Ветровые нагоны

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления »

УЛАН-БАТОРСКИЙ ФИЛИАЛ

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

На тему: «Ветровой нагон»

 

 

 

Выполнил:

 

Проверил: 

 

 

 

 

Улан-Батор 2015 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1

1. Общие сведения о наводнениях
2. Нагонные наводнения
3. Ветровой нагон. Определение
4. Условия возникновения ветрового нагона

Глава 2

2.1  Классификация

2.2 Причины

Глава 3

3.1  Опасность. Обеспечение  безопасности от ветрового нагона

Заключение

Список использованных источников

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

   

    Человек давних пор селился у воды. Это было удобно и жизненно необходимо. Реки и озера давали пищу, снабжали водой, приводили человека к морям. Веками длилась дружба человека с рекой и морем. Но иногда происходили наводнения, которые затапливали большие участки территории, приводили к жертвам.  
На территории России наводнения постоянно грозят почти 750 городам и нескольким тысячам других населенных пунктов. В исключительно многоводные годы (например, в 1926 и 1966 гг.) площадь затоплений составила до 150 тыс.км2, а в средние по затопляемости годы - до 60 тыс. км2 Для большинства городов России периодичность наводнений может составлять от 5 до 20 лет.  

     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.

Цель данной работы изучить понятие наводнение и изучить меры по защите от них. 

    Были поставлены задачи для решения данной цели:  
- Изучить понятие и классификации наводнений;  
- Выявить причины их возникновения;  
- Изучить меры по предотвращению наводнений. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НАВОДНЕНИЯХ

    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.

    Причины наводнений многообразны, и каждой причине или группе причин соответствует свой вид наводнения. Ниже укажем четыре группы видов наводнений:

1  Наводнения, связанные с прохождением очень большого для данной реки расхода воды. Такие наводнения случаются в период весеннего снеготаяния, при выпадении обильных ливневых и дождевых осадков, в случае крушения плотин и при прорывах завальных озер.

2     Наводнения, вызванные в основном большим сопротивлением, которое водный поток встречает в реке. Это обычно происходит в начале и в конце зимы при зажорах и заторах льда.

3 Наводнения, обусловленные как прохождением больших расходов воды, так и значительным сопротивлением водному потоку. К нт1 относятся селевые потоки на горных реках и водно-снеговые потоки в балках, оврагах и ложбинах.

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

    В пределах Советского Союза преобладают наводнения первой группы (около 80 % всех случаев). Они встречаются на равнинных и горных реках, в северных и южных районах и т. д. Остальные виды наводнений имеют локальное распространение.

 

 

 

 НАГОННЫЕ НАВОДНЕНИЯ

    Устьевые области крупных рек, впадающих в моря, являются наиболее плотно населенными районами земного шара. Обилие соленой воды, плодородие почвы, богатство рыбных ресурсов. Наличие речных и морских путей — все это издавна привлекало сюда человека. Поэтому устьевые области рек всегда были центрами цивилизации. Из 200 столиц мира около половины находится в морских устьях рек. Семнадцать из двадцати трех родов-мультимиллионеров (т. е. с численностью населения свыше 5 млн. человек) расположены в устьях рек. Короче говоря, здесь, в устьях рек, сосредоточивается сгусток человеческой жизни. В первую очередь это относится к южным районам. Менее благоприятны природные условия в устьях рек в умеренной зоне и совсем неблагоприятны в полярных районах. Тем не менее и здесь повсеместно в устьях крупных рек расположены города, развито судоходство и интенсивно рыбное хозяйство.

    Приходится считаться с тем, что устьевые области многих крупных рек гораздо чаще, чем другие прибрежные районы, оказываются во власти грозных стихийных сил природы — нагонных наводнений.

    Нагон воды представляет собой подъем уровня, вызванный воздействием ветра на водную поверхность. Нагоны, приводящие к наводнениям, случаются время от времени в морских устьях крупных рек, а также на берегах больших озер и водохранилищ.

