stringtranslate.com

Ледяной джем

Ледяной затор на реке Дунай у моста в Вене , Австрия

Заторы льда возникают, когда топографические особенности реки приводят к накоплению плавающего речного льда и затрудняют дальнейшее продвижение вниз по течению реки. [1] Заторы льда могут значительно сократить поток реки и вызвать наводнение выше по течению — иногда называемое ледяными плотинами . Заторы льда также могут возникнуть ниже по течению, когда затор высвобождается в результате прорыва . В любом случае наводнение может привести к повреждению сооружений на берегу.

Обзор

Игл, Аляска , затоплен паводковыми водами и льдинами после того, как ниже по течению реки Юкон образовался ледяной затор .

Ледяной затор на реке обычно называют ледяным затором, но иногда ледяной плотиной . [2] Ледяной затор — это препятствие на реке, образованное глыбами льда. Согласно определению Рабочей группы по речной ледовой гидравлике Международной ассоциации гидравлических исследований (IAHR), ледяной затор — это «стационарное скопление обломков льда или наледи , ограничивающее поток» на реке или ручье. Затор может фактически создать плотину с накоплением якорного льда на дне реки. [3] На реках препятствием может быть изменение ширины, структуры, изгиба или уменьшение уклона. [4]

Наводнения из-за ледяных заторов менее предсказуемы и потенциально более разрушительны, чем наводнения на открытой воде, и могут вызывать гораздо более глубокие и быстрые наводнения. Наводнения из-за ледяных заторов также могут происходить в морозную погоду и могут оставлять после себя большие куски льда, но они гораздо более локализованы, чем наводнения на открытой воде. Ледяные заторы также наносят ущерб экономике, вызывая остановку промышленных объектов на берегу реки, таких как гидроэлектростанции , и мешая судоходству . В среднем Соединенные Штаты несут убытки в размере 125 миллионов долларов в год из-за ледяных заторов. [5] [6]

Механизмы

Льдины/лепешки, оставшиеся на берегу реки после ледяного затора

Заторы на реках обычно возникают весной, когда речной лед начинает ломаться , но могут также возникать в начале зимы во время ледостава . Процесс вскрытия описывается в три фазы: предварительный ледоход, вскрытие и окончательный заезд. [7] Предварительный заезд обычно начинается с увеличения весеннего речного потока, уровня воды и температур, которые разрушают речной лед и отделяют его от берега. Изменения высоты реки из-за сбросов плотин также могут повлиять на предварительный заезд. Во время вскрытия лед в районах порогов переносится вниз по течению в виде льдины и может застревать на еще замерзших участках льда на спокойной воде или у сооружений на реке, таких как мост Медовый месяц , разрушенный в 1938 году ледяным затором. Меньшие заторы могут смещаться, течь вниз по течению и образовывать более крупные заторы. Во время окончательного заезда большой затор смещает и вытаскивает оставшиеся заторы, очищая реку ото льда в течение нескольких часов. Ледяные заторы обычно случаются весной, но они могут возникнуть и с наступлением зимы, когда ниже по течению замерзает первая часть. Ледяные заторы могут быть больше, потому что лед крепче, а температура продолжает понижаться в отличие от весеннего вскрытия, когда окружающая среда теплеет, но менее вероятно, что они внезапно высвободят воду. [8]

Могут возникнуть три типа естественных ледяных заторов: [3]

  1. поверхностный затор , одиночный слой льда в виде льдины на спокойной воде;
  2. затор в узком или широком канале ; и
  3. висячий затор , скопление речного льда на участках со слабым течением, возникающее только во время ледостава.

Заторы льда также возникают на крутых поворотах реки, у созданных человеком объектов, таких как опоры мостов, и в местах слияния рек . [8]

Хавес

Хаве — это волна , образующаяся в реке, когда ледяной затор разрушается и высвобождает накопившуюся за ним воду. [9] [10] [11] Это происходит, когда гидродинамические силы выше по течению от затора достаточны для преодоления либо внутренней прочности затора, либо сил, которые удерживают его на месте, либо обоих. Эти события могут вызвать повышение уровня воды в диапазоне дециметров в минуту со скоростью 2–10 метров в секунду и увеличением расхода в 2,75 раза. [11] [12] Высвобождение более крупных заторов приводит к ледоходу , то есть нисходящему потоку смеси ледяных пластин и щебня со скоростью, превышающей нормальный речной поток. [9] [12] По мере продвижения вниз по течению хаве уменьшается в высоте и замедляется из-за эффектов трения (о русло реки и береговые линии), а также связанных с уклоном русла реки. Затем фронт волны, или передний край, также известный как «динамический предвестник», сглаживается. Могут пройти минуты или недели, прежде чем произойдет разрушение. Механизмы высвобождения включают мобилизацию ледяного покрова ниже по течению, который удерживал затор на месте, образование открытого полыньи непосредственно ниже по течению от него и увеличение расхода . [9] Несколько известных пороговых значений (уровень воды, расход, скорость расхода, боковое сопротивление, граничные ограничения и критерий изгиба) могут дать указание на то, когда может произойти такой разрыв. [13]

События и последствия

Дети стоят на ледяном джеме на реке Моми, Толедо, Огайо.

