Наводнение как стихийное бедствие

Французский писатель Антуан де Сент – Экзюпери восторженно заметил «Вода! У тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты есть. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни, ты – сама жизнь. Ты наполняешь нас радостью, которую не объяснить нашими чувствами. С тобой возвращаются нам силы, с которыми мы уже простились! Ты самое большое богатство на свете!»

Без воды немыслима жизнь. Её нельзя ничем заменить. Она нужна всем, всегда и везде.

Данная работа – тоже о воде, но о той воде, которая порой является врагом человека и воспринимается им как стихийное бедствие.

Речь пойдёт о наводнениях на берегах рек и озёр, которые на протяжении всей истории человека приносили и продолжают приносить значительный материальный и моральный ущерб.

Коротко сказать, что такое наводнение, довольно трудно. Разные специалисты вкладывают в это понятие неодинаковый смысл.

Под наводнением понимается затопление водой прилегающей к реке или озеру местности, которая причиняет материальный ущерб, наносит урон здоровью населения или приводит к гибели людей. Затопление же водой местности, не сопровождающееся ущербом, есть разлив реки или озера.

По данным ООН с 1978 – 88гг во всём мире от наводнений пострадало более 150 млн. человек.

Статистика свидетельствует и о другом: по повторяемости, площади распространения и суммарному среднегодовому материальному ущербу. Наводнения занимают первое место в ряду известных стихийных бедствий. Что же касается человеческих жертв и материального ущерба , то в этом отношении наводнения занимают второе место после землетрясений. Наводнения как стихийное бедствие не могут быть целиком предотвращены везде и повсюду. Их можно только ослабить и локализовать. Борьба с наводнениями – дело весьма трудоёмкое и дорогостоящее.

Изучением наводнений как стихийных природных явлений занимается в основном гидрологическая наука.

За последние годы учёными-гидрологами много сделано для познания этого явления. Так, например, созданы методы инженерных расчётов максимальных уровней и расходов воды при наводнениях редкой повторяемости. В стране успешно функционирует служба информации и прогнозов наводнений. Выявлены и учтены все города и рабочие посёлки, подвергающиеся наводнениям, для каждого из них установлен уровень воды, с превышением которого начинается затопление.

Наконец, накоплен большой практический опыт борьбы с наводнениями. Однако приходится считаться с тем, что изучение катастрофических наводнений сопряжено с немалыми трудностями. Ведь подобного рода наводнения случаются весьма редко и уже только поэтому трудно поддаются детальному изучению в природных условиях. Явление это многофакторное, и роль отдельных факторов в каждом отдельном случае неодинакова. Сколько раз специалистам приходилось убеждаться в том, что один и тот же очень высокий максимум весеннего половодья бывает при различных комбинациях, обусловливающих его факторов – таких, как снегозапасы в конце зимы, интенсивность снеготаяния и дождевые осадки в весенний период. Изучаемые события порой разыгрываются на огромных пространствах, поэтому наблюдения в отдельных точках не всегда показательны.

Наконец, для наводнения в целом, как и для любого другого стихийного бедствия, характерна чрезвычайная динамичность природных процессов, неопределенность времени и места наступления, неоднозначность последствий.

Защита населения, окружающей среды и объектов хозяйствования от чрезвычайных ситуаций и последствий, вызванных ими, является одной из приоритетных областей проведения государственной политики РФ.

Чрезвычайная ситуация - обстановка на определенной территории, возникшая в результате аварии, бедствия или катастрофы, которые повлекли или могут повлечь гибель людей, ущерб их здоровью, окружающей среде и объектам хозяйствования, значительные материальные потери и нарушение условий жизнедеятельности населения.

Чрезвычайные ситуации природного характера - чрезвычайные ситуации, вызванные стихийными бедствиями (землетрясениями, селями, лавинами, наводнениями и другими), природными пожарами, эпидемиями и эпизоотиями, поражениями сельскохозяйственных растений и лесов болезнями и вредителями;

Зона чрезвычайной ситуации - определенная территория, на которой возникла чрезвычайная ситуация.