    Нагон воды — понятие емкое, и его можно трактовать в узком и в широком смысле слова. В узком смысле слова, нагон воды возникает на наветренном берегу водоема (озера, водохранилища, моря) за счет касательного напряжения на плоскости раздела вода — воздух. Вовлекаемые ветром в движение в сторону наветренного берега поверхностные слои воды испытывают лишь сопротивление нижних слоев воды. С образованием уклона водной поверхности под действием силы тяжести нижние слои начинают двигаться в противоположном направлении, 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. Обычно в южной части циклона находится сектор с относительно теплым воздухом. Линия раздела между холодным и теплым воздухом в циклоне называется атмосферным фронтом или просто фронтом.                   Ветер в циклоне достигает наибольшей силы в полосе фронта. Обычно циклон перемещается со скоростью 30—50 км/ч. В силу отмеченных особенностей проходящий над водоемом циклон создает не только нагон и сгон, но также длинную волну и сейшу. Под длинной волной понимается волна, длина которой в сотни и тысячи раз превышает глубину водоема. Сейша—колебательное движение водных масс около одного или нескольких центров; оно возникает из-за разности атмосферного давления в противоположных частях водоема или как остаточное явление после прекращения действия вынуждающих сил — нагона и сгона, длинной волны. Так что нагоны воды в широком понимании слова — это и нагон — сгон, и длинная волна, и сейша.

    Общим для морских устьев рек является то. что нагон может совпасть с приливом или отливом; соответственно он будет либо несколько большим, либо несколько меньшим. В течение суток наблюдается два прилива и два отлива. В продолжение же лунного месяца высота полусуточного прилива зависит от взаимного положения ближайших небесных тел. Прилив бывает самым большим, когда Солнце, Земля и Луна находятся на одной прямой линии. Такой прилив называется сизигийным.

    Еще одна общая закономерность для морских устьев рек состоит в том, что нагонная волна распространяется вверх по реке на тем большее расстояние, чем меньше уклон водной поверхности и больше глубина реки. А так как крупные реки в своих устьевых областях как раз и обладают малыми уклонами и значительными глубинами, то нагонная волна на таких реках иногда распространяется на многие сотни и даже тысячу километров. На малых реках дальность распространения нагонной волны исчисляется десятками километров. Отнюдь не обязательно, чтобы самый большой подъем уровня отмечался в устье реки. До некоторого пункта на реке величина подъема может нарастать, затем начать уменьшаться.

    Нагоны создаются сильными и продолжительными (не менее 5-6 часов) северными и северо-западными ветрами. Самые благоприятные условия возникают тогда, когда предыдущий циклон нагнал воду из Баренцева моря в Белое, а следующий циклон создал нагон в самом Белом море. Большей частью значительные нагоны приходятся на осень.

 

 

 

 

ВЕТРОВОЙ НАГОН. ОПРЕДЕЛЕНИЕ

    Ветровой нагон – это вертикальный подъем уровня воды на подветренной стороне водоема, вызванный воздействием ветра на водную поверхность, в результате чего вода перемещается в направлении ветра и затапливает часть берега.

   Нагон— повышение уровня воды, вызванное воздействием ветра.

    Следствием сильных циклонов, и особенно тропических циклонов, является сильный ветер, перемещающий большие массы воды на большой площади. Разгоняющаяся масса воды волнами обрушивается на берег. Угрозу для приморских районов, лежащих на пути движения циклонов, представляют нагонные наводнения. Причина их возникновения заключается в образовании длинной волны в центре действия циклона при его прохождении над морем. При подходе к побережью в районе шельфовой зоны высота волны резко возрастает. Её существенному увеличению способствуют сужения в заливах и эстуариях. Особую опасность нагонные наводнения представляют на побережьях с пологими невысокими берегами (как, например, в Санкт-Петербурге) или же там, где 25% территории находится ниже уровня моря (как, например, в Нидерландах). Нагонные наводнения обычно вызываются сильными штормами, ливнями и ураганным ветром. По своим последствиям они могут быть особенно тяжелы, если по времени совпадут с приливом.

    Если бы ветер был не нагонным, а сгонным, т. е. если бы он обладал слагающей, направленной слева направо (смотря с берега на море), то все построения сохранили бы силу, но только вместо нормальной слагающей поверхностного течения, направленной к берегу, появилась бы нормальная слагающая, направленная от берега в море и вызванная своего рода присасывающим действием ветра.

