4867 (643280), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

На первых порах снег лишь 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. Обычно основная масса снега стаивает при средней суточной температуре воздуха 3—5° С, но бывает, что и при температуре 12—15° С, когда дневная температура достигает 20—25° С, как, например, было в 1979 г. в бассейне р. Вятки.

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 затененности растениями и пр. В таких случаях широко применяется расчет 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 пр. Особенно сильное влияние оказывают на него дожди. Благодаря механическому воздействию капли дождя разрушают снежные капилляры и внутриснежные перегородки. Содержащаяся в снеге капиллярная и пленочная вода переходит в гравитационную и быстро стекает вниз. В дождливые дни интенсивность снеготаяния возрастает в 1,2—1,4 раза. Определенную роль играет и ветер, который не дает застаиваться холодному воздуху в низинах, а главное, в лесах.

Как отмечалось, не вся поступившая на поверхность речного бассейна талая вода стекает в реки. Часть ее просачивается в почву и идет на пополнение почвенной влаги и запасов грунтовых вод. Часть теряется на испарение, наконец, часть перехватывается бессточными понижениями (обычно 10—15 мм), а также болотами и озерами. Все эти расходные компоненты баланса практически невозможно измерить на громадных пространствах. Еще труднее их предвидеть. Поэтому при прогнозах объема и максимума половодья вопрос обычно решается путем построения эмпирических локальных графиков (зависимостей). Посредством локальной зависимости в неявном виде учитываются индивидуальные особенности речного бассейна (лесистость, заболоченность, рельеф, состав грунтов и пр.). Кроме того, исключаются систематические ошибки в учете стока воды и в наблюдениях за обусловливающими факторами.

В общем случае основой для долгосрочного прогноза объема половодья служит эмпирическая зависимость между объемом, с одной стороны, и суммой максимальных за зиму снегозапасов и весенних осадков, а также косвенной количественной характеристикой водопоглотительной способности поверхности бассейна к началу весны — с другой. Для этого надо располагать рядом наблюдений не менее чем за 15—20 лет. Иногда прибегают к установлению территориально обшей (фоновой) зависимости для рек какого-либо однородного по физико-географическим условиям района. Это возможно потому, что все величины выражены в миллиметрах слоя. Локальные и фоновые зависимости строятся в двух вариантах — с учетом весенних осадков после схода снега и без них. Объем половодья представляет интерес лишь тогда, когда река впадает в водохранилище, озеро или когда ее сток интенсивно разбирается для нужд ирригации и водоснабжения.

В большинстве же случаев объем половодья есть промежуточная величина, и с учетом нужд практики осуществляется переход от предсказанной величины к ожидаемому максимальному расходу с помощью связи Qмакс==f(У).

Обычно связь Qмакс==f(Y) близка к линейной. Эта связь бывает более тесной для районов с дружным половодьем и менее тесной для районов с недружным половодьем. Чем меньше река, тем слабее связь Qмакс=f(Y). Ведь на малой реке гораздо чаще, чем на большой, половодье может пройти и одной волной, и двумя-тремя волнами.

При долгосрочных прогнозах объема и максимума весеннего половодья учет приходных компонентов водного баланса половодья повсюду осуществляется одинаково. Иное положение с использованием прямой или косвенной характеристики водопоглотительной способности поверхности бассейна. Здесь многое зависит от особенностей природной зоны (рис. 3).

Рис. 3. Районы с одинаковым видом зависимостей для прогнозов объема стока весеннего половодья рек: I, II, III — северная, средняя и южная части лесной зоны; IV и V — западная, центральная и восточная части лесостепной зоны; VI — степная зона.

Район I. Северная часть лесной зоны. Ежегодно потери стока почти одни и те же, поскольку из года в год с осени почва сильно увлажняется, а зимой глубоко промерзает.

Район II. Средняя часть лесной зоны. В отдельные годы влажность почвы невелика, глубина же промерзания всегда значительна и поэтому не подлежит учету.

