Леденев Основы безопасности жизнедеятелности 2007

щее время осмысливается идея защиты Санкт-Петербурга от нагонных наводнений путем строительства дамбы.

Обвальные и антропогенные наводнения. Режим стока воды в регионе может быть внезапно нарушен обвалом горных пород или ледников в русла рек, озер или разрушением естественных запруд высокогорных водоемов. В подобных случаях внезапный поток воды, устремляющийся в ниже расположенные участки территории, представляет большую опасность для людей. Аналогичная ситуация складывается в случаях прорыва построенных людьми плотин, дамб многочисленных искусственных водохранилищ. Кстати, объем воды в водохранилищах, построенных человеком, ныне составляет около 3000 км3, что равно примерно 10 % общеземного годового водостока. Картина наводнений такой природы подобна половодьевым в долинах северных рек при прорыве в них заторов.

Антропогенные наводнения, помимо обвальных, могут быть вызваны еще одним видом деятельности человека – вырубкой лесов. Лесные массивы задерживают таяние снега, растягивают период половодья. Уменьшение площади лесов порождает дополнительную причину нарушения режима водостока и, как следствие, увеличивает опасность половодьевых наводнений.

Цунами. Волны цунами – морские волны, безобидные в открытом море. Необходимым условием возникновения цунами является быстрое изменение рельефа дна во время тектонических процессов – землетрясений, вулканов, подводных обвалов. Перемещающееся дно, действуя по принципу поршня, толкает воду, вызывая образование цунами. В открытом море волна имеет пологий фронт; при высоте в несколько метров ее длина составляет десятки километров. Скорость распространения волны цунами (V) зависит от глубины моря (H) и высоты волны (h):

V =

gH (1 + h / H )

.

(5.1)

При средней глубине моря примерно 4 км скорость волны составляет около 700 км/ч. При формировании волны цунами образуется несколько волн (цуг) и в таком построении цунами устремляется к побережью. Цуг волн накатывается на берег с периодичностью единицы-десятки минут. Какой из накатов волны окажется

221

наиболее разрушительным, заранее предсказать невозможно; обычно это один из первых.

При приближении к берегу и выходе на мелководье высота волны цунами возрастает согласно соотношению:

h	2	/ h = (H	1	/ H	2	)1/ 2 .	(5.2)
		1

Это объясняется тем, что на мелководье за счет торможения волны ее длина уменьшается, а энергия (ее величина пропорциональна произведению длины волны и амплитуды) практически сохраняется. Например, при H1/H2 = 16 высота волны учетверяется. Дополнительно к этому на мелководье включается еще один механизм: за счет трения и торможения нижних слоев воды увеличивается крутизна переднего фронта волны, она превращается в «водяную стену» высотой десятки метров. Такой гигантский таран мощно накатывается на берег, утюжа его на глубину километра и более, убивая оказавшихся на ее пути людей, разрушая и опрокидывая сооружения, а затем откатывается назад, унося свою добычу в море. На берег могут быть выброшены морские суда, в море могут быть смыты вагоны, дома и т.п. Коварство цунами особенно опасно на низменных берегах океана, а также в вершинах заливов и бухт.

Цунамоопасными регионами нашей страны являются Курильские острова, Камчатка, Сахалин, побережье Тихого океана. Примером цунами с большими трагическими последствиями может служить случай цунами 1952 г. в районе Курильских островов. Высота волны у южной оконечности Камчатки достигла 60 м. Волной цунами буквально смыло город Южно-Курильск. О возможной массовости гибели людей в результате цунами говорит хотя бы недавний трагический случай цунами, произошедший в регионе индонезийских островов 26 декабря 2004 г. Высота волны, накатившейся на берега, достигала 30 м. Глубина прибрежной полосы разрушений и полного кошмара достигала 3 км.

Поражающую способность цунами принято выражать магнитудой. За магнитуду цунами (m) принят натуральный логарифм амплитуды (A) волны (в сантиметрах), измеренной на расстоянии от 3 до 10 км от береговой линии:

m = lg A .

