Реферат: Наводнения
АСТРАХАНСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Геологиянефти и газа»
КУРСОВАЯ РАБОТА
на тему:
«НАВОДНЕНИЯ»
Выполнила:
ст-ка гр. ХГ-12
Кадырбирдиева Г.С.
Проверили:
доц., к.г.-м.н.
Гольчикова Н.Н.
асс. Калягин С.М.
Астрахань 2009
СОДЕРЖАНИЕ
Введение. 3
I. Основныепонятия гидрологии суши. 5
II. Наводнения. 9
2.1. Общие сведения о наводнениях. 9
2.2. Наводнения в период весеннего половодья. 10
2.3. Наводнения, вызванные дождями и ливнями. 22
2.4. Селевые потоки и наводнения. 24
2.5. Наводнения при заторах льда. 27
2.6. Наводнения при зажорах льда. 29
2.7. Нагонные наводнения. 31
Заключение. 35
Список литературы… 36
Введение
Общеизвестно, что состояние и развитие как биосферы,так и человеческого общества находится в прямой зависимости от состояния водныхресурсов. В последние десятилетия все большее число специалистов и политическихдеятелей среди проблем, стоящих перед человечеством, под номером 1 называютпроблему воды. Водные проблемы возникают в четырех случаях: когда воды нет илиее недостаточно, когда качество воды не отвечает социальным, экологическим ихозяйственным требованиям, когда режим водных объектов не соответствуетоптимальному функционированию экосистем, а режим ее подачи потребителям неотвечает социальным и экономическим требованиям населения и, наконец, когда отизбытка воды обжитые территории страдают от наводнений.
В глобальном аспекте первые три проблемы явилисьпорождением уходящего века, а четвертая сопутствует человеческому обществу сдревнейших времен. И как это ни парадоксально, на протяжении многих вековчеловечество, предпринимающее неимоверные усилия для защиты от наводнений,никак не может преуспеть в этом мероприятии. Наоборот, с каждым веком ущерб отнаводнений продолжает расти. Особенно сильно, примерно в 10 раз, он возрос завторую половину ушедшего века. По нашим расчетам, площадь паводкоопасныхтерриторий составляет на Земном шаре примерно 3 млн. кв. км, на которыхпроживает около 1 миллиарда человек. Ежегодные убытки от наводнений в отдельныегоды превышают 200 миллиардов долларов. Гибнут десятки и более тысяч людей.
О наводнениях написано много статей и сотни книг. Но,к сожалению, в большинстве из них дается простая констатация о происшедшихнаводнениях, причиненном ими ущербе, или же рассматриваются отдельные аспектыэтого феномена, такие как прогноз наводнений, причины, вызывающие наводнения,инженерные методы защиты от них. В последние десятилетия, особенно в США и впервую очередь усилиями Джильберта Уайта начали рассматривать возможностивнедрения не инженерных методов для уменьшения бедствий, причиняемыхнаводнениями.
/>I. Основные понятия гидрологии суши
На обширных просторах нашей страны от суровой Арктикина севере до горных вершин Памира и Тянь-Шаня на юге, от Карпат на западе додалекой Чукотки и Сахалина на востоке действуют многие тысячи гидрологическихпостов, осуществляющих ежедневные наблюдения за состоянием рек и озер, кудавходят измерения уровней и расходов воды, ее температуры, толщины ледяногопокрова, мутности воды и др. Одновременно функционирует разветвленная сетьметеорологических станций, ведущих регулярные наблюдения за состоянием погоды —температурой воздуха, направлением и скоростью ветра, количеством атмосферныхосадков, высотой и плотностью снежного покрова и т. д. Руководит работойгидрологической и метеорологической сети Государственный комитет погидрометеорологии и контролю природной среды и его местные управления. Всистеме Госкомгидромета имеется ряд научно-исследовательских институтовгидрологического профиля; среди них головной — Государственный гидрологическийинститут (Санкт-Петербург). Гидрологическая наука представлена также в других ведомствах.
В дальнейшем читателю не обойтись без некоторых важныхпонятий научной гидрологии. Многие из них известны читателю из курсов школьнойгеографии и математики.
Первое исходное понятие – это физико-географическаязона, где течет данная река. Этой зоной предопределяются главные особенности ееводного питания.
Поверхность любого речного бассейна состоит измножества элементарных площадок суши, различно наклоненных к горизонту ипо-разному ориентированных в пространстве. Площадки отделены одна от другой микроводоразделамии продольными понижениями разной формы и глубины. Система этих пониженийобразует гидрографическую сеть бассейна. Итак, гидрографическая сеть в узкомсмысле слова есть совокупность постоянных и временных Водотоков—больших исредних рек, речек и ручьев, а также разного рода водотоков, периодическивозникающих в балках, оврагах, лощинах и ложбинах. Гидрографическая сеть вшироком смысле слова включает в себя и все водоемы с замедленным водообменом —болота, озера, пруды, водохранилища.
Участок земной поверхности, с которого талая илидождевая вода, следуя уклону, стекает в какое-либо ближайшее звеногидрографической сети, носит обобщённое название — склон. Иными словами, склон— это наклоненный к горизонту участок земной поверхности, как правило, стальвегом (углублением) вдоль его пониженного края. Верхний край склона есть поверхностныйводораздел между бассейнами двух соседних тальвегов.
Речной бассейн есть территория суши, с которой талая идождевая вода стекает в данную реку. Можно различать бассейн реки, бассейнозера, бассейн водохранилища и т. д. Возможно также говорить о бассейне реки докакого-либо пункта (замыкающего створа) или до устья. Бассейн реки называют ипо-другому — водосбором. Размер водосбора, а точнее его площадь,— важнейшаячисловая характеристика любой реки.
На склонах происходит преобразование талой и дождевойводы в речной сток. Гидрографическая же сеть лишь перераспределяет сток вовремени и пространстве. Так, значительная часть жидких атмосферных осадков, выпадающихна поверхность бассейна, расходуется на заполнение мириадов бессточныхуглублений земной поверхности, увлажнение верхнего слоя почвы и смачиваниеповерхности растений. В дальнейшем почти вся эта вода теряется на испарение.Лишь какая-то доля выпавших осадков стекает в гидрографическую сеть, а такжефильтруется в почву, достигая затем зеркала грунтовых вод. О происходящих насклонах бассейна чрезвычайно больших количественных превращениях выпавшихосадков свидетельствуют колебания коэффициента стока практически во всемвозможном диапазоне— от 0 до 0,85—0,90.
Гидрографическая сеть собирает воду со склонов итранспортирует ее вниз по уклону к замыкающему створу. Неравномерное во времении пространстве поступление осадков на земную поверхность преобразуется — восновном благодаря гидрографической сети бассейна — в сравнительно плавнуюволну паводка в замыкающем створе.
