Стихийные бедствия гидрологического характера

Эти природные явления подразделяются на бедствия, вызываемые:

• — высоким уровнем воды — наводнения, при которых происходит затопление пониженных частей городов и других населенных пунктов, посевов сельскохозяйственных культур, повреждение промышленных и транспортных объектов;
• — низким уровнем воды, когда нарушается судоходство, водоснабжение городов и народнохозяйственных объектов, оросительных систем;
• — селями (при прорыве завальных и моренных озер, угрожающих населенным пунктам, дорожным и другим сооружениям);
• — снежными лавинами (при угрозе населенным пунктам, автомобильным и железным дорогам, линиям электропередачи, объектам промышленности и сельского хозяйства);
• — ранним ледоставом и появлением льда на судоходных водоемах.

Сюда же несколько условно мы относим и морские гидрологические явления: цунами, сильные волнения на морях и океанах, тропические циклоны (тайфуны), напор льдов и интенсивный их дрейф.

Наводнения — это затопление водой, прилегающей к реке, озеру или водохранилищу местности, которое причиняет материальный ущерб, наносит урон здоровью населения или приводит к гибели людей. Если затопление не сопровождается ущербом, это есть разлив реки, озера, водохранилища.

Наводнения в большей или меньшей степени периодически наблюдаются на большинстве рек России. По повторяемости, площади распространения и суммарному среднему годовому материальному ущербу они занимают первое место в ряду стихийных бедствий. По количеству человеческих жертв и материальному ущербу наводнения занимают второе место после землетрясений. Ни в настоящем, ни в ближайшем будущем предотвратить их целиком не представляется возможным. Наводнения можно только ослабить или локализовать.

Многочисленные реки страны отличаются друг от друга различными условиями формирования стока воды, а это в немалой степени определяет и условия возникновения наводнении. Исходя из этого, реки России по условиям возникновения наводнения подразделяются на четыре типа:

l-й — реки с максимальным стоком, вызываемым таянием снега на равнинах. К нему относится большинство рек Европейской части и Западной Сибири.

• 2-й — реки с максимальным стоком, возникающим при таянии горных снегов и ледников. Наводнения здесь могут наблюдаться несколько раз в течение года. Главным образом, это реки Северного Кавказа.
• 3-й — реки с максимальным стоком, обусловленным выпадением интенсивных дождей. К этому типу относятся реки Дальнего Востока и Сибири.
• 4-й — реки с максимальными стоками, образующимися от совместного влияния снеготаяния и выпадения осадков. Их режим характеризуется весенним половодьем от таяния снегов, повышением летнего и зимнего стоков за счет обильного грунтового питания, а также значительными осенними осадками. Наличие такого типа рек характерно для северо-западных районов России.

Особенно опасные наводнения наблюдаются на реках дождевого и ледникового питания или при сочетании этих двух факторов.

Наводнение, характерное для рек первого тина, часто называют ПОЛОВОДЬЕМ. Это ежегодно повторяющийся в один и тот же сезон значительный и довольно длительный подъем уровня воды в реке. Обычно половодье вызывается весенним таянием снега на равнинах или дождевыми осадками.

Наводнение, характерное для рек третьего типа, обычно называют ПАВОДКОМ. Это интенсивный, сравнительно кратковременный подъем уровня воды. Формируется сильными дождями, иногда таянием снега при зимних оттепелях.

Кроме названных источников наводнения могут возникать вследствие других гидрометеорологических явлений, таких как заторы, зажоры, нагоны и прорывы плотин.

Важнейшими основными характеристиками являются максимальный уровень и максимальный расход воды за время наводнения. С максимальным уровнем связаны площадь, слой и продолжительность затопления местности. К одной из основных характеристик относится и скорость подъема уровня воды.

Для осуществления прогноза наводнения необходимо знать и такую характеристику, как скорость течения, которая выражается в м/с.

К факторам, обуславливающим величины максимального уровня и максимального расхода воды, для случая весеннего половодья, относятся следующие: запас воды в снежном покрове перед началом весеннего таяния; атмосферные осадки в период снеготаяния и половодья; осенне-зимнее увлажнение почвы к началу весеннего снеготаяния; глубина промерзания почвы; ледяная корка на почве; интенсивность снеготаяния.

