Hydrosphere. Hazard processes and phenomena
Not a member yet
170 research outputs found
Sort by
СЕЛИ И КАРЧЕХОДЫ НА РАВНИННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ
Get PDFTraditionally, it is believed that debris-flows are formed only in mountainous areas, and their occurrence in flat areas is impossible. These ideas about the conditions for the development and spread of debris-flow processes are reflected in the Russian Technical Regulations that determine the composition of engineering surveys for construction. In these Regulations, debris-flow and potentially debris-flow areas are identified only in mountainous areas, while flat and hilly areas are shown as non-debris-flow. Debris-flow risks are not calculated for flat and hilly areas both in Russia and in other countries. The vulnerability of objects, structures and territories to the impact of debris-flows is not taken into account either in the development of urban planning documentation, or in the design of objects and structures, or in the development of recreational areas. When designing hydraulic engineering and other structures, the loads created by water flows with a density of up to 1000 kg/m3 are calculated, and not by debris-flows, mudflows and suspended streams with a density of 1100-2000 kg/m3. The results of the research show that the presence, even in local areas, of slopes exceeding (depending on the type of rock) 5°-10°, creates the possibility of incoherent debris-flows (suspended streams) on lowland small rivers. For example, the number of such small rivers in the Novgorod region is 20%. The presence of even local sections with slopes of more than 100‰ on flat rivers creates conditions for the formation of debris-flows and mudflows. Debris-flows and mudflows are formed on plains not only in ravines, but also in the beds of permanent and temporary small watercourses and in erosion furrows on the slopes of hills and river terraces. The density of debris-flows and mudflows of small volumes formed in erosion cuts on the slopes of hills and river terraces can reach 2000 kg/m3, and sediment flows passing through the beds of small rivers-1100-1200 kg/m3. Submerged tree drifting on small watercourses in its composition are not water streams, and the incoherent debris flows.Традиционно считается, что сели формируются только в горных районах, а их возникновение на равнинных территориях невозможно. Эти представления об условиях развития и распространения селевых процессов отражены в Российских нормативных документах, определяющих состав инженерных изысканий для строительства: в них как селеопасные и потенциально селеопасные районы выделены только горные территории, а равнинные и холмистые территории показаны как не селеопасные. Таким образом, селевые риски при проектно-изыскательских работах как на большей части территории России, так и в мировой практике, не учитываются и соответственно уязвимость объектов, сооружений и территорий для селей не оценивается ни при разработке градостроительной документации, ни при проектировании объектов и сооружений, ни при развитии рекреационных территорий. Так, при проектировании гидротехнических сооружений рассчитываются нагрузки, создаваемые водными потоками плотностью до 1000 кг/м3, а не грязекаменными, грязевыми и наносоводными потоками плотностью 1100-2000 кг/м3. Результаты проведённых исследований показывают, что наличие, даже на локальных участках, уклонов, превышающих (в зависимости от типа горной породы) 5°-10°, создаёт возможность возникновения на равнинных малых реках несвязных селей (наносоводных потоков). Например, количество таких малых рек в Новгородской области составляет 20%. Наличие на равнинных реках даже локальных участков с уклонами более 100‰, создаёт условия для формирования грязевых и грязекаменных селей. Грязевые и грязекаменные сели малого объёма формируются на равнинных территориях не только в оврагах, но и в руслах постоянных и временных малых водотоков и в эрозионных бороздах на склонах холмов и речных террас. Плотность грязекаменных и грязевых селей небольших объёмов, формирующихся в эрозионных врезах на склонах холмов и речных террас может достигать 2000 кг/м3, наносоводных потоков, проходящих по руслам малых рек, – 1100-1200 кг/м3. Карчеходы, проходящие по мелким водотокам по своему составу являются не водными потоками, а несвязными селями.
ЛитератураАйзенберг М.М., Грачева Л.Н. Селевые потоки на юге и юго-западе европейской территории Советского Союза // Труды Украинского научно-исследовательского гидрометео-рологического института. 1975. Вып. 140. С. 148-161. Айзенберг М.М., Семенихина А.С. К природе антропогенных селей // Труды Украинского научно-исследовательского гидрометео-рологического института. 1978. Вып. 168. С. 109-114.Атлас природных и техногенных опасностей и рисков чрезвычайных ситуаций Российской Федерации / Под общ. ред. С.К. Шойгу. М.: Дизайн. Информация. Картография, 2010. 696 с.Бодров В.А. Проблема борьбы с эрозией почв в районе Каневских дислокаций // Материалы Всесоюзного совещания по борьбе с эрозией почв, (г. Москва, 12-16 декабря 1955 г.). М.: Сельхозгиз, 1957. С. 369-378.Брылев В.А. Современные геодинамические процессы на территории Волгоградской агломерации // Сборник материалов 13-го пленарного межвузовского координационного совещания по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (г. Псков, 13-15 октября 1998 г.). Псков: ПГУ, 1998. С. 178-179.Виноградов Ю.Б. Этюды о селевых потоках. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 143 с.Виноградов А.Ю., Виноградова Т.А. Селевые явления на равнинных территориях (на примере Новгородской области) // Материалы IV Международной конференции «Селевые потоки: катастрофы, риск, прогноз, защита» (г. Иркутск, 6-10 сентября 2016 г.) Иркутск: Изд-во Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2016. С. 50-54.Виноградов А.Ю., Кадацкая М.М., Бирман А.Р., Виноградова Т.А., Обязов В.А., Кацадзе В.А., Угрюмов С.А., Бачериков И.В., Коваленко Т.В., Хвалев С.В., Парфенов Е.А. Расчёт неразмывающих скоростей водного потока на высоте верхней границы пограничного слоя // Resources and Technology. 2019. Т. 16. №3. С. 44-61. DOI: 10.15393/j2.art.2019.4782.Вольфцун И.Б., Крестовский О.И. Катастрофический ливневой паводок на Валдае// Метеорология и гидрология. 1961. №1. С. 40-43.География овражной эрозии / Под ред. Е.Ф. Зориной. М.: Изд-во МГУ, 2006. 323 с.Домогашев В.Н. Проектирование мостовых переходов в условиях карчехода // Тезисы докладов и сообщений региональной научно-практической конференции Основные направления повышения эффективности и качества капитального строительства в Красноярском крае (г. Красноярск, 10-12 июня 1982 г.). Часть III. Красноярск, 1982. С. 12-13.