(5.3)

222

Магнитуда цунами может иметь значение до четырех единиц: при m = 4 – катастрофическое цунами, полное разрушение на берегу; при m = 3 – очень сильное цунами, разрушения и повреждения строений; при m = 2 – сильное цунами, повреждение непрочных сооружений вблизи берега; m = 1 – опасное цунами, поражающее людей вблизи берега.

Цунами – наиболее грозная разновидность наводнений. Они способны приводить к массовой гибели людей, огромному экономическому ущербу, надолго нарушать режим жизнедеятельности регионов. Помимо прямых возможны вторичные последствия поражающего действия цунами: пожары, аварии на предприятиях и в системах коммунального хозяйства, поражение сельскохозяйственных угодий и т.д.

В принципе возможно создание региональных систем предупреждения людей о приближении цунами. Регистрируя сейсмические волны, порождаемые тектоническими явлениями, системой территориально разнесенных сейсмических станций, можно оперативно установить координаты эпицентра явления, а следовательно, и эпицентра цунами. При удаленности эпицентра от берега, равной D, временной интервал между моментами прихода на берег сейсмической волны и волны цунами составит:

τ = D(C – V)/(CV),

(5.4)

где С – скорость сейсмической волны (она составляет несколько километров в секунду); V – скорость волны цунами (она в 30 –

40раз меньше).

Соответствующего интервала часто достаточно для оповещения

людей и принятия ими мер по защите, чаще всего эвакуации. Защита от наводнений. Статистика трагических последствий

наводнений обязывает людей принимать соответствующие меры для обеспечения своей безопасности. Крупномасштабные меры защиты от наводнений (необходимость таких мер очевидна, поскольку речь идет о геофизических факторах) могут быть реализованы только на государственном уровне, а иногда, как, например, в отношении цунами, в рамках международного сотрудничества. И подобные меры повсеместно проводятся. К числу таких мер можно отнести: научные исследования по изучению причин и предсказанию наводнений, ведение мониторинга, информирование населе-

223

ния о геофизической обстановке, строительство разного рода инженерных сооружений, создание сил и средств на случаи аномального проявления стихии и т.д. Подробное рассмотрение этих мер выходит за рамками данного пособия. Обратим внимание на рекомендации по поведению людей в случаях угрозы или свершившегося наводнения.

Прежде всего, каждый человек должен знать гидрометеорологические особенности своего региона проживания, а в периоды сезонных или иных аномальных отклонений параметров среды обитания быть внимательным к сообщениям средств массовой информации. Следует также быть внимательным при обнаружении всевозможных аномалий: необычные запахи, изменение уровня грунтовых вод, поведение животных и т.п. В частности, установлено, что животные обладают предчувствием геофизических бед – они покидают районы будущего бедствия заранее. К примеру, среди тысяч погибших от цунами в декабре 2004 г. не оказалось ни одного погибшего животного – все они, как оказалось, заблаговременно покинули опасную зону. О грозящем опасном происшествии человеку часто посылаются сообщения домашними животными в форме необычно беспокойного поведения. О предстоящих катаклизмах в гидросфере можно «прочитать» по поведению морских животных, в частности рыб.

Получив информацию о возможности наводнения или обнаружив признаки надвигающегося бедствия, люди должны принять все возможные меры самозащиты. Если ожидается наводнение с умеренным режимом нарастания (паводковые, половодьевые, нагонные), то предварительные меры самозащиты сводятся к следующему. Ближайшей задачей может стать эвакуация. С учетом этого жителям сельской местности необходимо наметить возвышенные места для предстоящей эвакуации. При этом не следует ориентироваться на холмы с крутыми склонами, помня о возможности оползней. Далее, следует запастись теплой одеждой, продуктами питания, водой, взять с собой лекарства, документы. Необходимые вещи, ценные вещи и предметы нужно переместить на чердаки или закрепить их так, чтобы они не могли быть унесены водным потоком. Следует организовать дежурство для наблюдения за обстановкой, при возможности держать средства массовой информации во включенном состоянии, иметь при себе средства световой сигнали-

224

зации. Скот следует перегнать на возвышенные места. Коротко: должно быть предусмотрено все на случай возможного бегства, а то и возможности оказаться на острове.

