Том 2

Заторы. Зажоры. Наледи

На реках России, протекающих в различных физико-географических зонах, образование ледостава или очищение водной поверхности ото льда происходит, как правило, не одновременно по всей длине реки. В результате формируются заторно-зажорные явления, которые вызывают резкие подъемы уровней воды, приводящие к зимним наводнениям.

Зажоры возникают в осенне-зимний период на участках, где интенсивно образуется шуга при резком изменении уклона водной поверхности. Они формируются путем вовлечения скоплений шуги, образованной частицами внутриводного льда, под ледяной покров. Образование зажоров сопровождается значительным уменьшением живого сечения русла.

Затор представляет собой скопление льдин, возникших в связи с разрушением ледяного покрова при ледоходе, и также сопровождается уменьшением живого сечения потока.

На реках и в нижних бьефах гидроузлов могут наблюдаться два основных типа образования заторов — заторы подныривания и заторы торошения. Первые образуются при увлечении льдин под ледяной покров. Этот тип встречается главным образом на узких реках (шириной до 100 м) при подходе к кромке льда отдельных льдин, образовавшихся в результате разлома заберегов или в период пропуска льда через гидроузел. Заторы торошения образуются при подвижке и навале льда главным образом на широких реках при взламывании ледяного покрова в результате прохождения волн попуска или весеннего половодья.

Заторы торошения могут образовываться и при наличии, и при отсутствии связей ледяного покрова с берегами реки.

Ледяной покров примерзает к берегам, как правило, в суровые зимы на узких водотоках. На средних и широких реках, особенно в нижних бьефах гидроузлов он находится в плавающем состоянии, т. е. жестко не прикреплен к берегам.

Заторы льда на реках России образуются в тех местах, где транспортирующая способность русла сравнительно невелика. Образование заторов на реках, текущих с севера на юг, обычно начинается в нижнем течении основного русла (Волга, Кама, Ока и др.), а на реках, текущих с юга на север (Северная Двина, Обь, Енисей, Лена, Колыма и др.) — в верхней части бассейна, особенно на участках с «опасной» речной морфометрией (с сильной кривизной русла, песчаными отмелями, островками и т.п.).

Интенсивность образования заторов, их толщина и длительность существования определяются ледовой обстановкой перед вскрытием реки и особенностями гидрометеорологических и гидравлических условий в период весеннего половодья.

Заторы льда снижают транспортирующую способность русла и вызывают резкие и высокие подъемы уровня воды в реках, что приводит к затоплению обширных территорий.

Зимние наводнения и воздействие льда в период весеннего ледохода на хозяйственные объекты, гидротехнические и транспортные сооружения и водные экосистемы наносят существенный экономический ущерб и служат причиной временного нарушения экологического равновесия в водных объектах.

На реках Севера, Северо-Запада, Сибири и Дальнего Востока России уровень воды в период образования заторов, как правило, превышает уровень весеннего половодья или осеннего паводка. Это характерно и для горных рек.

Наледь — ледяной массив, образующийся на поверхности земли, льда, водоема, водотока или инженерного сооружения в результате замерзания периодически изливающихся природных или техногенных вод. Принято различать естественные, сопутствующие и искусственные наледи. Первые образуются в результате замерзания подземных, поверхностных или атмосферных вод, изливающихся на поверхность намерзания в естественных условиях, существовавших до начала строительства или иного освоения территории. Причинами их образования чаще всего служат естественная разгрузка подземных и приповерхностных грунтовых вод, промерзание водоносных слоев, колебания расходов подземных вод, попеременное таяние и замерзание снега при частом переходе температуры воздуха через 0°С, жидкие атмосферные осадки.

Сопутствующие наледи могут возникать при инженерном обустройстве территории — создании насыпей и выемок, укладке трубопроводов, строительстве дорог и мостов, при возведении опор ЛЭП, зданий и других инженерных сооружений. Эти наледи образуются в результате нарушения естественного водно-теплового режима подстилающих грунтов, что приводит к промерзанию водоносного тракта и ускорению излива на поверхность грунтовых и подземных вод, а также в результате приложения внешней нагрузки на ледяной покров и сброса промышленных и бытовых вод в зимний период.

Искусственные наледи создаются целенаправленной подачей воды на выбранную (созданную) поверхность намерзания.

Естественные наледи различают по размерам: 1 — малые (до 1000 м³); 2 — средние (1000...10 000 м³); 3 — большие (10 000...100 000 м³); 4 — очень большие (100 000...1 000 000 м³); 5 — гигантские (более 1 000 000 м³). По месту отложения льда выделяют наледи русловые, логовые, косогорные, откосные, равнинные и т.п. По типу наледеобразующих вод различают наледи: поверхностных, подземных и смешанных вод.

На территории России в наледях аккумулируется примерно 94 км³ воды (45% — в речных наледях и 55% — в наледях подземных вод). Площадь всех наледей достигает 128 тыс. км² — около 1% площади криолитозоны. Наиболее широко наледи распространены в горных районах. Средняя толщина наледей подземных вод составляет 2–2,5 м, максимальная достигает 10–12 м, а площадь — десятков квадратных километров. Наибольшие наледи встречаются в зоне сплошного распространения многолетней мерзлоты. Так, самая крупная в мире наледь расположена в Улаханской долине реки Мома — правого притока реки Индигирка и называется Большая Момская, или Момский Улахан-Тарын. Ее площадь более 100 км², толщина от 3 до 8 м и объем около 0,5 км³. Относительная наледность территории, особенно на Северо-Востоке России, местами превышает 4–5%, достигая в отдельных случаях 10%. Речные наледи образуются практически на всех реках длиной от 10 до 700 км. На реках большей длины наледи, как правило, не образуются.

Экологическая роль наледных процессов проявляется, прежде всего, в перераспределении талого стока (приводит к его замедлению); в затруднении добычи животными корма под ледяными корками; в воздействии на микроклимат (снижение температуры теплого периода) и виды растительных сообществ наледных полян; в возможности использования наледного льда в качестве источника водоснабжения и хладоагента.

Наледные участки долин в зимнее время часто непроходимы для транспорта. Наледи около дорог и других сооружений приводят к оползанию и просадке земляного полотна, пучению мостовых опор, быстрому дроблению и крошению бетона. Образование наледей в водопропускных коллекторах и дренажных канавах может вызвать образование наледей на самом дорожном полотне, в результате чего усложнится или прекратится движение по дороге. А во время весеннего половодья это ведет к размыву дорожного полотна.

Образование наледей в горных выработках (в штольнях и шахтных стволах) может сделать их непригодными для работы. Образование искусственных наледей в результате сброса сточных вод ведет к заболачиванию окружающей местности и развитию термокарстовых процессов.