По масштабу распространения и объему причиненного ущерба чрезвычайные ситуации природного и техногенного характера подразделяются на объектовые, местные, региональные и глобальные.

Стихийное бедствие - бедствие, вследствие которого возникла чрезвычайная ситуация;

Предупреждение чрезвычайных ситуаций - комплекс мероприятий, проводимых заблаговременно и направленных на максимально возможное уменьшение риска возникновения чрезвычайных ситуаций, сохранение здоровья и жизни людей, снижение размеров ущерба и материальных потерь.

Ликвидация чрезвычайных ситуаций - спасательные, аварийно восстановительные и другие неотложные работы, проводимые при возникновении чрезвычайных ситуаций и направленные на спасение жизни и сохранение здоровья людей, снижение размеров ущерба и материальных потерь, а также на локализацию зон чрезвычайных ситуаций.

РФ участвует в международном сотрудничестве в области чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, руководствуясь принципами обеспечения всеобщей и региональной безопасности, своевременного и полного информирования зарубежных государств о чрезвычайных ситуациях, которые могут иметь для них значение с точки зрения безопасности, предотвращения трансграничного ущерба населению, окружающей среде и объектам хозяйствования, взаимопомощи государств и мирного разрешения возникших между ними споров.

Если изучить природу возникновения стихийного бедствия – паводкового наводнения, то можно разработать мероприятия по защите людей, производственных объектов, их устойчивому функционированию и готовности к ликвидации, а также разработать систему мероприятий направленных на предотвращение или снижение вероятности возникновения паводкового наводнения, а также на уменьшение последствий наводнения.

Раздел 1 Характеристика фактора внешних воздействий при ЧС

1.1 Общие сведения о наводнениях

Стихийные действия сил природы, пока еще не в полной мере подвластные человеку, наносят экономике государства и населению огромный ущерб. Стихийные бедствия — такие явления природы, которые вызывают экстремальные ситуации, нарушают нормальную жизнедеятельность людей и работу объектов. Наиболее распространённые стихийные бедствия — землетрясения, наводнения, паводки, селевые потоки и оползни, снежные лавины, бури и ураганы, пожары. Стихийные бедствия возникают внезапно и носят чрезвычайный характер. Они могут разрушать здания и сооружения, уничтожать ценности, нарушать процессы производства, вызывать гибель людей и животных.

По характеру своего воздействия на объекты отдельные явления природы могут быть аналогичны воздействию некоторых поражающих факторов ядерного взрыва и других средств нападения противника.

Наводнение - это интенсивное затопление большой территории водой выше ежегодных уровней, одно из стихийных бедствий. Отмечается при половодьях, паводках, прорывах дамб и плотин.

Возникновению весенних наводнений содействуют многоснежные зимы без оттепелей, позднее и дружное таяние снега одновременно со значительным выпадением осадков.

Ущерб, причиняемый наводнением, связан с целым рядом поражающих факторов, важнейшими из которых являются:

- 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.

Половодье - это относительно продолжительное увеличение водности реки; которое ежегодно повторяется в один и тот же сезон и сопровождается высоким и длительным подъёмом воды, обычно выходом её из русла на пойму. Продолжительность (30 - 120 суток) зависит от запасов снега, глубины промерзания почвы, температуры воздуха, размеров реки, заболоченности, лесистости и озёрности водосбора и других факторов. На севере и северо-востоке максимальные уровни подъёма на средних реках 4 - 6,5 м, на малых 2,5 - 3,5 м, подъём длится 15 - 20, спад 36 - 40 суток, на западе соответственно 2 - 3 и 1,5-2 м, 8-12 и 25-30 суток. На юго-западе и юге половодье растянутое и сглаженное, длится 60 - 80 суток, превышение над минимальными летними уровнями 1,5 - 3 м. В поймах малых рек на юге в половодье вода стоит в среднем 25 - 30 суток, средних и больших - 45 - 60 суток, преобладающая ширина разлива 1,5 - 2 км, глубина на пойме обычно 0,3 - 0,8 м.

