ПРИРОДНЫЕ ЯВЛЕНИЯ И ПРОЦЕССЫ, СВЯЗАННЫЕ С ГИДРОСФЕРОЙ

Воды гидросферы оказывают значительное влияние на все процессы, протекающие как на поверхности Земли, так и в ее недрах, играют основополагающую роль в ее истории. Неблагоприятные и опасные явления, связанные с гидросферой, можно подразделить на гидрологические и гидрогеологические процессы (рис. 4.4).

Опасные явления в гидросфере [64]

Рис. 4.4. Опасные явления в гидросфере [64]

Гидрологические опасные процессы

К гидрологическим опасным явлениям на суше относятся наводнения; на реках — приливные волны; на море — айсберги, непроходимый лед, обледенение судов, сильные волнения и др.

Наводнение. Наибольшая опасность во внутренних водоемах связана с наводнениями, т.е. со значительным затоплением местности в результате подъема уровня воды в реке или озере в период снеготаяния, ливней или других явлений, вызывающих подъем уровня воды. Реки — постоянно действующие водотоки, собирающие атмосферные осадки и подземные воды с площади водосборного бассейна. Это важнейший компонент гидросферы, характеризующийся высокой скоростью водообмена. Главными характеристиками рек являются поверхностный русловый сток, т.е. количество воды, переносимое речным потоком за определенный отрезок времени, и расход воды. Для каждой реки в течение года характерно чередование паводков (половодий) и низкого уровня воды (межени). Количество воды во время половодий увеличивается в десятки раз.

Наводнения занимают первое место в мире по количеству жертв и причинению материального ущерба. По данным ЮНЕСКО, за последние 100 лет от наводнений погибло 9 млн человек, а от землетрясений и ураганов — 2 млн.

Наводнения происходят во все сезоны года и практически повсеместно (рис. 4.5).

Районы (заштрихованы), пострадавшие от наводнений (1997-1999) (по А.Б. Авакяну) [1, с. 519]

Рис. 4.5. Районы (заштрихованы), пострадавшие от наводнений (1997-1999) (по А.Б. Авакяну) [1, с. 519]

По данным А.Б. Авакяна, площадь паводкоопасных территорий на земном шаре в настоящее время составляет примерно 3 млн км2, на которых проживает 1 млрд человек, а ежегодные убытки в отдельные годы превышают 200 млрд долл. На одной и той же территории они могут происходить каждый год и даже несколько раз в году. Наибольшую опасность они представляют в плотно заселенных районах Юго-Восточной Азии, а именно — в странах Пакистана, Индии, Бангладеш, Китая (рис. 4.6). Наводнения охватывают обычно большую площадь и чаще всего начинаются внезапно, и поэтому люди не успевают к ним подготовиться. Основные факторы опасности — высота и скорость изменения уровня вод, продолжительность периода подъема воды. Бурные потоки приводят к разрушению зданий и сооружений, размыву берегов, железных и автомобильных дорог, авариям на электрических сетях, уничтожению посевов и др. После спада воды проседают здания, начинаются оползни и обвалы.

Количество наводнений на континентах земного шара в 1997-1999 гг. (по А.Б. Авакяну) [2]

Рис. 4.6. Количество наводнений на континентах земного шара в 1997-1999 гг. (по А.Б. Авакяну) [2]

Разнообразные литературные источники свидетельствуют о том, что Всемирный потоп, легенды и мифы о котором известны в более чем 150 преданиях многих народов, или сильное наводнение было реальным историческим событием, которое уничтожило только зарождавшиеся цивилизации на обширных равнинных пространствах Месопотамской низменности. В те времена, т.е. 5 тыс. лет назад, воды залива в силу эвстатического подъема проникали дальше на север или могли повышать свой уровень за счет ветрового нагона, а более влажный климат способствовал выпадению обильных осадков, особенно в горных районах, где быстрое таяние снегов могло вызвать наводнение в равнинной части долин двух великих рек.

Одним из наиболее разрушительных наводнений в Центральной Европе, которое назвали наводнением святой Марии Магдалины, считается наводнение, случившееся в 1342 г., когда из берегов вышли такие реки, как Рейн, Везер, Майн, Мозель, Верра, Эльба и другие, затопившие многочисленные города. Причиной стали шедшие на протяжении нескольких дней проливные дожди. Точное число утонувших неизвестно, по-видимому, их было несколько тысяч человек.

