Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Наводнения

СОДЕРЖАНИЕ:

Введение

Общеизвестно, что состояние и развитие как биосферы, так и человеческого общества находится в прямой зависимости от состояния водных ресурсов. В последние десятилетия все большее число специалистов и политических деятелей среди проблем, стоящих перед человечеством, под номером 1 называют проблему воды. Водные проблемы возникают в четырех случаях: когда воды нет или ее недостаточно, когда качество воды не отвечает социальным, экологическим и хозяйственным требованиям, когда режим водных объектов не соответствует оптимальному функционированию экосистем, а режим ее подачи потребителям не отвечает социальным и экономическим требованиям населения и, наконец, когда от избытка воды обжитые территории страдают от наводнений.

В глобальном аспекте первые три проблемы явились порождением уходящего века, а четвертая сопутствует человеческому обществу с древнейших времен. И как это ни парадоксально, на протяжении многих веков человечество, предпринимающее неимоверные усилия для защиты от наводнений, никак не может преуспеть в этом мероприятии. Наоборот, с каждым веком ущерб от наводнений продолжает расти. Особенно сильно, примерно в 10 раз, он возрос за вторую половину ушедшего века. По нашим расчетам, площадь паводкоопасных территорий составляет на Земном шаре примерно 3 млн. кв. км, на которых проживает около 1 миллиарда человек. Ежегодные убытки от наводнений в отдельные годы 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 происшедших наводнениях, причиненном ими ущербе, или же рассматриваются отдельные аспекты этого феномена, такие как прогноз наводнений, причины, вызывающие наводнения, инженерные методы защиты от них. В последние десятилетия, особенно в США и в первую очередь усилиями Джильберта Уайта начали рассматривать возможности внедрения не инженерных методов для уменьшения бедствий, причиняемых наводнениями.

1. Наводнения.

1.1. Общие сведения о наводнениях.

Наводнение — затопление местности в результате подъёма уровня воды в реках, озерах, морях из-за дождей, бурного таяния снегов, ветрового нагона воды на побережье и других причин, которое наносит урон здоровью людей и даже приводит к их гибели, а также причиняет материальный ущерб.

Наводнение - значительное затопление водой местности в результате подъёма уровня воды в реке, озере или море, вызываемого различными причинами. Наводнение на реке происходит от резкого возрастания количества воды вследствие таяния снега или ледников, расположенных в её бассейне, а также в результате выпадения обильных осадков. Наводнения нередко вызываются повышением уровня воды в реке вследствие загромождения русла льдом при ледоходе (затора) или вследствие закупоривания русла под неподвижным ледяным покровом скоплениями внутриводного льда и образования ледяной пробки (зажора). Нередко наводнения возникают под действием ветров, нагоняющих воду с моря и вызывающих повышение уровня за счёт задержки в устье приносимой рекой воды. Наводнения такого типа наблюдались в Ленинграде (1824, 1924), Нидерландах (1953).

Затопление - это повышение уровня воды водотока, водоёма или подземных вод, приводящее к образованию свободной поверхности воды на участке территории. Различают долговременные затопления, при которых хозяйственное использование затопляемых земель невозможно или нецелесообразно, и временные затопления, при которых использование затопляемых земель возможно и целесообразно

В наши дни реки приобрели значение и как источник энергии, орошения, промышленного водоснабжения, приемник сточных вод, а также как место массового отдыха, туризма и спорта.

Все крупные города страны расположены вблизи больших и средних рек, а также на морском побережье. На севере Европейской части страны нет ни одного населенного пункта (города, деревни) вне рек и озер. Так, в зоне затопления Братского водохранилища на р. Ангаре плотность населения была в шесть раз больше, чем в среднем по Иркутской области, а в зоне затопления Токтогульского водохранилища на р. Нарын — в двадцать раз больше, чем в Токтогульском районе. Если на географическую карту страны нанести только одни города, то она довольно верно отобразит ее гидрографическую сеть.

2. Причины наводнений.

Причины наводнений многообразны, и каждой причине или группе причин соответствует свой вид наводнения

В зависимости от причин возникновения наводнения подразделяют на четыре типа:

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

2. наводнения, формируемые интенсивными дождями. Они характеризуются интенсивным, сравнительно кратковременным подъемом уровнями воды и называются паводками.

3. наводнения, вызванные в основном большим сопротивлением, которое водный поток встречает в реке. Происходит такое, большей частью, в начале при раннем ледоставе и появлении льда на реках, озерах, водохранилищах или в конце зимы при заторах.

4. Наводнения, создаваемые ветровыми нагонами воды на крупных озерах и водохранилищах, а также в морских устьях рек.

Можно выделить и «пятый тип» причин наводнений, связанный с прорывом плотин. Но эти наводнения относятся к ЧС техногенного характера.

