Гидрологические катастрофические явления: селевые потоки и ливни

Колобанова П. К., студент

Научный руководитель: Чижикова Ольга Алексеевна, канд. геогр. Наук, доцент

Донецкий государственный университет, РФ

[email protected]

ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ КАТАСТРОФИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ: СЕЛЕВЫЕ ПОТОКИ И ЛИВНИ

Актуальность темы обусловлена увеличением частоты экстремальных погодных условий из-за изменения климата, ростом населения и урбанизацией, что повышает риски катастроф. Экономические последствия, такие как разрушение инфраструктуры и потеря сельскохозяйственных угодий, требуют разработки эффективных стратегий управления рисками. Кроме того, экологические последствия подчеркивают необходимость устойчивого управления природными ресурсами. Исследование этих явлений необходимо для прогнозирования и минимизации их последствий, что делает эту тему актуальной и важной для обеспечения безопасности населения и защиты окружающей среды.

Анализ последних исследований и публикаций. Данная тема обширно изучается исследователями в институте географии РАН (Россия), лаборатории гидрологии и гидравлики (США), федеральной службе по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет, Россия), национальной администрации океанических и атмосферных исследований (NOAA, США), во всемирной метеорологической организации (ВМО), программе ООН по окружающей среде (ЮНЕП), международном комитете Красного Креста, во всемирном фонде дикой природы (WWF). Из российских учёных подробно эту проблему рассматривали Кузьмин С.Б. [1], Алексеевский Н.И. [2], Базелюк А.А. [3].

Цель исследования. Рассмотреть гидрологические катастрофические явления, в частности селевые потоки и ливни, а также найти причины и пути решения по данной теме.

Результаты исследования. Исследование гидрологических катастрофических явлений, таких как селевые потоки и ливни, важно для оценки рисков, разработки методов прогнозирования и предотвращения ущерба. Ниже приводятся ключевые результаты, которые основаны на обширных научных данных и практическом опыте:

1. Природа селевых потоков и ливней

Исследования показывают, что селевые потоки и ливни являются сложными гидрологическими явлениями, вызываемыми совокупностью факторов, таких как:

• Экстремальные осадки. Интенсивные ливни могут вызвать резкий подъем уровня воды, что приводит к эрозии почвы и формированию селевых потоков.

• Геологические условия. Нестабильные горные породы, крутые склоны и мелкозернистые почвы увеличивают вероятность селевых потоков.

• Человеческая деятельность. Вырубка лесов, строительство вблизи горных склонов и недостаток мер по защите почвы усиливают последствия катастроф.

1. Причины и триггеры селевых потоков

• Осадки. Исследования фиксируют, что интенсивность осадков выше 30–50 мм/ч на склоновой местности значительно повышает вероятность формирования селевого потока.

• Массовые оползни. Они часто служат источником материала для селевых потоков, особенно при комбинации с ливневыми дождями.

• Таяние снегов. Весеннее потепление в горных районах добавляет воды к осадкам, повышая гидравлическое давление на почву.

1. Динамика и механизмы селевых потоков

Селевые потоки изучаются как двухфазная система, где жидкость (вода) смешивается с твердыми частицами (грунт, камни). Их свойства:

• Скорость движения. Доходит до 20 м/с, что делает их крайне разрушительными.

• Объем твердых частиц. Может составлять до 70% массы потока.

• Эрозионные способности. Поток способен вырывать породы, увеличивая свой объем по мере продвижения.

1. Воздействие на экосистему и инфраструктуру

• Экосистемы. Уничтожение растительности, разрушение естественных русел рек, изменения водного баланса.

• Инфраструктура. Разрушение дорог, мостов, населенных пунктов; повреждения сельскохозяйственных угодий и водоснабжения.

• Человеческие потери. Исследования показывают, что за последние 50 лет селевые потоки стали причиной тысяч смертей по всему миру, особенно в Азии и Южной Америке.

1. Методы прогнозирования и мониторинга

Современные исследования предлагают следующие подходы:

• ГИС-технологии и моделирование. Используются цифровые модели рельефа для прогнозирования зон риска.

• Метеорологический анализ. Высокоточные радары и спутники позволяют определять интенсивность и траекторию ливней.

• Сейсмические датчики. Фиксируют движение грунта для раннего предупреждения селевых потоков.

1. Меры по снижению последствий

• Инженерные решения. Создание плотин, каналов для отвода воды, укрепление склонов.

• Лесовосстановление. Высаживание лесов для стабилизации почвы.

• Зональное планирование. Ограничение строительства в зонах риска.

• Образование и подготовка. Уведомление населения и создание систем эвакуации.

1. Климатические изменения

Увеличение интенсивности осадков, вызванное изменением климата, увеличивает частоту селевых потоков. Прогнозы показывают, что регионы с высокой гористой местностью и тропическим климатом станут наиболее уязвимыми.

1. Примеры крупных катастроф

• Сель на реке Баксан (Кабардино-Балкария, 2000): Привел к гибели 26 человек, разрушению инфраструктуры и смещению селений.

