stringtranslate.com

Ледяной джем

Ледяной затор на реке Дунай у моста в Вене , Австрия

Ледяные заторы возникают, когда топографические особенности реки вызывают накопление плавучего речного льда и препятствуют дальнейшему движению реки вниз по течению. [1] Ледяные заторы могут значительно уменьшить сток реки и вызвать наводнения в верховьях реки — иногда их называют ледяными плотинами . Затопление ледяным затором также может произойти ниже по течению, когда затор высвобождается во время прорывного паводка . В любом случае наводнение может привести к повреждению построек на берегу.

Обзор

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

Ледяной завал на реке обычно называют ледяным затором, но иногда и ледяной плотиной . [2] Ледяной затор — это препятствие на реке, образованное глыбами льда. По определению Рабочей группы Международной ассоциации гидравлических исследований (IAHR) по гидравлике речного льда, ледяной затор — это «стационарное скопление фрагментированного льда или наледи , которое ограничивает поток» на реке или ручье. Затор может эффективно создать плотину со скоплением якорного льда на дне реки. [3] На реках препятствием может быть изменение ширины, структуры, изгиб или уменьшение уклона. [4]

Наводнения, связанные с заторами льда, менее предсказуемы и потенциально более разрушительны, чем наводнения в открытой воде, и могут привести к гораздо более глубоким и быстрым наводнениям. Заторные наводнения также могут возникать в морозную погоду и могут оставлять после себя большие куски льда, но они гораздо более локализованы, чем наводнения в открытой воде. Ледяные заторы также наносят ущерб экономике, вызывая остановку прибрежных промышленных объектов, таких как гидроэлектростанции, и препятствуя судоходству . Убытки от ледяных заторов в США составляют в среднем 125 миллионов долларов в год. [5] [6]

Механизмы

Льдины/лепешки, оставшиеся на берегу реки после затора льда

Заторы на реках обычно возникают весной, когда речной лед начинает разрушаться , но могут возникать и в начале зимы во время ледостава . Процесс распада описывается в три этапа: предварительный распад, распад и главная передача. [7] Предварительный распад обычно начинается с увеличения весеннего стока реки, уровня воды и температуры, разрушающих речной лед и отделяющих его от берега. Изменения высоты реки из-за прорыва плотины также могут повлиять на предварительный прорыв. Во время вскрытия лед на участках порогов сносится вниз по течению в виде льдины и может застрять на еще замерзших участках льда на спокойной воде или у объектов на реке, таких как мост Медового месяца , разрушенный в 1938 году ледяным затором. . Меньшие пробки могут сместиться, течь вниз по течению и образовывать более крупные пробки. Во время главной передачи большая пробка выбьет и вытащит оставшиеся пробки, очистив реку ото льда за считанные часы. Заторы льда обычно случаются весной, но они могут случиться и с наступлением зимы, когда нижняя часть реки замерзает первой. Заторы из-за замерзания могут быть больше, потому что лед прочнее и температура продолжает снижаться, в отличие от весеннего вскрытия, когда окружающая среда нагревается, но вероятность внезапного выброса воды меньше. [8]

Могут возникнуть три типа естественных ледяных заторов: [3]

  1. затор на поверхности , одиночный слой льда на льдине на спокойной воде;
  2. узкоканальное или ширококанальное застревание ; и
  3. висячий затор , скопление речного льда в районах медленного течения, которое происходит только во время ледостава.