Следует учитывать, что в европейской части России после схода снега сумма осадков в 1,5−2 раза больше, чем в период самого снеготаяния.

Для определения величины интенсивности снеготаяния широко применяется метод измерения так называемого коэффициента стаивания — слоя талой воды в мм, приходящегося на один градус средней суточной температуры воздуха.

Для крупных речных бассейнов немаловажным фактором является то или иное сочетание волн половодий отдельных притоков. Так, например, в нижней части р. Дон половодье, как правило, имеет двухвершинную форму. Первая волна формируется в бассейне Северного Донца. Вторая поступает издалека, с верховьев Дона. Сближение сроков прохождения этих двух волн увеличивает высоту половодья, и наоборот.

Для случаев паводка к факторам, влияющим на величины основных характеристик, относятся: количество осадков, их интенсивность, продолжительность, площадь охвата, предшествующая выпадению осадков, увлажненность бассейна, водопроницаемость почвы, рельеф бассейна, величины уклонов рек, наличие и глубина мерзлоты.

К основным характеристикам последствий наводнения относятся: численность населения, оказавшегося в зоне, подверженной наводнению; количество населенных пунктов, попавших в зону наводнения; количество предприятий, протяженность автомобильных и железных дорог, линий электропередачи, связи и коммуникаций, оказавшихся в зоне затопления; количество погибших животных, разрушенных мостов и тоннелей.

Различают прямой и косвенный ущерб от наводнений. Прямой — это, например, повреждение и разрушение жилых и производственных зданий, железных и автомобильных дорог, линий электропередачи и связи, гибель скота и урожая, уничтожение и порча сырья, топлива, продуктов питания, кормов, затраты на временную эвакуацию населения и материальных средств.

К косвенному ущербу обычно относят: затраты на приобретение и доставку в пострадавшие районы продуктов питания, строительных материалов и кормов для скота, сокращение выработки продукции, ухудшение условий жизни населения. Прямой и косвенный ущербы находятся, большей частью, в соотношении 70%: 30%. Иногда наводнения сопровождаются пожарами из-за обрыва проводов и короткого замыкания. Здания теряют капитальность: отваливается штукатурка, выпадают кирпичи, размываются фундаменты, деревянные конструкции гниют. Из-за неравномерной просадки грунта происходят разрывы канализационных, водопроводных труб, нарушается работа кабельных линии.

Существуют понятия «подтопление» и «затопление». При подтоплении вода проникает в подвалы через канализационную сеть, различного рода траншеи и коллекторы. В случае же затопления местность покрывается слоем воды определенной высоты.

По метеорологическим условиям все регионы России различны. Однако наводнения происходят практически ежегодно то в одном, то в другом районе. Ущерб исчисляется огромными цифрами. Площадь, которая может быть подвергнута затоплению паводковыми водами, составляет около 500 тыс. км, однако ежегодно реально затапливается от 36 до 56 тыс. км ².

Наиболее велико негативное влияние наводнений в следующих бассейнах рек Амура, Уссури, Имана, Зеи, Бурей, рек Сибири, впадающих в северные моря, и рек Северного Кавказа.

Классификация наводнений. В зависимости от причин возникновения наводнения подразделяются на четыре группы:

l-я — наводнения, связанные с максимальным стоком от весеннего таяния снега. Они отличаются значительным и довольно длительным подъемом уровня воды в реке и называются половодьем.

• 2-я наводнения, формируемые интенсивными дождями. Они характеризуются интенсивными, сравнительно кратковременными подъемами уровнями воды и называются паводками.
• 3-я — наводнения, вызванные в основном большим сопротивлением, которое водный поток встречает в реке. Происходит такое, большей частью, в начале или в конце зимы при зажорах и заторах льда.
• 4-я — наводнения, создаваемые ветровыми нагонами воды на крупных озерах и водохранилищах, а также в морских устьях рек.

Может быть и пятый тип наводнений, связанный с прорывом плотин, но он больше относится к ЧС техногенного характера.

В пределах России преобладают наводнения первых двух групп. По размерам и масштабам убытка они также делятся на четыре группы.