Дрозд Н.И. Грязевые потоки в овражных районах Украины // Материалы V Всесоюзного совещания по изучению селевых потоков и мер борьбы с ними. Баку: Издательство Академии наук АзССР, 1962. С. 94-98.Ещенко Н.Д., Кутовой С.С., Шпак И.С. Влияние хозяйственной деятельности на заиление речных долин // Влияние хозяйственной деятельности на водный баланс / Под ред. С.М. Перехрест. Киев, 1969. С. 87-104.Казаков Н.А., Генсиоровский Ю.В. Паводки на малых реках низкогорья Ююжного и Среднего Сахалина как несвязные селевые потоки // Труды Второй конференции «Селевые потоки: катастрофы, риск, прогноз, защита», посвященной 100-летию С.М. Флейшмана (г. Москва, 17-19 октября 2012 г.). М.: Географический факультет МГУ, 2012. С. 49-50.Козменко А.С. Борьба с эрозией почв на сельскохозяйственных угодьях. М.: Сельхозгиздат, 1963. 208 с.Лапердин В.К., Качура Р.А. Геодинамика опасных процессов в зонах природно-техногенных комплексов Восточной Сибири. Иркутск: Институт земной коры СО РАН, 2010. 311 с.Леваднюк А.Т. Особенности развития овражной эрозии в оползневых районах Молдавии // Тезисы докладов Четвертой Всесоюзной научной конференции «Закономерности проявления эрозионных и русловых процессов в различных природных условиях» (г. Москва, 24-26 декабря 1987 г.). М.: МГУ, 1987. С. 155.Любимов Б.П. Селевые потоки в оврагах на Сатинском полигоне МГУ // Доклады и сообщения 16-ого пленарного межвузовского координационного совещания по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (г. Санкт-Петербург, 2-4 октября 2001 г.). СПб.: МГУ-СПбГУВК, 2001. С. 150-151.Любимов Б.П., Перов В.Ф. Селевые потоки в оврагах равнин // Вестник МГУ. Серия 5. География. 2001. № 3. С. 56-62.Перов В.Ф. Селевые явления на территории СССР // Итоги науки и техники. Серия Гидрология суши. Том 7. М.: ВИНИТИ, 1989. 147 с.Перов В.Ф. Селеведение: учебное пособие. М.: МГУ, 2012. 272 с.Прока В.Е. Будущее природы агропромышленного района. Кишинев: Штиинца, 1983. 237 с.Прока В.Е., Яковлев В.М. О селевых явлениях на территории Молдавии // Охрана природы Молдавии. 1969. Выпуск 7. С. 15-23.Сальников П.И. Оврагообразование, селевые паводки и песчаные заносы в городах Забайкалья и борьба с ними // Записки Забайкальского отдела Всесоюзного географического общества СССР. 1963. Выпуск 22. С. 77-92.Сластихин В.В. Селевые потоки Молдавского Приднестровья // Материалы Первой Научной конференции по проблемам развития и размещения производит. сил Приднестровья «Проблемы использования природных богатств и охраны природы». Львов: Каменяр, 1969. С. 30-32.Сластихин В.В. Процесс эрозии на селеактивных водосборах в Молдавии // Тезисы докладов Четвертой Всесоюзной научной конференции «Закономерности проявления эрозионных и русловых процессов в различных природных условиях» (г. Москва, 24-26 декабря 1987 г.). М.: МГУ, 1987. С. 136-137.Черноморец С.С. Селевые исследования в России и странах бывшего Советского Союза: история и перспективы // Труды Международной электронной конференции «Изменения природной среды на рубеже тысячелетий». Тбилиси-Москва, 2006. С. 67-75.Швебс Г.И. Селевые явления в негорных районах Украины // Метеорология, климатология и гидрология. 1969. Выпуск 5. С. 181-186.Яблонский В.В. Сель в Киеве // Свет. Природа и человек. 1991. № 7. С. 32-33.
 
ASSESSING PREDICTABILITY OF HYDROLOGICAL PROCESSES (ON THE EXAMPLE OF FROZEN SOIL WATER CONTENT DYNAMICS)
Get PDFAbstract. A method has been developed for assessing the limits of predictability of the frozen soil water content (according to observations at the Nizhnedevitskaya water balance station). The method is based on the analysis of the convergence of a given probabilistic measure (the variance of the calculated soil water content at a given date) to its stable value. The soil water content was simulated by the physically based model of heat and water transfer in a frozen soil column during a autumn-winter seasons. To assess variability of the modelled soil water content at a given date, the boundary meteorological conditions for the autumn-winter period were simulated by the Monte Carlo procedure using a stochastic weather generator. The initial conditions were assigned as the constant soil temperature and soil moisture values over the 1-meter soil column. The predictability of the soil water content in the one-meter layer of the studied soils has occurred to be about 1.5 months; it means that for the forest-steppe conditions, the soil water content before the beginning of soil freezing cannot serve as an indicator of soil water content before spring. Numerical experiments have shown that the soil water content predictability: (1) grows with an increase in the thickness of the considered soil layer and its depth; (2) decreases for coarser soils as compared to finely dispersed soils; (3) is more sensitive to changes in the soil texture than to changes in the climatic norms of precipitation and air temperatureAbstract. A method has been developed for assessing the limits of predictability of the frozen soil water content (according to observations at the Nizhnedevitskaya water balance station). The method is based on the analysis of the convergence of a given probabilistic measure (the variance of the calculated soil water content at a given date) to its stable value. The soil water content was simulated by the physically based model of heat and water transfer in a frozen soil column during a autumn-winter seasons. To assess variability of the modelled soil water content at a given date, the boundary meteorological conditions for the autumn-winter period were simulated by the Monte Carlo procedure using a stochastic weather generator. The initial conditions were assigned as the constant soil temperature and soil moisture values over the 1-meter soil column. The predictability of the soil water content in the one-meter layer of the studied soils has occurred to be about 1.5 months; it means that for the forest-steppe conditions, the soil water content before the beginning of soil freezing cannot serve as an indicator of soil water content before spring. Numerical experiments have shown that the soil water content predictability: (1) grows with an increase in the thickness of the considered soil layer and its depth; (2) decreases for coarser soils as compared to finely dispersed soils; (3) is more sensitive to changes in the soil texture than to changes in the climatic norms of precipitation and air temperatur
СВЯЗЬ ЭКСТРЕМУМОВ МИНИМАЛЬНОГО ЗИМНЕГО СТОКА РЕК С ТЕМПЕРАТУРНЫМ И ЛЕДОВЫМ ФАКТОРАМИ
Get PDFStudies performed in different river basins in the North-West of Russia have shown that a combination of temperature and ice conditions plays a significant role in changing the winter water content of rivers.