В периоды буйного торжества наводнения: избегать низко расположенных мест, которые могут быть внезапно затоплены при разрушении плотин, не переходить затопленные участки вброд, если уровень воды выше колен (поток воды может свалить, а в водовороте человек становится беспомощным), опасным становится движение через затопленные участки на автомобиле (можно не заметить ямы). Физически здоровые люди должны быть в готовности оказывать помощь пострадавшим, попавшим в беду. Нельзя использовать для питья воду из открытых источников (в ходе наводнений в них могут попасть стоки из могильников). В критическом положении подавать звуковые и световые сигналы бедствия, помня, что в подобных ситуациях должны действовать спасательные подразделения.

Существенно иными становятся рекомендации по самозащите на случаи внезапных наводнений типа цунами или обвальных. В этих ситуациях речь может идти, скорее, не о самозащите, а о самоспасении. Если в море сформировалась волна цунами, и человеку об этом стало известно, то в запасе у него может оказаться всего несколько минут, чтобы предпринять спасительные меры. Очевидной спасательной мерой в этой ситуации является убегание на ближайшую возвышенность. Подсказывающим признаком приближающейся беды в форме волны цунами является неожиданное предварительное понижение уровня воды в прибрежной зоне. Оно проявляется за несколько минут до прихода цунами к побережью. К сожалению, во время цунами в декабре 2004 г. отдыхающие на пляжах не среагировали на это предупреждение приближающейся беды.

Для оповещения жителей тихоокеанского региона о возможности цунами при регистрации землетрясений была создана Служба предупреждения с центром на Гавайских островах. Функционирование Службы основано на принципе, поясненном выше. Но этот принцип имеет свою оборотную сторону: люди, привыкнув к частым, но не сбывшимся предупреждениям (не при каждом землетрясении порождается цунами), теряют доверие к предупреждениям и, как показывает опыт, не реагируют на них. Требуется более надеж-

225

ный алгоритм регистрации непосредственно волны цунами в эпицентре ее формирования.

5.4. Метеорологические чрезвычайно опасные происшествия

Под метеорологическими происшествиями в данном случае будем подразумевать природные явления, характеризующиеся высокими скоростями ветра. К ним относятся: ураганы, бури, смерчи. Иные их названия: тайфун, шторм, торнадо – соответственно. По существу эти явления представляют собой атмосферные вихри различного масштаба.

Физическая сторона этих явлений состоит в следующем. В земной атмосфере имеет место устойчивая глобальная циркуляция воздуха. Основные факторы, определяющие закономерности этой циркуляции, – градиент температуры и плотности воздуха по высоте, широтная неравномерность прогрева поверхности Земли солнечными лучами и вращение Земли. В этих устойчивых воздушных течениях случайным образом могут возникать области повышенного или пониженного давления различного размера. И тогда в устойчивых потоках циркуляции воздуха, по законам механики, возникают закрутки – вихри. В северном полушарии массы воздуха в вихре закручиваются против часовой стрелки, если центральная область имеет пониженное давление, и по часовой стрелке, если центральная область имеет повышенное давление. В южном полушарии направление закруток – противоположное.

Мощные крупноразмерные вихри – циклоны и тайфуны – зарождаются, как правило, вокруг восходящих потоков теплого влажного воздуха над океанами. Имея поперечные размеры в несколько тысяч километров, атмосферный «волчек» перемещается со скоростью до нескольких десятков километров в час, совершая путь до нескольких тысяч километров. Если по пути движения воздух будет теплым и влажным, то «волчек» будет дополнительно подпитываться энергией, выделяющейся при конденсации водяных паров. Выйдя на сушу, закрутки постепенно теряют свою энергию и затухают. Крупноразмерные вихри могут существовать до трех недель.