Первая — низкие (малые) наводнения. Наблюдаются в основном на равнинных реках и имеют повторяемость примерно 1 раз в 5−10 лет. Затопляется при этом менее 10% сельхозугодий, расположенных в низинных местах. Они наносят незначительный материальный ущерб и почти не нарушают ритма жизни населения.

Вторая — высокие наводнения. Сопровождаются значительным затоплением, охватывают сравнительно большие участки местности, существенно нарушают хозяйственную деятельность и установленный ритм жизни. Иногда приходится временно эвакуировать население. Материальный и моральный ущерб значительны. Происходят 1 раз в 20−25 лет.

Третья — выдающиеся наводнения. Они охватывают целые речные бассейны. Парализуют хозяйственную деятельность, наносят большой материальный и моральный ущерб. Очень часто приходится прибегать к массовой эвакуации населения и материальных ценностей. Повторяются примерно один раз в 50−100 лет.

Четвертая — катастрофические наводнения. Вызывают затопления громадных территорий в пределах одной или нескольких речных систем. Хозяйственная деятельность полностью парализуется. Резко изменяется жизненный уклад населения. Материальный ущерб огромен. Наблюдаются случаи гибели людей. Случаются один раз в 100−200 лет и реже.

Затор — это скопление льда в русле, ограничивающее течение реки. В результате происходит подъем воды и ее разлив.

Затор образуется обычно в конце зимы и в весенний период при вскрытии рек во время разрушения ледяного покрова. Состоит он из крупных и мелких льдин.

Зажор — явление, сходное с затором льда. Однако, во-первых, зажор состоит из скопления рыхлого льда (шута, небольшие льдинки), тогда как затор есть скопление крупных и в меньшей степени небольших льдин. Во-вторых, зажор льда наблюдается в начале зимы, в то время как затор — в конце зимы и весной.

Главной причиной образования затора является задержка процесса вскрытия льда на тех реках, где кромка ледяного покрова весной смещается сверху вниз по течению. При этом движущийся сверху раздробленный лед встречает на своем пути еще не нарушенный ледяной покров. Последовательность вскрытия реки сверху вниз по течению является необходимым, но недостаточным условием возникновения затора льда. Основное условие создается только тогда, когда поверхностная скорость течения воды при вскрытии довольно значительна (0,6−0,8 м/с и более). Различные русловые препятствия, как, например, крутые повороты, сужения, острова, изменение уклона поверхности от большего к меньшему, лишь усиливают процесс.

Зажоры образуются на реках в период формирования ледяного покрова. Необходимым условием образования является возникновение в русле внутриводного льда и его вовлечение под кромку ледяного покрова. Решающее значение при этом имеет поверхностная скорость течения (более 0,4 м/с), а также температура воздуха в период замерзания. Образованию зажоров способствуют острова, отмели, валуны, крутые повороты, сужение русла. Скопление шуги и другого рыхлого ледяного материала, образующегося на этих участках в результате непрерывного процесса образования внутриводного льда и разрушения ледяного покрова, вызывает стеснение водного сечения, вследствие чего происходит подъем воды выше по течению. Ниже — уровни понижаются. Образование сплошного покрова в месте образования зажора задерживается.

Краткая характеристика заторов и зажоров. Их главными определяющими являются: строение, размеры, максимальный уровень и максимальный подъем воды.

В строении затора выделяются три характерных участка: замок — покрытый трещинами ледяной покров или перемычка из льда, заклинивших русло; собственно, затор (голова затора) — многослойное скопление хаотически расположенных льдин, подвергшихся интенсивному торошению; хвост примыкающее к затору однослойное скопление льда в зоне подпора.

Длина головной части затора обычно превышает ширину реки в 3−5 раз.

На этом участке скопление льда имеет максимальную толщину. Длина хвоста затора на крупных реках может достигать нескольких десятков километров. На средних реках общая длина затора может быть от одного до нескольких километров.

Заборные массы льда однородны по своему строению и располагаются непосредственно у кромки ледяного покрова и под ним. Здесь они имеют небольшую толщину. Длина заборного участка может составлять от 3 до 5 величин ширины реки. Это примерно 3−5 км на средних и до 15 км на больших.