2.1. Антропогенные причины наводнений:

Прямые причины - связаны с проведением различных гидротехнических мероприятий и разрушением плотин.

Косвенные - сведение лесов, осушение болот (осушение болот - естественных аккумуляторов стока увеличивает сток до 130 - 160%), промышленная и жилищная застройка, это приводит к изменению гидрологического режима рек за счёт увеличения поверхностной составляющей стока. Уменьшается инфильтрующая способность почв и увеличивается интенсивность их смыва. Сокращается суммарное испарение из-за прекращения перехвата осадков лесной подстилкой и кронами деревьев. Если свести все леса, то максимальный сток может возрасти до 300%.

Происходит уменьшение инфильтрации из-за роста водонепроницаемых покрытий и застроек. Рост водоупорных покрытий на урбанизированной территории в 3 раза увеличивает паводки.

2.2. Деятельность человека, ведущая к наводнениям:

1. Стеснение живого сечения потока вдольрусловыми дорогами, дамбами, мостовыми переходами, что уменьшает пропускную способность русла и повышает уровень воды.

2. Нарушение естественного режима расходов и уровней воды, как это происходит на нижней Волге в результате сезонного регулирования стока вышележащими водохранилищами: потребность в зимней энергии заставила в 2-3 раза повысить расходы воды зимой, что при наличии ледяного покрова сопровождается ростом уровня воды (зимними наводнениями), зачастую выше отметок в половодье.

3. Освоение территорий в нижних бьефах водохранилищ многолетнего регулирования стока. Хозяйственное освоение пойм увеличивает максимальный сток.

Следует подчеркнуть, что на конкретном водном объекте наводнения обычно вызываются несколькими причинами, а поэтому для определения расчётных характеристик возможного затопления следует осуществлять комплексный анализ и выполнять композицию законов распределения вероятностей, которые свойственны отдельным видам наводнений.

Так, например, для Нижней Волги требуется композиция законов распределений, описывающих: многолетние балансовые колебания уровня Каспийского моря, сезонные балансовые, ветровые нагоны, а также подъём уровней от Волжских половодий, которые проявляются тем сильнее, чем дальше располагается расчётный створ от уреза моря. Естественно, что в подобных случаях необходимо выявить корреляционные зависимости между высотой наводнений различного происхождения.

2.3. Естественные причины наводнений.

1. Весенне-летнее таяние снегов и ледников на водосборных площадях. Такие наводнения поддаются прогнозированию по сезонам, а исходя из снегозапасов - ориентировочно также по высоте и продолжительности. Следует иметь в виду, что корреляция между снегозапасами и высотой половодья не так уж высока. При сравнительно небольших снегозапасах дружная весна может повлечь за собой большое половодье, как это было на р. Нижняя Тунгуска в 1955 г. (Нежиховский, 1988). Значение имеет также состояние подстилающих пород (промёрзшие или нет), на которых располагается снежный покров. И наоборот, при больших снегозапасах, но не промёрзших почвах и растянутой весне, когда заморозки чередуются с оттепелями, снег на водосборах в значительной мере "сгнивает", не давая стока.

2. Ливневые дожди. В климатических условиях России такие подъёмы уровня широко распространены в муссонах Дальнего Востока, на юго-западе европейской территории страны, па реках Черноморского побережья Кавказа и др. Следует отметить особенность кавказских рек, высокие паводки на которых могут наблюдаться в любое время года. Меры минимизации ущерба здесь в целом аналогичны тем, о которых говорилось выше. В горных селеопасных районах паводки могут сопровождаться перемещением по речным долинам продуктов водной эрозии, а также донных отложений. Но селевые потоки являются самостоятельной проблемой, которую мы сейчас не рассматриваем.

3. Ветровые нагоны воды; проявляются на побережьях водоёмов и в низовьях рек, впадающих в эти водоёмы. По срокам они не поддаются предвидению; в ряде случаев можно говорить о сезонах, когда нагоны в целом наблюдаются чаще и имеют большую высоту.

4. Заторы при весеннем вскрытии ледового покрова. Вызываются нагромождениями льда с частичным или почти полным перекрытием живого сечения потока, что влечёт за собой повышение уровня воды: на крупных реках, текущих с юга на север, высота заторных подъёмов уровня может превосходить 10 м. Продолжительность заторных наводнений может изменяться в широком диапазоне - от нескольких часов до 10-15 суток. Бомбовые удары по скоплениям льда не всегда эффективны, и часто требуется своевременное краткосрочное отселение людей из зон возможною затопления.