В половодье повреждаются сооружения в поймах рек, размываются берега, иногда покрываются песком ценные сельскохозяйственные угодья. Наибольшие половодья приводят к наводнениям, считаются стихийными бедствиями. Чтобы избежать затопления, осуществляют обвалование рек, строительство польдеров, плотин и водохранилищ. Учёт весеннего подъёма уровней рек необходим при проектировании и эксплуатации мостов, плотин, дамб и других народно-хозяйственных объектов в долинах рек, при эксплуатации водохранилищ и водопользовании.

Паводок - сравнительно кратковременное и непериодическое поднятие уровня воды в реке, возникающее в результате быстрого таяния снега при оттепели, ледников, обильных дождей, попусков воды из водохранилищ. В отличие от половодий паводки случаются в любое время года. Если паводок образуется вследствие быстрого увеличения расхода воды на отдельном участке реки, то он распространяется вниз по течению с большой скоростью, достигающей на равнинных реках скорости 5 км\час, на горных – 45 км\час. Высота такого паводка вниз по течению обычно убывает, но продолжительность увеличивается. Значительный паводок может вызвать наводнение.

1.2 Наводнения в период весеннего половодья на равнинных реках

Для весенней поры, когда только начинается таяние снега, особенно характерна неустойчивость погодных условий. Оттепель неожиданно сменяется морозами и зимними вьюгами.

При изучении половодий учёные выделяют перечень переменных по времени основных факторов, обуславливающих высоту весеннего половодья:

o Запас воды в снежном покрове перед началом весеннего таяния;

o Атмосферные осадки в период снеготаяния и половодья;

o Осеннее - зимнее увлажнение почвы к началу весеннего снеготаяния;

o Глубина промерзания почвы к началу снеготаяния;

o Ледяная корка на почве;

o Интенсивность снеготаяния;

o Сочетание волн половодья крупных притоков бассейна.

Последние два фактора почти не влияют на объём весеннего половодья и учитываются лишь при прогнозе максимума половодья.

Рассмотрим далее каждый фактор, обуславливающий объём весеннего половодья, в отдельности. Это важно для понимания того, при каких условиях бывают наводнения, как составляется прогноз высоты и объёма половодья и т.д.

1. Запасы воды в снежном покрове.

Первый выпавший снег редко остаётся на зиму. Обычно в предзимье снег выпадает два-три раза и тут же тает. При этом увлажняется верхний слой почвы, что во многом определяет потери стока половодья.

Определение истинной величины снегозапасов в бассейне сопряжено с немалыми трудностями. Ведь снег залегает на местности крайне неравномерно. Причина не только в том, что в разных местах выпадает неодинаковое количество твёрдых осадков, сколько в том, что ветер переносит выпавший снег с места на место. Перенос снега начинается уже при скорости ветра 5 - 7 м/ с. Снег с открытых поверхностей сносится в различного рода понижения – лощины, балки, овраги, русла рек и ручьёв. Снег отлагается и в зонах перехвата – на опушках леса, в лесозащитных полосах, в садах, у изгородей, около отдельных деревьев и кустов. Один буран в открытой степи может до неузнаваемости изменить рельеф снежного покрова.

Некоторое влияние оказывают на него и зимние оттепели. При оттепелях снег тает преимущественно в поле и почти не тает в лесу. Соотношение между снегозапасами в поле, лесу, оврагах и прочих местах меняется от года к году. Почти всегда на 10% площади снегозапасы в 2 - 4 раза больше средней величины и ещё на 10% площади – в 1,5 – 2,0 раза меньше. Ввиду всех этих обстоятельств снегосъёмки производятся один раз в пять дней вблизи метеорологических станций на характерных для данной местности маршрутах длиной 2 км в поле и 0,5км в лесу и оврагах.

