Мониторинг опасных природных процессов и явлений

 

В общей системе мер противодействия чрезвычайным ситуациям приоритет должен быть отдан комплексу мероприятий, направленных на снижение риска возникновения ЧС и смягчение их последствий. Он основан на управлении рисками ЧС, которое невозможно без информационной поддержки для подготовки и принятия управленческих решений по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций. Для управления риском осуществляется мониторинг состояния природной среды и объектов техносферы, анализ риска и прогнозирование чрезвычайных ситуаций.

Под мониторингом опасных природных процессов и явлений подразумевается система сбора и обобщения информации об опасных природных процессах и явлениях, происходящих в геологической среде, в гидросфере и их контактных зонах (шторма, наводнения, землетрясения, оползни, лавины, сели, абразия, карст, природные пожары и др.), оценки и прогнозы их динамики под воздействием природных и техногенных факторов, оценки опасности и риска, разработки защитных мероприятий и способов управления геологической и гидрометеорологической средой с целью недопущения (или минимизации) негативных проявлений этих процессов и возникновения чрезвычайных ситуаций.

Реализуется по специальным программам, выполняемым для своевременной разработки и проведения мероприятий по предупреждению чрезвычайных ситуаций, связанных с проявлением опасных природных процессов, их локализации и снижению ущербов от их воздействия.

Мониторинг опасных природных процессов и явлений осуществляется в целях: информационного обеспечения рационального природопользования и управления функционированием объектов экономики; оперативного выявления и прогнозирования развития опасных процессов, влияющих на жизнеобеспечение населения и функционирование объектов хозяйства; разработки и реализации мероприятий по уменьшению и предотвращению негативных последствий опасных процессов; оценки эффективности проводимых защитных мероприятий.

Мониторинг опасных природных процессов и явлений включает природные и техногенные компоненты геологической и гидрометеорологической среды на нескольких масштабных уровнях (национальный, региональный и локальный) и позволяет установить закономерности динамики опасных процессов, осуществить прогноз их развития и предотвратить негативных последствий, в т.ч. экологические [4, 11].

Функциональная структура мониторинга опасных природных процессов и явлений единая для любых объектов и уровней организации, включает подсистемы режимных наблюдений, прогнозирования, оценки опасности и риска, управления.

Мониторинг опасных природных процессов и явлений можно определить и как систему, состоящую из перечисленных блоков, и как непрерывный автоматизированный циклический процесс последовательного контроля, прогнозирования, оценки и управления негативными процессами и воздействиями на геологическую и гидрометеорологическую среду. В таком процессе каждый новый цикл мониторинга начинается после осуществления управляющих воздействий по регулированию этих процессов и воздействий (инженерной защите).

Данные мониторинга различных процессов и явлений служат основой для анализа риска и прогнозирования. Целью прогнозирования чрезвычайной ситуации является выявление времени ее возникновения, возможного места, масштаба и последствий для населения и окружающей среды.

Существует большое число видов мониторинга, различающихся по учитываемым источникам и факторам антропогенных воздействий, откликам компонентов биосферы на эти воздействия, методам наблюдений и т. п. Классификация видов мониторинга осуществляется по следующим признакам: по месту относительно окружающей среды, наблюдаемым негативным факторам, целевым функциям, базированию.

По месту относительно окружающей среды различают:

· мониторинг воздействия на окружающую среду;

· мониторинг состояния окружающей среды.

Мониторинг воздействия на окружающую среду – это многоцелевая ин­формационная система, в задачи которой входит наблюдение, оценка и прогноз изменений окружающей среды под влиянием антропогенных воздействий (включая источники воздействия на окружающую среду и отходы). Наблюдение и контроль за загрязнением окружающей среды всей территории РФ осуществляет Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

Мониторинг по видам факторов воздействия делится на: радиационный, химический, биологический, сейсмический и др.

Мониторинг чрезвычайных ситуаций по своим целевым функциям, степени охвата контролируемой территории, техническим особенностям включает в себя мониторинг природных, техногенных, биолого-социальных чрезвычайных ситуаций, экологический мониторинг.

Наиболее информативной и представительной по числу и видам принимаемых во внимание объектов окружающей среды является система экологического мониторинга, которая охватывает геофизические и биологические аспекты. Экологическим мониторингом предусматривается наблюдение, оценку и прогноз антропогенных изменений состояния абиотической составляющей биосферы, в том числе изменений уровней загрязнения природных сред вредными химическими, биологическими и радиоактивными веществами и ответной реакции экосистем на эти изменения. Иными словами, экологический мониторинг включает мониторинг антропогенных изменений природной среды и мониторинг вызываемых ими эффектов. Кроме того, составным элементом экологического мониторинга является мониторинг источников и факторов антропогенного воздействия. Экологический мониторинг учитывает все основные изменения, вызываемые антропогенными воздействиями на фоне естественной изменчивости.