Air temperature and ice thickness are integral indicators of changes in thermal conditions in the river basin and in the river, regulating through cryogenic processes the supply of groundwater and its discharge into rivers in winter. Therefore, the main predictors used in the work are air temperature, ice thickness, and winter river flow. To obtain quantitative estimates, a comparative analysis of changes in river flow by the end of winter under different temperature and ice conditions was performed. The series of winter runoff of rivers in the basins of the Lovat, Syas, Northern Dvina and Onega rivers with the total period of observations of the runoff and the thickness of the river ice are analyzed –1955-2016 years, temperature – 1936-2016 years.
Based on the analysis of a series of observations of river flow, ice thickness, and air temperature lasting more than 50 years, it is concluded that the lowest values of the minimum winter flow of rivers were observed in cold winters, and the highest values were observed in milder winter seasons. With comparable pre-winter water content of rivers in a series of mild non-thawing winters, river flow in the studied basins decreased less intensively and the minimum winter flow was higher on average by 10-20%, and in some cases more.Работа посвящена изучению изменения стока рек при разных температурных и ледовых условиях зимних сезонов на примере отдельных рек северо-запада России. Происходящие изменения климата в последние три десятилетия привели к изменениям условий формирования водного режима рек, в том числе зимнего меженного стока. Поэтому изучение изменений зимнего стока рек в условиях потепления климата имеет важное значение как для познания общих закономерностей формирования речного стока, так и для рационального управления водными ресурсами с учетом изменений величины стока рек.
Температура воздуха и толщина льда являются интегральными показателями изменений термических условий в речном бассейне и в реке, регулируя через криогенные процессы питание подземных вод и их разгрузку в реки в зимний период. Поэтому в качестве основных предикторов в работе использованы температура воздуха, толщина льда и зимний сток рек. Для получения количественных оценок был выполнен сравнительный анализ изменения величины стока рек к концу зимы при разных температурных и ледовых условиях. Проанализированы ряды зимнего стока рек бассейнов рек Ловать, Сясь, Северная Двина и Онега с общим периодом наблюдений за стоком и толщиной речного льда – 1955-2016 гг., температурой воздуха – 1936-2016 гг.
На основе анализа рядов наблюдений за стоком рек, толщиной льда и температурой воздуха продолжительностью более 50 лет сделаны выводы о том, что наименьшие значения минимального зимнего стока рек наблюдались в холодные зимы, а наибольшие – в более мягкие зимние сезоны. Исследования, выполненные в разных речных бассейнах, показали, что в изменении зимней водности рек существенную роль играет сочетание температурных и ледовых условий. При сопоставимой предзимней водности рек в серию мягких безоттепельных зим сток рек в исследуемых бассейнах снижался менее интенсивно и минимальный зимний сток был выше в среднем на 10-20%, а в отдельных случаях и более.
Литература
Гуревич Е.В. Влияние суровости зимы на неравномерность формирования зимнего стока в речном бассейне // Метеорология и гидрология. 2012. № 7. С. 92-99.
Марков М.Л., Гуревич Е.В. О регулирующей роли ледяного покрова рек в водном режиме территорий // Материалы всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Водохозяйственные проблемы и рациональное природопользование» (г. Оренбург, 13-15 марта 2008 г.). Оренбург: ГОУ ОГУ. Пермь: Пермский университет, 2008. Ч. 1. Водохозяйственные проблемы. С. 193-198.
Марков М.Л., Гуревич Е.В. Негативное влияние потепления зим на расходы рек и уровни дренируемых ими грунтовых вод [Электронный ресурс] // Независимый электронный журнал «ГеоИнфо». 2018. URL: https://clck.ru/MNkLd (дата обращения: 01.03.2020).
Соколов Б.Л., Любимов Г.А. Ледяной покров и зимний сток рек восточной части БАМа // Труды ГГИ. Выпуск 312. Вопросы гидрологии БАМа / Под ред. Б.М. Доброумова. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. С.11-33.
Соколов Б.Л., Черная Ф.Ф. Оценка ежегодных потерь зимнего стока на образование речных наледей и речного льда (на примере Северо-Востока СССР) // Труды ГГИ. Выпуск 300. Исследования подземного стока. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. С. 50-61.
Чижов А.Н. Формирование ледяного покрова и пространственное распределение его толщины. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 125 с.