Измерения осуществляются каждые 10м, причём на 5 – 10 измерений высоты приходится одно измерение плотности. Если высоту снежного покрова h_сн выразить в см, а плотность γ в г/см³, то снегозапасы в мм составляют: S=10h_снγ. Заметим, что ландшафтно-маршрутные снегосъёмки выполняются с 1965 – 1966 года. Средние снегозапасы бассейна вычисляются как средние взвешенные с учётом доли площади, занятой полем, лесом и овражно – балочной сетью. В свою очередь, средняя величина снегозапасов для поля, также как для леса и овражно-балочной сети, определяется как средняя арифметическая из данных измерений. Обычно данных о снегозапасах в лесу в 3-5 раз меньше, чем в поле, и это отрицательным образом влияет на точность прогноза.

Снегосъёмка – дело трудоёмкое. Подчас работы приходится выполнять в пургу, на морозе, вдали от жилья. Главное же, измерения на маршруте не вполне показательны для бассейна в целом. Скажем поблизости от населённого пункта может не быть леса и оврагов. Вследствие этого в последнее время стали применять метод самолётной гамма - съёмки. Суть его заключается в следующем. Осенью перед выпадением снега производится съёмка радиоактивного фона земной поверхности по заранее выбранным маршрутам. Вторично съёмка производится в конце зимы. По степени ослабления радиоактивного излучения (гамма – поля) определяет величину снегозапасов. Погрешность таких измерений составляет 8-10%. Главная трудность при использовании этого метода связана с определением исходного фона. Кроме того, важно, чтобы влажность почвы с осени до весны не менялась.

2. Атмосферные осадки в период снеготаяния и половодья.

Весенние осадки, являясь дополнительным источником питания рек, играют весьма важную роль в формировании максимума весеннего половодья. Можно выделить осадки периода снеготаяния и размерзания почвы, а также осадки последующего весеннего периода до конца половодья. Первые обращаются в сток с теми же потерями, что и снегозапасы, вторые – с несколько большими потерями. Момент оттаивания почвы примерно совпадает с окончанием снеготаяния в лесу, а в безлесных районах оттаивание почвы начинается спустя 5-8 дней после схода снега.

3. Осеннее - зимнее увлажнение почвы к началу весеннего снеготаяния

Влажность верхнего слоя почвы толщиной 0,5 – 1,0м – самый важный фактор потерь талых вод. Но именно влажность почвы и есть самая изменчивая во времени и пространстве величина. В каждой низине влажность почвы больше, чем на возвышенных местах. Она существенно различается на песчаных и глинистых почвах, на распаханных целинных участках, при наличие травяной или древесной растительности и т.д. По этой причине, а также потому, что измерение влажности почвы – дело трудоёмкое и им начали заниматься сравнительно недавно( в лесу влажность почвы и сейчас не измеряется), при прогнозах широко используются разного рода косвенные характеристики. Самая распространённая из них – это разность между суммарными осадками и суммарным испарением за 2,5 – 3,0 месяца до устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха через 0°С. Во время зимних оттепелей влажность почвы возрастает настолько, насколько убывают снегозапасы, если, конечно, не возникает зимних паводков.

4. Глубина промерзания почвы к началу снеготаяния

Наблюдения на полях показывают, что при глубоком (свыше 60 см) промерзании почвы зимой её оттаивание весной происходит лишь после освобождения полей от снега. Хорошо увлажнённая и глубоко промёрзшая почва практически непроницаема для талой воды. Напротив, сухая, неглубоко промёрзшая почва впитывает в себя много воды. Внешним признаком влажной промёрзшей почвы является то, что она с трудом рубится топором или раскалывается ломом. А сухая непромёрзлая почва сравнительно легко разрыхляется лопатой и режется ножом. Бывает, что в многоснежную слабоморозную зиму замёрзшая с осени почва оттаивает до того, как весной устанавливается положительная температура воздуха. Случается и нечто противоположенное. Просочившаяся в почву талая вода замерзает из-за наличия большого запаса холода в почве. И тогда на короткое время образуется запирающий слой почвы.