Основными характеристиками являются максимальные подъемы уровней воды. Максимальный заторный уровень, как правило, превышает уровень весеннего половодья. Максимальный заборный уровень превышает уровень воды при ледоставе.

Применяется также такая характеристика, как продолжительность затора или зажора. Затор льда — явление кратковременное. Высокий уровень держится обычно от 0,5 до 1,5 суток. Бывали случаи и более длительного стояния, но они всегда связаны с похолоданием и сокращением стока воды. Период подъема заборного уровня несколько более длительный, до 3 суток. Спад уровня обычно происходит за 10−15 суток.

Другой часто применяемой характеристикой заторов и зажоров служит повторяемость этих явлений. Здесь колебания весьма велики. В одних местах они повторяются через 2−5 лет, в других — значительно реже.

Непосредственная опасность этих явлений заключается в том, что происходит резкий подъем воды, и в значительных пределах. Вода выходит из берегов и затопляет прилегающую местность. Кроме того, опасность представляют и навалы льда на берегах высотой до 15 м, которые часто разрушают прибрежные сооружения.

Заборные явления приводят к более тяжелым последствиям, так как они случаются в начале, а иногда и в середине зимы и могут длиться до 1,5 месяцев. Разлившаяся вода замерзает на полях и в других местах, создавая сложности для ликвидации последствий такого стихийного бедствия. Мощные и частые заторы льда присущи тем рекам, у которых вскрытие происходит сверху вниз по течению. Такая последовательность характерна для Северной Двины, Печоры, Лены, Енисея, Иртыша — рек, текущих с юга на север.

Места образования заторов льда можно разделить на постоянные и непостоянные. Постоянные места известны. Непостоянные — известны меньше. Большей частью это крутые повороты в сочетании с сужением русла.

Заторы на реках — широко распространенное явление и свойственны в основном крупным рекам, например: Северной Двине, Сухоне, Печоре, Енисею и многим другим. По частоте заборных наводнений и величине подъема воды первенство принадлежит двум самым крупным озерным рекам — Ангаре и Неве.

Классификация заторов и зажоров. Главным критерием является мощность затора или зажора. Поэтому они подразделяются на катастрофически мощные, сильные, средние и слабые. Катастрофически мощный затор или зажор определяется так: к рассчитанному максимальному уровню Весеннего половодья приплюсовывается 5 и более метров; для сильных — от 3 до 5 м, средних — 3 м и меньше. При слабых заторах и зажорах в величины наивысших уровней воды весеннего половодья поправки не вводятся.

Главным условием возникновения служит сильный и продолжительный ветер, который характерен для глубоких циклонов.

Основной характеристикой, по которой можно судить о величине нагона, является нагонный подъем уровня воды, обычно выражающийся в метрах. Другими величинами служат глубина распространения нагонной волны, площадь и продолжительность затопления.

Нагоны — это подъем уровня воды, вызванный воздействием ветра на водную поверхность. Такие явления случаются в морских устьях крупных рек, а также на больших озерах и водохранилищах. Ветровой нагон, также как половодье, затор, зажор является стихийным бедствием, если уровень воды настолько высок, что происходит затопление городов и населенных пунктов, повреждение промышленных и транспортных объектов, посевов сельскохозяйственных культур.

Главные факторы, влияющие на величину нагонного уровня, — скорость и направление ветра. В таких условиях скорость обычно достигает 25 м/с, а иногда и более. Так, наиболее катастрофические нагонные наводнения в Петербурге (Ленинграде) наблюдались в 1777, 1824, 1924, 1955 гг. Тогда максимальный подъем воды в районе Горного института достигал 2−4 м. В пределах дельты Северной Двины (г. Архангельск) — 1,8−2 м, в устье р. Преголь (г. Калининград) — 0,9−1,9 м, в устье р. Енисей -1,5−2,1 м, в устье р. Дон (г. Азов) — 2,6−2,8 м. Общим для морских устьев рек является то, что нагон может совпасть по времени с приливом или отливом. Соответственно уровень повысится или понизится. И еще одна общая закономерность. Чем меньше уклон водной поверхности и больше глубина реки, тем на большее расстояние распространяется нагонная волна. Вот почему на крупных реках с малым уклоном волна распространяется на значительно большие расстояния, чем на малых.