Система экологического мониторинга позволяет решить значительную часть задач мониторинга техногенных воздействий, осуществляемого в интересах управления безопасностью и риском, которые касаются наблюдения, оценки и прогноза техногенных воздействий при нормативных (безаварийных) условиях функционирования потенциально опасных объектов. К числу этих задач следует отнести:

· наблюдение за источниками и факторами техногенного воздействия на окружающую среду и состоянием этой среды;

· оценку уровней физических полей (радиационного, акустического, теплового и др.), полей концентраций вредных веществ в различных средах в сравнении с предельно допустимыми уровнями, а также состояния окружающей природной среды, откликов и реакций абиотической и биотической составляющих биосферы на техногенные воздействия;

· прогноз техногенных воздействий, состояния окружающей среды и оценку этих прогнозных данных.

По используемым средствам (базированию) мониторинг делится на наземный и авиационно-космический (путем дистанционного зондирования Земли).

С 1997 г. в МЧС России развернута территориально-распределенная система приема и анализа авиационно-космической информации. Система предназначена для оперативного выявления природных и техногенных ЧС, мониторинга потенциально опасных территорий и объектов, обеспечения информацией органов управления федерального и территориального уровней. Система включает 4 пункта (Москва, Элиста, Красноярск, Владивосток), оснащенных аппаратно-программными комплексами приема и обработки в оперативном режиме информации с космических систем «Ресурс», «Океан», «NOAA», «EOS». Территория страны контролируется для выявления предвестников ЧС, оценки динамики их развития и определения масштабов ЧС. При этом используются следующие технологии космического мониторинга:

· выявления очагов природных и техногенных пожаров,

· выявления и контроля динамики развития паводков (наводнений);

· мониторинга загрязнения водных объектов и акваторий;

· экологического контроля территорий;

· выявления масштабов разрушений в результате землетрясений;

· оценки состояния растительного покрова;

· оценки состояния почвенного покрова;

· оценки ущерба от ЧС.

 

Наводнение

 

К числу весьма неожиданных природных катастроф относятся наводнения, возникающие в результате интенсивных дождей и прихода на сушу высокой волны с моря. В этом случае в зависимости от сочетания скорости ветра и величины сопротивления воздуха в движущейся воде могут возникать подъемы воды свыше 6 м. Наводнения приносили и приносят сейчас большие беды во многих регионах земного шара. Многие из них были инициированы тайфунами.

Восстановление истории наводнений в целом по земному шару возможно лишь из фрагментов сохранившихся сведений и упоминаний о них. Не ставя здесь этой глобальной цели, лишь отметим некоторые факты. В частности, сохранились сообщения о наводнениях в Москве. Первое упоминание о разливе Москвы-реки относится к 1496 г., когда после холодной и снежной зимы наступила «великая паводь». После этого наводнения в Москве случались часто, что послужило поводом к созданию в XVIII в. водоотводного канала, обеспечивавшего защиту района теперешних улиц Бахрушина, Новокузнецкой, Пятницкой и Якиманских. В апреле 1908 г. разлив рек Москвы, Яузы и водоотводного канала принял чудовищные размеры, поднявшись на 9 м и охватив 20 % всей территории города. Дома Дорогомиловской набережной и Замоскворечья, стены Кремля были затоплены на высоту до 2,3 м от уровня мостовой [6, 7].

2000 г. стал годом мощных наводнений в Европе. Они охватили Италию, Францию, Германию, Австрию, Великобританию, Бельгию и многие территории других стран. О масштабности наводнений можно судить по причиненным разрушениям. Так, в Германии в декабре 2000 года за сутки выпало 50 л осадков на каждый квадратный метр площади, что привело к затоплению многих шоссейных дорог и населенных пунктов. В результате пострадали свыше 350 тыс. чел., а нанесенный ущерб превысил 9,1 млрд. евро. В Италии октябрьское наводнение 2000 года, возникшее из-за проливных дождей, вызвало грязевые оползни и разливы рек, что привело к гибели тринадцати человек, разрушению ряда мостов и нарушению железнодорожного сообщения между рядом индустриальных центров. Так же в 2000 г. крупное наводнение произошло в Японии в результате проливных дождей, последовавших за тайфуном Саомай. Всего в 2000 г. было зарегистрировано 18 крупных наводнений, охвативших практически все континенты.

Для защиты от наводнений строятся дамбы. Их высота и расположение рассчитываются с учетом статистики наводнений на конкретной территории и при обеспечении определенного уровня риска.