Менее крупные вихри – бури и штормы – порождаются интенсивной местной циркуляцией воздуха под краями мощных облаков,

226

в периоды циклонической активности. Продолжительность существования этих вихрей – от нескольких часов до нескольких дней.

Механизм формирования смерчей и торнадо обусловлен восходящей струей теплого воздуха, за счет чего образуется крупное грозовое облако. В какой-то момент из него начинается выпадение осадков, падающая масса закручивается в спираль, которая в форме цилиндра или конуса, подобно хоботу слона, достигает поверхности Земли. Центробежная сила вращающейся массы воздуха создает разряжение внутри закрученной трубки, в связи с чем в облако дополнительно всасывается теплый воздух. Часто теплый воздух в трубу подталкивается подтекающим под основание трубки клином холодного воздуха. Механизм формирования смерчей и торнадо развивается очень стремительно. Смерчи, возникающие на территории нашей страны, характеризуются средним временем существования 10 – 30 мин, а иногда – до 1 ч. Они движутся со скоростью породившего их атмосферного фронта – десятки километров в час, проходят путь в несколько километров, реже – несколько десятков километров. Средний диаметр смерча у земли составляет около 1 км. Торнадо Северной Америки имеют более грозные показатели: время существования – до нескольких часов, длина пути – в сотни километров.

Ураганы и бури чаще всего сопровождаются обильными осадками – ливнями, снегопадами, градом, а также часто приводят к пыльным, песчаным (в условиях засушливого лета) или снежным бурям. Осадки стимулируются конденсацией влаги при охлаждении в верхних слоях атмосферы воздуха, поднимаемого из приземных слоев. Так что сильные ветры часто сопровождаются наводнениями, снежными заносами, сходом лавин.

Поражающая способность ветровых явлений определяется скоростью движения воздушного потока. За счет кинетической энергии потока воздуха на объекты, находящиеся на его пути, создается давление, называемое давлением скоростного напора. Максимальное значение давления скоростного напора Рсн при скорости ветра V и плотности воздуха ρ может составить:

P = ρV 2 .	(5.5)
сн

227

Силой скоростного напора ветра повреждаются и разрушаются дома, иные подобные сооружения, объекты могут быть опрокинуты, отброшены, перемещены, вырваны из земли и т.п. Поражение людей может быть вызвано как прямым воздействием ветра, так и летящими обломками разрушаемых объектов. Иногда случаются экзотические варианты поражения людей и объектов вихрями смерчей и торнадо: они могут быть подняты всасывающей силой вихря и перенесены на значительные расстояния.

Дополнительным, сопутствующим поражающим фактором при сильных ветровых происшествиях, как уже отмечалось, являются обильные осадки и, как следствие, наводнения.

Силу ветра, а следовательно, степень опасности, создаваемой им, принято выражать в баллах. Наибольшее распространение имеет шкала балльности ветра, носящая название шкалы Бофорта (Бофорт – английский адмирал, предложивший ее). Модифицированный вариант шкалы Бофорта в 1963 г. принят Всемирной метеорологической организацией в качестве шкалы силы ветра. В ней, как и в сейсмической шкале, в качестве критерия классификации используются наблюдаемые последствия поражающего действия ветра на различные объекты. С некоторыми сокращениями второстепенных деталей она приводится в табл. 5.5.

На территории нашей страны атмосферные вихри часто возникают в южных районах, на Дальнем Востоке, Камчатке, Чукотке, Сахалине, Курильских островах, Северном Кавказе; нередко они случаются и в центрально-европейской зоне. Примером катастрофического урагана может служить ураган, случившийся августе – сентябре 1988 г. на Камчатке. В том случае город ПетропавловскКамчатский остался без электричества, а дома – без крыш; региону был нанесен огромный материальный ущерб.