 

 

 

 

 

 

УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ВЕТРОВЫХ НАВОДНЕНИЙ 

1  Сильные ветры при прохождении циклонов вызывают усиленное волнообразное движение морских вод в сторону наветренного берега. У побережья происходит подъём уровня воды.  
2    В центре циклона образуется длинная волна, её длина во много раз превышает глубину акватории, где она движется.  
3  Сейши - свободные колебания воды без её перемещения вдоль поверхности около одного или нескольких центров, происходящие по инерции после ослабления ветра.  
4   Пологий, низкий морской берег.

    Таким образом морские нагоны чаще всего являются следствием совместного действия всех четырех факторов (Финский залив Ленинграда, Нидерланды). Барическое поднятие уровня моря достигает 1м, редко 2,5 м; длинные волны, обусловленные собственно нагоном, могут достигать 8 - 12 м; короткие ветровые волны - до 2,5 м.

    Согласно историческим наблюдениям уровень моря может подняться на 4 - 5 м на Охотском побережье, на 6 - 8 на атлантическом берегу США, на 8 - 10 м - Япония, Филиппины, Гавайи, на 11 - 12 м - в дельте Ганга, Бангладеш, на 12 - 13 м - в Австралии. Гребни волн могут подниматься на 4 - 5 м над штилевым морем. Передняя волна нагона идёт стеной высотой в несколько метров, опережая ветер на время до получаса. Максимальный уровень нагона держится 10 - 20 мин, затем до 10 ч сохраняется более низкий уровень.  
    В устьях рек со слабым уклоном нагонные волны уходят далеко вверх и подпруживают реку в нижнем течении, вызывая подъём воды и затопление. На Амазонке нагонная волна от прилива проходит 1400 км, и высота её иногда достигает 3 м. При совпадении прихода циклона с приливом нагон сильнее.

    Для прогнозирования величины подъёма уровня воды в конкретном населённом пункте используются различные математические оценки зависимости подъёма уровня воды от высоты сформировавшейся в море длинной нагонной волны и действующего на неё ветра.

 

 

 

КЛАССИФИКАЦИЯ НАВОДНЕНИЙ ПО МАСШТАБУ

    Низкие (малые): они наблюдаются на равнинных реках. Охватывают небольшие прибрежные территории. Затопляется менее 10 % сельскохозяйственных угодий. Почти не нарушают ритма жизни населения. Периодичность повторения 5—10 лет.

   Опасные: наносят ощутимый материальный и моральный ущерб, охватывают сравнительно большие земельные участки речных долин, затапливают примерно 10—20 % сельскохозяйственных угодий. Существенно нарушают хозяйственный и бытовой уклад населения. Приводят к частичной эвакуации людей. Повторяемость 20—25 лет.

   Особо опасные: наносят большой материальный ущерб, охватывая целые речные бассейны. Затапливают примерно 50—70 % сельскохозяйственных угодий, некоторые населённые пункты. Парализуют хозяйственную деятельность и резко нарушают бытовой уклад жизни населения. Приводят к необходимости массовой эвакуации населения и материальных ценностей из зоны затопления и защиты наиболее важных хозяйственных объектов. Повторяемость 50—100 лет.

    Катастрофические: приводят к гибели людей, непоправимому экологическому ущербу, наносят материальный ущерб, охватывая громадные территории в пределах одной или нескольких водных систем. Затапливается более 70 % сельскохозяйственных угодий, множество населённых пунктов, промышленных предприятий и инженерных коммуникаций. При этом полностью парализуется хозяйственная и производственная деятельность, временно изменяется жизненный уклад населения. Эвакуация сотен тысяч населения, неизбежная гуманитарная катастрофа требует участия всего мирового сообщества, проблема одной страны становится проблемой всего мира. В случае близкого расположения города к реке, испытывающей наводнение, на не очень высоком месте, как правило, затапливает и его.

 

 

 

 

 