Magnuson J.J., Wynne R.H., Benson B.J., Robertson D.M. Lake and river ice as a powerful indicator of past and present climates // Internationale Vereinigung für Theoretische und Angewandte Limnologie: Verhandlungen. 2000. Vol. 27. Iss. 5. P. 2749-2756. DOI: 10.1080/03680770.1998.11898166
Smith L.C., Pavelsky T.M., MacDonald G.M., Shiklomanov A.I., Lammers R.B. Rising minimum flows in northern Eurasian rivers: A growing influence of groundwater in the high‐latitude hydrologic cycle. Journal of Geophysical Research. Biogeosciences. 2007. Vol. 112. Iss. G4. G04S47. DOI: 10.1029/2006JG00032
ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТОВ НЕБОЛЬШИХ ПОПУСКОВ НА МАЛЫХ РЕКАХ НА ПРИМЕРЕ РЕКИ ОРЕДЕЖ
Get PDFThe article regards the movement of the negative and positive release waves from the reservoir on the Oredezh River. There was a model of unsteady water motion used for calculation the spread of the release wave. The release was conducted on 06/19/2017 and consisted of three phases. In the first phase, the gate was closed and the water discharge fell from 3.6 to 2.5 m3/s. An hour later the gate was raised and during a half an hour water was released with an average flow rate of 4.2 m3/s. There were 7 points organized to monitor the dynamics of water levels in the river. They were located at a distance of 91.5 to 2443 m from the dam. The observation interval was 1 minute on most targets.
There is advisable to use a one-dimensional model of unsteady water motion (Saint-Venant equation) for calculating small release waves of slowly changing unsteady water motion in cases where topographic materials are available. This allows to determine the stream features over the whole considered river extension. The system of difference equations is solved by the tridiagonal matrix algorithm. The values of the water discharge and water levels for the next estimated time interval are obtained along the entire channel as a result of this shuttle.
The experiment indicated that the used model makes it possible to calculate the unsteady water movement on small rivers with releases comparable to the initial water discharge and even less. The maximum variences between the measured and calculated water levels during the negative wave did not exceed 15.0 cm, and the positive one – 4.0 cm.В работе рассмотрено движение отрицательной и положительной волн попуска из водохранилища на р. Оредеж. Для расчёта распространения волны попуска использовалась модель неустановившегося движения воды. Попуск проводился 19.06.2017 и состоял из трёх фаз. В первую фазу затвор был перекрыт. Расход воды в реке упал с 3,6 до 2,5 м3/с. Через час затвор был поднят и в течение получаса произведён попуск со средним расходом 4,2 м3/с. Для наблюдения за динамикой уровней воды в реке организованы 7 постов, расположенных на расстоянии от 91,5 до 2 443 м от плотины. На большинстве створов интервал наблюдений составлял 1 минуту.
При расчёте небольших волн попусков для медленно изменяющегося неустановившегося движения в случаях, когда имеются топографические материалы, целесообразно использование одномерной модели неустановившегося движения воды (уравнения Сен-Венана). В данной модели, описываемой линейными дифференциальными уравнениями в частных производных, исходные гидравлические и морфометрические характеристики задаются вдоль всего рассматриваемого участка реки. Эта модель позволяет определить рассчитываемые характеристики потока на всём рассматриваемом протяжении реки. Система разностных уравнений решается методом прогонки. В результате прямой и обратной прогонки получают значения расходов и уровней воды вдоль всего русла для очередного расчётного интервала времени. Определение величин расходов и уровней воды для последней точки последнего участка производится на основе граничных условий, к которым добавляются граничные разностные уравнения. После этого производится обратная прогонка.
Эксперимент показал, что используемая модель позволяет проводить расчёты неустановившегося движения воды на малых реках при попусках сравнимых с первоначальным расходом и даже кратно меньшим. Максимальные расхождения между измеренными и рассчитанными уровнями при прохождении отрицательной волны в створах не превысили 15,0 см, положительной – 4,0 см
ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ОЦЕНИВАНИЯ ЛАВИННОЙ ОПАСНОСТИ В РОССИИ
Get PDFIn Russia, the types of activities that include the assessment of avalanche danger (activity) are licensed by the government, with the exception of that when the assessments are carried out for construction, which is regulated by self-regulating organizations. But even in this case, a number of standards and rules are established by state bodies. Experience in assessing of avalanche danger during surveys, operational forecasting and for the artificial avalanche releases shows that all methods are far from perfect, and some of them contains significant errors. The quality of the methods for calculating the avalanche velocities and runout distances, avalanche volumes, impact pressures and methods of avalanche occurrence forecasting are estimated. For example, in one of the methods that has been used for almost half a century, the avalanche runout distance is greatly underestimated, the avalanche speed underestimated by half, and the shock pressure by four times. Now it is no mandatory (but the document not canceled), but researches for many projects with its using were carried out for many years. Of course it is necessary to review all projects where the method was applied. In all documents, there is a common drawback - many of the initial data for the calculations are not defined correctly. Their ambiguous interpretation is allowed. Some techniques are based on incorrect assumptions and incorrect data interpretations. The paper provides an analysis of the imperfections in considered documents. Possibilities for their improvement are proposed.В России виды деятельности, в которые входит оценивание лавинной опасности (активности), лицензируются государством. Исключением являются изыскания для строительства, допуск к которым есть лишь у членов саморегулируемых организаций. Но даже в этом случае ряд нормативов и правил устанавливается государственными органами. Опыт работы по оценке характеристик лавинной опасности при изысканиях, оперативном прогнозировании и активных воздействиях для предупредительного спуска лавин показывает, что все они далеки от совершенства, а в некоторых из них содержатся грубые ошибки. В статье рассмотрены основные документы, на основании которых проводились и проводятся оценки снеголавинных характеристик при изысканиях для строительства, а также при оперативном обеспечении безопасности. Оценено качество методик расчёта скоростей и дальностей выброса лавин, объёмов лавин, ударного давления лавин и методик прогнозирования возникновения лавин. Например, в одной из методик, которая используется почти полвека, сильно занижается дальность выброса лавины, скорость лавины может занижаться в два раза, а ударное давление в четыре раза. Сейчас она уже не обязательна к применению (но и не отменена), но изыскания для многих проектов с её использованием выполнялись много лет. Напрашивается вывод о необходимости пересмотра всех изысканий, выполненных с её применением, с соответствующими последствиями. Во всех документах присутствует общий недостаток – многие исходные данные для расчётов определены некорректно. Допускается их неоднозначное толкование, что, естественно, сказывается на результатах. Некоторые методики основаны на неправильных допущениях и неверной интерпретации данных. В работе приводится анализ конкретных недостатков рассматриваемых документов, указаны возможности их улучшения.