Очевидно, чем больше речной бассейн, тем разнообразнееклимат, рельеф, почвы, растительность и т. д.— иными словами, тем разнообразнееприродные условия на его территории. Среди многочисленных характеристикприродных условий бассейна, помимо площади водосбора и длины реки, первостепенноезначение имеют озерность, заболоченность и лесистость (т. е. доля площадибассейна в процентах, занятая соответственно озерами, болотами и лесами).
Многие реки, впадающие в море, отлагают в своих устьяхнаносы (из-за уменьшения скорости течения). Здесь образуется сложная системаостровов и проток, называемая дельтой (по сходству с греческой буквойΔ—„дельта"). Из крупных рек нашей страны очень большими дельтамиобладают Лена, Волга, Северная Двина, Нева. Морские устья ряда рек представленысравнительно узкими заливами — эстуариями, например Енисея, Амура, Днепра,Южного Буга.
Таким образом, мы употребили еще несколько специальныхтерминов — „сток воды", „гидрограф стока". В широком смысле словасток воды есть движение воды по поверхности суши (по склонам, руслам водотокови др.), а также подземным путем в процессе круговорота воды в природе. В узкомсмысле слова сток воды — это количество воды, протекающей через замыкающийствор реки за какой-либо интервал времени. Можно определить сток за год —годовой сток, месячный сток, сток за половодье или паводок, суточный сток и,наконец, сток за одну секунду. В последнем случае это есть расход воды.
Применительно к теме о наводнениях особо важноезначение имеют понятия о максимальном расходе и уровне воды за половодье или запаводок, а также об объеме половодья или паводка.
Уровень воды — высота поверхности воды в реке (озере)над условной горизонтальной плоскостью сравнения. Плоскость эта называетсянулем поста. Ее выбирают при организации поста таким образом, чтобы она была на0.3—0,5 м ниже самого возможного низкого уровня. В устьевых участках рек, впадающихв моря уровень воды иногда измеряется над ординаром, т. е. над средниммноголетним уровнем в данном пункте. Если сложить две цифры — уровень воды напосту с отметкой нуля поста, то получится абсолютная отметка уровня, т.е.превышение поверхности воды в реке над поверхностью моря.
II. Наводнения2.1. Общиесведения о наводнениях
В наши дни реки приобрели значение и как источникэнергии, орошения, промышленного водоснабжения, приемник сточных вод, а такжекак место массового отдыха, туризма и спорта.
Все крупные города страны расположены вблизи больших исредних рек, а также на морском побережье. На севере Европейской части странынет ни одного населенного пункта (города, деревни) вне рек и озер. Так, в зонезатопления Братского водохранилища на р. Ангаре плотность населения была вшесть раз больше, чем в среднем по Иркутской области, а в зоне затопленияТоктогульского водохранилища на р. Нарын — в двадцать раз больше, чем вТоктогульском районе. Если на географическую карту страны нанести только однигорода, то она довольно верно отобразит ее гидрографическую сеть.
Причины наводнений многообразны, и каждой причине илигруппе причин соответствует свой вид наводнения. Ниже укажем четыре группы видовнаводнений.
1. Наводнения, связанные с прохождением очень большогодля данной реки расхода воды. Такие наводнения случаются в период весеннегоснеготаяния, при выпадении обильных ливневых и дождевых осадков, в случаекрушения плотин и при прорывах завальных озер.
2. Наводнения, вызванные в основном большимсопротивлением, которое водный поток встречает в реке. Это обычно происходит вначале и в конце зимы при зажорах и заторах льда.
3. Наводнения, обусловленные как прохождением большихрасходов воды, так и значительным сопротивлением водному потоку. К нт1относятся селевые потоки на горных реках и водно-снеговые потоки в балках,оврагах и ложбинах.
4. Наводнения, создаваемые ветровыми нагонами воды накрупных озерах и водохранилищах, а также в морских устьях рек.
В пределах Советского Союза преобладают наводненияпервой группы (около 80 % всех случаев). Они встречаются на равнинных и горныхреках, в северных и южных районах и т. д. Остальные виды наводнений имеют локальноераспространение.
Климатические условия в различных районах странывесьма разнообразны. Еще более различаются метеорологические условия каждогоконкретного года. По этой причине нет ни одного года, в течение которого неслучилось бы наводнения то на одних, то на других реках. Есть годы в гидрологическомотношении сравнительно спокойные и, напротив, очень неспокойные.
2.2.Наводнения в период весеннего половодьяВесной 1970 г. выдающееся по высоте весеннее половодьеотмечалось на реках бассейнов Десны, Оки, Верхнего Дона и Верхнего Днепра. Максимальныеуровни и расходы воды оказались близкими к исторически наблюденным — такиеуровни имеют повторяемость 1 раз в 50—100 лет. Необычайно высокие максимумыотмечались на гидрологических постах: р. Дон — г. Задонск; р. Сосна — г. Елец;р. Тускарь — г. Курск; р. Ока — г. Орел; р. Зуша — г. Мценск. Были частичнозатоплены десятки городов и многие сотни сельских населенных пунктов.
Весна 1979 г. ознаменовалась чрезвычайно высокимполоводьем на реках обширной территории между Верхней и Средней Волгой назападе и Уралом на востоке (Белая, Чусовая, Уфа, Кострома, Унжа, Ветлуга, Вяткаи др.). Особенно высоким оно было на р. Вятке, где оказался превзойденнымисторический максимум за предшествующий период в 101 год. Хозяйству ряда областейбыл нанесен серьезный материальный ущерб.
Так, в Башкирии были частично или полностью затоплены180 населенных пунктов, в Свердловской области — 210 населенных пунктов. В тойили иной мере пострадали г. Киров на р. Вятке, г. Пермь на р. Каме, г. Красновишерскна р. Вишере, г. Кунгур на р. Сылве, г. Уфа на р. Уфе и т. д.
По приведенным выше данным нетрудно составить переченьпеременных во времени основных факторов, обусловливающих высоту весеннего половодья:
— запас воды в снежном покрове перед началом весеннеготаяния;
— атмосферные осадки в период снеготаяния и половодья;
— осенне-зимнее увлажнение почвы к началу весеннегоснеготаяния;
— глубина промерзания почвы к началу снеготаяния;
— ледяная корка на почве;
— интенсивность снеготаяния;
— сочетание волн половодья крупных притоков бассейна.
Последние два фактора почти не влияют на объем весеннегополоводья и учитываются лишь при прогнозе максимума половодья.
Какой бы ни была разнообразной комбинацияобусловливающих факторов в том или ином году, все они в конечном счете находятотражение в водном балансе за половодье.