В 1970 г. в дельте реки Ганг произошло крупное наводнение, когда волна высотой около 10 м повернула реку вспять, затопив огромные территории и разрушив многочисленные деревни на берегах этой реки. Во время наводнения погибло около 1,5 млн человек, а от последствий его, таких как голод, эпидемии тифа и холеры, еще сотни тысяч.

Наводнения в Китае на реках Хуанхэ и Янцзы бывают довольно часто, например летом 1998 г. их было 13. Одной из самых страшных катастроф в Китае считается наводнение на реке Хуанхэ, случившееся в 1332 г., когда от разлива воды и начавшейся после этого чумы погибло 7 млн человек. Не менее крупная катастрофа произошла в 1887 г., когда уровень реки Хуанхэ поднялся на 20 м, было затоплено 11 городов и 300 деревень, погибло только по официальным данным 900 тыс. человек, а по неофициальным — от 2 до 6 млн.

На территории РФ наводнения угрожают 40 городам и нескольким тысячам населенных пунктов. Повторяемость наводнений в среднем колеблется от одного раза в 5—10 лет до одного раза в 15—20 лет. Но есть города, например Уфа, Орск, Курск и другие, где наводнения наблюдаются 1 раз в 2—3 года.

Наводнения могут быть вызваны различными причинами, связанными с особенностями речного стока воды и его изменениями в различное время года, такими как таяние снега и льда, ливневые осадки и нагонный ветер в устьях рек и др. В зависимости от этих причин различают несколько видов наводнений (табл. 4.2). Для России характерны в основном наводнения первых двух типов, составляющие примерно 70—80% случаев.

Классификация и причины наводнений

Название

Причины наводнения

Характер проявления

Половодье

Весеннее таяние снега

Повторяется периодически в один и тот же сезон. Характеризуется значительным и длительным подъемом уровней воды

Паводок

Обильные дожди, ливни, быстрое таяние снега при зимних оттепелях

Отсутствует четко выраженная периодичность. Характеризуется интенсивным и сравнительно кратковременным подъемом уровня воды

Затор

Нагромождение льдин во время весеннего ледохода, возникающее в сужениях или излучинах реки

Образуется в конце зимы или начале весны. Характеризуется высоким и сравнительно кратковременным подъемом уровня воды в реке

Зажор

Скопление шуги (рыхлого ледового материала) осенью во время ледостава в сужениях или излучинах реки

Образуется в начале зимы и характеризуются значительным (но менее чем при заторе) подъемом уровня воды и более значительной продолжительностью наводнения

Ветровой

нагон

Подъем воды, вызванный воздействием ветра на водную поверхность

Возможен в любое время года. Характеризуется отсутствием периодичности и значительным подъемом уровня воды

Завальное

Подъем воды, вызванный завалом

Распространяется вверх по течению реки

Прорывное

Прорыв плотин при оползнях, обвалах и т.д., аварии на гидротехнических сооружениях

Характеризуется образованием волны прорыва, приводящей к затоплению больших территорий и разрушению или повреждению встречающихся на пути ее движения объектов (зданий, сооружений и др.)

Половодье — это ежегодно повторяющееся сезонное длительное и значительное увеличение водности рек, сопровождающееся повышением уровня воды от нескольких метров до 10—20 м и более. Половодья возникают в результате таяния снега весной или в летнее время года на реках, берущих начало в горах. На характер формирования и прохождения половодья значительное влияние оказывает резкое повышение температуры весной, а также количество выпавшего зимой снега. Половодье может принять катастрофический характер, если инфильтрационные свойства почвы значительно уменьшились за счет перенасыщенности ее влагой из-за обильных осенних дождей или глубокого промерзания в суровую зиму. На уровень подъема воды оказывают влияние количество дождей в весенний период, а также совпадение пика весеннего половодья с пиком весеннего паводка. Наводнения такого типа характерны для рек центральных и северных районов Европейской части России, бассейнов рек Волги, Камы, Печоры, Северной Двины и др.

Катастрофическое половодье в Москве случилось в 1908 г., чему способствовало резкое потепление весной и быстрое таяние большого количества снега, выпавшего зимой. Вода в Москве-реке вышла из берегов, поднявшись почти на 9 м, было затоплено множество улиц и переулков в центральной части города. В районе Кремля уровень воды поднимался до 2 м от мостовой. Сумма ущерба оценивалась в 20 млн руб. До создания системы водохранилищ и строительства высоких гранитных набережных на Москве- реке такие наводнения были нередки в столице. В апреле 2004 г. в результате половодья в южных районах Хакасии затопило 24 населенных пункта, а ущерб превысил 29 млн руб.