В северном полушарии реки, текущие на север, как правило, имеют больше ледяных заторов, потому что верхние, более южные, достигают таяния первыми, и лед уносится вниз по течению в все еще замерзшую северную часть. Существует три физических опасности ледяных заторов. Льдина может образовать плотину, которая затапливает районы выше по течению от затора. Это произошло во время наводнения на Ред-Ривер в 2009 году и наводнения на Аляске в 2009 году . Второй тип опасности возникает, когда ледяной затор распадается, и внезапный прилив воды прорывается через затапливаемые районы ниже по течению от затора. Такой прилив произошел на реке Святого Лаврентия в 1848 году. [14] Третья опасность заключается в том, что нарастание льда и его окончательное движение могут повредить сооружения на реке или около нее [15] и лодки на реке.

Ледяные заторы могут размывать русло реки, нанося ущерб или пользу местам обитания диких животных, а также, возможно, повреждая сооружения на реке. [5]

Риск затопления из-за ледяного затора

Оценка риска заторов льда включает в себя следующие этапы:

Описание образования ледяных заторов

Понимание формирования заторов льда на реках имеет решающее значение. [16] Исторические данные о совместном расположении заторов льда также полезны.

Картографирование опасности наводнений

Это включает в себя создание профилей области, включая профили агентов и уровни воды вдоль реки. Цель состоит в том, чтобы создать карту риска для исследуемой области.

Карта опасности затопления из-за ледяных заторов в Барсуке вдоль реки Эксплойтс в Ньюфаундленде

Расчет риска

Риск рассчитывается путем объединения опасности и уязвимости. Опасность обычно связана с интенсивностью, протяженностью, глубиной и вероятностью наводнения. Уязвимость включает в себя подверженность и восприимчивость различных типов жилых и коммерческих зданий в зоне затопления или между указанными периодами наводнений.

Оценка ущерба

Ущерб оценивается с точки зрения структурного повреждения и повреждения содержимого на разных глубинах затопления. Определенная глубина может иметь определенные повреждения, созданные для воздействия.

Программные инструменты

Процесс включает использование программных инструментов (возможно, ГИС) для добавления слоев данных, расчета глубины затопления и экстраполяции уровней воды для трансект в центр города. Уровни воды получаются из стохастической модели структуры водного канала.

Прогнозирование и смягчение последствий

Модель сооружения, построенного для удержания речного льда выше по течению от участка на ручье Казеновия , который был причиной заторов льда во время таяния рек. [17]

Ранние предупреждения о заторе льда включают использование обученных наблюдателей для мониторинга условий разрушения и детекторов движения льда. [8]

Предотвращение заторов льда может быть достигнуто путем:

  1. ослабление льда перед вскрытием путем прорезания или сверления отверстий во льду;
  2. ослабление льда путем посыпания его темным песком; или
  3. контроль времени вскрытия с помощью ледоколов , буксиров, судов на воздушной подушке или земноводных экскаваторов. Однако известно, что перемещение мигрирующих рыб связано с замерзанием и вскрытием, поэтому воздействие на вскрытие льда может повлиять на миграцию рыб.

