Природные чрезвычайные ситуации

Опасное природное явление - это событие природного происхождения или состояние элементов природной среды, которое по интенсивности, масштабу распространения и продолжительности может оказать негативное воздействие на жизнедеятельность людей, объекты народного хозяйства и окружающую природную среду.

Наиболее опасными природными ЧС являются землетрясения.

Землетрясение - это подземные толчки и колебания земной поверхности, возникающие в результате внезапных смещений и разрывов земной коры или верхней части мантии и передающиеся на большие расстояния в виде упругих колебаний.

Причины землетрясений по механизму образования подразделяют на несколько классов, связанных с:

- обрушением полостей и аналогичными явлениями;

- вулканическими толчками;

- тектоническими процессами.

Землетрясения тесно связаны с формированием разломов земной коры. Некоторые исследователи связывают их с солнечной активностью, влиянием Луны. Сейсмический очаг землетрясения характеризуется магнитудой (энергией), деформацией, объемом, напряжениями и длиной (шириной) разлома и глубиной очага.

Магнитуда - максимальная амплитуда сейсмической записи землетрясения как параметр величина достаточная условная, характеризующая общую энергию упругих колебаний земной коры. Энергия землетрясения связана с магнитудой.

Однако степень воздействия землетрясения на любом участке оценивается по шкале интенсивности. Интенсивность не является параметром очага землетрясения, а отражает только наблюдаемое воздействие землетрясения на поверхность Земли в определенной точке. Имеется около 50 разновидностей шкал интенсивности землетрясений. Их основное содержание приведено в табл. 11.

Таблица 11

12-балльная шкала землетрясений (шкала Меркалли)

Интенсивность, баллы	Сейсмический эффект
	Не ощущается людьми, регистрируется только сейсмографами.
	Ощущается немногими людьми в отдельных местах (верхние этажи домов).
	Слабое землетрясение; ощущается некоторыми людьми.
	Слабое покачивание предметов, висящих в квартире; ощущается в помещении многими, вне помещения - немногими людьми; отмечается вибрация как от проходящего мимо грузовика.
	Ощущается людьми вне помещения; спящие могут проснуться.
	Ощущается всеми; многие напуганы; разбиваются стаканы, тарелки.
	Повреждаются здания; людям трудно стоять на ногах; ломается мебель; выпадают: штукатурка, кирпичи.
	Частичное разрушение плохо построенных зданий; падают дымовые трубы.
	Общая паника; большие трещины в грунте; разрушаются дома обычного типа.
	Общее разрушение зданий; происходят большие оползни; серьезно повреждаются плотины, набережные.
	Катастрофические разрушения; рельсы сильно искривляются; подземные трубопроводы полностью выходят из строя.
	Значительные изменения ландшафта; смещения крупных скальных массивов; почти полное разрушение зданий.

Шкала интенсивности (шкала Рихтера) характеризует силу землетрясения амплитудой смещения почвы по логарифмической зависимости на расстоянии от эпицентра в 100 км. Наибольшая интенсивность определена в 8,5 баллов.

Землетрясения являются одной из самых катастрофических ЧС. В течение нескольких секунд без наличия предварительного этапа происходят мощнейшие воздействия на все находящееся на данной и прилегающей территории. В результате уничтожаются любые здания, подземные сооружения коммуникации, техника.

Характер воздействия землетрясения до конца не изучен. Землетрясения в Японии и на Сахалине в начале 1995 года, повлекшие многочисленные жертвы и принесшие огромные разрушения, показали, что предпринятые меры, в том числе строительство сейсмических зданий, ожидаемого эффекта не принесли. По мнению некоторых специалистов на здания и другие объекты действуют несколько различных факторов, включая силы, которые как бы срезают сооружения.

В октябре 1948 года произошло землетрясение в Ашхабаде, которое сдвинуло город на 2,5 метра по горизонтали, и привело к гибели 110 тысяч человек. В феврале 1976 года землетрясение в Гватемале продолжалось несколько дней; в июле того же года землетрясение в Китае унесло жизни около 150 тысяч человек и около 100 тысяч получили увечья и другие тяжелые ранения.

Происходящие в море подземные толчки называют моретрясением, которые в свою очередь вызывают огромные волны и цунами.

Вулканические извержения представляют собой все явления, связанные с подъемом нагреваемых субстанций из глубин Земли на поверхность: газы, горячую воду (пар) и лаву (расплавленную породу).

Вулканы обычно тяготеют к районам современной тектонической активности. В России - это Курило-Камчатская зона.

Извержения вулканов могут сопровождаться потоками лавы, пепла, образованием кальдеры (обрушением полости), выбросом вулканических бомб (до 50 см), лахарами - грязевые потоки, которые образуются из вулканических кратеров.

Извержения вулканов переходят в ЧС в условиях наличия близлежащих городов, поселков, объектов экономики и других случаях возникновения опасности для людей и материальных ценностей.