Паводок — фаза водного режима реки, сравнительно кратковременное и непериодическое поднятие уровня воды в реке (ледники, снег, дождь). Паводок возможен в любое время года. Наиболее часто возникают наводнения, связанные с ливневыми осадками, между 40° северной широты и 40° южной широты, т.е. в районах с муссонным климатом. От дождевых паводков страдают практически все регионы России. Большие территории с водоупорными покрытиями в городах приводят к увеличению высоты подъема воды и площади затопления. Дождевые паводки могут возникать по несколько раз в год. Особенность таких паводков — неожиданность начала и конца, значительная интенсивность и кратковременность.

В 2002 г. из-за проливных дождей на юге России реки Кубань, Уруп, Белая и многие другие вышли из берегов, разрушив и повредив несколько десятков тысяч домов, а в США в 1973 г. вода в реке Миссисипи также в результате продолжительных дождей поднялась, затопив территорию в 50 тыс. км2.

Заторные наводнения характерны для рек, протекающих с юга на север. Для образования заторов большую роль играет температура в период ледохода. Весной на таких реках может образоваться ледяная плотина, перегородив путь воде с верховьев реки, где лед уже растаял. В низовьях реки Лены длина заторов достигает 50— 100 км, продолжение их существования — 12—15 дней. Заторный подъем воды на многих реках Сибири и Дальнего Востока, где ежегодная повторяемость составляет 70—100%, достигает 4—6 м, а иногда и 10 м. Заторные наводнения на Северной Двине случаются один раз в четыре года при высоте поднятия уровня воды — до 10 м.

В 1998 г. в районе города Ленска в Якутии, расположенного на одноименной реке, образовался ледяной затор, что вызвало подъем воды более чем на 10 м, а в 2001 г. этот город был вновь затоплен. Уровень воды поднялся на высоту почти 19 м, было унесено и разрушено более 10 тыс. домов, 490 км дорог, 590 км линий электропередач, эвакуировано 27 тыс. человек. В Лену вылилось 13 тыс. т солярки и бензина. Ущерб от наводнения составил 3,9 млрд руб.

Зажорные наводнения возникают поздней осенью и продолжаются от нескольких дней до конца зимы. Образованию зажоров способствуют различные русловые препятствия (острова, отмели, валуны, крутые повороты, сужения русла), скорость течения воды, температура воздуха в период ледостава, рельеф местности. Для образования зажора требуется много внутриводного льда — шуги, в скоплении которого образуется плотина, и вода начинает заливать все прилегающие участки, которые затем замерзают, образуя наледь. Соответствующие условия создаются на участках с активным перемешиванием воды — на предгорных реках и наиболее крутых участках равнинных рек.

На крупных реках площадь сечения русла в результате зажорных скоплений льда значительно сокращается, иногда до 80%. Подъем уровня достигает 5—6 м на Северной и Западной Двине, 6—7 м — на Ангаре и Енисее, до 12 м — на Нарыме.

В верхней части Ангары часто случались наводнения зажорного типа, связанные с поступлением в реку глубинных относительно теплых байкальских вод. В период ледостава в узких местах реки происходила закупорка русла ледовой массой, что вызывало стремительный подъем уровня реки на несколько метров и затопление центральной части города Иркутска. После строительства Иркутской ГЭС ситуация значительно улучшилась.

Завальные наводнения встречаются не так часто. Они образуются обычно в горных районах и связаны с оползнями, обвалами или подвижками ледников. В 1911 г. на территории Западного Памира в Таджикистане произошло сильнейшее землетрясение, во время которого в глубокое ущелье с протекающей по нему рекой Мургаб обрушилось огромное количество грунта и камня. В результате образовалась естественная плотина высотой почти в 500 м. Выше по течению возникло наводнение, затопившее кишлак Са- рез, поэтому и возникшее озеро носит такое имя. Длина Сарез- ского озера 75 км, глубина достигает 500 м. Водоем вмещает в себя 17 км3 воды, а окружающие горы возвышаются над озером более чем на 2416 м.

Прорывные наводнения связаны, прежде всего, с пульсирующими ледниками и прорывом приледниковых озер, а также с авариями на гидротехнических сооружениях. Паводки такого рода случаются в горных долинах не реже 1 раза в 10—20 лет, а по каждому горному району в целом — один раз в 2—5 лет.

