным последствием ветровых волн является бортовая и
килевая качка. Она влияет на условия комфорта пассажиров и
экипажа, приводит к порче чувствительных к ней грузов. В
наибольшей степени бортовая качка ощущается при зыби. Особенно
длинные и высокие волны зыби в спокойном море иногда приводят
к тому, что судно регулярно черпает воду бортом (Энциклопедия
…, 1983). Влияние на сооружения портовой инфраструктуры
оказывается путем динамического давления волн и вследствие
местного размыва дна, производимого ими в прибрежной полосе.
Влияние на военную деятельность проявляется через
военно-морской флот и по своей сути идентично воздействию на
водный транспорт. Масштабы воздействия на морскую
нефте- и газодобычу в последние
годы резко возросли в связи с интенсификацией разработки
шельфовых месторождений. В основном оно оказывается на морские
стационарные платформы и осуществляется следующими путями: 1)
силовое воздействие; 2)
заплеск (накат) на сооружение; 3)
местный размыв.
Нагрузки при динамическом воздействии штормовых волн
соизмеримы с нагрузками на платформы ледяных полей. Под
действием волн возникают вибрации, которые создают условия
дискомфорта для обслуживающего персонала морских платформ.
Заплеск (накат) волн на опорную
часть платформы определяет безопасное возвышение ее нижней
плоскости над спокойным уровнем моря. Размыв дна у опор
платформ опасен прежде всего на мелководье. Большие поперечные
размеры этих сооружений приводят к нарушениям кинематики волн.
Это влечет за собой обширные местные размыва дна, приводящие к
серьезным нарушениям общей устойчивости сооружений, вплоть до
их аварий (Халфин, 1990).
Следует остановиться на тягуне.
Это весьма сложное явление, возникающее при совместном
резонансе двух взаимосвязанных систем: 1) сейш и собственных
колебаний воды в бухте; 2) колебаний воды в бухте и
собственных колебаний судна. При
тягуне происходит либо наваливание
судна на причал или на соседние суда, либо резкий отжим судов
от причальной стенки. Во время
тягунов нарушается ритмичность
работы портов. Прекращаются перегрузочные операции, простой
судов приводит к значительному ущербу для морского флота. В
это время суда в порту совершают возвратно-поступательное
движение вдоль причалов с такой интенсивностью, что рвутся
толстые (до
Влияние на военную деятельность в части, касающейся судов,
аналогично воздействию на водный транспорт. Кроме этого
сейши и связанные с ними
тягуны сильно осложняют высадку
десанта. Сила непредвиденных колебаний между водой и
выгружаемыми с находящихся на плаву судов предметов столь
велика, что может привести к гибели людей и повреждению
выгружаемой техники. Кроме этого освещение прибрежных вод
биосветящимися организмами,
потревоженными сейшами, может
раскрыть нахождение людей и судов, когда требуется покров
темноты (Korgen, 1995).
Достаточно сильно штормовое волнение вблизи восточного и
юго-западного побережья Камчатского края (см рис. и табл.
ниже). Штормовые ветры чаше бывают осенью и зимой и
значительно реже летом. Уровень риска штормов определяется по
среднемноголетнему числу дней за год с высотой волны более 6
м. Упомянутые районы характеризуются высоким риском, где их
ежегодное число превышает 5 дней (Атлас …, 2007). Высоты волн
в Беринговом море достигают 7 м, при ураганных ветрах и
тайфунах – вдвое выше (Махоркин,
1966).
Расчетные скорости ветра на территории камчатского края
(Кондратюк, 1974)
Наиболее крупные чрезвычайные ситуации, обусловленные
сильными ветрами и морскими штормами (Атлас …, 2007)
Метель
– «перенос снега сильным ветром над поверхностью земли»
(Географический энциклопедический словарь, 1988, с. 181).
Основными факторами влияния являются динамическое воздействие
снеговетрового потока, засыпание
снегом, ухудшение видимости, воздействие тяжести снега.
Метели приводят к гибели людей и оказывают значительное
влияние на многие хозяйственные объекты и виды человеческой
деятельность: 1) промышленные и гражданские сооружения; 2)
животноводство; 3) растениеводство; 4) транспорт
(железнодорожный, автомобильный, авиационный); 5)
рекреационная деятельность; 6) линии электропередачи; 7)
радиосвязь; 8) горнодобывающая промышленность; 9) лесное
хозяйство.
Гибель людей при метелях достаточно типична. Давление
снегового потока затрудняет дыхание, происходит резкое
ухудшение видимости, людей засыпает снегом, что в сочетании с
низкой температурой приводит к смерти от переохлаждения.
Влияние метелей на промышленную и гражданскую застройку
достаточно разнообразно и в наиболее общем виде выражается в
снижении безопасности и доступности зданий. Снегонакопление
при метелевом переносе во много
раз превышает аккумуляцию вследствие снегопадов при
безветренной погоде. Очень важным является воздействие на
крыши, которое зависит от их формы, размеров,
теплопроводности, положения по отношению к преобладающему
направлению ветра и т. д. Аккумуляция снега на крышах
обусловливает возникновение избыточных нагрузок, что приводит
к обрушению зданий. Во многих случаях снег на крышах
преобразуется в лед, что приводит к
подпруживанию воды и ее
просачиванию под кровельные материалы и сквозь гидроизоляцию.