5. Зажоры. В отличие от заторов образуются в начале зимы при формировании ледового покрова путём забивания подлёдного пространства шугой. Продолжительность периода формирования шуги связана со скоростью течения; горные реки иногда не замерзают всю зиму, являясь своего рода фабрикой шуги. Эффективным путём сокращения ледового материала, образующего ледовые зажоры, является создание на соответствующих участках подпорного режима для уменьшения скорости течения и образования ледостава, что прекращает формирование шуги.

6. Отложение наносов при выходе рек с предгорных участков на равнинные с уменьшением скорости течения и транспортирующей способности потока; русло при этом растёт, оказываясь выше окружающей местности и время от времени "сваливаясь" в сторону. Создание обваловывающих дамб для предупреждения таких свалов воды ведёт к ускорению роста русла, поскольку полоса отложений наносов остается более узкой, чем при свале вод. Река может оказываться выше окружающей местности на 8-10 м, что делает задачу сохранения дамб сложной и усугубляет последствия прорыва дамб.

Климатические условия в различных районах страны весьма разнообразны. Еще более различаются метеорологические условия каждого конкретного года. По этой причине нет ни одного года, в течение которого не случилось бы наводнения то на одних, то на других реках. Есть годы в гидрологическом отношении сравнительно спокойные и, напротив, очень неспокойные.

3. Классификация наводнений.

3.1. По размерам и масштабам ущерба

Речные наводнения делят на следующие типы:

1. низкие (небольшие или пойменные) - затапливается низкая пойма;

2. средние - затапливаются высокие поймы, иногда заселенные или техногенно обработанные (пашни, луга, огороды и др.);

3. сильные - затапливаются террасы с расположенными на них строениями, коммуникациями и др., часто требуется эвакуация населения, хотя бы частичная;

4. катастрофические - существенно затапливаются огромные пространства, включая города и поселки; требуются аварийно-спасательные работы и массовая эвакуация населения.

Низкие (малые) – наблюдаются в основном на равнинных реках и имеют повторяемость примерно 1 раз в 5-10 лет. При этом затопляется менее 10% сельхозугодий, расположенных в низинных местах, наносится незначительный материальный ущерб и почти не нарушается ритм жизни населения.

Высокие – сопровождаются значительным затоплением, охватывают сравнительно большие участки местности, существенно нарушают хозяйственную деятельность и установленный ритм жизни. Иногда приходится временно отселять население. Материальный и моральный ущерб значительны. Происходят 1 раз в 20-25 лет.

Выдающиеся - 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.

Катастрофические - вызывают затопления громадных территории 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.

3.2. По масштабу проявления .

1. Всемирный потоп;

2. континентальные;

3. национальные;

4. региональные;

5. районные;

6. местные.

Классификация наводнений:

1. ливневые (дождевые);

2. половодья и паводки (связанные с таянием снега и ледников);

3. зажорные и заторные (связанные с ледовыми явлениями);

4. завальные и прорывные;

5. нагонные (ветровые на побережьях морей);

6. цунамигенные (на побережьях от подводных землетрясений, извержений и прибрежных крупных обвалов).

3.3.Интенсивные дожди.

Интенсивные дожди являются причиной наиболее распространённого типа бедствий - наводнений и поэтому приносят основной экономический ущерб. Кроме того, это причина снижения урожайности на полях и стимулятор всех склоновых процессов (оползни, сели, обвалы, разжижение грунта).

Интенсивные ливни создают наводнения, эрозию, сели и оползни в горах; несвоевременные и затяжные дожди вредные для урожая. Максимальные значения интенсивности осадков бывают выше летом, вблизи океанов, поставляющих влагу, а также на наветренных склонах гор, в наиболее влажных районах экваториального и тропического климатических поясов. Рекорды минутной интенсивности принадлежат конвективным (грозовым) ливням тропиков Центральной Америки - до 20 - 25 мм/мин при средней интенсивности более 10 - 20 мм/мин.

3.4.Половодья

Половодья - это ежегодно повторяющееся сезонное длительное и значительное увеличение водности рек, сопровождающееся повышением уровня воды в русле и затоплением пойм.

Половодья и паводки развиты в областях со снежным покровом, т.е. примерно на 1/3 суши. Особенно характерны для Евразии и Северной Америки. Уровень воды может подниматься от 1 - 2 до 10 - 20 м и более в зависимости от величины реки, условий накопления и таяния снега.

Половодья образуются в результате таяния снега весной на водосборах рек умеренного пояса, а также на реках, имеющих горно-ледниковое питание.

З.5.Паводки

Паводок - фаза водного режима реки, сравнительно кратковременное и непериодическое поднятие уровня вод в реке, возникающее в результате быстрого таяния снега, ледников, обильных дождей.

В отличие от половодья паводок может возникать в любое время года. Следующие последовательно один за другим паводки могут вызвать половодье. Значительный паводок может вызвать наводнение.