Ледяные заторы также возникают на крутых поворотах реки, у построенных человеком объектов, таких как опоры мостов, и в местах ее слияния . [8]

Хавес

Джаве — это волна , возникающая в реке, когда ледяной затор разрушается и высвобождает скопившуюся за ним воду. [9] [10] [11] Это происходит, когда гидродинамические силы перед затором достаточны для преодоления либо внутренней прочности затора, либо сил, которые удерживают его на месте. Эти события могут вызвать подъем уровня воды в диапазоне дециметров в минуту со скоростью 2–10 метров в секунду и увеличением расхода воды в 2,75 раза. [11] [12] Высвобождение более крупных пробок приводит к ледяному бегу , то есть потоку вниз по течению смеси ледяных пластин и щебня со скоростью, превышающей нормальный речной поток. [9] [12] По мере движения вниз по течению джаве уменьшается в высоте и замедляется из-за эффектов трения (о русло реки и береговой линии), а также из-за того, что связано с уклоном русла реки. Волновой фронт, или передний край, также известный как «динамический предвестник», затем выравнивается. Прежде чем сломается, могут пройти минуты или недели. Механизмы освобождения включают мобилизацию ледяного покрова ниже по течению, который удерживал затор на месте, образование открытого водовода непосредственно за ним и увеличение расхода воды . [9] Несколько известных пороговых значений (уровень воды, расход, скорость сброса, боковое сопротивление, граничные ограничения и критерий изгиба) могут указывать на то, когда может произойти такой разрыв. [13]

Происшествия и последствия

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

В северном полушарии реки, текущие на север, обычно имеют больше заторов льда, потому что верхние, более южные течения тают первыми, и лед сносится вниз по течению в еще замерзшую северную часть. Ледяные заторы представляют собой три физические опасности. Льдина может образовать плотину, затопляющую территории выше по течению от затора. Это произошло во время наводнения на Красной реке в 2009 году и наводнений на Аляске в 2009 году . Второй тип опасности возникает, когда ледяной затор распадается, и внезапный прилив воды прорывается через участки затопления ниже по течению от затора. Такой нагон произошел на реке Святого Лаврентия в 1848 году. [14] Третья опасность заключается в том, что нарастание льда и главная передача могут повредить конструкции на реке или вблизи нее [15] и лодки на реке.

Ледяные заторы могут размыть русло реки, причинив вред или пользу среде обитания диких животных и, возможно, повредив речные сооружения. [5]

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. [16]

Раннее предупреждение о заторе льда включает использование обученных наблюдателей для мониторинга условий разрушения и детекторов движения льда. [8]

Предотвратить образование ледяных заторов можно путем

  1. ослабление льда перед его взломом путем прорезания или сверления лунок во льду;
  2. ослабить лед, присыпав его песком темного цвета; или
  3. контроль времени вскрытия с помощью ледоколов , буксиров, судов на воздушной подушке или экскаваторов-амфибий. Однако известно, что перемещение мигрирующих рыб связано с ледоставом и взломом, поэтому воздействие раскола льда может повлиять на миграцию рыб.