Там, где наводнения угрожают человеческому жилью, затор может быть искусственно расчищен. Может использоваться струйная обработка льда с использованием динамита , за исключением городских районов, а также другие механические средства [18] , такие как землеройное оборудование, или постоянные меры, такие как сооружения для контроля льда [17] [6] и борьба с наводнениями . Иногда военные самолеты использовались для бомбардировки ледяных заторов с ограниченным успехом в рамках усилий по их расчистке. [19] [20] [21]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Chave, RAJ и Lemon, David и Fissel, DB и Dupuis, L. и Dumont, S. (декабрь 2004 г.). "Измерения в реальном времени осадки и скорости льда в реке Св. Лаврентия". Oceans '04 MTS/IEEE Techno-Ocean '04 (IEEE Cat. No.04CH37600) . Том 3. стр. 1629–1633. doi :10.1109/OCEANS.2004.1406366. ISBN 0-7803-8669-8. S2CID  21814956.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  2. ^ "Ледяная плотина". определение 1. Монкхаус, Фрэнсис Дж. Географический словарь : 2-е изд.. Лидс: Э. Дж. Арнольд, 1970. 182.
  3. ^ ab Beltaos, S. (1995). Речные ледяные заторы. Highlands Ranch, Колорадо: Water Resources Publication. ISBN 978-0-918334-87-9.
  4. ^ Редактор. "Ледяные заторы и наводнения" (PDF) . Национальная метеорологическая служба . {{cite web}}: |last=имеет общее название ( помощь )
  5. ^ ab "Ice Jams". Nws.noaa.gov. 2013-03-13 . Получено 2014-01-11 .
  6. ^ ab Сотрудник (2006-02-07). "Ледяные плотины: укрощение ледяной реки". Popular Mechanics . Получено 2018-03-27 .
  7. ^ Дингман, С. Лоуренс (2009). Речная гидравлика. Oxford University Press. стр. 104. ISBN 978-0-19-803856-6.
  8. ^ abc Уайт, Кэтлин Д.; Кей, Роджер Л.; (США), Лаборатория исследований и инжиниринга холодных регионов (1996). Наводнения из-за ледяных заторов и смягчение их последствий: Нижний бассейн реки Платт, Небраска. DIANE Publishing. ISBN 978-1-4289-1388-2.
  9. ^ abc Jasek, M., and Beltaos, S. 2008. Ice-jam release: javes, ice runs and breaking fronts. В River ice breakup. Под редакцией S. Beltaos. Water Resources Publications, Highland Ranch, CO
  10. ^ Белтаос, Спирос (2013-01-01). «Гидродинамические характеристики и эффекты речных волн, вызванных сбросами ледяных заторов». Наука и технологии холодных регионов . 85 : 42–55. Bibcode :2013CRST...85...42B. doi :10.1016/j.coldregions.2012.08.003. ISSN  0165-232X.
  11. ^ ab Beltaos, Spyros (2017-07-01). "Гидродинамика высвобождения хранилищ во время вскрытия речного льда". Cold Regions Science and Technology . 139 : 36–50. Bibcode :2017CRST..139...36B. doi :10.1016/j.coldregions.2017.04.009. ISSN  0165-232X.
  12. ^ ab Nafziger, Jennifer; She, Yuntong; Hicks, Faye (2016-03-01). «Скорость волн и ледяных потоков от сбросов ледяных заторов». Cold Regions Science and Technology . 123 : 71–80. Bibcode :2016CRST..123...71N. doi :10.1016/j.coldregions.2015.11.014. ISSN  0165-232X.
  13. ^ Ye, Yanqi; She, Yuntong (2021-09-01). "Систематическая оценка критериев начала вскрытия речного льда с использованием модели River1D и полевых данных". Cold Regions Science and Technology . 189 : 103316. Bibcode : 2021CRST..18903316Y. doi : 10.1016/j.coldregions.2021.103316. ISSN  0165-232X.
  14. ↑ Альфред, Рэнди (30.03.2010). «30 марта 1848 г.: Ниагарский водопад высыхает». Wired . ISSN  1059-1028 . Получено 25.11.2019 .
  15. ^ ледяной джем в Encyclopaedia Britannica
  16. ^ Линденшмидт, Карл-Эрих (2024). Ледовые процессы на реках и прогнозирование ледовых паводков. doi :10.1007/978-3-031-49088-0. ISBN 978-3-031-49087-3.
  17. ^ ab Левер, Джеймс Х.; Гуч, Гордон; Дейли, Стивен (август 2000 г.), «Конструкция контроля льда на ручье Казеновия», Технический отчет CRREL/ERDC TR (14), Инженерный корпус армии США
  18. ↑ Доннелли, Джон (2007-03-12), Столица Вермонта готовится к возможному речному наводнению, Boston Globe
  19. ^ Смит, Стивен Х. (19 января 2018 г.). «Прошлое Йорка: Воздушные бомбардировки разрушают ледяные заторы в Саскуэханне». The York Daily Record . Получено 19 июля 2018 г.
  20. ^ Данишевски, Джон (18.05.2001). «Русские самолеты бомбят ледяной затор». Los Angeles Times . ISSN  0458-3035 . Получено 19.07.2018 .
  21. ^ Шридхаран, Васудеван (2016-04-19). «Российские истребители бомбят 40-километровую ледяную пробку, чтобы предотвратить наводнение в Вологде». International Business Times UK . Получено 2018-07-19 .

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Ледяные заторы» .