Слабопромёрзлой обычно считают почву с глубиной промерзания до 15-20 см, а сильнопромёрзлой – свыше 60 – 80 см. Уже при средней глубине промерзания – 60 см – на ровных полях не остаётся участков со слабым промерзанием.

5. Ледяная корка на почве. Зимние оттепели.

Ледяная корка на почве образуется во время коротких, но сильных оттепелей при условии, что почва водонепроницаема. Обычно корка бывает не сплошной, а занимает понижения рельефа. Чаще всего запас воды в ледяной корке составляет 5-10 мм., но бывает и 20-25 см. В зимы с массовым распространением ледяной корки коэффициент стока очень высокий , потери стока минимальные. Ведь талая вода скатывается по ледяной корке, как по асфальту.

6. Интенсивность снеготаяния.

Роль интенсивности снеготаяния в формировании весеннего половодья различна для крупных, средних и малых рек (чем меньше река, тем значительнее влияние интенсивности снеготаяния).

Как тает снег? Для выяснения этого, казалось бы, простого вопроса от учёных потребовалось немало усилий. Очень уж разнообразны физические свойства самого снежного покрова, а главное, условия его таяния. Сначала начинает таять снег на склонах южной экспозиции, затем на ровной местности, далее на северных склонах, в балках, оврагах, наконец, в лесах. В лесах средней густоты снег исчезает позже, чем в полях: на 6-8 дней в южных районах и на 15-20 дней – в северных.

Процесс снеготаяния начинается задолго до наступления положительной температуры воздуха. Проникающая в толщу снега солнечная радиация способствует таянью частиц снега в поверхностном слое. Вследствие неоднократного замерзания ночью и таяния днём снег превращается в массу бесформенных ледяных зёрен, сначала мелких, а затем и более крупных. В дальнейшем кристаллы снега приобретают округлую форму.

На первых порах снег насыщается талой водой. Водоотдача из него начинается только после того, как растает 15-20% снегозапасов. В последующем, когда плотность снега достигнет 0,32-0,34 г/см³, разница между интенсивностью снеготаяния и водоотдачи становится небольшой.

 Коэффициент стаивания – величина более или менее правильная лишь в целом для всего периода снеготаяния. Для каждого же конкретного дня его значение зависит от типа погоды (солнечная или пасмурная, ветреная или безветренная), от структуры снега (мелко – или крупнозернистый) и другие. Особенно сильное влияние оказывают на него дожди. Благодаря механическому воздействию капли дождя разрушают снежные капилляры и внутриснежные перегородки. Содержащаяся в снеге капиллярная или плёночная вода переходит в гравитационную и быстро стекает вниз. В дождливые дни интенсивность снеготаяния возрастает в 1,2 – 1,4 раза. Определённую роль играет и ветер, который не даёт застаиваться холодному воздуху в низинах, а главное, в лесах.

Более раннему и ускоренному таянию снега способствуют массовые выбросы пыли и аэрозолей промышленными предприятиями. На снимках из космоса отчётливо видны тёмные пятна – это города и области загрязнённого снега. Каждому городу присуща своя форма ареала загрязнения в соответствии с розой ветров. Площадь, в пределах которой город оказывает влияние на снег, в два-три раза больше площади самого города. Опережение сроков схода снега в пределах загрязнённого пятна составляет 5-8 суток в лесной зоне и 15-20 суток в степной и полупустынной зонах.

1.3 Наводнения в период весенне-летнего половодья на горных реках

Источники питания горных рек хорошо известны: сезонные и вечные снега, ледники, жидкие осадки, грунтовые воды. Сезонные снега стаивают в течении лета, вечные снега не успевают растаять. Площадь, занятая вечными снегами и ледниками, для больших речных бассейнов обычно составляет небольшую долю всей площади бассейна, поэтому основную роль в питании больших горных рек играют сезонные снега.

