Общие сведения о наводнениях

 

Слабопромёрзшей обычно считают почву с глубиной промерзания  до 15-20 см, а сильнопромёрзшей – свыше 60 – 80 см. Уже при средней глубине промерзания – 60 см – на ровных полях не остаётся участков со слабым промерзанием.

 

5.     Ледяная  корка на почве. Зимние оттепели.

 

Ледяная корка на почве  образуется во время коротких, но сильных  оттепелей при условии, что почва водонепроницаема. Обычно корка бывает не сплошной, а занимает понижения рельефа. Чаще всего запас воды в ледяной корке составляет 5-10 мм (в пересчёте на весь бассейн), на бывает и 20-25 см. В зимы с массовым распространением ледяной корки коэффициент стока очень высокий (0,85-0,90), потери стока минимальные. Ведь талая вода скатывается по ледяной корке, как по асфальту.

 

6.     Интенсивность  снеготаяния.

 

Роль интенсивности  снеготаяния в формировании весеннего  половодья существенно различна для крупных, средних и малых рек (чем меньше река, тем значительнее влияние интенсивности снеготаяния).

 

Как тает снег? Для выяснения  этого, казалось бы, простого вопроса  об учёных потребовалось немало усилий. Очень уж разнообразны физические свойства самого снежного покрова, а главное, условия его таяния. Сначала начинает таять снег на склонах южной экспозиции, затем на ровной местности, далее на северных склонах, в балках, оврагах, наконец, в лесах. В лесах средней густоты снег исчезает позже, чем в полях: на 6-8 дней в южных районах и на 15-20 дней – в северных.

 

Процесс снеготаяния начинается задолго  до наступления положительной температуры  воздуха. Проникающая в толщу  снега солнечная радиация способствует оттаиванию частиц снега в поверхностном  слое. Вследствие неоднократного замерзания ночью и таяния днём снег превращается в массу бесформенных ледяных зёрен, сначала мелких, а затем и более крупных. В дальнейшем кристаллы снега приобретают округлую форму.

 

На первых порах снег насыщается талой водой. Водоотдача из него начинается только после того, как растает 15-20% снегозапасов. В последующем, когда плотность снега достигнет 0,32-0,34 г/см3, разница между интенсивностью снеготаяния и водоотдачи становится небольшой.

 

Интенсивность снеготаяния и водоотдачи в отдельной точке можно рассчитать довольно точно методом теплового баланса. Совсем иное положение с речным бассейном в целом, где имеется бесчисленное количество склонов разной экспозиции, длины, угла наклона к горизонту, степени затенённости растениями и т.д. В таких случаях широко применяется расчёт интенсивности снеготаяния с использованием так называемого коэффициента стаивания – слоя талой воды в миллиметрах, приходящегося на один градус средней суточной температуры воздуха. Типичные значения коэффициента стаивания составляют  для поля 5,0 мм, для смешанного леса 2,5 мм, для густого хвойного леса 1,5  мм (указаны мм/сут на 1°С положительной средней суточной температуры воздуха).

 

Коэффициент стаивания – величина более или менее правильная лишь в целом для всего периода снеготаяния. Для каждого же конкретного дня его значение зависит от типа погоды (солнечная или пасмурная, ветреная или безветренная), от структуры снега (мелко – или крупнозернистый) и другие. Особенно сильное влияние оказывают на него дожди.  Благодаря механическому воздействию капли дождя разрушают снежные капилляры и внутриснежные перегородки. Содержащаяся в снеге капиллярная или плёночная вода переходит в гравитационную и быстро стекает вниз. В дождливые дни интенсивность снеготаяния возрастает в 1,2 – 1,4 раза. Определённую роль играет и ветер, который не даёт застаиваться холодному воздуху в низинах, а главное, в лесах.

 

Более раннему и ускоренному  таянию снега способствуют массовые выбросы пыли и аэрозолей промышленными  предприятиями. На снимках из космоса отчётливо видны тёмные пятна – это города и области загрязнённого снега. Каждому городу присуща своя форма ареала загрязнения в соответствии с розой ветров. Площадь, в пределах которой город оказывает влияние на снег, в два-три раза больше площади самого города. Опережение сроков схода снега в пределах загрязнённого пятна составляет 5-8 суток в лесной зоне и 15-20 суток в степной и полупустынной зонах.

 

1.3.Наводнения в период  весенне-летнего половодья  на  горных реках.

 

         Источники  питания горных рек хорошо известны: сезонные и вечные снега, ледники, жидкие осадки, грунтовые воды. Сезонные снега стаивают в течении лета, вечные снега не успевают растаять. Площадь, занятая вечными снегами и ледниками, для больших речных бассейнов обычно составляет небольшую долю всей площади бассейна, поэтому основную роль в питании больших горных рек играют сезонные снега.