ЛитератураПрактическое пособие по прогнозированию лавинной опасности. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. 200 с.Черноус П.А. Некоторые результаты оценки качества определения лавинного риска // Материалы гляциологических исследований. 2002. Вып. 91. С. 105-109
ГИДРОЛОГИЯ: СООТНОШЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ И ПРИКЛАДНОЙ ГИДРОЛОГИИ
Get PDFThe proposed article relates to the philosophy of a specific scientific discipline – hydrology. It is based on the ideology of Yuri Borisovich Vinogradov, whose students and followers we are. The article is based on his conversations, records, a huge heritage. The aim of this study is an attempt to draw attention to such an important and relevant issue as the correspondence of modern theoretical developments in hydrology and their application in practical hydrology.
It is shown that at this stage, hydrology is seen more as a technology than a science. A positive image of the results of research in the field of hydrology creates a technological rather than professional level of performance. The paper assesses the state of modern applied hydrology; new concepts of applied hydrology. The tasks of operational hydrology, forecasting hydrological phenomena and processes are considered. The main questions of hydrology are posed - calculations of the formation of river flow. New generation hydrology should prevail over traditional hydrology. This should be manifested in the achievement of the true adequacy of our modeling systems to nature. The danger of simplification of natural phenomena and processes, which is traditionally used in calculation methods in hydrology, is considered. The article addresses general issues regarding the future of hydrology and the hydrometeorological observation system. The first feature of the new system will be the use of fundamentally new devices and installations. These devices should make a revolution in the hydrometeorological fundamental and applied science. Give greater accuracy to measurements of observed hydrometeorological parameters in time and space. Now, to simulate runoff formation, the calculated time interval is equal to days. In the future, observations should be made at intervals of averaging from minutes to hours.Предлагаемая статья относится к разделу философии конкретной научной дисциплины – гидрологии. Она опирается на идеологию Юрия Борисовича Виноградова, учениками и последователями которого мы являемся. Статья составлена по его беседам, записям, огромному, ещё не до конца рассмотренному и обработанному наследию. Целью работы является попытка обратить внимание на такой важный и актуальный вопрос, как соотношение уровней наших теоретических разработок в гидрологии и их практического применения. В статье показано, что на данном этапе гидрология больше рассматривается как технология, чем как наука. Положительный имидж результатам исследовательских работ в области гидрологии создаёт технологический, а не профессиональный уровень исполнения. В работе рассмотрены методологические и экспериментальные аспекты «традиционной гидрологии» и «гидрологии нового поколения»; дана оценка состояния современной прикладной гидрологии; рассмотрены новые концепции прикладной гидрологии. Также в статье рассмотрены задачи оперативной гидрологии, прогнозирования гидрологических явлений и процессов, поставлены главные вопросы гидрологии – расчёты формирования речного стока. Гидрология нового поколения должна повсеместно возобладать над традиционной гидрологией 20-го века. Это должно проявиться в достижении подлинной адекватности наших моделирующих систем природе. Рассмотрена опасность неадекватного упрощения некоторых природных явлений и процессов, которое традиционно используется в расчётных методах в гидрологии. Кроме того, в статье затронуты общие вопросы, касающиеся будущего гидрологии и системы гидрометеорологических наблюдений. Первой особенностью новой системы будет использование в ней принципиально новых приборов и установок, которые должны совершить переворот в гидрометеорологической фундаментальной и прикладной науке, позволяющих иное разрешение наблюдаемых гидрометеорологических полей во времени и пространстве. Это касается и традиционных, и новых способов измерений. Если сейчас для массового моделирования формирования стока, осуществляемого по стандартным данным наблюдений сети гидрометеорологических станций, расчётный интервал времени равен суткам, то в будущем наблюдения должны проводиться с интервалами суммирования или осреднения от минут до часов
ДЕФОРМАЦИОННЫЕ ПРИЗНАКИ ЦУНАМИ
Get PDFTsunamis are one of the most catastrophic phenomena, causing tremendous destruction and claiming a significant number of lives. The causes of tsunamis can be different: water-quake, underwater landslides and volcanic eruptions. Even cases of tsunami are known as a result of the collapse of a huge mass of rocks in the sea. Scientists from different countries since antiquity have been studying the physics of the occurrence and development of tsunamis. The main direction of research is related to the construction of a short-term forecast of earthquakes. Currently, the traditional method of short-term tsunami forecasting is based only on seismological information (earthquake magnitude, main shock time and epicenter location). An earthquake magnitude exceeding a predetermined threshold value that differs between tsunamigenic zones usually results to a tsunami warning. The scientific significance and relevance of this problem is very high, moreover, it is vital for the majority of the world\u27s population living in coastal regions. As the history of recent decades, especially the events of 2004 and 2011, and even recent years, shows, the efficiency of the tsunami service, to put it mildly, is far from perfect. The misses of catastrophic tsunamis, poor estimation of the energy of the arising tsunamis, false alarms, lead to very sad consequences. This is primarily due to the lack of a reliable short-term tsunami forecast. The works of recent years, based on the use of a distributed network of GPS receivers, DART systems, satellite technologies, are aimed at solving this problem, the final results of which are not yet visible. We believe that solving the problem of short-term tsunami forecast based on remote registration of deformational processes occurring in the source area of the tsunami origin is the most promising area of research, which will be partially confirmed in this paper.Цунами являются одними из самых катастрофических природных явлений, приносящих колоссальные разрушения и уносящих большое число человеческих жизней. Причины возникновения цунами могут быть различными: подводные землетрясения, подводные оползни, извержения вулканов. Даже известны случаи возникновения цунами в результате обрушения в море больших оползней и обвалов. Изучением физики возникновения и развития цунами занимались с древности и продолжают заниматься учёные разных стран. Основное направление исследований связано с построением краткосрочного прогноза землетрясений. В настоящее время традиционные методы краткосрочного прогнозирования цунами основаны только на сейсмологической информации (магнитуде землетрясения, времени главного толчка и местоположении эпицентра). Магнитуда землетрясения, превышающая установленное пороговое значение, которое различается для разных цунамигенных зон, обычно приводит к выдаче предупреждения о цунами. Научная значимость и актуальность обозначенной проблемы очень высока, более того, она жизненно необходима для большинства населения планеты, живущего в прибрежных районах. Как показывает история последних десятилетий, особенно события 2004 и 2011 годов и последних лет, эффективность работы службы предупреждений о цунами далека от своего совершенства. Не предсказанные катастрофические цунами, плохая оценка энергии возникающих цунами, объявления ложных тревог приводят к большим экономическим и социальным потерям. Это связано, прежде всего, с отсутствием достоверного краткосрочного прогноза цунами. Работы последних лет, основанные на применении распределённой сети GPS-приёмников, системы DART, спутниковых технологий, направлены на решение данной проблемы, но итоговые результаты этих исследований пока не видны. Мы считаем, что решение задачи краткосрочного прогноза цунами, основанного на дистанционной регистрации деформационных процессов, происходящих в очаговой области места возникновения цунами, является самым перспективным направлением исследований.