Наводнение - резкое повышение уровня воды в реке, водоеме, водохранилище, море (или его части), вызываемое большим притоком воды в период таяния снега или выпадения дождевых осадков, ветровыми нагонами, а также при заторах, зажорах и разрушениях гидротехнических сооружений или попусках воды из вышерасположенных водоемов, и др., приводящее к значительному затоплению участков суши и наносящее материальный ущерб. В РФ площадь паводкоопасных территорий составляет 400 тыс. км², из них 50 тыс. км²  ежегодно подвергается затоплению. Наиболее паводкоопасными районами являются Северный Кавказ, Приморский край, Сахалинская и Амурская области, Забайкалье, Средний и Южный Урал, Восточная Сибирь. Учет опасности наводнений в практике проектирования и оперативного управления осуществляется путем оценки нагрузок, вызываемых этими явлениями. В качестве показателя опасности используется в основном уровень воды заданной вероятности превышения. Вероятность превышения расчетного паводка назначается строительными нормами в зависимости от класса капитальности (или уровня ответственности) сооружения. Опасность затопления территорий учитывается на различных стадиях разработки проектной документации, начиная с Генерального плана. Для зон промышленно-гражданской застройки выделяется зона затопления паводком (нагоном, заторным явлением и т.д.), имеющим период повторяемости 1 раз в 100 лет.

Мерами борьбы с наводнениями могут быть строительство защитных дамб, повышение отметок затопляемых территорий (намыв), регулирование паводочного стока водохранилищами и другие, так называемые непрямые методы, связанные с изменением условий формирования стока на водосборе. В оперативном управлении опасность гидрологического явления оценивается с помощью методов прогнозирования.

Основной характеристикой гидрологического прогноза является его заблаговременность, т.е. время от момента выдачи прогноза до прохождения опасного гидрологического события. Заблаговременность прогноза - важнейший параметр, определяющий возможность реализации защитных и эвакуационных мероприятий.

Наводнения вызываются различными причинами. Для большей части территории России характерно весеннее половодье, вызванное таянием снежного покрова. На реках, текущих с юга на север, весенние половодья часто сопровождаются заторами льда, которые усугубляют размеры бедствия, поскольку резко снижают пропускную способность русла. Значительную опасность представляют наводнения в результате выпадения интенсивных дождевых осадков (ливней) или прохождения тайфунов и муссонов. Дождевым и снеговым паводкам в горных районах может сопутствовать образование селевых потоков. Значительную опасность представляет собой наводнения на побережьях морей и в устьях рек: цунами и нагоны. Наводнения могут образовываться в результате прорыва озер, образованных завалом речных долин, заторо- и зажорообразования, наледеобразования и др., более редко встречающихся явлений. Отдельно рассматриваются наводнения техногенного характера.

Речные наводнения формируются под воздействием ряда гидрологических факторов: запас воды в снежном покрове к моменту начала таяния; дождевые осадки, выпадающие в период половодья; погодные условия, влияющие на интенсивность снеготаяния; влажность и глубина промерзания почво-грунтов, определяющие потери стока при впитывании талых и дождевых вод.

Особенность формирования стока весеннего половодья - сравнительно кратковременное и одновременное таяние снега на больших территориях (1-2 млн. км² на равнинах). В результате, даже при небольших интенсивностях процесса водоотдачи из снега на средних и больших водосборах формируются наибольшие в году паводки. На малых водосборах значительную часть территории может охватить ливневой дождь. При таких дождях интенсивность поступления воды в русловую сеть может многократно превосходить интенсивность водоотдачи из снежного покрова, что приводит к и образованию значительных паводков. В областях муссонного климата дожди орошают одновременно большие водосборы, приводя к значительным дождевым паводкам и на больших реках.

Цунами и барические волны. Наиболее частой причиной возникновения волн цунами являются землетрясения. Кроме вертикальных деформаций дна причиной цунами могут быть подводные оползни и обвалы, а также случаи обрушения в воду больших масс горной породы. В результате движения участков дна возникают колебания водных масс океана в виде волн, распространяющихся в виде концентрических кругов. В эпицентральной зоне высота волн невелика. В открытых районах океанов наибольшая высота волны не превышает 2 м. В развитии волн цунами выделяют три основные стадии: формирование волны, свободное распространение без существенной деформации; и выход в район мелководий с последующими деформациями и разрушением шельфовой зоны, пляжей и береговых уступов. Волны цунами характеризуются длиной от десятков до сотен километров. При подходе к берегу глубина водоема уменьшается и возрастает роль трения о дно. При этом длина и скорость распространения волн уменьшаются, а высота возрастает, что приводит к преобразованию волны в высокий вал. Для инженерной защиты важен характер воздействия волн цунами на береговые сооружения. При трансформации волны на побережье она разрушается и переходит в волну перемещения, распространяющуюся с большой скоростью и имеющую огромную разрушительную силу.