В Киргизии, в горах Тянь-Шаня, на высоте более 3 тыс. м расположено красивейшее ледниково-подпрудное озеро Мерцбахера, в котором к концу лета собирается до 165 млн м3 воды (рис. 4.7). Площадь озера составляет около 4 км2. В 1964—1966 гг. верхнее озеро имело в длину 2—3 и в ширину 1,0—1,2 км. В конце лета озеро Мерцбахера ежегодно прорывается, вызывая на реках Иныльчек и Сарыджаз мощные паводки, длящиеся несколько дней. Максимальные расходы при прорыве озера Мерцбахера составляют 1000— 2000 м3/с.

В Гималаях за последние 200 лет отмечено 35 катастрофических прорывных паводков. Прорывное наводнение техногенного характера произошло в 1972 г. в США, когда, не выдержав напора из-за ливней, рухнула плотина Буффало-Крик, образовав волну высотой около 6 м. В результате погибло 125 человек, материальный ущерб составил 65 млн долл. В 1963 г. в Италии в водохранилище Вайонт с горы Моунт Ток сошел оползень объемом 240 млн м3 и погрузился в озеро. Волна, возникшая от него, поднялась на 250 м над уровнем плотины и обрушилась на ущелье, создав волну высотой 90 м, которая двигалась со скоростью 12 м/с. В результате возникшего наводнения было полностью уничтожено пять деревень, погибло по разным данным от 1900 до 2500 человек (рис. 4.8).

Строение прорывного озера Мерцбахера в горах Тянь-Шаня [29, с. 88, 89]

Рис. 4.7. Строение прорывного озера Мерцбахера в горах Тянь-Шаня [29, с. 88, 89]:

1 — ледник; 2 — современное положение оз. Мерцбахера; 3 — положение озера до 1960 г. 4545 м и 5332 м над уровнем моря

В 1993 г. в Свердловской области из-за продолжительных дождей разрушилась Киселевская грунтовая плотина на реке Какве. Было смыто 1550 домов, затоплен город Серов, а в 1994 г. в Башкирии произошел прорыв плотины Тирлянского водохранилища и нештатный сброс 8,6 млн м3 воды. В зоне затопления оказалось 4 населенных пункта, 85 жилых домов было полностью разрушено.

Ветровые нагоны вызываются сильным штормом, ливнем и ураганным ветром. Особую опасность нагонные наводнения представляют на побережьях с пологими невысокими берегами. При нагонных наводнениях ухудшается плодородие почв из-за вторжения соленых вод, заливаются подъездные пути к причалам, складам, происходит проникновение соленой воды в поземные горизонты, разрушаются береговые сооружения и размываются берега, наблюдается засолонение земель.

Самым значительным нагонным наводнением в Санкт-Петербурге было 79-е, которое произошло 7 ноября 1824 г., когда вода поднялась 4,14—4,21 м, и был затоплен практически весь город. Погибли по разным данным от 200 до 600 человек, а ущерб составил 15—20 млн руб. Известно и другое наводнение, случившееся в этом

Водохранилище Вайонт и оползень с горы МоунтТок [2]

Рис. 4.8. Водохранилище Вайонт и оползень с горы МоунтТок [2]

районе в 1691 г., когда данная территория управлялась Шведским королевством. По неподтвержденным данным, тогда уровень воды в реке Неве достиг 762 см.

Для защиты от нагонных наводнений строят плотины и дамбы. В Санкт-Петербурге, который практически каждый год страдает от нагонных наводнений (рис. 4.9), построена плотина длиной 25 км с дамбой высотой 8 м и откатными стальными воротами, которые обеспечивают сохранение уровня воды в Невской губе при нагонном подъеме 1,6—1,8 м.

14 декабря 1287 г. в день Святой Люсии на немецком и голландском побережье Северного моря в результате наводнения погибло

Распределение количества наводнений в Санкт-Петербурге

Рис. 4.9. Распределение количества наводнений в Санкт-Петербурге (1703-2002) [22] более 50 тыс. человек, а в 1953 г. в Нидерландах, когда были разрушены защитные дамбы и морские воды проникли вглубь территории на 100 км, погибли около 2 тыс. человек. Поэтому с конца XIX в. в Нидерландах были выполнены несколько проектов по защите от наводнений, построены многочисленные дамбы, общая длина которых достигает 3,5 тыс. км. Все наводнения в зависимости от их масштаба и наносимого материального ущерба подразделяются на низкие, высокие, выдающиеся и катастрофические (табл. 4.3).