Главная трудность прогноза объема стока половодья какраз и состоит в том, чтобы в условиях данного года заранее оценить возможныепотери стока по факторам, определяющим эти потери.
Рассмотрим далее каждый фактор, обусловливающий объемвесеннего половодья, в отдельности. Это важно для понимания того, при какихусловиях бывают наводнения, как составляется прогноз высоты и объема половодьяи пр.
1. Запасы воды в снежном покрове.
Первый выпавший снег редко остается на зиму. Обычно впредзимье снег выпадает два-три раза и тут же тает. При этом увлажняетсяверхний слой почвы, что во многом определяет потери стока половодья.
Определение истинной величины снегозапасов в бассейнесопряжено с немалыми трудностями. Ведь снег залегает на местности крайне неравномерно.Причина не только в том, что в разных местах выпадает неодинаковое количествотвердых осадков, сколько в том, что ветер переносит выпавший снег с места наместо. Перенос снега начинается уже при скорости ветра 5—7 м/с. Снег с открытыхповерхностей сносится в различного рода понижения — лощины, балки, овраги,русла рек и ручьев. Снег отлагается и в зонах перехвата — на опушках леса, влесозащитных полосах, в садах, у изгородей, около отдельных деревьев и кустов.Один буран в открытой степи может до неузнаваемости изменить рельеф снежногопокрова. Некоторое влияние оказывают на него и зимние оттепели. При оттепеляхснег тает преимущественно в поле и почти не тает в лесу. Соотношение междуснегозапасами в поле, лесу, оврагах и пр. меняется от года к году. В среднем,например, в Центральных черноземных областях в узких оврагах снега в 2,5 разабольше, чем в поле, на опушках леса — в 2 раза, в лесу — в 1,3 раза, в лощинах,ложбинах и в руслах рек в 1,2 раза больше. В отдельные оттепельные и ветреныезимы соотношение может быть существенно иным. Так, в конце зимы 1951-52 г. в бассейне Дона снега в оврагах было в 5 раз больше, чем в поле. Заметим, что и лес лесу рознь— здесь имеют значение возраст, густота и состав леса. Почти всегда на 10 %площади снегозапасы в 2—4 раза больше средней величины и еще на 10% площади — в1,5—2,0 раза меньше.
Ввиду всех этих обстоятельств снегосъемки производятсяодин раз в 5 дней вблизи метеорологических станций на характерных для даннойместности маршрутах длиной 2 км в поле и 0,5 км в лесу и оврагах. Измерения осуществляются через каждые 10 м, причем на 5—10 измерений высоты приходится одно измерениеплотности. Если высоту снежного покрова выразить в см, а плотность у вг/см3, то снегозапасы в мм составят: 5 == ЮснУ. Заметим, что ландшафтно-маршрутныеснегосъемки выполняются с 1965—1966 гг. До этого в продолжение 25 лет (с 1940 г.) снегосъемки в поле производились по сторонам равнобедренного треугольника, сумма длин сторонкоторого составляет 1 км. До 1940 г. были иные методики снегосъемок. Поэтомуданные о снегозапасах до и после 1965 — 1966 гг. не вполне однородны, и гидрологампри расчетах приходится вводить в данные разного рода поправки.
Средние снегозапасы бассейна вычисляются как средниевзвешенные с учетом доли площади, занятой полем, лесом и овражко-балочнойсетью. В свою очередь, средняя величина снегозапасов для поля, так же как длялеса и овражно-балочной сети, определяется как средняя арифметическая из данныхизмерений. Обычно данных о снегозапасах в лесу в 3—5 раз меньше, чем в поле, иэто отрицательным образом влияет на точность прогноза.
В декаду наибольшей высоты снежного покрова егоплотность большей частью составляет: в Европейской части страны — 0,25 г/см3,в Сибири — 0,23 г/см3, на Дальнем Востоке — 0,20 г/см3.
/>
Рис. 1. Наибольшие измаксимальных за зимний период запасов воды в снежном покрове
Средняя многолетняя величина максимальных за зимуснегозапасов изменяется от 40—50 мм на юго-западе Украины и в Молдавии до180—200 мм в Центральной Сибири (рис. 9). Еще более сильно выраженная территориальнаяизменчивость характерна для наибольших из максимальных снегозапасов: вЕвропейской части страны они колеблются от 60—80 мм до 300—350 мм (рис. 1).
2. Атмосферные осадки в период снеготаяния иполоводья. Весенние осадки, являясь дополнительным источником питания рек,играют весьма важную роль в формировании максимума весеннего половодья. Можно выделитьосадки периода снеготаяния и размерзания почвы, а также осадки последующеговесеннего периода до конца половодья. Первые обращаются в сток с теми жепотерями, что и снегозапасы, вторые — с несколько большими потерями. Есликоэффициент стока снегозапасов и осадков принять за 1,0, то для осадков онсоставит 0,8 на севере в зоне избыточного увлажнения и 0,5 на юге в зоненедостаточного увлажнения.
Момент оттаивания почвы примерно совпадает сокончанием снеготаяния в лесу, а в безлесных районах оттаивание почвыначинается спустя 5—8 дней после схода снега.
3. Осенне-зимнее увлажнение почвы к началу весеннегоснеготаяния.
Влажность верхнего слоя почвы толщиной 0,5—1,0 м—самый важный фактор потерь талых вод. Но именно влажность почвы и есть самаяизменчивая во времени и в пространстве величина. В каждой низине влажность почвыбольше, чем на возвышенных местах. Она существенно различается на песчаных иглинистых почвах, на распаханных и целинных участках, при наличии травяной илидревесной растительности и т. д. По этой причине, а также потому, что измерениевлажности почвы — дело трудоемкое и им начали заниматься сравнительно недавно(в лесу влажность почвы и сейчас не измеряется), при прогнозах широкоиспользуются разного рода косвенные характеристики. Самая распространенная изних — это разность между суммарными осадками (X) и суммарным испарением (Е}за 2,5—3,0 месяца до устойчивого перехода средней суточной температуры воздухачерез 0° С. Величина разности Х — Е примерно равна запасу продуктивнойвлаги в слое 0—50 см. Другая распространенная характеристика — суммарный стокреки за период октябрь — январь.
Во время зимних оттепелей влажность почвы возрастаетнастолько, насколько убывают снегозапасы, если, конечно, не возникает зимнихпаводков. При этом в величину осенней влажности почвы (или в ее косвеннуюхарактеристику) вводится соответствующая поправка.