 

С гидрологической точки зрения, главная особенность горных районов  – это вертикальная зональность  климата. С повышением местности, как правило, возрастает количество атмосферных осадков, короче летний период, ниже температура воздуха. Весной таяние начинается в нижней зоне бассейна и постепенно охватывает всё более высокие зоны. Когда тепло распространится на весь бассейн, то нижняя часть бассейна уже освобождается от снега. Чем больше средняя высота того или иного небольшого речного водосбора (Zср), тем позже дата поступления максимального расхода (ДQ).

 

Вследствие неодновременности  таяния снега на различных высотных зонах половодье большой горной реки растягивается на длительное время. Это уже весеннее - летнее половодье с кратковременными повышениями уровня при выпадении жидких осадков и резком потеплении или, напротив, с понижениями уровня при относительном похолодании.

 

Способы прогнозов максимальных расходов и уровней воды больших горных рек наименее сложны в тех местах, где ежегодно происходит полное стаивание снега, а жидких осадков выпадает сравнительно мало. И наоборот, прогнозы наиболее трудны там, где снег за лето не успевает полностью растаять и где выпадает много жидких осадков.

 

В любом случае решающее значение для прогноза имеет правильный учёт снегозапасов и жидких атмосферных  осадков. Однако и тут есть немало трудностей. Ведь снег в горах залегает крайне неравномерно. Немногочисленные снегомерные маршруты прокладываются лишь по дну речных долин, а каждая долина обладает индивидуальными особенностями. Жидкие осадки фиксируются на метеорологических станциях, которые, как правило, расположены в предгорьях.

 

Основной аргумент прогностической зависимости – средние на бассейн максимальные за зиму снегозапасы или снегозапасы на день выпуска прогноза. При наличии нужных данных средние на бассейн снегозапасы вычисляются по выражению:

 

, где F1, F2,Fm – площади высотных  зон( обычно берутся через 500м); S1,S2,Sm – соответствующие снегозапасы в зонах.

 

В горных районах в  период снеготаяния особенно велика роль жидких осадков. Тут сказываются  и дополнительные поступления тепла  от дождевой воды, и разрушительная работа дождевых капель, и энергия многочисленных мелких ручейков.

 

 

1.4. Селевые потоки и наводнения

 

Сель -- слово арабское, и в переводе оно означает „бурный  поток". В Средней Азии его называют „силь", в Грузии -- „гварцопы" (бешеный поток). В гидрологии под селем понимается паводок с очень большой концентрацией минеральных частиц, камней и обломков горных пород (до 50--60 % объема потока), возникающий в бассейнах небольших горных рек и сухих логов и вызванный, как правило, ливневыми осадками или бурным таянием снегов. Сель -- нечто среднее между жидкой и твердой массой. Это явление кратковременное (обычно оно длится 1--3 ч), характерное для малых водотоков длиной до 25--30 км и с площадью водосбора до 50--100 км2.

 

Сель представляет собой  грозную силу. Поток, состоящий из смеси воды, грязи и камней, стремительно несется вниз по реке, выдергивая с корнем деревья, срывая мосты, разрушая плотины, обдирая склоны долины, уничтожая посевы. Находясь вблизи от селя, можно ощущать содрогание земли под ударами камней и глыб, запах сернистого газа от трения камней друг о друга, слышать сильный шум, подобный грохоту камнедробилки.

 

Опасность селей не только в их разрушительной силе, но и во внезапности их появления. Ведь ливень в горах часто не охватывает предгорья, и в обжитых местах сель появляется неожиданно. Из-за большой скорости течения время от момента возникновения селя в горах до момента выхода его в предгорье исчисляется подчас 20--30 минутами.

 

Сколь разнообразны горы, столь многообразны и селевые  потоки в отношении частоты прохождения, состава и объема твердого материала, максимального расхода и пр. Решающим здесь обстоятельством является не столько сама по себе высота гор, сколько крутизна склонов, или, как иногда говорят, энергия рельефа. Минимальный уклон селевого водотока -- 10--15%о. максимальный--до 800--1000%о.

 

По составу переносимого твердого материала селевые потоки принято различать следующим  образом:

 

-- грязевые потоки. Смесь  воды с мелкоземом при небольшой  концентрации камней. Объемный вес 1,5--2,0 т/м ;

 

-- грязекаменные потоки. Смесь воды, мелкозема, гальки, гравия, небольших камней; попадаются и  крупные камни, но их немного,  они то выпадают из потока, то вновь начинают двигаться  вместе с ним. Объемный вес  2,1--2,5 т/м3;

 

-- водокаменные потоки. Смесь воды с преимущественно крупными камнями, в том числе с валунами и со скальными обломками. Объемный вес 1,1--1,5 т/м3.

 

Селевые потоки подразделяются также по характеру их движения в  русле:

 

-- связанные потоки. Состоят  из смеси воды, глинистых и песчаных частиц. Раствор имеет свойства пластичного вещества. Поток как бы представляет собой единое целое. В отличие от водного потока, он не следует изгибам русла, а разрушает и выпрямляет их или переваливает через препятствия;

 

-- несвязанные потоки. Они движутся с большой скоростью;

 

отмечается постоянное соударение камней, их обкатывание  и истирание. Поток в основном следует изгибам русла, подвергая  его то там, то здесь разрушению.