Класс и масштабы наводнений

Таблица 4.3

Класс

наводнений

Масштабы наводнения

Повторяемость,

лет

Низкие

(малые)

Наносят незначительный ущерб. Охватывают небольшие прибрежные территории. Затопляется менее 10% сельскохозяйственных угодий, расположенных в низких местах. Почти не нарушают ритма жизни населения

5-10

Высокие

Наносят ощутимый материальный и моральный ущерб, охватывают большие земельные участки речных долин, затапливают 10—15% сельскохозяйственных угодий. Существенно нарушают хозяйственный и бытовой уклад населения. Приводят к частичной эвакуации людей

20-25

Выдающиеся

(сильные)

Наносят большой материальный ущерб, охватывая речные бассейны. Затапливают 50—70% сельскохозяйственных угодий, некоторые населенные пункты. Парализуют хозяйственную деятельность и резко нарушают бытовой уклад населения. Приводят к необходимости массовой эвакуации населения и материальных ценностей из зоны затопления и защиты важных хозяйственных объектов

50-100

Катастрофические

Наносят огромный материальный ущерб и приводят к гибели людей, охватывая громадные территории в пределах одной или нескольких речных систем. Затапливается 70% сельскохозяйственных угодий, множество населенных пунктов, промышленных предприятий и инженерных коммуникаций. Полностью парализуется хозяйственная и производственная деятельность, временно изменяется жизненный уклад населения

100-200

Масштабы последствий наводнения зависят от высоты и продолжительности стояния опасных уровней воды, скорости водяного потока, площади затопления, времени года и плотности проживания населения на затопляемой местности. При наводнении в результате обрывов электрических проводов или короткого замыкания случаются пожары, размыв основания зданий и воздействие на них водного потока приводит часто к их обрушению, а при загрязнении питьевой воды и продуктов питания возможны заболевания людей и сельскохозяйственных животных и др. Можно разделить поражающие факторы на первичные и вторичные.

К первичным поражающим факторам относятся:

  • • затопление территории слоем воды разной толщины;
  • • длительность стояния паводковых вод;
  • • скорость нарастания уровня паводковых вод и скорость движения воды;
  • • размыв и смыв грунта в зонах затопления;
  • • заражение и загрязнение местности;
  • • наносы;
  • • уничтожение урожая.

После схода воды часто возникают вторичные факторы поражения, такие как:

  • • разрушение береговых сооружений в результате давления льда при заторах;
  • • утрата прочности сооружений;
  • • разрушение коммуникаций в результате размыва и подмыва;
  • • оползни и обвалы;
  • • аварии на транспорте;
  • • загрязнение территории.

Величина ущерба, наносимого наводнениями, зависит от высоты и скорости подъема воды, площади затопления, своевременности прогноза, наличия и состояния защитных сооружений, степени заселенности и сельскохозяйственной освоенности речной долины, длительности стояния вод, частоты повторяемости наводнений (при повторных подъемах ущерб меньше). Часто причиной наводнения становится деятельность человека, например проведение неправильных гидротехнических мероприятий в долине реки или обрушение плотины. Причиной возникновения наводнений могут быть и косвенные причины. В результате сведения лесов сокращается суммарное испарение из-за прекращения перехвата осадков лесной подстилкой и кронами деревьев. Если свести все леса, то максимальный сток может возрасти до 30%; осушение болот, являющихся естественным аккумулятором стоков, увеличивает сток до 130—160%; из-за роста водопроницаемых покрытий при промышленной и жилой застройке происходит уменьшение инфильтрации. Рост водоупорных покрытий на урбанизированных территориях в три раза увеличивает паводок.

При подсчете экономического ущерба от наводнений и их последствий в большинстве случаев учитывается только прямой ущерб от непосредственного контакта паводковых вод с хозяйственными постройками, потерей сельскохозяйственной продукции и т.д. Значительно реже определяется косвенный ущерб, который представляет потери из-за нарушения хозяйственных связей, спада производства и т.п.

Меры защиты от наводнений. Прогнозируемое потепление климата и дальнейшее освоений речных долин приведет, весьма вероятно, к увеличению количества наводнений и их масштабности, а также к большим материальным потерям от них. Значительную роль в увеличении частоты наводнений играют антропогенные факторы, такие как сведение лесов, нерациональное ведение сельского хозяйства, увеличение площадей водонепроницаемых покрытий и др. Поэтому важной задачей является разработка действенных мер по защите от наводнений, создание системы мероприятий, которые следует осуществлять в районах, подверженных наводнениям, до, во время и после наводнения.