Район III. Южная часть лесной зоны. Отмечается большая изменчивость влажности почвы и глубины ее промерзания.

Район IV. Западная и центральная части лесостепной зоны. Характеризуется сравнительно малой изменчивостью осенней увлажненности почвы. Основной фактор потерь — глубина промерзания почвы.

Район V. Восточная часть лесостепной зоны. Из года в год глубина промерзания почвы весьма значительная. Главный фактор суммарных потерь — влажность почвы.

Район VI. Степная зона. В этой зоне глубина промерзания и влажность почвы сильно меняются от года к году.

2.3. Наводнения, вызванные дождями и ливнями

В середине мая 1982 г. р. Квирили (Грузия) вздулась от обильных дождей и затопила всю нижнюю половину г. Зестафони, зажатую набережной и железнодорожным полотном. В конце этой части города был железнодорожный туннель, построенный еще в начале века. Узкое горло туннеля не смогло пропустить всю воду, и уровень начал расти на глазах. В момент максимума по крутым улицам города с большой скоростью плыли бревна, куски асфальта, деревья, железные конструкции.

Убытки были немалыми: снесло пять мостов, оказались разрушенными дороги, унесены корма для скота.

Так почему же все-таки такие аварии случаются и в наши дни? Дело здесь не столько в несовершенстве нормативов и порой в отсутствии необходимых данных для их применения, сколько в экономических соображениях. Ведь трубы и бетонные лотки, закладываемые в основание дорог в местах пересечения ими оврагов, балок и лощин, рассчитаны на определенную повторяемость ливневых максимумов. Поскольку подобных отверстий великое множество, то ежегодно кое-где максимальные расходы в них превышают их пропускную способность. Но всюду и везде еще более увеличивать размеры труб и лотков экономически нецелесообразно.

Обильные ливневые осадки выпали в центре Москвы 29 июня 1924 г. По улице Тверской (ныне улица Горького) в сторону Кремля неслась настоящая река, по которой плыли газетные киоски. Пруды Зоологического сада вышли из берегов и слились бурными потоками на соседних улицах. (Кстати, на окраинах Москвы в тот день не выпало ни одной капли дождя.)

Во время сильного ливня падающие с большой скоростью дождевые капли буквально взрывают землю. На распаханных полях возникает сеть водороин, которые заравниваются после следующей вспашки и поэтому становятся невидимыми глазу. Но объем почвы, равный суммарному объему водороин, уже оказывается вымытым с поля. При многократном повторении этого процесса мощность почвенного слоя заметно уменьшается. Положение осложняется, тем, что процесс эрозии почвы протекает медленно, незаметно. Дело, однако, не только в этом. Смытый грунт попадает в реки, откладывается на мелях и перекатах. Обогащаются биогенными веществами озера и водохранилища, что благоприятствует развитию вредных синезеленых водорослей.

Картина водной эрозии почвы будет неполной без упоминания об оврагах и балках, создаваемых в основном бурными потоками ливневых вод. Овраги и балки — раковая опухоль земли. Некоторые балки представляют собою причудливую комбинацию глубоких оврагов с крутыми склонами, то голых, то кое-где поросших терновником.

Если рассматривать всю Землю, то на 2/3 площади суши наибольшие годовые расходы воды имеют дождевое происхождение!

Для ливней характерна также резкая изменчивость интенсивности выпадения осадков во времени и в пространстве.

Сильный ливень — всегда впечатляющее зрелище, особенно в горах.

Про ливень с интенсивностью выпадения осадков более 1 мм/мин говорят: „Льет как из ведра". В случае же интенсивности осадков 1,5—2,0 мм/мин человеку становится трудно дышать, если он не под укрытием.

Как уже отмечалось, продолжительность ливня редко когда превышает 2—3 ч. Площадь охвата ливнем также невелика. Замечено, чем больше средняя интенсивность осадков в течение ливня, тем меньше площадь орошения.

2.4. 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.

2.5. 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.

Характеристики

Список файлов реферата