4. Глубина промерзания почвы к началу снеготаяния.Наблюдения на полях показывают, что при глубоком (свыше 60 см) промерзании почвы зимой ее оттаивание весной происходит лишь после освобождения полей отснега. Хорошо увлажненная и глубоко промерзшая почва практически непроницаемадля талой воды. Напротив, сухая, неглубоко промерзшая почва впитывает в себямного воды. Внешним признаком влажной промерзшей почвы является то, что она струдом рубится топором или раскалывается ломом. А сухая непромерзшая почвасравнительно легко разрыхляется лопатой и режется ножом. Бывает, что вмногоснежную слабоморозную зиму замерзшая с осени почва оттаивает до того, каквесной устанавливается положительная температура воздуха. Случается и нечтопротивоположное. Просочившаяся в почву талая вода замерзает из-за наличиябольшого запаса холода в почве. И тогда на короткое время образуется запирающийслой почвы.
Иногда можно наблюдать и такую картину. После сходаснега и исчезновения луж в период оттаивания почвы в гидрографическую сетьпродолжает поступать довольно много воды с полей. Это, как иногда говорят, идет«донник», или «земляная вода». Донником в отдельных местностях называют такоесостояние почвы, когда под оттаявшим верхним слоем почвы находится еще мерзлыйслой. Нога человека увязает в грязи, йо упирается в твердый грунт. В периоддонника можно видеть, как в поле то в одном, то в другом месте почва, котораяутром имела вид жижи, к вечеру обезвоживается, вода проваливается вниз. Этопроисходит в тот момент, когда нижний слой почвы полностью оттаивает. Черезнесколько дней почва подсыхает, и человек уже может пройти по полю. Ускоренномуоттаиванию мерзлого слоя почвы снизу благоприятствует неглубокое залеганиезеркала грунтовых вод.
Слабопромерзшей обычно считают почву с глубинойпромерзания до 15—20 см, а сильнопромерзшей — свыше 60—80 см. Уже при среднейглубине промерзания — 60 см — на ровных полях не остается участков со слабымпромерзанием.
Наиболее интенсивное промерзание почвы происходит вначальный период зимы, до того как высота снежного покрова в полях достигнет10—15 см.
Глубина промерзания в лесу намного меньше, чем в поле.Для леса глубина промерзания почвы не такая важная характеристика, как дляполя. Лесные почвы обладают громадной скважностью.
Следует подчеркнуть, что процесс инфильтрации воды вмерзлую почву как в поле, так и в лесу чрезвычайно сложный. На него оказываютвлияние не только гравитационные и молекулярные силы, под воздействием которыхпроисходит движение воды, но и замерзание просочившейся воды, оттаивание частицльда, разжижение грунта и пр.
5. Ледяная корка на почве. Зимние оттепели.
Ледяная корка на почве образуется во время коротких,но сильных оттепелей при условии, что почва водонепроницаема. Обычно коркабывает не сплошной, а занимает понижения рельефа. Чаще всего запас воды вледяной корке составляет 5—10 мм (в пересчете на весь бассейн), но бывает и20—25 мм. В зимы с массовым распространением ледяной корки коэффициент стокаочень высокий (0,85—0,90), потери стока минимальные. Ведь талая вода скатываетсяпо ледяной корке, как по асфальту. Во время длительных зимних оттепелей талаявода успевает достичь гидрографической сети, и тогда на реке проходит зимнийпаводок. Как правило, зимние паводки отмечаются к западу и югу от линииПетрозаводск — Москва — Волгоград — Гурьев — Кзыл-Орда — Алма-Ата.
Большой зимний паводок был, например, зафиксирован вовремя сильной январской оттепели 1955 г. на Тихой Сосне, Осколе, Цне. Хопре ина других реках в пределах Белгородской, Тамбовской и Курской областей. Подъемуровня составил 2.5—3,0 м, чему способствовали также обильные дожди, слойосадков которых достиг 20—25 мм. Другой большой зимний паводок прошел на левыхпритоках р. Припять (на Ясельде, Горыни, Птичи, Бобрике, Пине и др.) в пределахБелоруссии в первой половине зимы 1980-81 г. Во время паводка наложились одна на другую две последовательные волны от таяния твердых и выпадения жидкихосадков; подъем уровня составил 1,5—2,5 м (рис. 2).
/>
Рис. 2. Ходгидрометеорологических элементов на р. Горынь- у г. Речица за 1980-81г
В обоих описанных случаях оказались затопленнымибольшие земельные угодья на пойме. Полностью или частично было загублено многозаготовленного на зиму и невывезенного сена.
6. Интенсивность снеготаяния.
Учет интенсивности снеготаяния важен при прогнозахвысоты половодья и почти не нужен в случае прогнозов объема половодья. Чемменьше объем половодья в данном году, тем значительнее роль интенсивности снеготаяния.Поясним это на примере р. Тобол до г. Кустаная (/7 = 44800 км2)за весенний период 1955 и 1956 гг. В эти годы сумма максимальных снегозапасов ивесенних осадков была близка к норме (НО_120 мм), но из-за чрезвычайно сухойпочвы сток половодья оказался ничтожно малым (в 1955 г. — 4,4 мм, в 1956 г. — 2,8 мм). Тем не менее в 1956 г. вследствие бурного таяния снегамаксимальный расход воды составлял 270 м3/, а в 1955 г. при вялом снеготаянии — всего 151 мс.
Роль интенсивности снеготаяния в формированиивесеннего половодья существенно различна для крупных, средних и малых рек (чемменьше река, тем значительнее влияние интенсивности снеготаяния). Более того,на очень малых водотоках ход стока в целом повторяет ход интенсивности снеготаяния(об этом будет сказано ниже).
Как тает снег? Для выяснения этого, казалось бы,простого вопроса от ученых потребовалось немало усилий. Очень уж разнообразныфизические 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 среднейгустоты снег исчезает позже, чем в полях: на 6—8 дней в южных районах и на15—20 дней — в северных.
Процесс снеготаяния начинается задолго до наступленияположительной температуры воздуха. Проникающая в толщу снега солнечная радиацияспособствует обтаиванию частиц снега в поверхностном слое. Вследствиенеоднократного замерзания ночью и таяния днем снег превращается в массубесформенных ледяных зерен, сначала мелких, а затем и более крупных. Вдальнейшем кристаллы снега приобретают округлую форму.
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. Обычноосновная масса снега стаивает при средней суточной температуре воздуха 3—5° С,но бывает, что и при температуре 12—15° С, когда дневная температура достигает20—25° С, как, например, было в 1979 г. в бассейне р. Вятки.