Существенными мерами защиты от наводнений являются: уменьшение максимального расхода воды путем перераспределения стока во времени; регулирование стока с помощью водохранилищ; спрямление русла реки. Для защиты от наводнений в местах, где они бывают особенно часто, строят дамбы на берегах рек, отводные каналы, проводят берегоукрепительные и дноуглубительные работы, осуществляют подсыпку низких мест. При проведении сельскохозяйственных работ предпочтительна распашка земель поперек склонов и посадка лесозащитных полос в бассейнах рек; террасирование склонов. Важным аспектом защиты от наводнений является сохранение древесной и кустарниковой растительности. В городах строят ливневую канализацию.

Обязательным условием организации защиты от поражающих факторов и последствий наводнений является их прогнозирование. Для этого используется гидрологический прогноз — научно обоснованное предсказание развития, характера и масштабов наводнений. В прогнозе указывают примерное время наступления какого-либо элемента ожидаемого режима, например вскрытия или замерзания реки, ожидаемый максимум половодья, возможную продолжительность стояния высоких уровней воды, вероятность затора льда и др. Сложность прогноза наводнений заключается в том, что преувеличение возможного максимального расхода воды ведет к удорожанию гидротехнического строительства.

К оперативным предупредительным мерам относятся оповещение населения об угрозе наводнения; заблаговременная эвакуация населения, сельскохозяйственных животных, материальных ценностей из потенциально затапливаемых зон; ограничение или прекращение функционирования предприятий, расположенных в зонах возможного затапливания и т.д.

Приливная волна, или бор, является редким природным явлением. Она возникает в устьях некоторых рек или в заливах и движется вверх против течения реки. Эти приливные волны имеют разные названия, например на Амазонке их называют поророка, на атлантическом побережье Франции — маскаре, а в Малайзии — бенак. Эти волны возникают там, где есть условия для приливов — река должна иметь узкий выход к морю и широкий воронкообразный залив (рис. 4.10), а также высокую амплитуду прилива, т.е. разница между уровнем прилива и отлива должна составлять не менее 6 м. Когда высокий прилив сталкивается с отливом в узком канале,

Устье реки Ла-Плата

Рис. 4.10. Устье реки Ла-Плата (Аргентина) [45] генерируется бурный волновой фронт. Развитие приливных волн зависит, кроме того, от ветра и глубины реки, которая может изменяться в межсезонье. Форма и размеры приливных потоков меняются от небольших волн до мощных, сметающих все на своем пути.

Приливная волна реки Батанг в Малайзии, известная как бенак, возникает практически каждый день, а на реке Амазонке волны по- ророка характерны только для весенних приливов. Приливная волна распространяется на реке Амазонке на расстояние до 800 км вверх по течению со скоростью более 30 км/ч. Ее высота иногда достигает 6 м. Самый высокий в мире бор возникает на реке Цяньтан в Китае, где высота приливной волны может доходить до 9 м, а скорость передвижения — до 40 км/ч. Она случается во время весеннего половодья при каждом полнолунии, но свою полную мощь развивает осенью. В Китае, вдоль берегов реки Цяньтан, каждый год происходит множество несчастных случаев. Приливные волны могут влиять на грузоперевозки и навигацию в зоне устья реки и вызывать разрушительные последствия, вырывая деревья и переворачивая суда.

Сильное волнение моря. Различают различные типы волн: ветровые, которые преобладают на поверхности морей и океанов; анемобарические, или, как их еще называют, стоячие, или сейши, которые образуются при сгонах или нагонах волны, при резком изменении атмосферного давления или в результате сейсмических колебаний; сейсмические, или цунами, возникающие в результате динамических процессов, например при землетрясениях или извержениях вулканов на дне океана.

Нижняя часть волны называется подошвой, верхняя — гребнем. Высота волны определяется вертикальным расстоянием от подошвы до гребня и обозначается латинской буквой h, длина, представляющая собой горизонтальное расстояние от гребня до гребня, — греческой строчной буквой X. Степень волнения моря определяется высотой волны (табл. 4.4)

Высота волн зависит от площади водного пространства, открытого для разгона волны, скорости ветра и времени действия его в одном направлении, а также глубины. В разных водоемах зафиксированы волны различной высоты (табл. 4.5)