ПРИЧИНЫ  НАВОДНЕНИЙ  
 
    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 причинах, которое наносит урон здоровью людей и даже приводит к их гибели, а так же причиняет материальный ущерб. 
    Причины, приводящие к наводнениям:  
1) Заторные, зажорные наводнения (заторы, зажоры). Большое сопротивление водному потоку на отдельных участках русла реки, возникающее при скоплении ледового материала в сужениях или излучинах реки во время ледостава (зажоры, зажоры) или ледохода (заторы). Заторные наводнения образуются в конце зимы или начале весны. Они характеризуются высоким и сравнительно кратковременным подъёмом уровня воды в реке. Зажорные наводнения образуются в начале зимы и характеризуются значительным (но менее, чем при заторе) подъёмом уровня воды и более значительной продолжительностью наводнения.  
2) Нагонные наводнения (нагоны). Ветровые нагоны воды в морских устьях рек и на ветреных участках побережья морей, крупных озёр, водохранилищ. Возможны в любое время года. Характеризуются отсутствием периодичности и значительным подъёмом уровня воды.  
3) Наводнения (затопления), образующиеся при прорывах плотин. Излив воды из водохранилища или водоёма, образующийся при прорыве сооружения напорного фронта (плотины, дамбы и т. п.) или при аварийном сбросе воды из водохранилища, а также при прорыве естественной плотины, создаваемой природой при землетрясениях, оползнях, обвалах, движении ледников. Характеризуются образованием волны прорыва, приводящей к затоплению больших территорий и разрушению или повреждению встречающихся на пути её движения объектов.

 

 

 

 

 

 

ОПАСНОСТЬ. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ

    Ветровой нагон является стихийным бедствием, если уровень воды настолько высок, что происходит затопление городов и населенных пунктов, повреждение промышленных и транспортных объектов, посевов сельскохозяйственных культур.

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

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

    Главные факторы, влияющие на величину нагонного уровня – это скорость и направление ветра. В таких условиях скорость обычно достигает 25 м/с, а иногда и более.

Факторы опасности ветровых (нагонных) наводнений:

• сильный ветер;
• нагонные волны и интенсивные осадки;
• разрушительная способность выражается в баллах и зависит от скорости ветра.

Поражающие факторы:

1 Первичные:

• - затопление территории слоем воды разной толщины (до 2 м);
• - длительность стояния паводковых вод (до 90 дней для крупных рек, малых - до 7 дней);
• - скорость нарастания уровня паводковых вод;
• - скорость движения воды до 4 м/с;
• - размыв и смыв грунта в зонах затопления;
• - заражение и загрязнение местности;
• - наносы;
• - уничтожение урожая, кормовой базы.

 

 

2 Вторичные:

• - при заторах - давление льда на береговые сооружения и их разрушение;
• - подъем грунта, снос построек;
• - утрата прочности сооружений;
• - разрушение коммуникаций: в результате размыва и подмыва;
• - оползни, обвалы;
• - аварии на транспорте;
• - загрязнение территории.

 

Основные характеристики последствий наводнения:

- численность  населения, оказавшегося в зоне, подверженной наводнению;

- количество  населенных пунктов, попавших в  зону наводнения;

- количество  предприятий, протяженность автомобильных  и железных дорог, линий электропередачи, связи и коммуникаций, оказавшихся  в зоне затопления;

- количество  погибших животных, разрушенных  мостов и тоннелей.

Виды ущербов от наводнений:

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

- К косвенному  ущербу обычно относят: затраты  на приобретение и доставку  в пострадавшие районы продуктов  питания, строительных материалов и кормов для скота, сокращение выработки продукции, ухудшение условий жизни населения.

- Прямой и  косвенный ущербы находятся, большей  частью, в соотношении 70% : 30%.

В районах возможного возникновения наводнений проводится ряд предупредительных мероприятий, направленных на снижение степени воздействия их поражающих факторов и последствий для населения, экономики и окружающей среды.

    Обеспечение безопасности: может осуществляться строительными (инженерными) методами — строительство водохранилищ, дамб, русловыправительные и др. работы, а также хозяйственно-административными методами — установление правил и норм эксплуатации, регулирования режима эксплуатации затапливаемых земель, создания системы прогнозирования наводнений, информации населения об их угрозе.

 

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 ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1  Болдаков Е. В. Жизнь рек.— М. Гос. изд-во технико-теоретической литературы. 1993.—64 с.

2  Виноградов Ю. Б. Этюды о селевых потоках.— Л. Гидрометеоиздат. 1990.— 144 с.

3 Гинко С.С. Катастрофы на берегах рек.— 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 и антропогенные причины наводнений/2001, №9 – с.22-27

7 Осипов В.И. Природные катастрофы на рубеже 21 века/Вестн.РАН.-2001.-№4-с.291-302

8 Нежиховский Р.А. Наводнения на реках и озерах. – М.: Гидрометеоиздат, 1988.