Интенсивность снеготаяния и водоотдачи в отдельнойточке можно рассчитать довольно точно методом теплового баланса. Совсем иноеположение с речным бассейном в целом, где имеется бесчисленное количествосклонов разной экспозиции, длины, угла наклона к горизонту, степени затененностирастениями и пр. В таких случаях широко применяется расчет интенсивностиснеготаяния с использованием так называемого коэффициента стаивания — слояталой воды в миллиметрах приходящегося на один градус средней суточнойтемпературы воздуха. Типичные значения коэффициента стаивания составляют дляполя 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 менееправильная лишь в целом для всего периода снеготаяния. Для каждого жеконкретного дня его значение зависит от типа погоды (солнечная или пасмурная,ветреная или безветренная), от структуры снега (мелко- или крупнозернистый) ипр. Особенно сильное влияние оказывают на него дожди. Благодаря механическомувоздействию капли дождя разрушают снежные капилляры и внутриснежныеперегородки. Содержащаяся в снеге капиллярная и пленочная вода переходит вгравитационную и быстро стекает вниз. В дождливые дни интенсивность снеготаяниявозрастает в 1,2—1,4 раза. Определенную роль играет и ветер, который не даетзастаиваться холодному воздуху в низинах, а главное, в лесах.
Как отмечалось, не вся поступившая на поверхностьречного бассейна талая вода стекает в реки. Часть ее просачивается в почву иидет на пополнение почвенной влаги и запасов грунтовых вод. Часть теряется наиспарение, наконец, часть перехватывается бессточными понижениями (обычно 10—15мм), а также болотами и озерами. Все эти расходные компоненты балансапрактически невозможно измерить на громадных пространствах. Еще труднее ихпредвидеть. Поэтому при прогнозах объема и максимума половодья вопрос обычнорешается путем построения эмпирических локальных графиков (зависимостей).Посредством локальной зависимости в неявном виде учитываются индивидуальныеособенности речного бассейна (лесистость, заболоченность, рельеф, составгрунтов и пр.). Кроме того, исключаются систематические ошибки в учете стокаводы и в наблюдениях за обусловливающими факторами.
В общем случае основой для долгосрочного прогнозаобъема половодья служит эмпирическая зависимость между объемом, с однойстороны, и суммой максимальных за зиму снегозапасов и весенних осадков, а такжекосвенной количественной характеристикой водопоглотительной способностиповерхности бассейна к началу весны — с другой. Для этого надо располагатьрядом наблюдений не менее чем за 15—20 лет. Иногда прибегают к установлениютерриториально обшей (фоновой) зависимости для рек какого-либо однородного пофизико-географическим условиям района. Это возможно потому, что все величинывыражены в миллиметрах слоя. Локальные и фоновые зависимости строятся в двухвариантах — с учетом весенних осадков после схода снега и без них. Объемполоводья представляет интерес лишь тогда, когда река впадает в водохранилище,озеро или когда ее сток интенсивно разбирается для нужд ирригации иводоснабжения.
В большинстве же случаев объем половодья естьпромежуточная величина, и с учетом нужд практики осуществляется переход от предсказаннойвеличины 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 дружнымполоводьем 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 максимумавесеннего половодья учет приходных компонентов водного баланса половодьяповсюду осуществляется одинаково. Иное положение с использованием прямой или косвеннойхарактеристики водопоглотительной способности поверхности бассейна. Здесьмногое зависит от особенностей природной зоны (рис. 3).
/>
Рис. 3. Районы содинаковым видом зависимостей для прогнозов объема стока весеннего половодьярек: 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 потеристока почти одни и те же, поскольку из года в год с осени почва сильноувлажняется, а зимой глубоко промерзает.
Район II. Средняя часть лесной зоны. В отдельные годывлажность почвы невелика, глубина же промерзания всегда значительна и поэтомуне подлежит учету.
Район III. Южная часть лесной зоны. Отмечается большаяизменчивость влажности почвы и глубины ее промерзания.
Район IV. Западная и центральная части лесостепнойзоны. Характеризуется сравнительно малой изменчивостью осенней увлажненностипочвы. Основной фактор потерь — глубина промерзания почвы.
Район V. Восточная часть лесостепной зоны. Из года вгод глубина промерзания почвы весьма значительная. Главный фактор суммарных потерь— влажность почвы.
Район VI. Степная зона. В этой зоне глубинапромерзания и влажность почвы сильно меняются от года к году.
2.3. Наводнения, вызванные дождями и ливнямиВ середине мая 1982 г. р. Квирили (Грузия) вздулась от обильных дождей и затопила всю нижнюю половину г. Зестафони, зажатую набережнойи железнодорожным полотном. В конце этой части города был железнодорожныйтуннель, построенный еще в начале века. Узкое горло туннеля не смогло пропуститьвсю воду, и уровень начал расти на глазах. В момент максимума по крутым улицамгорода с большой скоростью плыли бревна, куски асфальта, деревья, железныеконструкции.
Убытки были немалыми: снесло пять мостов, оказалисьразрушенными дороги, унесены корма для скота.
Так почему же все-таки такие аварии случаются и в нашидни? Дело здесь не столько в несовершенстве нормативов и порой в отсутствиинеобходимых данных для их применения, сколько в экономических соображениях.Ведь трубы и бетонные лотки, закладываемые в основание дорог в местахпересечения ими оврагов, балок и лощин, рассчитаны на определенную повторяемостьливневых максимумов. Поскольку подобных отверстий великое множество, тоежегодно кое-где максимальные расходы в них превышают их пропускнуюспособность. Но всюду и везде еще более увеличивать размеры труб и лотковэкономически нецелесообразно.
Обильные ливневые осадки выпали в центре Москвы 29июня 1924 г. По улице Тверской (ныне улица Горького) в сторону Кремля неслась настоящаярека, по которой плыли газетные киоски. Пруды Зоологического сада вышли изберегов и слились бурными потоками на соседних улицах. (Кстати, на окраинахМосквы в тот день не выпало ни одной капли дождя.)
Во время сильного ливня падающие с большой скоростьюдождевые капли буквально взрывают землю. На распаханных полях возникает сеть водороин,которые заравниваются после следующей вспашки и поэтому становятся невидимымиглазу. Но объем почвы, равный суммарному объему водороин, уже оказываетсявымытым с поля. При многократном повторении этого процесса мощность почвенногослоя заметно уменьшается. Положение осложняется, тем, что процесс эрозии почвыпротекает медленно, незаметно. Дело, однако, не только в этом. Смытый грунтпопадает в реки, откладывается на мелях и перекатах. Обогащаются биогеннымивеществами озера и водохранилища, что благоприятствует развитию вредныхсинезеленых водорослей.
Картина водной эрозии почвы будет неполной безупоминания об оврагах и балках, создаваемых в основном бурными потокамиливневых вод. Овраги и балки — раковая опухоль земли. Некоторые балкипредставляют собою причудливую комбинацию глубоких оврагов с крутыми склонами,то голых, то кое-где поросших терновником.
Если рассматривать всю Землю, то на 2/3 площади сушинаибольшие годовые расходы воды имеют дождевое происхождение!