 

Наконец, сели классифицируются и по объему перенесенной твердой  массы:

 

Размер селя Объем  селя

 

Небольшой 0,1--1,0 тыс. м3

 

Довольно большой 1,0--10 тыс. м3

 

Большой 10--100 тыс. м3

 

Очень большой 0,1--1.0 млн. м3

 

Огромный 1,0--10 млн. м3

 

Грандиозный 10--100 млн. м3

 

Селевые потоки возникают  при одновременном выполнении трех условий:

 

— наличии на склонах  бассейна достаточного количества продуктов  разрушения горных пород;

 

— наличии нужного  объема воды для смыва или сноса  со склонов рыхлого твердого материала  и последующего его перемещения  по руслам;

 

— наличии крутого уклона склонов и водотока]

 

В большинстве случаев  причиной образования селей служат ливневые осадки, реже интенсивное  таяние снега, а также прорывы  моренных и завальных озер, обвалы, оползни, землетрясения. Впрочем, каждому  горному району свойственна определенная статистика причин возникновения селей.

 

В общих чертах процесс  формирования селя ливневого процесс  формирования протекает следующим  образом. Вначале вода заполняет  поры и трещины, одновременно устремляясь  вниз по уклону. При этом резко ослабевают силы сцепления между частицами, и рыхлая порода приходит в состояние неустойчивого равновесия. Затем вода начинает течь и по поверхности. Первыми приходят в движение мелкие частицы грунта, потом галька и щебень, наконец камни и валуны. Процесс лавинообразно нарастает. Раздаются глухие удары камней, всплеск жидкой грязи, шелест сползающего мелкозема. Вся эта масса поступает в лог или русло и вовлекает в движение новые массы рыхлой горной породы. Если расход воды недостаточный, то сель как бы выдыхается. Мелкие частицы и небольшие камни уносятся водой вниз, крупные камни создают в русле самоотмостку. Остановка селевого потока может также происходить в результате затухания скорости течения при уменьшении уклона реки.

 

1.5. Наводнения при заторах льда

 

Среди стихийных сил природы, приносящих народному хозяйству немалый материальный ущерб, особое место принадлежит заторам льда на реках. И дело здесь не столько в размерах самого ущерба, сколько в грозном характере и скоротечности явления, малой эффективности предпринимаемых мер борьбы, невозможности заблаговременного предсказания и, наконец, в почти полном отсутствии методов расчета.

 

Сложность процесса заторообразования, большая стоимость и небезопасность полевых работ, связанных с изучением  этого явления, трудность сколько-нибудь точного воспроизведения его в лабораторных условиях и пр.-- все это служит причиной того, что заторы льда пока изучены слабо. И все же основные качественные особенности процесса заторообразования известны уже достаточно полно.

 

Затор льда представляет собою скопление льда в русле, стесняющее живое сечение реки и вызывающее подъем уровня воды в месте скопления льда и на некотором участке выше него. Затор льда наблюдается в весенний период при вскрытии реки и состоит из крупно- и мелкобитых льдин.

 

Непосредственная опасность  затора льда заключается в резком, а главное, значительном подъеме  уровня воды в реке, при котором  вода выходит из берегов и затопляет  прилегающую местность. Представляют также опасность навалы льда на берегах, давление больших масс льда на сооружения и пр.

 

Затор льда -- неотъемлемая составная часть процесса вскрытия реки, и, естественно, что поначалу надо описать, как вскрывается река.

 

Весной за счет солнечной  радиации, а главное, с установлением  положительной температуры воздуха начинается таяние снега в бассейне. Расход воды в реке увеличивается. Ледяной покров вспучивается, выгибаясь посредине горбом. Понижения вдоль берегов заполняются текущей талой водой. Возникают промоины. Наконец приподнявшийся ледяной покров отрывается от берегов и всплывает. Разводья перерастают в закраины -- полосы чистой воды вдоль берегов. Влекущие усилия текущей воды создают подвижки, в результате которых ледяной покров расчленяется на поля, а поля, в свою очередь, на льдины. Расчленению ледяного покрова на поля способствуют и впадающие в реку притоки. Раньше всего разломы возникают в начале и в конце прямолинейного участка реки. Подвижки завершаются ледоходом.

 

На некоторых крупных  реках со спокойным течением, несущих  свои воды с юга на север, имеет место несколько иной механизм вскрытия. За счет поступления сверху относительно теплой талой воды ледяной покров распадается на отдельные массивы с полыньями на всю ширину реки между ними. Изреженный полыньями и трещинами ледяной покров приходит в движение почти одновременно на большом расстоянии. Сразу освобождаются большие массы аккумулированной в русле воды. Вскрытие происходит бурно при довольно большом расходе воды.