ЛитератураДолгих Г.И., Ковалев С.Н., Корень И.А., Овчаренко В.В. Двухкоординатный лазерный деформограф // Физика Земли. 1998. № 11. С. 76-81.Долгих Г.И., Валентин Д.И., Долгих С.Г., Ковалёв С.Н., Корень И.А., Овчаренко В.В., Фищенко В.К. Применение лазерных деформографов вертикальной и горизонтальной ориентаций в геофизических исследованиях переходных зон // Физика Земли. 2002. № 8. С. 69-73.Долгих Г.И., Долгих С.Г., Ковалев С.Н., Корень И.А., Овчаренко В.В., Чупин В.А., Швец В.А., Яковенко С.В. Регистрация деформационной аномалии цунамигенного землетрясения лазерным деформографом // Доклады Академии наук. 2007а. Т. 412. № 1. С. 104-106.Долгих Г.И., Долгих С.Г., Ковалев С.Н., Овчаренко В.В., Чупин В.А., Швец В.А., Яковенко С.В. Деформационный метод определения цунамигенности землетрясений // Доклады Академии наук. 2007б. Т. 417. № 1. С. 109-112.Долгих Г.И. Принципы построения однокоординатных лазерных деформографов // Письма в журнал технической физики. 2011. Т. 37. Вып. 5. С. 24-30.Blewitt G., Kreemer C., Hammond W.C., Plag H.-P., Stein S., Okal E. Rapid determination of earthquake magnitude using GPS for tsunami warning systems // Geophysical Research Letters. 2006. Vol. 33. Iss. 11. P. L11309. DOI: 10.1029/2006GL026145.Gusman A.R., Tanioka Y., Sakai S., Tsushima H. Source model of the great 2011 Tohoku earthquake estimated from tsunami waveforms and crustal deformation data // Earth and Planetary Science Letters. 2012. Vol. 341-344. P. 234-242. DOI: 10.1016/j.epsl.2012.06.006.Korolev Yu.P. An approximate method of short-term tsunami forecast and the hind casting of some recent events // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2011. Vol. 11. Iss. 11. P. 3081-3091. DOI: 10.5194/nhess-11-3081-2011.Song Y.T., Han S.C. Satellite observations defying the long-held tsunami genesis theory // Remote Sensing of the Changing Oceans / Tang D. (ed.). Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2011. P. 327-342. DOI: 10.1007/978-3-642-16541-2_17.Song Y.T., Ji C., Fu L.-L., Zlotnicki V., Shum C. K., Yi Y., Hjorleifsdottir V. The 26 December 2004 Tsunami source estimated from satellite radar altimetry and seismic waves // Geophysical Research Letters. 2005. Vol. 32. Iss. 20. P. L20601. DOI: 10.1029/2005GL023683.Stein S., Okal E.A. Speed and size of the Sumatra earthquake // Nature. 2005. Vol. 434. No. 7033. P. 581-582. DOI: 10.1038/434581a.Tang L., Titov V.V., Moore C., Wei Y. Real‐time assessment of the 16 September 2015 Chile tsunami and implications for near‐field forecast // Pure and Applied Geophysics. 2016. Vol. 173. Iss. 2. P. 369-387. DOI: 10.1007/s00024-015-1226-3.Titov V.V., Song Y.T., Tang L., Bernard E.N., Bar-Sever Y., Wei Y. Consistent estimates of tsunami energy show promise for improved early warning // Pure and Applied Geophysics. 2016. Vol. 173. Iss. 12. P. 3863-3880. DOI: 10.1007/s00024-016-1312-1.Williamson A.L., Newman A.V. Suitability of open‐ocean instrumentation for use in near‐field tsunami early warning along seismically active subduction zones // Pure and Applied Geophysics. 2018. Vol. 176. Iss. 7. P. 3247–3262. DOI: 10.1007/s00024-018-1898-6.Xu Z., Song Y.T. Combining the all-source Green’s functions and the GPS-derived source for fast tsunami prediction-illustrated by the March 2011 Japan tsunami // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2013. Vol. 30. Iss. 7. P. 1542-1554. DOI: 10.1175/JTECH-D-12-00201.1
КЛИМАТ ГОРНОЙ СТРАНЫ КАВКАЗ. КЛИМАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФИШТ-ОШТЕНСКОЙ ГОРНОЙ ГРУППЫ И ПЛАТО ЛАГОНАКИ
Get PDFActive development of mountain territories on the black sea slope of the Main Caucasian ridge requires high-quality engineering and hydrometeorological surveys. In the current Set of rules of SP 131.13330.2012 "Construction climatology", which is an updated version of SNiP 23-01-99, there is no climate microdistricting of the Greater Caucasus and territories associated with the settlement Krasnaya Polyana. This gap leads to serious errors in design and survey work associated with the use of incorrect values of meteorological characteristics. The range of heights covered by construction activities covers an area from 550 to 2200 m. In this range, the values of meteorological characteristics vary within very large limits. A method of climatic zoning of the territory of mountain areas is proposed on the example of the Fisht-Oshten mountain group and the Lagonaki plateau. Climate zoning of the above-mentioned mountain territories was performed based on the study of vertical zoning for the black sea and Northern slopes of the Greater Caucasus using data from expedition studies conducted in 2015 and 2016. During the climatic zoning of the mountain territories of the Greater Caucasus, a number of climatic regions were identified that are not included in SP 131.13330.2012. 5 new climatic regions are proposed, which are necessary for the climatic zoning of the black sea and Northern slopes of the Caucasus. Analysis of precipitation distribution has shown that for the black sea slope of the Caucasus (within the territory under consideration) there is a strictly defined dependence of their distribution with the height of the terrain. The same relationship exists for the Northern slope of the Caucasus. As you climb into the mountains, precipitation rates increase. It is important to note that the absolute amount of precipitation and its distribution by height (vertical zoning) for the black sea and Northern slopes are different. A map of the climate zoning of the Greater Caucasus has been compiled. It is proposed to make additions to Appendix B of SP 131.13330.2012.