Для ливней характерна также резкая изменчивостьинтенсивности выпадения осадков во времени и в пространстве.
Сильный ливень — всегда впечатляющее зрелище, особеннов горах.
Про ливень с интенсивностью выпадения осадков более 1мм/мин говорят: „Льет как из ведра". В случае же интенсивности осадков1,5—2,0 мм/мин человеку становится трудно дышать, если он не под укрытием.
Как уже отмечалось, продолжительность ливня редкокогда превышает 2—3 ч. Площадь охвата ливнем также невелика. Замечено, чембольше средняя интенсивность осадков в течение ливня, тем меньше площадь орошения.
2.4. Селевыепотоки и наводненияСель — 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 сочень большой концентрацией минеральных частиц, камней и обломков горных пород(до 50—60 % объема потока), возникающий в бассейнах небольших горных рек исухих логов и вызванный, как правило, ливневыми осадками или бурным таяниемснегов. Сель — нечто среднее между жидкой и твердой массой. Это явлениекратковременное (обычно оно длится 1—3 ч), характерное для малых водотоковдлиной до 25—30 км и с площадью водосбора до 50—100 км2.
Сель представляет собой грозную силу. Поток, состоящийиз смеси воды, грязи и камней, стремительно несется вниз по реке, выдергивая скорнем деревья, срывая мосты, разрушая плотины, обдирая склоны долины, уничтожаяпосевы. Находясь вблизи от селя, можно ощущать содрогание земли под ударамикамней и глыб, запах сернистого газа от трения камней друг о друга, слышатьсильный шум, подобный грохоту камнедробилки.
Опасность селей не только в их разрушительной силе, нои во внезапности их появления. Ведь ливень в горах часто не охватываетпредгорья, и в обжитых местах сель появляется неожиданно. Из-за большойскорости течения время от момента возникновения селя в горах до момента выходаего в предгорье исчисляется подчас 20—30 минутами.
Сколь разнообразны горы, столь многообразны и селевыепотоки в отношении частоты прохождения, состава и объема твердого материала, максимальногорасхода и пр. Решающим здесь обстоятельством является не столько сама по себевысота 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 селевыепотоки принято различать следующим образом:
— грязевые потоки. Смесь воды с мелкоземом принебольшой 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 выпадаютиз потока, то вновь начинают двигаться вместе с ним. Объемный вес 2,1—2,5 т/м3;
— водокаменные потоки. Смесь воды с преимущественнокрупными камнями, в том числе с валунами и со скальными обломками. Объемный вес1,1—1,5 т/м3.
Селевые потоки подразделяются также по характеру ихдвижения в русле:
— связанные потоки. Состоят из смеси воды, глинистых ипесчаных частиц. Раствор имеет свойства пластичного вещества. Поток как бы представляетсобой единое целое. В отличие от водного потока, он не следует изгибам русла, аразрушает и выпрямляет их или переваливает через препятствия;
— несвязанные потоки. Они движутся с большойскоростью;
отмечается постоянное соударение камней, ихобкатывание и истирание. Поток в основном следует изгибам русла, подвергая егото там, то здесь разрушению.
Наконец, сели классифицируются и по объемуперенесенной 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 трехусловий:
— наличии на склонах бассейнадостаточного количества продуктов разрушения горных пород;
— наличии нужного объема воды длясмыва или сноса со склонов рыхлого твердого материала и последующего его перемещенияпо руслам;
— наличии крутого уклона склонов иводотока]
В большинстве случаев причиной образования селейслужат ливневые осадки, реже интенсивное таяние снега, а также прорывы моренныхи завальных озер, обвалы, оползни, землетрясения. Впрочем, каждому горномурайону свойственна определенная статистика причин возникновения селей.
В общих чертах процесс формирования селя ливневогопроцесс формирования протекает следующим образом. Вначале вода заполняет поры итрещины, одновременно устремляясь вниз по уклону. При этом резко ослабеваютсилы сцепления между частицами, и рыхлая порода приходит в состояниенеустойчивого равновесия. Затем вода начинает течь и по поверхности. Первымиприходят в движение мелкие частицы грунта, потом галька и щебень, наконец камнии валуны. Процесс лавинообразно нарастает. Раздаются глухие удары камней,всплеск жидкой грязи, шелест сползающего мелкозема. Вся эта масса поступает влог или русло и вовлекает в движение новые массы рыхлой горной породы. Еслирасход воды недостаточный, то сель как бы выдыхается. Мелкие частицы инебольшие камни уносятся водой вниз, крупные камни создают в руслесамоотмостку. Остановка селевого потока может также происходить в результатезатухания скорости течения при уменьшении уклона реки.
2.5.Наводнения при заторах льдаСреди стихийных сил природы, приносящих народномухозяйству немалый материальный ущерб, особое место принадлежит заторам льда нареках. И дело здесь не столько в размерах самого ущерба, сколько в грозномхарактере и скоротечности явления, малой эффективности предпринимаемых мерборьбы, невозможности заблаговременного предсказания и, наконец, в почти полномотсутствии методов расчета.
Сложность процесса заторообразования, большаястоимость и небезопасность полевых работ, связанных с изучением этого явления,трудность сколько-нибудь точного воспроизведения его в лабораторных условиях ипр.— все это служит причиной того, что заторы льда пока изучены слабо. И все жеосновные качественные особенности процесса заторообразования известны ужедостаточно полно.
Затор льда представляет собою скопление льда в русле,стесняющее живое сечение реки и вызывающее подъем уровня воды в месте скопленияльда и на некотором участке выше него. Затор льда наблюдается в весенний периодпри вскрытии реки и состоит из крупно- и мелкобитых льдин.
Непосредственная опасность затора льда заключается врезком, а главное, значительном подъеме уровня воды в реке, при котором водавыходит из берегов и затопляет прилегающую местность. Представляют такжеопасность навалы льда на берегах, давление больших масс льда на сооружения ипр.
Затор льда — неотъемлемая составная часть процессавскрытия реки, и, естественно, что поначалу надо описать, как вскрывается река.
Весной за счет солнечной радиации, а главное, сустановлением положительной температуры воздуха начинается таяние снега вбассейне. Расход воды в реке увеличивается. Ледяной покров вспучивается,выгибаясь посредине горбом. Понижения вдоль берегов заполняются текущей талойводой. Возникают промоины. Наконец приподнявшийся ледяной покров отрывается отберегов и всплывает. Разводья перерастают в закраины — полосы чистой воды вдольберегов. Влекущие усилия текущей воды создают подвижки, в результате которыхледяной покров расчленяется на поля, а поля, в свою очередь, на льдины. Расчленениюледяного покрова на поля способствуют и впадающие в реку притоки. Раньше всегоразломы возникают в начале и в конце прямолинейного участка реки. Подвижкизавершаются 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 распадаетсяна отдельные массивы с полыньями на всю ширину реки между ними. Изреженныйполыньями и трещинами ледяной покров приходит в движение почти одновременно набольшом расстоянии. Сразу освобождаются большие массы аккумулированной в руслеводы. Вскрытие происходит бурно при довольно большом расходе воды.