Нагонные наводнения нередко охватывают большие территории. Продолжительность затопления обычно находится в пределах от нескольких десятков часов до нескольких суток. Чем крупнее водоем и меньше его глубина, тем больших размеров достигают нагоны. Величины подъема уровня при нагонах с повторяемостью примерно один раз в 15−20 лет следующие: на озерах Сегозеро, Сайма, Байкал — 0,20−0,25 м.

Белое, Чудское, Ильмень — 0,5−0,6 м, Онежское — 0,7−1,0 м, Азовском — 1,01,5 м, Каспийском морях — 2,0−2,5 м. А в 1952 г. в районах Каспийское, Махачкала, Сулак вода поднималась до 4,5 м.

По величине подъема уровня, повторяемости и материальному ущербу нагонные наводнения в устье реки Невы в пределах Санкт-Петербурга занимают первое место в России. Наводнения здесь возникают во все времена года, в том числе и зимой, но самыми опасными являются осенние. На них приходится до 70%, включая и катастрофические. Какой-либо общепринятой классификации для нагонных явлений не установлено. Чаще всего они подразделяются по последствиям на небольшие, большие, выдающиеся, катастрофические.

Цунами — это длинные волны, возникающие в результате подводных землетрясений, а также вулканических извержении или оползней на морском дне. Их источник находится на дне океана.

В 90% случаев цунами возникают из-за подводных землетрясений. Механизм образования до конца еще не выяснен. Ясно одно, для образования этих волн необходимо вертикальное смешение морского дна.

Образовавшись в каком-либо месте, цунами может пройти несколько тысяч километров, почти не уменьшаясь. Это связано с длинными периодами волн (от 150 до 300 км). В открытом море корабли эти волны могут и не обнаружить, хотя те движутся с большой скоростью (от 100 до 1000 км/ч).

Высота волн небольшая. Однако, достигнув мелководья волна резко замедляется, ее фронт — вздымается и обрушивается со страшной силой на сушу. Высота крупных волн в таком случае у побережья достигает 5−20 м, иногда доходит до 40 м. Волна цунами может быть не единственной. Очень часто это серия волн с интервалами в час и более. Самую высокую из серии называют главной. Часто перед началом цунами вода отступает далеко от берега, обнажая морское дно. Затем становится видна надвигающаяся волна. При этом слышны громоподобные звуки, создаваемые воздушной волной, которую водная масса несет перед собой.

Цунами опасными районами у нас являются Курилы, Камчатка, Сахалин, побережье Тихого океана.

Основными характеристиками цунами служат: магнитуда цунами, интенсивность и скорость движения волны.

За магнитуду принят натуральный логарифм амплитуды колебаний уровня воды (в метрах), измеренный у береговой линии на расстоянии от 3 до 10 км до источника явления. Магнитуда цунами во многом отличается от магнитуды землетрясения. Если сейсмическая магнитуда характеризует энергию в целом, то магнитуда цунами отражает только часть энергии собственно цунами.

Цунами небольшой интенсивности происходят довольно часто, средней — 1 раз в 5−10 лет, катастрофические — еще реже.

Возможные масштабы последствий классифицируются балльностью:

• 1 балл — цунами очень слабое (вол! 1а фиксируется лишь приборами);
• 2 балла — слабое (может затопить плоское побережье. Его замечают лишь специалисты);
• 3 балла — среднее (отмечается всеми. Плоское побережье затопляется. Легкие суда могут оказаться выброшенными на берег. Портовые сооружения могут получить слабые повреждения);
• 4 балла — сильное (побережье затопляется. Прибрежные постройки повреждаются. Крупные парусные и небольшие моторные суда могут быть выброшены на берег, а затем снова смыты в море. Возможны человеческие жертвы);
• 5 баллов — очень сильное (прибрежные территории затоплены. Волноломы и молы сильно повреждены. Крупные суда выброшены на берег. Имеются человеческие жертвы. Велик материальный ущерб).