Нельзя не отметить такое опасное явление, как сейши — длинно- периодные стоячие волны в закрытых водоемах, озерах и бухтах. Волны, или сейши, могут пересекать водоемы, отражаясь от берегов и возвращаясь снова к исходному берегу. Период колебания таких волн может быть различным и достигать более часа, как, например,

Шкала степени волнения моря

Балл

Высота волны, м

Степень

волнения

Признаки волнения

0

Совершенно спокойное море

Зеркально гладкое море

I

0-0,25

Спокойное

море

Рябь, небольшие чешуеобразные волны без пены

2

0,25-0,75

Слабое волнение

Короткие волны, гребни, опрокидываясь, образуют стекловидную пену

3

0,75-1,25

Легкое волнение

Волны удлиненные, местами барашки

4

1,25-2,0

Умеренное

волнение

Волны хорошо развиты, повсюду белые барашки

5

2,0-3,5

Неспокойное

море

Образуются крупные волны, белые пенящиеся гребни занимают большие площади

6

3,5-6,0

Крупное

волнение

Волны громоздятся, гребни срываются, пена ложится полосами по ветру

7

6,0-8,5

Сильное

волнение

Высота и длина волн заметно увеличены, полосы пены ложатся тесными рядами по направлению ветра

8

8,5-11,0

Жестокое

волнение

Высокие волны с длинными ломающимися гребнями. Пена широкими плотными полосами ложится по ветру. Поверхность моря от пены становится белой

9

11,0

и более

Исключительное волнение

Высота волн настолько велика, что суда временами скрываются из виду. Море в направлении ветра покрыто пеной. Ветер, срывая гребни, несет водяную пыль, уменьшающую видимость

на Женевском озере в конце XIX в. Возникают сейши в результате сейсмических колебаний, раскачивающих воду в закрытых водоемах, и при сильных ветрах и течениях. Такие волны могут производить сильные разрушения на берегах водоемов.

Нередко корабли, застигнутые штормом как в открытом море, так и у побережья, получали повреждения и погибали. Во время шторма в 1838 г. у Кавказского побережья в районе Туапсе было выброшено на берег и разбито 13 кораблей. А 10 апреля 1968 г. в районе Новой Зеландии паром «Вахине» огромной волной был

Максимальные значения волн, зафиксированные в разных бассейнах

Район Мирового океана

Высота волн, м

Длина волн, м

Южная часть Атлантического и Тихого океана

15-20

400

Атлантический океан

12-15

300

Баренцево море

9

150

Японское и Охотское моря

7

100

Балтийское море

5

50-80

Черное море

5

80

Финский залив

2

40

выброшен на риф Баррет. При этом скорость ветра превышала 270 км/ч.

Причиной гибели сенегальского парома «Джула», которая произошла 26 сентября 2002 г., стала страшная буря с огромными волнами и штормовым ветром, а также перегруженность судна, которое было рассчитано на 550 пассажиров, а на борту оказалось более 2 тыс. человек. Это одна из самых страшных катастроф на море, когда погибло 1863 человека.

Сильное волнение моря представляет опасность для всех видов мореплавания, угрожает безопасности навигации, особенно в зонах интенсивного движения судов, оказывает определяющее влияние на скорость движения судов и их устойчивость. Момент аварии и оставления судна может сопровождаться риском для жизни. Возникающий у побережья сильный прибой приводит к разрушению гидротехнических сооружений, изменению береговой линии и т.д.

Меры защиты. Сильный ветер сопровождается бурей и штормом на море. Несмотря на то что прогнозирование этого явления не всегда дает положительные результаты, основной мерой защиты является предупреждение о возможном усилении ветра, надвигающемся шторме, прогнозе его пути и скорости, который затем уточняется при получении новой информации, и укрытие кораблей в защищенных гаванях.

Айсберги и непроходимый лед. Опасные явления такого характера могут возникнуть при раннем ледяном покрове, образовании припая, возникновении значительного напора льдов или их интенсивного дрейфа. Тогда говорят о непроходимых (труднопроходимых) льдах. Непроходимый лед делает затруднительным мореплавание, повреждает береговые и прибрежные сооружения, влияет на работу на шельфе.

Айсберги представляют собой ледяные глыбы, отколовшиеся от материковых льдов в полярных районах. Основным поставщиком айсбергов является Антарктида, особенно два ее шельфовых ледника в морях Росса и Уэдделла. Вокруг Антарктиды постоянно плавает более 100 тыс. этих ледяных гор, а в Северном полушарии от ледников Гренландии ежегодно откалывается до 15 тыс. айсбергов или 300 км2 льда. Источником айсбергов являются и острова, расположенные в Северном Ледовитом океане, такие как Земля Франца Иосифа, Шпицберген, Северная Земля, Новая Земля и др.