Бедствия, связанные с неустойчивостью склонов, являются особой опасностью в горных районах. Любой склон может явиться потенциальной причиной катастрофы. Под действием силы тяжести при потере устойчивости склон может разрушиться, вызвав тяжелые последствия.

Катастрофические явления, происходящие на склонах, необязательно должны быть быстрыми. Медленное скольжение в море скального берега с постройками в течение года - не менее опасная катастрофа, чем быстрые смещения. Прогрессирующее разрушение склонов может быть хрупким (происходит быстро) или типа ползучести (происходит медленно). Склоны, сложенные рыхлыми породами, характеризуются устойчивостью откоса. Критическая высота откоса:

h_c= W (b; j),

где b - угол откоса;

l - угол наклона плоскости скольжения;

g - вес клина;

j - угол внутреннего трения;

С - сцепление (входит в прочность).

Рис. 22. Критическая высота откоса:

В целом проектирование откосов производится в соответствии с упомянутыми критериями. Кроме того, при анализе устойчивости необходимо учитывать влияние поровой воды, которая ослабляет прочность пород на сдвиг.

h_c=C/pg * N (b, j)

a - угол скольжения оползня по склону;

b - угол откоса оползня;

W - масса оползня;

h_c - высота откоса.

Склоны, сложенные скальными породами, также рассчитываются по параметру критической высоты. Здесь отличие заключается в механизме смещения: смещение происходит по трещинам, пересекающим склон. При высоких (более 80 м) склонах вес скальных пород обусловливает концентрацию напряжений у основания склона.

Оползни представляют собой быстрое (менее чем за 15 мин) разрушение склона. Процесс образования оползней характеризуется до некоторой степени индивидуальным механизмом, поэтому их систематизация затруднена. Основные параметры - образование поверхности скольжения, ее глубины и формы.

Движение оползней управляется законами сухого трения. Существует корреляция между коэффициентом трения и объемом большого оползня.

Феноменология катастрофических оползней показывает, что они имеют характер потоков.

Противооползневые мероприятия могут включать контрбанкеты, противооползневые шпонки, дренаж для снижения влажности.

Физические проблемы, связанные со снежными и ледовыми катастрофами, очень похожи на проблемы, относящиеся к обрушению склонов. В соответствии с этим вначале необходимо установить общие зависимости между напряжениями и деформациями и законы прочности для снега и льда, а затем можно исследовать движение их крупных масс.

Лавина - быстрое, неожиданное движение снега и (или) льда вниз по крутым горным склонам, приводящее или способное привести к угрозе жизни и здоровью населения, ущербу объектам народного хозяйства и окружающей природной среде.

Скорость движения лавин достигает 30 м/с, падение лавины сопровождается образованием воздушной предлавинной волны, которая производит значительное разрушение. Огромные массы снега, льда и других частей лавины заваливают дороги и другие транспортные коммуникации, здания и сооружения и даже целые населенные пункты.

Сель - бурный горный поток, насыщенный твердыми гравийно-галечным, песчано-глинистым и валунно-глыбовым материалами, формирующийся в бассейнах горных рек и обладающий значительной силой разрушения, способной привести к угрозе жизни и здоровью людей, значительному ущербу народному хозяйству и окружающей природной среде.

Сель, как правило, движется прерывисто с незначительной скоростью (не более 15 км/ч), но постоянно увеличивая свою массу и высоту. Сель в районе города Алма-Ата в 1921 году, по подсчетам специалистов, имел общую массу более 3 млн. т; в июле 1973 года вновь в урочище Медео образовался гигантский сель; поток был настолько мощным, что возникла реальная угроза уничтожения Алма-Аты, для спасения города пришлось провести направленные взрывы (по расчетам академика Лаврентьева М.А.), которые создали преграду, что привело к образованию озера и уникального климатического района.

Большинство катастрофических атмосферных явлений представлено разными формами вихрей. Они охватывают явления от маленьких смерчей до торнадо, ураганов и тайфунов.

Катастрофические атмосферные явления формируются в слое атмосферы, прилегающей к земной поверхности. Здесь образуется турбулентный пограничный слой.

Основными показателями этих явлений принимаются скорость движения воздуха и условная сила ветра, определяемая в баллах, которые соответствуют определенной скорости.

Буря, шторм - ветер силой 8...11 баллов (что соответствует 20,8...29 м/с), возникающий при прохождении циклонов или на периферии антициклонов.

Циклон - атмосферное возмущение с пониженным давлением в центре и вихревым движением воздуха. Антициклон имеет повышенное давление.

Ураган - ветер разрушительной силы и значительной продолжительности, скорость которого превышает 30 м/с (12 баллов - 35 м/с), сила урагана достигает максимального значения 17 баллов (60 м/с) и превышает его.