• Катастрофические ливни в Индии (Мумбаи, 2005): Более 900 человек погибли в результате наводнений, вызванных ливнями.

• Селевые потоки в Колорадо (США, 2013): Ущерб составил около $2 млрд, были затоплены целые районы.

1. Текущие исследования и технологии

• Машинное обучение и ИИ: Используются для обработки данных с метеорологических станций и спутников для точного прогнозирования.

• Интеграция датчиков: Автоматические датчики влажности и сейсмической активности помогают обнаруживать ранние признаки движений почвы.

• Международное сотрудничество: Программы, такие как UNISDR (Стратегия ООН по снижению рисков бедствий), направлены на обмен опытом между странами.

Селевые потоки и ливни остаются одними из самых разрушительных гидрологических явлений. Их изучение требует междисциплинарного подхода, включающего гидрологию, геологию, климатологию и инженерные науки. Только скоординированные усилия позволят минимизировать последствия этих катастрофических событий.

Вывод. Селевые потоки и ливни являются одними из самых разрушительных гидрологических явлений, представляя серьёзную угрозу для жизни людей, экосистем и инфраструктуры. Изучение их природы и механизмов возникновения показало, что это явления сложной многофакторной природы, обусловленные как природными, так и антропогенными причинами. Основной триггером таких процессов выступают интенсивные осадки, приводящие к перенасыщению почвы влагой.

Антропогенные факторы значительно увеличивают масштабы и частоту селевых потоков и катастрофических ливней. Вырубка лесов, которая нарушает естественное удержание влаги в почве, неправильное использование земель, строительство дорог и расширение урбанизированных территорий меняют гидрологический баланс и повышают риск возникновения подобных явлений. Особенно это касается горных регионов, где склоновые процессы наиболее интенсивны. В результате взаимодействия природных и антропогенных факторов селевые потоки приобретают мощную разрушительную силу, разрушая дома, дороги, мосты, изменяя русла рек и вызывая вторичные катастрофы, такие как наводнения и эрозия почвы.

Современные исследования подтверждают, что прогнозирование этих явлений стало возможным благодаря развитию технологий. Использование математических моделей, спутниковых данных, автоматизированных датчиков влажности, температуры и давления позволяет с высокой точностью предсказывать вероятность возникновения селевых потоков и интенсивных ливней. Эти технологии интегрируются в системы раннего предупреждения, что позволяет оперативно реагировать на угрозу, вовремя эвакуировать население и минимизировать ущерб. Программные комплексы, такие как HEC-HMS или FLO-2D, создают сценарии распространения потоков, учитывая топографию местности, структуру почв и прогнозы осадков. Превентивные меры включают в себя сочетание инженерных и экологических решений. К инженерным относятся строительство селезащитных дамб, водоотводных каналов, укрепление склонов с использованием габионов и сеток. Экологические подходы включают восстановление лесов, улучшение почвенного покрова и создание устойчивых экосистем, способных поглощать влагу и снижать интенсивность эрозии. Также важным аспектом является информирование и подготовка местного населения: знание алгоритмов действий в случае чрезвычайной ситуации снижает число жертв и ускоряет процесс эвакуации.

Решение проблемы селевых потоков и ливней требует не только локальных усилий, но и координации на международном уровне. Глобальные изменения климата, которые усиливают интенсивность экстремальных осадков, требуют объединения усилий стран в изучении этих процессов, разработке адаптационных стратегий и создании устойчивых к климатическим рискам обществ. Образование международных исследовательских групп, обмен опытом и технологиями, а также участие в инициативах по защите окружающей среды могут существенно снизить масштаб последствий.

Таким образом, изучение селевых потоков и ливней подчеркивает необходимость комплексного подхода, включающего использование современных технологий, внедрение инженерных и экологических мер, повышение уровня информированности населения и координацию усилий на государственном и международном уровне. Эти меры позволят значительно уменьшить ущерб от гидрологических катастрофических явлений, сохранить жизни людей, защитить природные и экономические ресурсы, а также адаптировать общества к условиям изменяющегося климата.

Список литературы:

1. С.Б. Кузьмин Опасные природные процессы в российской федерации // Науки о Земле и смежные экологические науки URL: https://cyberleninka.ru/article/n/opasnye-prirodnye-protsessy-v-rossiyskoy-federatsii (дата обращения: 21.11.2024).

2. Н. И. Алексеевский, Н. Л. Фролова, А. В. Христофоров // Мониторинг гидрологических процессов и повышение безопасности водопользования [Текст] // Москва: Географический фак. МГУ, 2011. - 387с. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/opasnye-prirodnye-protsessy-v-rossiyskoy-federatsii (дата обращения: 21.11.2024).

3. Базелюк А.А. Антропогенное изменение гидрографической сети Кумо-Манычской впадины // URL: https://rusneb.ru/catalog/000199_000009_003173216/ (дата обращения: 21.11.2024).