Айсберги в южных широтах, отколовшиеся от шельфовых ледников Антарктиды, могут иметь громадные размеры, например в 1987 г. был зафиксирован айсберг, имеющий в длину более 150 км и ширину почти 40 км, а в 2000 г. образовалась ледяная гора площадью почти 11 тыс. км2. Высота некоторых айсбергов может быть значительных размеров, иногда вместе с подводной частью достигая 500 м и более. Северные айсберги обычно меньше, их длина составляет 1—2 км, но встречаются и более крупные. Эти ледяные горы, повинуясь морским течениям, уплывают далеко от полярных областей, достигая Бермудских и Азорских островов, южных берегов Австралии, Африки и Южной Америки. Дальность плавания айсбергов и время их существования зависят не только от направления и скорости течений, но и от структуры льда. Так, айсберги, отколовшиеся от Антарктиды, могут существовать от нескольких до десятков лет, а гренландские — всего 2—3 года.

Опасность, которую представляют айсберги для судоходства, объяснять не надо, особенно в Северном полушарии, где наблюдается интенсивное судоходство, а холодное Лабрадорское течение, встречаясь с теплыми водами Гольфстрима, порождает густые и продолжительные туманы. Десятки судов стали жертвами этих ледяных гор, погибли тысячи людей. Ведь высота видных над водой айсбергов, достигающая несколько десятков метров, — это не вся ледяная глыба. Большая ее часть, примерно 6/7 высоты, скрыта под водой. Всем известен крупнейший британский пассажирский лайнер «Титаник» на борту, которого находилось 1316 пассажиров и 892 члена экипажа, всего 2208 человек, который во время своего первого рейса 14 апреля 1912 г. столкнулся с айсбергом и через 2 ч 40 мин затонул. 30 января 1959 г. датский теплоход «Ганс Хедховт» водоизмещением 3 тыс. т также столкнулся с айсбергом и затонул со всеми пассажирами и экипажем.

Меры защиты. В настоящее время опасность столкновения с айсбергами значительно уменьшилась, поскольку на судах устанавливается современная радиолокационная аппаратура слежения, оповещения и предупреждения столкновения с айсбергом. В северной части Атлантики работает Международный ледовый патруль, образованный в 1913 г., в который в настоящее время входят 16 стран. Его центр расположен на Ньюфаундленде. В задачи этой организации входит как предупреждение капитанов судов о местонахождении и путях движения айсбергов, так и борьба с ними путем взрывов, окраски поверхности в черный цвет для их скорейшего таяния и т.д. Другие проекты уничтожения айсбергов, такие, например, как бомбометание, пока осуществить не удалось.

Ледяной покров в портах сковывает движение на акватории бухты, опасен для мелких судов и водоплавающих, затрудняет мореплавание. При холодной погоде, когда температура воздуха значительно ниже температуры воды, возможно оледенение судна, потеря его устойчивости, крен на какой-либо борт, повреждение оснастки судна, и даже его опрокидывание. Обледенение на небольших суднах может привести к их гибели. Причиной обледенения является замерзание попавшей на судно воды, обычно при температуре от +1 до —5°С. Вода с температурой, близкой к нулю, попадая на охлажденную поверхность судна, мгновенно замерзает.

Скорость нарастания льда при замерзании брызг воды на поверхности судна может достигать 35-40 мм в час. Однако наиболее опасно обледенение при выпадении осадков, когда образуется скользкий лед, покрывающий не только палубу, но и мачты, антенны и весь высоко расположенный такелаж. Именно такое оледенение оказывает значительное влияние на устойчивость судна, так как в этом случае вес льда будет расположен очень высоко.

Меры защиты от обледенения судов. Наибольшую опасность обледенение представляет для малых судов. Поэтому борьба с обледенением и освобождение судна ото льдов являются необходимыми мероприятиями по спасению судна. В середине XX в. в Англии и Норвегии производились опыты по борьбе с обледенением на небольших судах с помощью обогрева поверхностей, подвергающихся обледенению, или покрытием их слоем резинообразного материала, на котором лед не образуется. В настоящее время мерой предупреждения обледенения может служить покрытие судна каким-либо видом антифриза. Во время стоянки судов у причалов в период низких температур должна предотвращаться возможность их примерзания к лицевой стенке во избежание повреждений сооружений и судна.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >