Том 2

Снежно-ледовые явления

Россия — северная страна. На большей части ее территории более полугода лежит снег и температура воздуха опускается ниже 0°C. С этим периодом связаны опасные снежно-ледовые явления (снежные заносы, наледи, заторы льда на реках, в горах снежные лавины и сели), которые существенно усложняют хозяйственную деятельность, а в отдельных случаях приводят к гибели людей.

Нивально-гляциальная активность территории — это сумма активностей всех нивально-гляциальных явлений, выраженной в баллах (1 балл — слабая, 2 — умеренная и 3 — сильная). Для каждого явления эти градации установлены по количественным значениям активности явления. Негативное воздействие снежно-ледовых явлений на хозяйственную деятельность и здоровье человека проявляется в виде: разрушения зданий и сооружений; полного или частичного вывода их из эксплуатации, непосредственного поражения техники и людей, остановки или задержки движения по дорогам.

Наибольшую угрозу для сооружений и коммуникаций представляют подвижки ледников и селевые потоки высокой плотности, а также водокаменные, наносоводные, водные, водоснежные, лавинные потоки, заторные скопления льда и наледный лед.

В зоне возможного продвижения языка пульсирующего ледника размещать здания и сооружения крайне опасно. Как показала Кармадонская катастрофа в Республике Северная Осетия–Алания в 2002 г., подвижка ледника происходит раз в несколько десятков лет, прогноз этого события пока очень затруднен, предотвратить его невозможно. Селевые, лавинные и водоснежные потоки, низвергаясь с высот несколько сотен метров, обладают колоссальной кинетической энергией и способны разрушить или вывести из строя практически любые объемные сооружения (здания, опоры ЛЭП и др.), а также коммуникации и хозяйственные объекты, попадающие в зону транзита. Самое разрушительное воздействие на инженерные сооружения оказывают селевые потоки высокой плотности — грязе- и водокаменные, нередко они разрушают полотно автомобильных и железных дорог и мосты. К частичному разрушению полотна дороги, проходящей в насыпи, и мостовых переходов на ней иногда приводят снежные и ледяные лавины, а также водоснежных потоки. Воздушная волна, сопровождающая сход снежной лавины, способна разрушить деревянные здания, другие легкие сооружения, сломать молодой лес, повредить опоры линий связи и электропередачи.

К разрушению дорожного полотна, дорожных сооружений и мостовых переходов приводят также заторы льда на реках, наледи, выходящие к дорогам. Появление наледного льда на водопропускных сооружениях железных и автомобильных дорог приводит обычно к их разрушению и выводу из эксплуатации. Взрыв наледных бугров — гидролакколитов высотой до 3–5 м и шириной по основанию 10–50 м сопровождается образованием воронки глубиной 4–5 м, выбросом глыб льда массой в несколько тонн, выходом мощного потока воды, что разрушает дорожное полотно.

Дороги и различные сооружения нередко выводятся из эксплуатации в результате завала месивом камня и грязи, снега и льда при прохождении или остановке селевых и водоснежных потоков, лавин, образования снежных заносов и наледей. Размеры образующихся на дорогах завалов существенно зависят от расположения дороги на склоне; состава, объемов и плотности перемещаемых масс; характеристик русла и потока. Длина поражаемого участка дороги, как правило, соответствует ширине потока и составляет обычно 20–150 м, достигая 200 м и более в случае склоновых лавин и грязекаменных селей.

Высота лавинных завалов на дороге достигает 6–10 м у нагорного откоса, на дне широкой долины составляет 10–15 м, а узкой — до 40 м и более. Толщина селевых отложений, в зависимости от плотности селевой массы и условий местности, колеблется обычно в пределах 0,5–1,0 м для селей малой плотности и 1,5–2,0 м для грязекаменных отложений. Наледный лед образуется на поверхности горных дорог при замерзании талых и просачивающихся подземных вод на участках в несколько десятков метров при толщине льда до 0,3–0,5 м. Наледи Сибири на протяжении нескольких сотен метров поражают автомобильные и железные дороги. Протяженность снежных заносов высотой 4–8 м и более достигает многих километров.