Как уже отмечалось, в механизме заторообразования ещемного неясного. Дело в том, что массы раздробленного льда не подвластны низаконам механики твердого тела, передающего усилия в одном направлении, ни законаммеханики жидкости, передающей усилия одинаково во все стороны. По сути, каждыйзатор льда обладает индивидуальными особенностями, поскольку образовавший еголедовый материал имеет различные прочностные характеристики.
Главной причиной образования затора льда являетсязадержка процесса вскрытия на тех реках и больших по длине участках рек, гдекромка ледяного покрова весной смещается сверху вниз по течению. При этомдвижущийся сверху раздробленный лед встречает на своем пути еще ненарушенныйледяной покров. Последовательность вскрытия сверху вниз по течению являетсянеобходимым, но недостаточным условием возникновения затора льда. Достаточное условиесоздается тогда, когда поверхностная скорость течения воды при вскрытиидовольно значительна (0,6—0,8 м/с и более). Только при этом происходитторошение льда, подсовы, подвижки и пр. Наличие различного рода русловыхпрепятствий (крутых поворотов, островов, конусов выноса) лишь усиливает процесс,не меняя его сущности.
Препятствием для движения льда, как уже отмечалось,обычно являются большие по длине участки реки со сплошным и достаточно прочнымледяным покровом. Поэтому мощные и частые заторы льда присущи тем рекам, гдевскрытие происходит сверху вниз по течению. Такая последовательность вскрытияхарактерна для разных рек, а именно:
— крупных рек, текущих с юга на север,— СевернаяДвина. Печора, Лена. Енисей, Иртыш и др.;
— рек, верховья которых являются горными иполугорными, а низовья равнинными,— Днестр. Томь, Кан, Амур и др.;
— рек, где ниже большого по длине участка реки созначительной скоростью течения воды расположен участок с малой скоростьютечения (на первом участке вскрытие происходит намного раньше, чем на втором).
Еще одним важным фактором заторообразования являютсязажоры льда в начале зимы при установлении ледостава. В местах зажорных скопленийледяной покров обладает повышенной прочностью за счет большей толщины иторосистости.
2.6. Наводнения при зажорах льдаЗажор льда есть составная часть процесса замерзанияреки. Как же замерзают реки? Решающее значение имеют поверхностная скорость течения,а также температура воздуха в период замерзания. Эти два фактора вполнеобъясняют главные особенности как процесса замерзания реки, так и процессазажорообразования.
На реках со средней по ширине потока поверхностнойскоростыо течения воды < 0,15— 0.20 м/с неподвижный ледяной покров устанавливаетсяза счет постепенного расширения и смерзания заберегов. Переносимый течениеммежду за берегами плавучий ледовый материал состоит преимущественно из тонкихльдин и обломков заберегов. Поверхность ледяного покрова на таких рекахгладкая, начальная толщина льда составляет 2—3 см. Период замерзаниянепродолжительный — от 4—6 часов до 3—4 суток. Описанный тип замерзанияхарактерен, в первую очередь, для малых и средних рек в степных районахУкраины, Поволжья, Западной Сибири и Казахстана. На больших реках подобный типзамерзания встречается редко.
На реках со скоростью течения от 0,15—0,20 до0,70—0,80 м/с замерзание начинается с почти одновременного возникновенияледовых перемычек в ряде мест, где ледотранспортирующая способность потока понижена,—в сужениях, на крутых поворотах и пр. Пространство между перемычками постепеннозаполняется льдинами, при их смерзании возникает сплошной ледяной покров. Дляобразования ледовых перемычек нужны два условия: во-первых, чтобы ледоход нареке достиг густоты 0,7—0,9; во-вторых, чтобы с достижением указанной густоты(степени покрытости поверхности реки плавучим льдом) наступила достаточнонизкая или критическая температура воздуха, зависящая, в свою очередь, отскорости течения и ширины реки. Поверхность ледяного покрова при этом типезамерзания почти ровная и лишь местами торосистая; начальная толщина льда 4—6см. Плавучий ледовый материал при ледоходе почти всецело состоит из крупно- имелкобитых льдин. Сохранение отрицательной температуры воздуха, близкой ккритической и ниже ее, после образования ледовых перемычек приводит к тому, чторека полностью замерзает за 1—2 суток. При более высокой по сравнению скритической, но все же отрицательной температуре воздуха период установлениясплошного ледяного покрова растягивается на 8—12 суток и более. В случаенаступления кратковременной оттепели после возникновения перемычек взломаледяного покрова не происходит. Описанным образом замерзает подавляющее большинствосредних и крупных равнинных рек.
Рекам со скоростью течения от 0,7—0,8 до 1,6—1,8 м/ссвойственно замерзание путем скачкообразного перемещения кромки ледяногопокрова снизу вверх против течения. Первоначальным очагом, от которого начинаетсядвижение кромки, может служить как отдельная перемычка, так и ранее замерзшийсравнительно большой участок реки. Движение кромки ледостава вверх по реке придостаточно низкой и устойчивой отрицательной температуре воздуха происходит безостановок, но неравномерно. При колебаниях же температуры воздуха кромкадвижется скачкообразно, а при относительном потеплении она нередко смещаетсявниз по реке. Движение кромки сопровождается торошением и подвижками, поэтомуповерхность ледяного покрова неровная, начальная толщина льда значительная—от0,2—0,7 до 1,5—2,0 м (не считая шуги подо льдом). Плавучий ледовый материалсостоит преимущественно из небольших округлой формы льдин, шуговых ковроввенков с тонкой (1—3 см) коркой льда на поверхности. Период замерзания весьмапродолжительный—до 1,0—1,5 месяца.
Наконец, на реках со скоростью течения >1,6—1,8 м/с(это уже горные реки) сплошного ледяного покрова не наблюдается. Лишь вотдельных местах сохраняются небольшие левые перемычки, под которыми почтибеспрепятственно просятся шуга, всплывший донный лед и пр.