Активное освоение горных территорий на Черноморском склоне Главного Кавказского хребта требует качественного выполнения инженерно-гидрометеорологических изысканий. В действующем Своде Правил СП 131.13330.2012 «Строительная климатология», являющийся актуализированной версией СНиП 23-01-99, отсутствует климатическое микрорайонирование территории Большого Кавказа и территорий, сопряженных с поселком Красная Поляна. Этот пробел приводит к серьёзным ошибкам при проектно-изыскательских работах, связанных с использованием неверных значений метеорологических характеристик. Диапазон высот, охваченных строительной деятельностью, занимает территорию от 550 до 2200 м. В этом диапазоне значения метеорологических характеристик изменяется в очень больших пределах. Предлагается методика климатического районирования территории горных районов на примере Фишт-Оштенской горной группы и плато Лагонаки. Климатическое районирование вышеуказанных горных территорий выполнено на основе изучения вертикальной зональности для Черноморского и Северного склонов Большого Кавказа с использованием данных экспедиционных исследований, проведённых в 2015 и 2016 гг. При климатическом районировании горных территорий Большого Кавказа был выявлен ряд климатических районов, которые отсутствуют в СП 131.13330.2012. Предложено 5 новых климатических районов, выделение которых необходимо при климатическом районировании Черноморского и Северного склонов Кавказа. Анализ распределения осадков показал, что для Черноморского склона Кавказа (в пределах рассматриваемой территории) существует строго определенная зависимость их распределения с высотой местности. Такая же зависимость существует и для Северного склона Кавказа. По мере подъёма в горы нормы осадков увеличиваются. Важно отметить, что абсолютное количество осадков и их распределение по высоте (вертикальная зональность) для Черноморского и Северного склона – разные. Составлена карта климатического районирования Большого Кавказа. В результате проведенной работы предлагается внести дополнения в приложение Б СП 131.13330.201
ПРОМЕРЗАНИЕ ПОЧВ И ГРУНТОВ И ВЕСЕННИЕ ЛАВИНЫ НА СЕВЕРНОМ МАКРОСКЛОНЕ ХРЕБТА АИБГА
Get PDFStudies of ground freezing on the North-Eastern slope of the Aibga ridge (Western Caucasus) were conducted based on observations of the course of meteorological elements at three automated weather stations. Weather stations are located above the Rosa Khutor plateau at absolute elevations from 2130 to 1580 m. For the territory of the Rosa Khutor ski resort in the village. Krasnaya Polyana problems associated with the freezing of the soil, are not relevant. It is established that there is no ground freezing on the North-Eastern slope of the Aibga ridge. This allows you to significantly reduce the cost of construction of the foundation part of buildings and structures, but does not allow you to carry out early (on calendar dates) snowmaking of ski slopes. Artificial snowmaking of slopes (spraying snow on bare ground) in the fall is very problematic due to the large influx of heat from the soil of the mountain range. It is advisable to carry out snowmaking operations on the slopes after the establishment of a stable snow cover. Its minimum thickness should be 25 cm. Frequent thaws and associated precipitation in the liquid phase can form moisture-saturated layers in the snow cover that form a thermocline. This contributes to the formation of spring avalanches of wet snow. At all snow weather stations during the period of their observation, the average monthly temperature at the contact of the snow pack with the ground surface was always positive throughout the cold period. Studies have shown that before the establishment of a stable snow pack, the ground surface temperature fluctuates in a fairly large range. Since the establishment of a stable snow cover, the ground surface temperature begins to gradually increase, and by January 1 next year it already reaches +0.2°C. In the spring of 2010, snow avalanches descended on the Rosa Khutor ski complex (Krasnaya Polyana), destroying the underlying soil layer. The reason for the destruction of the soil layer was the thawed state of the soil under the snow cover. Such avalanches are random and extremely rare.Исследования промерзания грунта на северо-восточном склоне хребта Аибга проводились по материалам натурных наблюдений за ходом метеорологических элементов, наблюдавшимся на трёх автоматизированных метеостанциях, располагающихся выше плато Роза Хутор на абсолютных отметках от 2130 до 1580 м. Для территории горнолыжного комплекса «Роза Хутор» (посёлок Красная Поляна) проблемы, связанные с промерзанием грунта, не являются актуальными. Установлено, что промерзание грунта на северо-восточном склоне хребта Аибга отсутствует, что, с одной стороны, позволяет значительно удешевить строительства фундаментной части зданий и сооружений, но, с другой стороны, не даёт возможности проводить раннее (по календарным датам) оснежение горнолыжных трасс. Искусственное оснежение склонов (напыление снега на голый грунт) осенью является весьма проблематичным из-за большого притока тепла от грунтов горного массива. Работы по оснежению склонов целесообразно производить после установления устойчивого снежного покрова, причём его минимальная толщина должна составлять 25 см. Частые оттепели и связанные с ними осадки в жидкой фазе способны сформировать в толще снежного покрова влагонасыщенные пласты, образующие термоклин, способствующий образованию весенних лавин влажного и мокрого снега. На всех снеговых метеостанциях за период их наблюдения среднемесячная температура на контакте снежного покрова с поверхностью грунта была всегда положительна на протяжении всего холодного периода. Исследования показали, что до установления устойчивого снежного покрова температура поверхности грунта колеблется в достаточно большом диапазоне. С момента установления устойчивого снежного покрова температура поверхности грунта начинает постепенно расти и к 1 января следующего года уже достигает +0,2°С. Весной 2010 года на горнолыжном комплексе «Роза Хутор» сошли снежные лавины, разрушившие подстилающий почвенный слой. Причиной разрушения почвенного слоя явилось талое состояние грунтов под снежным покровом. Подобные снежные лавины случайны и происходят крайне редко.