Объем переноса снега характеризует метелевую активность территории, т. е. перенос ветровым потоком снежных частиц, выпадающих из облаков и сдуваемых с поверхности снежного покрова. При метелях образуются снежные заносы — отложения снега на дорогах, на застроенных территориях, у различных объектов и сооружений. Метели и связанные с ними снежные заносы нарушают эксплуатацию транспортных коммуникаций, открытых горных разработок, усложняют хозяйственную деятельность зимой, особенно в восточных и северных районах России. По силе ветра, формирующего снеговетровой поток, различают метели: слабые при скоростях ветра (v) менее 10 м/с; обычные при v=10–20 м/с; сильные при v=20–30 м/с; очень сильные при v=30–40 м/с и сверхсильные при v более 40 м/с. Метели последних двух типов относят к категории катастрофических.

Максимальный объем переноса снега 5% обеспеченности подсчитан на основе данных о скорости метелевых ветров и продолжительности метелей по ежедневным данным 300 пунктов. Дополнительной характеристикой служат розы ветров при метелях, построенные для ряда станций. Наиболее интенсивный перенос наблюдается на обширных открытых заснеженных пространствах в отсутствии растительности, при высоких скоростях ветра, малой плотности и прочности снега. На равнинах интенсивность и повторяемость метелей уменьшается с севера на юг, что обусловлено прежде всего ветровым и термическим режимами. Наиболее мощные заносы, достигающие в выемках 7–10 м, встречаются на Крайнем Севере России. В залесенной местности, в особенности в таежных районах, снежные заносы наблюдаются редко, поскольку скорости ветра под кронами деревьев не достигают тех критических значений, при которых снег с поверхности может вовлекаться вветровой поток. Сильные снежные заносы наблюдаются также в степной и лесостепной зонах, где в понижениях овражно-балочной сети их мощность может достигать 10 м.

Возможные объемы отложений снега у преград при скоростях метелевых ветров 5%обеспеченности рассчитаны на основе более 700 точечных определений объемов отложений снега с учетом баланса переноса снега. Принимались во внимание разная степень сдувания снега в безлесных и залесенных районах, потери на испарение и таяние снега во время зимних оттепелей, влияние на перенос снега неровностей рельефа. Объем приносимого к объекту снега определялся как сумма месячных объемов, рассчитанных для всех месяцев со средней месячной температурой ниже –5°С. Плотность свежеотложенного у преграды снега составляет от 120 до 450 кг/м³. Наибольшая плотность его наблюдается при катастрофических метелях (со скоростью более 30 м/с). Плотность свежеотложенного снега быстро возрастает в результате оседания снежной толщи в первые дни, наиболее интенсивно при относительно высоких температурах воздуха и снега (от 0 до –3°С). Самые рациональные средства борьбы со снежными заносами на транспортных коммуникациях — это снегозащитные насаждения, снегозадерживающие устройства, незаносимые профили земляного полотна и механическая уборка снега.

Важный показатель заносимости территории снегом — это средняя продолжительность метелей в дни с метелью. По территории России эта характеристика меняется от 4–5 ч в южных районах Забайкалья до 10–11 ч в метелевых районах Севера. На большей части Европейской части России продолжительность метелей составляет 6–8 ч (максимальные до 9–11 ч), в Предуралье и в центральной части Ставрополья превышает 9 ч (максимальная продолжительность 12–14 ч). На дальневосточном и арктическом побережье отмечается наибольшая из средних продолжительность метелей — 10–11 ч в день (максимальная до 15 ч).

В морозную туманную погоду на ветвях деревьев, опорах ЛЭП, проводах появляется изморозь — рыхлые гололедно-изморозевые отложения ледяных кристаллов. В туманную и ветреную погоду с наветренной стороны предметов вырастает зернистая изморозь — рыхлый лед аморфного строения. При повышении температуры вместо изморози возникает более опасное явление — гололед. Корка намерзшего льда достигает нескольких сантиметров, и если гололед сопровождается сильным ветром, обламываются целые деревья, рушатся мачты электропередач, обрываются высоковольтные линии. На карте показаны возможные массы гололедно-изморозевых отложений 10% обеспеченности. Наблюдения за величиной гололеда ведутся на гололедном станке, т. е. на жестко закрепленных проводах длиною в 1 метр и диаметром 5 мм, на высоте 2 м над поверхностью земли, и затем пересчитываются с учетом плотности гололедных и изморозевых отложений для проводов диаметром в 10 мм, висящих на высоте 10 м. В основе расчетов лежат данные 20-летних наблюдений и графики зависимости массы гололедно-изморозевых отложений от высоты местности и степени открытости пунктов наблюдений.