Бури, штормы и ураганы могут продолжаться длительное (несколько суток) время и приводят к большим разрушениям, уничтожению растений, выветриванию почв ("черная буря") и волнам на водных поверхностях, которые затрудняют судовождение, могут привести к гибели судов и разрушениям береговой зоны.

Тайфуны - ураганы, сопровождаемые обильными ливнями. Тангенциально перемещающиеся воздушные массы (в северном полушарии - всегда против часовой стрелки) со скоростью 100 м/с и более образуют в центре область низкого давления, штиля и разрежение облаков до голубого неба, которую называют "глаз тайфуна".

Разрушительное действие тайфуна проявляется, как правило, на водной поверхности, попадая на сушу он быстро затухает.

Смерчи - вихревое горизонтальное движение воздуха в виде вытянутых воронок (хобота), возникающее в грозовом облаке и спускающееся с его нижней кромки. Воздух внутри воронки вращается и поднимается по спирали, скорость у поверхности земли внутри воронки достигает сверхзвуковых значений, движется смерч со скоростью 10...20 м/с и проходит расстояние до 60 км. Смерч обладает несколькими разрушительными факторами. Разрежение внутри смерча приводит сооружения к разрыву от давления воздуха внутри их; с другой стороны, смерч всасывает в себя почву, воду, предметы, людей и переносит их на большие расстояния. Смерчи в ряде стран называют торнадо или тромб.

ЧС, связанные с водой, необходимо разделить на чисто природные - различного рода наводнения и гидродинамические аварии, т.е. затопления в результате аварий гидротехнических сооружений: плотин, шлюзов, дамб и т.д. Зоны затопления определяются следующим образом:

Зона затопления - территория, залитая водой в результате стихийного бедствия либо повреждения или разрушения гидротехнических сооружений.

Зона вероятного затопления - территория, в пределах которой возможно или прогнозируется образование зоны затопления.

Зона катастрофического затопления - зона затопления, в пределах которой произошла массовая гибель людей, сельскохозяйственных животных и растений, значительно повреждены или уничтожены здания и сооружения и другие материальные ценности, а также нанесен ущерб окружающей природной среде.

Зона вероятного катастрофического затопления - зона вероятного затопления, в которой ожидается или вероятны массовая гибель людей, сельскохозяйственных животных и растений, значительное повреждение или уничтожение материальных ценностей, в первую очередь зданий и сооружений, а также ущерб окружающей природной среде.

Наводнение - значительное затопление водой местности в результате подъема уровня воды в реке, озере или море, вызываемого обильным притоком воды в период снеготаяния или ливней, ветровых нагонов воды, при заторах и зажорах и других явлениях.

Наводнение может носить характер временного затопления или долгосрочного, а может привести к образованию постоянной водной поверхности.

Необходимо учитывать, что часть наводнений является периодическим явлением, связанным с таянием льдов и снега в горном истоке реки, на самой реке и берегах; такие наводнения называют еще паводками. Таяние в истоках может вызвать наводнения не только весной, но и летом в зависимости от расстояния от истока до данной местности. Другие наводнения вызываются обильными осадками, третьи - затрудненным стоком в устье реки. Характерными являются наводнения на Неве в городе Санкт-Петербурге. Наличие встречной стоку реки волны Финского залива приводит к тому что вся масса прибывающей воды остается в устье (в данном случае в прибрежной части города), и к ней прибавляется часть морской воды.

При прорыве плотин или другого гидротехнического сооружения создается волна прорыва, образующаяся во фронте устремившегося в отверстие в теле плотины потока воды, и может иметь высоту от 2 до 12 м и выше со скоростью движения до 25 км/ч, а для предгорных и горных районов до 100 км/ч. Волна прорыва может принести полное уничтожение любых сооружений, растительности, коммуникаций на своем пути, последующее затопление приводит даже к окончательному изменению прежних экосистем. Время затопления может достигать нескольких суток и даже недель, некоторые части затопленной территории могут остаться под водой или в подтопленном состоянии на месяцы и даже годы.

Очень опасными ЧС являются массовые инфекционные заболевания, их распространение на первом этапе очень трудно контролируется и требует экстренных мер.

Эпидемия - это массовое, прогрессирующее во времени и пространстве распространение инфекционного заболевания людей в пределах определенного региона, значительно превышающего обычно регистрируемый на данной территории уровень заболеваемости.

Эпизоотия - одновременное распространение инфекционного заболевания среди большого числа одного или многих видов животных, значительно превышающего обычный уровень заболеваемости, характерной для данной местности.

Эпифитотия - это широкое распространение инфекционной болезни растений, и в первую очередь сельскохозяйственных культур, на значительной территории в течение определенного времени.

Чрезвычайные ситуации многообразны по источникам возникновения, имеют плохо прогнозируемое развития и трудно локализуются.