Промачивание, обусловленное инфильтрацией воды, образовавшейся
вследствие таяния метелевого снега
во фронтонах и других углублениях, может привести к
повреждению внутренней отделки зданий, соскальзывание снега с
наклонных крыш иногда вызывает травматизм и гибель людей,
метелевый перенос вблизи зданий
нередко затрудняет доступ к ним.
Очень велико влияние метелей на животноводство, прежде всего
пастбищное. Динамическое воздействие
снеговетрового потока, ухудшение
видимости и засыпание снегом нередко вызывает массовую гибель
животных. Метели существенно влияют на растениеводство, что
проявляется разными путями. Перераспределение снега приводит к
глубокому зимнему промерзанию и недостатку влаги на участках
снегосъема и переувлажнению и
позднему оттаиванию в местах снегонакопления. В районах с
тонким снеговым покровом озимые культуры, выступающие над
гладкой обледенелой поверхностью, нередко повреждаются рыхлыми
ледяными частицами. Метели приводят к значительным
повреждениям фруктовых деревьев, степень которых зависит от
прочности растений, корневой системы, силы ветра и массы
снега.
Воздействие метелей на транспорт чрезвычайно велико. Особенно
от них страдает автомобильный транспорт. Главным фактором
воздействия являются снежные заносы. Сильная
снегозаносимость характерна для
участков дорог, находящихся в ветровой тени и понижениях
рельефа. Сильные метели способны полностью парализовать
автомобильное движение, что периодически происходит во многих
северных городах. Есть и другие пути влияния метелей на
автомобильный транспорт. Вследствие аккумуляции снега в
придорожных кюветах он сохраняется там гораздо дольше, чем на
прилегающей территории. К моменту схода снежного покрова в
этом районе в дренажных канавах все еще остается снег.
Возникающие паводки нарушают движение транспорта на дорогах и
способствуют эрозионному размыву (Снег, 1986). Еще одним
факторов воздействия является резкое ухудшение видимости.
Механизм влияния на железнодорожный транспорт во многом
сходен. Случаи блокирования железных дорог снежными заносами
не столь многочисленны, как автомобильных трасс, но и не
являются большой редкостью. Воздействие на авиационный
транспорт достаточно разнообразно. Заносы приводят к
блокированию взлетно-посадочных полос. Нередко метели
осложняют полеты в полярных районах. Свежевыпавший снег в этих
областях сух и имеет очень малую плотность (около 0,1
г/см3). При сильных ветрах число взвешенных снежных
частиц в нижних слоях воздуха может быть настолько велико, что
солнечный свет будет рассеиваться по всем направлениям.
Многократное отражение света от белой снежной поверхности и
слоистых облаков, приводит к резкому увеличению освещенности и
потере способности различать какие-либо контрасты и
расстояния. Вследствие этого летчик, несмотря на отсутствие
тумана, не видит снежной поверхности, облаков и горизонта.
Данное явление носит название «белая мгла» (Энциклопедия …,
1983; Гляциологический словарь, 1984).
Во время метелей, особенно происходящих в теплую погоду,
может нарастать большое количество льда на крыльях и других
поверхностях самолета. Если его не очистить перед взлетом, то
вследствие изменения летных характеристик может произойти
катастрофа. Влияние на рекреационную деятельность двоякое. С
одной стороны метели ограничивают время зимнего отдыха
(катание на мотонартах, лыжах, коньках и т. д.). С другой
стороны – метелевый перенос
приводит к увеличению толщины снежного покрова на склонах с
горнолыжными трассами.
Влияние на линии электропередачи, в основном, обусловлено
динамическим воздействием
снеговетрового потока и ухудшением
электроизоляционных свойств воздуха. Влияние на радиосвязь
имеет те же корни. При дроблении снежинок в
снеговетровом потоке происходит их
метелевая электризация, подобная
электризации пыли. Напряженность электрического поля,
вызванного сильными метелями, может достигать 6-10
кВ/м, чем объясняются часто
наблюдаемые при них электрические разряды и световые эффекты.
Метелевая электризация снега
обусловливает проявление радиопомех (Гляциологический словарь,
1984). Влияние на горнодобывающую промышленность связано с
осложнением эксплуатации открытых горных разработок вследствие
их заносов снегом.
Воздействие на лесное хозяйство как при естественном
лесовозобновлении, так и при
плантационном выращивании, аналогично влиянию на фруктовые
деревья. Механическим повреждениям особенно подвержены хвойные
леса.
К сильным относятся метели продолжительностью более 12 часов
и скоростью ветра более 15 м/с. Чаще всего такие метели
отмечаются на юго-западном побережье и мысах восточного
побережья Камчатского края, где их средняя повторяемость за
год может достигать 8 раз. Сравнительно малая повторяемость
значительных метелей на юге полуострова обусловлена более
высокой температурой, однако при этом отмечается большая
продолжительность метелей. Наиболее сильные метели,
продолжительностью более 12 часов, при скорости ветра более 25
м/с, отмечаются на востоке
Олюторского района (Кириченко,
Коваль, 2009; Перечень и критерии опасных
гидрометеорологических явлений…, 2009). Метели на Камчатке
приводят к чрезвычайным ситуациям территориального уровня,
чаще они возникают в районе г. Петропавловск-Камчатский (Атлас
…, 2007).
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