Другой механизм возникновения длинно-периодных волн обусловлен метеорологическими причинами. При перемещениях циклонов и тайфунов возникают длинные волны, связанные с неравномерным распределением атмосферного давления. В центре циклона создается подъем уровня моря за счет пониженного давления, усиливающийся действием ветра. При смещении циклона «бугор» начинает растекаться, генерируя в толще воды свободные колебания. Наиболее часто такие барические колебания имеют характер волны сложной формы с длиной, равной удвоенному диаметру вызвавшего его циклона. Примером такого рода наводнения на территории России являются Ленинградские (Санкт-Петербургские) наводнения. Длинная волна формируется в центральной части Балтийского моря в результате длительного стояния циклона. После ухода циклона волна распространяется в Финском заливе с заходом в устье р. Невы.

Наводнения в результате заторообразования. Ледовым затором называется скопление крупно- и мелкобитого льда в руслах рек, стесняющее (уменьшающее) так называемое живое сечение реки и приводящее к повышению уровня воды на вышерасположенном участке и затоплению прилегающих территорий. Заторы образуются в период весеннего половодья при вскрытии рек. Опасное воздействие затора льда заключается как в затоплении, так и создании ледовых нагрузок на здания и сооружения. Основная причина возникновения ледовых заторов - задержка вскрытия на тех реках, где кромка льда смещается вниз по течению. Приносимые сверху льдины частично подныривают под лед, а частично образуют торосы. В результате стеснения русла растет уровень и уменьшается скорость потока и приносимых им льдин. Энергии льдин становится недостаточно для торошения, и они образуют затор. Для предотвращения заторообразования используется предварительное ослабление ледового покрова путем производства взрывных работ, зачернения поверхности льда, артиллерийских обстрелов и бомбометания. Ликвидация небольших заторов возможна с помощью ледоколов.

Селевые паводки. Селевые паводки имеют распространение в горных областях и отличаются от обычных ливневых паводков значительным содержанием наносов различного фракционного состава: от песка до крупных камней и глыб. Условиями возникновения селей являются: накопление на водосборе продуктов разрушения горных пород в большом объеме; большие уклоны склонов и потоков; засушливый климат в сочетании с благоприятными условиями возникновения интенсивных ливней или снеготаяния. Особенностью селя является заторный, пульсирующий характер потока вследствие наличия сужений и поворотов русла, наличия в русле осыпей, крупных камней и глыб. В результате сель двигается отдельными волнами с интервалом в несколько минут. Пульсирующий, заторный характер, насыщенность потока наносами и резкое увеличение максимальных расходов - главные причины большой разрушительной силы селей. Защита территорий от селевой опасности возможна путем создания противоселевых емкостей и реализации мероприятий по снижению эрозионной способности склонов (облесение и т.п.). Так, созданная направленным взрывом плотина на р. Алматинка позволила защитить г. Алма-Ату от разрушительного воздействия селей.

Нагонные затопления. Для озер, внутренних морей и в особенности устьевых участков впадающих в них рек характерны ветровые сгонно-нагонные колебания уровня воды. Чем крупнее водоем и меньше его глубина, тем больших размеров достигают нагоны. Нагонные колебания уровня не одинаковы в разных частях одного и того же водоема. У приглубых берегов нагоны меньше, чем на отмелых. Величина нагона рассчитывается в зависимости от т.н. длины разгона ветра над водоемом, средней глубины по длине разгона и скорости ветра. Из-за инерции водных масс максимум нагонного подъема уровня наступает позже максимума скорости ветра (до 6-8 час.). Примером крайне опасного наводнения является нагон, имевший место на побережье Каспийского моря 11-15 ноября 1952 г. При скорости ветра около 30 м/с на северо-западном побережье моря вода поднялась на 3-4 м. Вода, продвигаясь бурным потоком по ложбинам, затопила прибрежную зону на отдельных участках до 30 км в глубь суши.

Техногенные наводнения. К основным причинам техногенных наводнений, т.е. затоплений долин рек или прибрежных территорий, связанных со строительством или эксплуатацией гидротехнических сооружений, относятся: разрушение сооружений и излив водохранилища в долину реки или сброс в нижний бьеф расхода воды, превышающего пропускную способность речного русла; недостаточная высота защитных дамб; повышенные попуски в нижние бьефы гидроузлов в периоды формирования или разрушения ледового покрова, вызывающие или усиливающие заторо- и зажорообразование.