3.6.Зажор.

Зажор льда есть составная часть процесса замерзания реки.

Зажор - возникает осенью за счёт шуги - рыхлых кусков внутриводного льда и мокрого снега, которые образовались в верхних участках реки. Важной особенностью является образование внутриводного льда во время ледостава. При большой скорости течения и низкой температуре вода охлаждается по всей глубине. При снижении температуры чуть ниже 0°С образуется внутриводный лёд, который, всплывая, образует рыхлые скопления - шугу. Низ течения замерзает, наносимая сверху шуга задерживается и нарастает под ледяным покровом, особенно у кромки и за полыньей. Возникает некая "пасть", захватывающая всю снежно-ледовую массу, - зажор.

3.7.Затор

Затор - ледяная плотина на реке.

Затор льда - неотъемлемая составная часть процесса вскрытия реки

В строении затора выделяют три участка:

а) замок затора, представляющий собой покрытый трещинами ледяной покров или перемычку из ледяных полей, заклинивших русло;

б) затор, или голова затора, - многослойное скопление хаотически расположенных льдин, подвергшихся интенсивному торошению;

в) хвост затора - примыкающее к затору однослойное скопление льдин в зоне подпора.

3.8.Ветровой нагон.

Ветровой нагой: следствием сильных циклонов, и особенно тропических циклонов, является сильный ветер, перемещающий большие массы воды на большой площади. Разгоняющаяся масса воды волнами обрушивается на берег.

Факторы опасности ветровых (нагонных) наводнений: сильный ветер, нагонные волны и интенсивные осадки. Разрушительная способность выражается в баллах и зависит от скорости ветра.

4.Факторы опасности и поражающие факторы наводнений:

4.1.Факторы опасности:

1. высота изменения уровня вод;

2. скорость его изменения;

3. продолжительность периода подъёма;

4. сопровождающие явления (ветер, оползни, размыв грунта, бурные потоки, уничтожение сельскохозяйственной продукции, скота, гибель людей и др.)

4.2.Поражающие факторы:

быстрый подъем воды и резкое увеличение скорости течения, приводящие к затоплению территории, гибели людей и скота, уничтожению имущества, сырья, продовольствия, посевов, огородов и т. п.;

- низкая температура воды, пребывание в которой людей может приводить к заболеваниям и гибели;

- снижение прочности и срока службы жилых и производственных зданий;

- смыв плодородной почвы и заиливание посевов.

Совместное воздействие волн, ветра, ливневых осадков вызывает затопление местности. Это сопровождается значительным размывом побережья, приводит к разрушению зданий и сооружений, размыву железнодорожных и автомобильных дорог, авариям на коммунально-электрических сетях, уничтожению посевов и другой растительности, жертвам среди населения и к гибели домашних животных и природных экосистем. После спада воды проседают здания и земля, начинаются оползни и обвалы.

Заключение.

Гидрологическая наука довольно успешно справляется с расчетами и прогнозами максимальных расходов и уровней воды редкой повторяемости, сопровождающихся наводнениями. Тем не менее точность методов расчетов и прогнозов, заблаговременность предсказания оставляют желать много лучшего. Есть все основания полагать, что с широким внедрением в практику новых технических средств сбора и обработки текущей информации о состоянии природной среды (об уровнях и расходах воды в реках, количестве выпавших атмосферных осадков, запасах воды в снежном покрове, влажности почвы и пр.), в частности с помощью автономных самопишущих приборов, радиолокаторов, специально оборудованных самолетов, спутников и т. д., положение изменится к лучшему. И все же на сегодняшний день главное состоит в дальнейшем углублении наших знаний о сущности процесса формирования паводочного стока в конкретных физико-географических условиях, прежде всего при экстремальных ситуациях. Ведущиеся сейчас широким фронтом стационарные и экспедиционные полевые наблюдения, лабораторные эксперименты и теоретические исследования несомненно принесут свои плоды.

Человек продолжает застраивать берега рек и озер, активно осваивает речные долины, штурмует горы. В силу этих-причин размах работ по борьбе с наводнениями нарастает. Наводнения как стихийное бедствие становятся все более нетерпимыми. Научное, инженерное и социально-экономическое обоснования проектов защиты от наводнений относятся к числу важнейших задач специалистов многих профилей, прежде всего гидротехников, гидрологов, экологов и экономистов.

Список литературы:

Авакян А. Природные и антропогенные причины наводнений/2001, №9 – с.22-27
Осипов В.И. Природные катастрофы на рубеже 21 века/Вестн. РАН.-2001.-№ 4-с.291-302
Нежиховский Р.А. Наводнения на реках и озерах. – М.: Гидрометеоиздат, 1988.