Там, где наводнения угрожают человеческому жилью, завал может быть расчищен искусственно. Может использоваться взрывная обработка льда с использованием динамита , за исключением городских территорий, а также другие механические средства [17] , такие как землеройное оборудование, или постоянные меры, такие как конструкции для контроля льда [16] [6] и борьба с наводнениями . Время от времени военные самолеты использовались для бомбардировки ледяных заторов с ограниченным успехом в рамках усилий по их расчистке. [18] [19] [20]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Чаве, РАДЖ и Лемон, Дэвид и Фиссель, Д.Б. и Дюпюи, Л. и Дюмон, С. (декабрь 2004 г.). «Измерения осадки и скорости льда на реке Святого Лаврентия в реальном времени». Oceans '04 MTS/IEEE Techno-Ocean '04 (кат. номер IEEE 04CH37600) . Том. 3. стр. 1629–1633. дои : 10.1109/OCEANS.2004.1406366. ISBN 0-7803-8669-8. S2CID  21814956.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  2. ^ "Ледяная плотина". по определению 1. Монкхаус, Фрэнсис Дж. Географический словарь : 2-е изд.. Лидс: Э. Дж. Арнольд, 1970. 182.
  3. ^ аб Белтаос, С. (1995). Речные ледяные заторы. Ранчо Хайлендс, Колорадо: Публикация по водным ресурсам. ISBN 978-0-918334-87-9.
  4. ^ Редактор. «Ледяные заторы и наводнения» (PDF) . Национальная метеорологическая служба . {{cite web}}: |last=имеет общее имя ( справка )
  5. ^ ab "Ледяные пробки". Nws.noaa.gov. 13 марта 2013 г. Проверено 11 января 2014 г.
  6. ^ ab Штатный автор (07.02.2006). «Ледяные плотины: укрощение ледяной реки». Популярная механика . Проверено 27 марта 2018 г.
  7. ^ Дингман, С. Лоуренс (2009). Речная гидравлика. Издательство Оксфордского университета. п. 104. ИСБН 978-0-19-803856-6.
  8. ^ abc Уайт, Кэтлин Д.; Кей, Роджер Л.; (США), Исследовательская и инженерная лаборатория холодных регионов (1996). Наводнение от ледяного затора и смягчение последствий: бассейн реки Лоуэр-Платт, Небраска. Издательство ДИАНА. ISBN 978-1-4289-1388-2.
  9. ^ abc Ясек, М., и Белтаос, С. 2008. Высвобождение ледяного затора: джавы, ледяные трассы и ломающиеся фронты. Вскрытие льда на реке. Под редакцией С. Бельтаоса. Публикации по водным ресурсам, Хайленд Ранч, Колорадо
  10. ^ Белтаос, Спирос (1 января 2013 г.). «Гидродинамические характеристики и воздействие речных волн, вызванных выбросами ледяных заторов». Наука и технологии холодных регионов . 85 : 42–55. doi :10.1016/j.coldregions.2012.08.003. ISSN  0165-232X.
  11. ^ аб Белтаос, Спирос (01 июля 2017 г.). «Гидродинамика выделения хранилищ при вскрытии речного льда». Наука и технологии холодных регионов . 139 : 36–50. doi :10.1016/j.coldregions.2017.04.009. ISSN  0165-232X.
  12. ^ Аб Нафцигер, Дженнифер; Она, Юньтун; Хикс, Фэй (01 марта 2016 г.). «Стремительства волн и ледяных набегов от ледяных пробок». Наука и технологии холодных регионов . 123 : 71–80. doi :10.1016/j.coldregions.2015.11.014. ISSN  0165-232X.
  13. ^ Да, Яньци; Она, Юньтун (01 сентября 2021 г.). «Систематическая оценка критериев начала разрушения речного льда с использованием модели River1D и полевых данных». Наука и технологии холодных регионов . 189 : 103316. doi : 10.1016/j.coldregions.2021.103316. ISSN  0165-232X.
  14. ^ Альфред, Рэнди (30 марта 2010 г.). «30 марта 1848 года: Ниагарский водопад высыхает». Проводной . ISSN  1059-1028 . Проверено 25 ноября 2019 г.
  15. ^ ледяной джем в Британской энциклопедии
  16. ^ аб Левер, Джеймс Х.; Гуч, Гордон; Дейли, Стивен (август 2000 г.), «Сооружение для контроля льда в Казеновии-Крик», Технический отчет CRREL / ERDC TR , Инженерный корпус армии США (14)
  17. ^ Доннелли, Джон (12 марта 2007 г.), Столица Вермонта готовится к возможному наводнению реки, Boston Globe.
  18. ↑ Смит, Стивен Х. (19 января 2018 г.). «Прошлое Йорка: воздушные бомбардировки разбивают ледяные заторы в Саскуэханне». Йорк Дейли Рекорд . Проверено 19 июля 2018 г.
  19. ^ Данишевски, Джон (18 мая 2001 г.). «Российские самолеты бомбят ледяной затор». Лос-Анджелес Таймс . ISSN  0458-3035 . Проверено 19 июля 2018 г.
  20. ^ Шридхаран, Васудеван (19 апреля 2016 г.). «Российские истребители бомбят 40-километровый ледяной затор, чтобы предотвратить наводнение в Вологде». Интернэшнл Бизнес Таймс, Великобритания . Проверено 19 июля 2018 г.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме ледяных пробок .