Еще более впечатляющим случаем является ураган «Катрина», обрушившийся на город Орлеан (восточное побережье США) осенью 2005 г. Ураган сопровождался нашествием воды. Курортный город был основательно затоплен, имели место многочисленные человеческие жертвы. Материальный ущерб от этого побоища оценен в 200 млрд дол. США. Ураган, атаковавший в 1970 г. побережье Пакистана, привел к гибели около 200 тыс. жителей.

228

								Таблица 5.5
	Название	Скорость,			Наблюдаемые эффекты
Балл					воздействия ветра
	ветра	м/с
				на суше				на море
			Дым		поднимается		Зеркально
0	Штиль	0 – 0,2	вертикально				гладкая			по-
							верхность
			Дым из труб подни-				Рябь, пена			на
1	Тихий ветер	0,3 – 1,5	мается		струей, от-		гребнях волн
			клоняющейся			от
			вертикали
			Ощущается поверх-				Короткие			вол-
2	Легкий	1,6 – 3,3	ностью		лица, лени-		ны	не	опроки-
			вое	реагирование			дываются
			флюгера
			Листья		деревьев		Гребни		волн
			колышутся,			флаги	опрокидывают-
3	Слабый	3,4 – 5,4	развеваются				ся,	образуются
							редкие		бараш-
							ки
			Поднимается			пыль,	Удлиненные
4	Умеренный	5,5 – 7,9	качаются			тонкие	волны,		много-
			ветки деревьев				численные
							белые барашки
			Качаются			тонкие	Сплошные
5	Свежий	8,0 – 10,7	стволы деревьев				волны,		бараш-
							ки,		редкие
							брызги
			Качаются толстые				Белые		пени-
6	Сильный	10,8 – 13,8	стволы		деревьев,		стые		волны,
			гудят		телеграфные		брызги
			провода
			Идти	против		ветра	Волны		громоз-
7	Крепкий	13,9 – 17,1	трудно				дятся,		пена
							полосами
	Очень креп-		Ломаются			сучья	Волны		разби-
8		17,2 – 20,7	деревьев,			идти	ваются в брыз-
	кий		очень трудно				ги,	сплошная
							пена
			Срываются			крыши	Волны		рассы-
9	Шторм	20,8 – 24,4	домов (буря)				паются в брызг
							(буря)

229

					Окончание табл. 5.5
	Название	Скорость,	Наблюдаемые эффекты
Балл			воздействия ветра
	ветра	м/с
			на суше			на море
			Вырываются	де-		Гребни	волн
			ревья, строения ру-			загибаются,
10	Сильный	24,5 – 28,4	шатся			хлопья пены по
						всей поверхно-
						сти
			Обрушения	постро-		Видимость
			ек на значительных			плохая,	сред-
11	Жесткий	28,5 – 32,5	пространствах			ние суда скры-
						ваются	за вол-
						нами
	Ураган-	32,6 и	– « –			– « –
	тайфун	более
	– « –	32,6 – 42	Массовые разруше-			Воздух	напол-
			ния строений			нен брызгами
	– « –	42 – 49	Полное разрушение			Воздух	напол-
			легких строений			нен пеной
12
			Массовые разруше-			Опрокидыва-
	– « –	49 – 58	ния всяких	постро-		ние судов
			ек, лесные завалы
	– « –	58 – 70	– « –			– « –
	Смерч,		Полоса	полных		– « –
		Более 70	разрушений,	зава-
	торнадо
			лов

Примечание. Скорость ветра измеряется над открытой ровной поверхностью, на высоте 10 м.

Противодействие ветровым опасностям требует учета возможных нагрузок (скоростного напора) при строительстве всевозможных сооружений. Так, согласно строительным нормам, максимальное значение ветрового давления на территории России принимается равным 0,85 кПа, что соответствует скорости ветра около 40 м/с, т.е. урагану 12.1 балла по шкале Бофорта.

Передовой эшелон защиты от катастрофических ветровых происшествий основывается на их прогнозировании. Люди, живущие в регионах повышенной активности ветра, должны быть внимательны к прогнозным сообщениям метеослужб. Беспечность в этом отношении наказуема. На случаи явной ветровой опасности в таких

230