2.7. НагонныенаводненияУстьевые области крупных рек, впадающих в моря,являются наиболее плотно населенными районами земного шара. Обилие соленойводы, плодородие почвы, богатство рыбных ресурсов. Наличие речных и морских путей— все это издавна привлекало сюда человека. Поэтому устьевые области рек всегдабыли центрами цивилизации. Из 200 столиц мира около половины находится вморских устьях рек. Семнадцать из двадцати трех родов-мультимиллионеров (т. е.с численностью населения свыше 5 млн. человек) расположены в устьях рек. Корочеговоря, здесь, в устьях рек, сосредоточивается сгусток человеческой жизни. Впервую очередь это относится к южным районам. Менее благоприятны природныеусловия в устьях рек в умеренной зоне и совсем неблагоприятны в полярныхрайонах. Тем не менее и здесь повсеместно в устьях крупных рек расположеныгорода, развито судоходство и интенсивно рыбное хозяйство.
Приходится считаться с тем, что устьевые областимногих крупных рек гораздо чаще, чем другие прибрежные районы, оказываются вовласти грозных стихийных сил природы — нагонных наводнений.
Нагон воды представляет собой подъем уровня, вызванныйвоздействием ветра на водную поверхность. Нагоны, приводящие к наводнениям, случаютсявремя от времени в морских устьях крупных рек, а также на берегах больших озери водохранилищ.
Нагон воды — понятие емкое, и его можно трактовать вузком и в широком смысле слова. В узком смысле слова, нагон воды возникает нанаветренном берегу водоема (озера, водохранилища, моря) за счет касательногонапряжения на плоскости раздела вода — воздух. Вовлекаемые ветром в движение всторону наветренного берега поверхностные слои воды испытывают лишьсопротивление нижних слоев воды. С образованием уклона водной поверхности поддействием силы тяжести нижние слои начинают двигаться в противоположномнаправлении, уже испытывая гораздо большее сопротивление шероховатости дна.Из-за неравенства расходов воды, движущейся в противоположных направлениях,возникают подъем уровня у наветренного берега водоема и спад у подветренного.
Сильные ветры характерны для глубоких циклонов —своего рода гигантских атмосферных вихрей с пониженным давлением в центре.Ветровые потоки в циклоне направлены против часовой стрелки и к его центру. Обычнов южной части циклона находится сектор с относительно теплым воздухом. Линияраздела между холодным и теплым воздухом в циклоне называется атмосфернымфронтом или просто фронтом. Ветер в циклоне достигает наибольшей силы в полосефронта. Обычно циклон перемещается со скоростью 30—50 км/ч. В силу отмеченныхособенностей проходящий над водоемом циклон создает не только нагон и сгон, нотакже длинную волну и сейшу. Под длинной волной понимается волна, длина которойв сотни и тысячи раз превышает глубину водоема. Сейша—колебательное движениеводных масс около одного или нескольких центров; оно возникает из-за разности атмосферногодавления в противоположных частях водоема или как остаточное явление послепрекращения действия вынуждающих сил — нагона и сгона, длинной волны. Так чтонагоны воды в широком понимании слова — это и нагон — сгон, и длинная волна, исейша.
Общим для морских устьев рек является то. что нагонможет совпасть с приливом или отливом; соответственно он будет либо несколькобольшим, либо несколько меньшим. В течение суток наблюдается два прилива и дваотлива. В продолжение же лунного месяца высота полусуточного прилива зависит отвзаимного положения ближайших небесных тел. Прилив бывает самым большим, когдаСолнце, Земля и Луна находятся на одной прямой линии. Такой прилив называетсясизигийным.
Еще одна общая закономерность для морских устьев рексостоит в том, что нагонная волна распространяется вверх по реке на тем большеерасстояние, чем меньше уклон водной поверхности и больше глубина реки. А таккак крупные реки в своих устьевых областях как раз и обладают малыми уклонами изначительными глубинами, то нагонная волна на таких реках иногдараспространяется на многие сотни и даже тысячу километров. На малых рекахдальность распространения нагонной волны исчисляется десятками километров.Отнюдь не обязательно, чтобы самый большой подъем уровня отмечался в устьереки. До некоторого пункта на реке величина подъема может нарастать, затемначать уменьшаться.
Нагоны создаются сильными и продолжительными (не менее5-6 часов) северными и северо-западными ветрами. Самые благоприятные условия возникаюттогда, когда предыдущий циклон нагнал воду из Баренцева моря в Белое, аследующий циклон создал нагон в самом Белом море. Большей частью значительныенагоны приходятся на осень.
Заключение
Гидрологическая наука довольно успешно справляется срасчетами и прогнозами максимальных расходов и уровней воды редкойповторяемости, сопровождающихся наводнениями. Тем не менее точность методоврасчетов и прогнозов, заблаговременность предсказания оставляют желать много лучшего.Есть все основания полагать, что с широким внедрением в практику новыхтехнических средств сбора и обработки текущей информации о состоянии природнойсреды (об уровнях и расходах воды в реках, количестве выпавших атмосферныхосадков, запасах воды в снежном покрове, влажности почвы и пр.), в частности спомощью автономных самопишущих приборов, радиолокаторов, специально оборудованныхсамолетов, спутников и т. д., положение изменится к лучшему. И все же насегодняшний день главное состоит в дальнейшем углублении наших знаний осущности процесса формирования паводочного стока в конкретныхфизико-географических условиях, прежде всего при экстремальных ситуациях.Ведущиеся сейчас широким фронтом стационарные и экспедиционные полевыенаблюдения, лабораторные эксперименты и теоретические исследования несомненнопринесут свои плоды.
Человек продолжает застраивать берега рек и озер,активно осваивает речные долины, штурмует горы. В силу этих-причин размах работпо борьбе с наводнениями нарастает. Наводнения как стихийное бедствиестановятся все более нетерпимыми. Научное, инженерное и социально-экономическоеобоснования проектов защиты от наводнений относятся к числу важнейших задачспециалистов многих профилей, прежде всего гидротехников, гидрологов, экологови экономистов.
Список литературы
1. Болдаков Е. В. Жизнь рек.— М. Гос.изд-во технико-теоретической литературы. 1993.—64 с.
2. Виноградов Ю. Б. Этюды о селевыхпотоках.— Л. Гидрометеоиздат. 1990.— 144 с.
3. Гинко С.С. Катастрофы на берегахрек.— Л. Гидрометеоиздат. 1997.— 128 с.
4. Наводнения и борьба с ними.— Серия„Науки о Земле", № 6. 1982. Изд.-во „Знание". М.—48 с.
5. Пясковский Р.В., Померанец К.С.Наводнения (Математическая теория и предсказания).—Л. Гидрометеоиздат. 1982.—176 с.
6. Авакян А. Природные иантропогенные причины наводнений/2001, №9 – с.22-27
7. Осипов В.И. Природные катастрофына рубеже 21 века/Вестн.РАН.-2001.-№4-с.291-302
8. Нежиховский Р.А. Наводнения нареках и озерах. – М.: Гидрометеоиздат, 1988.