ЛитератураГОСТ 16350-80. Климат СССР районирование и статистические параметры климатических факторов для технических целей. М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1981. 150 с
РОЛЬ ЛЕДОВЫХ ЯВЛЕНИЙ В ДИНАМИКЕ ПОТОКОВ НА ПРИДЕЛЬТОВОМ УЧАСТКЕ СЕВЕРНОЙ ДВИНЫ
Get PDFThe authors consider case of the winter period 2019-2020 as example of ice cover and ice jam influence on the flow dynamics in the section upstream the delta of the Northern Dvina River mouth area.
Hydrological monitoring, calculations and forecasts of the ice drift in the Northern Dvina River mouth area are actual practical tasks. The hydrological regime of a tidal river mouth is very complex phenomena and one of the most difficult for a quantitative description.
The authors implemented an integrated approach to study ice jams, including field ice surveys, satellite data analysis, data from the state hydrological monitoring system and hydrodynamic modeling. STREAM_2D CUDA software is applied for two-dimensional numerical modeling. It takes into account the impact of ice cover.
Ice phenomena usually make significant changes in the water level and velocity regime. In 2019/2020 hydrological year the ice cover provided and maintained a large backwater during all the autumn and the winter. When the spring ice drift came from the river upstream there was a 3-4 meter water level rise, which lasted for 5 days, creating a threat of flooding of the Kholmogory village by a breakthrough wave. There is no effective technique to forecast or assess probable scenarios for such situation.
The article identified difficulties arising during ice conditions analysis and hydrodynamic modeling of the situation. Steps to optimize the monitoring of ice cover, flow discharges and water levels are also formulatedЛедовые явления и их влияние на динамику потока на придельтовом участке реки Северная Двина рассмотрены на примере зимнего периода 2019-2020 годов. Мониторинг, расчеты и прогнозы гидрологических условий во время прохождения ледохода – актуальнейшие задачи для устьевой области реки Северная Двина. Гидрологический режим приливного многорукавного устья очень сложен, а заторные явления – одни из самых трудных для количественного описания гидрологических явлений. Используемые статистические методики краткосрочных прогнозов не обновляются много лет. В данной работе проводится попытка реализации интегрированного подхода к изучению заторов, включающего натурные ледовые обследования, анализ космических снимков, материалы наблюдений на сети гидрологических постов и гидродинамическое моделирование. Для двумерного численного моделирования используется программный комплекс STREAM_2D CUDA, включающий блок для учета воздействия ледяного покрова.
Очевидно, что ледовые явления вносят значительные изменения в уровенный и скоростной режим реки на устьевом участке реки Северная Двина. Однако гидрологический 2019/2020 год был в этом отношении особенным. С осени и всю зиму поддерживалась большая величина дополнительного подпора, создаваемого ледяным покровом, которая при подходе основного ледохода весной еще увеличилась, произошел резкий скачок уровня воды и сформировался затор, который продержался в течение 5 суток, создавая угрозу затопления волной прорыва села Холмогоры. Методик прогноза развития таких ситуаций и количественной оценки характеристик возможных затоплении при том или ином сценарном варианте не существует. На данном этапе работы выявлен ряд трудностей, возникающих при анализе ледовой обстановки и при моделировании, а также сформулированы шаги по оптимизации проводимых наблюдений и обследований ледяного покрова, измерений расходов и уровней воды
Литература
Бузин В.А. Заторы льда и заторные наводнения на реках. СПб.: Гидрометеоиздат, 2004. 202 с.
Васильев Л.Ю. Весеннее наводнение и противозаторные мероприятия в устьевой области Северной Двины // Доклады VI Всероссийского гидрологического съезда. Секция 2. Наводнения и другие опасные гидрологические явления: оценка, прогноз и смягчение негативных последствий (г. Санкт Петербург, 28 сентября – 1 октября 2004 г.). М.: Метеоагенство Росгидромета, 2006. С. 223-229.
Донченко Р.В. Ледовый режим рек СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 242 с.
Завадский А.С., Иванов В.В., Рулева С.Н., Чалов Р.С., Чалов С.Р. Русловые процессы, ледовые явления и регулирование русла в Холмогорском разветвлении на реке Северной Двине // Эрозия почв и русловые процессы. 2010. Т. 17. С. 198-217.
Лебедева С.В., Алабян А.М., Крыленко И.Н., Федорова Т.А. Наводнения в устье Северной Двины и их моделирование // Геориск. 2015. №1. С. 18-25.
Alabyan A.M., Lebedeva S.V. Flow dynamics in large tidal delta of the Northern Dvina river: 2D simulation // Journal of Hydroinformatics. 2018. Vol. 20. Iss. 4. P. 798-814. DOI: 10.2166/hydro.2018.051.
Krylenko I., Alabyan A., Aleksyuk A., Belikov V., Sazonov A., Pimanov I., Potryasaev S., Zelentsov V. Modeling Ice-Jam Floods in the Frameworks of an Intelligent System for River Monitoring // Water Resources. 2020. Vol. 47. P. 387-398. DOI: 10.1134/S0097807820030069