С гидрологической точки зрения, главная особенность горных районов это вертикальная зональность климата. С повышением местности, как правило, возрастает количество атмосферных осадков, короче летний период, ниже температура воздуха. Весной таяние начинается в нижней зоне бассейна и постепенно охватывает всё более высокие зоны. Когда тепло распространится на весь бассейн, то нижняя часть бассейна уже освобождается от снега. Чем больше средняя высота того или иного небольшого речного водосбора , тем позже дата поступления максимального расхода.

Вследствие неодновременности таяния снега на различных высотных зонах половодье большой горной реки растягивается на длительное время. Это уже весеннее - летнее половодье с кратковременными повышениями уровня при выпадении жидких осадков и резком потеплении или, напротив, с понижениями уровня при относительном похолодании.

Способы прогнозов максимальных расходов и уровней воды больших горных рек наименее сложны в тех местах, где ежегодно происходит полное стаивание снега, а жидких осадков выпадает сравнительно мало. И наоборот, прогнозы наиболее трудны там, где снег за лето не успевает полностью растаять и где выпадает много жидких осадков.

В любом случае решающее значение для прогноза имеет правильный учёт снегозапасов и жидких атмосферных осадков. Однако и тут есть немало трудностей. Ведь снег в горах залегает крайне неравномерно. Немногочисленные снегомерные маршруты прокладываются лишь по дну речных долин, а каждая долина обладает индивидуальными особенностями. Жидкие осадки фиксируются на метеорологических станциях, которые, как правило, расположены в предгорьях.

В горных районах в период снеготаяния особенно велика роль жидких осадков. Тут сказываются и дополнительные поступления тепла от дождевой воды, и разрушительная работа дождевых капель, и энергия многочисленных мелких ручейков.

1.4 Размер и ущерб, наносимый наводнениями

По размерам и наносимому им ущербу различают небольшие, большие, выдающиеся и катастрофические наводнения.

Небольшое наводнение наносит незначительный материальный ущерб и почти не нарушает нормального течения жизни людей. Повторяемость их примерно один раз в 5 – 8 лет и характерны они для малых рек.

Большое наводнение сопровождается значительным материальным ущербом, в том числе и причиняемым населению. Часть населения, материальных ценностей и скота эвакуируется. Повторяемость – примерно 1 раз в 10 – 25 лет.

Выдающееся наводнение охватывает крупную речную систему, почти полностью парализует хозяйственную деятельность региона и наносит большой материальный и моральный ущерб. Возникает необходимость массовой эвакуации населения. Повторяемость таких наводнений – примерно 1 раз в 50 – 100 лет.

Катастрофическое наводнение распространяется на несколько крупных речных бассейнов. Оно надолго парализует хозяйственную деятельность человека. Сопровождается человеческими жертвами. Повторяемость – 1 раз в 100 – 200 лет и реже.

Одним из наиболее опасных является наводнение, причина которого в прорыве плотины, дамбы или другого гидротехнического сооружения, либо в переливе воды через плотину из-за переполнения водохранилища. Затопление местности, расположенной ниже сооружения, осуществляется в этом случае внезапно, с приходом так называемой волны прорыва (вытеснения, пропуска), высота которой может достигать нескольких десятков метров, а скорость движения – нескольких десятков м/с.

Наводнения наносят прямой и косвенный ущерб.

К прямому ущербу относятся гибель, переохлаждение и травмы людей, повреждения и разрушение жилых и производственных зданий, дорог, линий электропередач и связи, гибель скота и урожая, уничтожение и порча сырья, топлива, продовольствия, кормов и удобрений, затраты на временную эвакуацию населения, уничтожение плодородного слоя почвы. При этом гибель людей может явиться следствием утопления, тяжелых травм и переохлаждения (табл.1); переохлаждение может явиться также причиной многих заболеваний, травмы могут наноситься тяжелыми плавающими предметами или возникнуть от ударов о преграды при движении в быстром потоке.

Допустимое время пребывания человека в воде