Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лавина (от позднелатинского labina — оползень) — масса снега, падающая или соскальзывающая со склонов гор. Снежные лавины могут представлять немалую опасность, вызывая человеческие жертвы (в частности, среди альпинистов, любителей горных лыж и сноубординга) и принося существенный ущерб имуществу. Лавины опасны для людей из-за своей массы (достигающей иногда нескольких сотен тонн), что приводит к асфиксии или смерти от шока в результате перелома костей, а также слабой или отсутствующей вовсе воздухопроницаемостью, из-за чего жертва погибает от недостатка кислорода. Помимо того, лавина может вовсе смести человека со склона, в результате чего тот может разбиться насмерть при падении с него. Если же снег, осыпавшийся с накрывшей попадавшего лавины, попадёт пострадавшему в органы дыхания (в рот, в нос или ещё дальше), тот погибнет из-за невозможности дыхания. Дополнительно попавшему под лавину освободиться мешает слабая звукопроводность из-за того, что снег мягкий, и в результате спасатели могут не услышать крики человека из-под лавины. Лавина (от позднелатинского labina — оползень) — масса снега, падающая или соскальзывающая со склонов гор. Снежные лавины могут представлять немалую опасность, вызывая человеческие жертвы (в частности, среди альпинистов, любителей горных лыж и сноубординга) и принося существенный ущерб имуществу. Лавины опасны для людей из-за своей массы (достигающей иногда нескольких сотен тонн), что приводит к асфиксии или смерти от шока в результате перелома костей, а также слабой или отсутствующей вовсе воздухопроницаемостью, из-за чего жертва погибает от недостатка кислорода. Помимо того, лавина может вовсе смести человека со склона, в результате чего тот может разбиться насмерть при падении с него. Если же снег, осыпавшийся с накрывшей попадавшего лавины, попадёт пострадавшему в органы дыхания (в рот, в нос или ещё дальше), тот погибнет из-за невозможности дыхания. Дополнительно попавшему под лавину освободиться мешает слабая звукопроводность из-за того, что снег мягкий, и в результате спасатели могут не услышать крики человека из-под лавины.
Снежные лавины, в той или иной степени, распространены во всех горных районах России и в большинстве горных районов мира. В зимний период они являются основной природной опасностью гор. Иногда снежные лавины несут катастрофические последствия (так, в феврале 1999 года лавина массой в 170 тыс. т полностью разрушила посёлок Гальтур в Австрии, вызвав гибель 30 человек, а в начале марта 2012 года серия лавин в Афганистане разрушила жилые дома, вызвав гибель не менее 100 человек). Некоторые годы бывают особенно богатыми на лавины, когда они сходят во многих местах, например, сезон 1950—51 гг., получивший название Зима террора (Зима террора (англ. Winter of Terror) — в англоязычной литературе название сезона 1950—51 гг.[1], когда до тех пор невиданное количество лавин сошло в Альпах. Серия из 649 лавин привела к гибели нескольких сотен человек и причинила большой ущерб жилым и иным строениям.).
Причины возникновения
Снег, выпадая в виде осадков, удерживается на склоне за счет силы трения (её величина зависит от целого ряда факторов, в том числе влажности снега, крутизны склона). Сход лавины происходит в тот момент, когда сила давления массы снега начинает превышать силу трения.
Наиболее благоприятны для лавинообразования склоны крутизной 25—45°, однако известны сходы лавин со склонов крутизной 15—18°. Считается, что склон 15° с глубиной снега 15 см может быть лавиноопасным при соблюдении ряда условий, например, первоначальной оттепели и сильной весенней солнечной радиации, вследствие которой снег подтаял, затем внезапного сильного мороза, вследствие которого образовался идеальный ледяной склон, а затем сильного снегопада, припорошившего готовый ледяной горизонт.
На склонах круче 50° снег не может накапливаться в больших количествах и скатывается небольшими дозами по мере поступления, однако лавинобезопасным считается склон положе 15° или круче 60°. При этом иногда происходит сход лавин с весьма пологих склонов — 10-15°.
Сход со склона скопившейся снежной массы обычно провоцируется климатическими причинами: резкой сменой погоды (в том числе перепадами атмосферного давления, влажности воздуха), дождями, обильными снегопадами, а также механические воздействия на снежную массу, включая воздействие камнепадов, землетрясений и т. п. Иногда, в силу установившегося относительного равновесия между действующей силой трения и силой давления, сход лавины может инициироваться незначительным толчком (например, звуком ружейного выстрела или давлением на снег одного человека — горнолыжника, сноубордиста).
Объём снега в лавине может доходить до нескольких миллионов кубических метров. Однако опасными для жизни могут быть даже лавины объёмом около 5 м³.
Какие же причины вызывают возникновение и падение лавин?
В то время как в верхних слоях снежного покрова температура понижается до —10° и —20°, в толщах снега, прилегающих к земле, сохраняются температуры, близкие к 0° (примерно —2°).
Таким образом, в снежном покрове толщиной даже в 40—50 см возникает разница в температурах между верхними слоями снега и слоями, расположенными у земной поверхности. Вследствие этой разницы температур в нижних слоях снега начинается движение водяных паров и испарение снега. Постепенно нижняя толща снега разрыхляется, теряет устойчивость и превращается в толщу лавиноопасного слоя.
Лыжникам хорошо знакома неожиданная осадка снега с характерным ухающим звуком. Это явление объясняется разрыхлением нижних слоев снежного покрова (образование лавиноопасного слоя); оно происходит не только на склонах в горах, но и на равнинах. Но для образования лавины этих условий еще недостаточно. Лавины возникают только в том случае, если накопление снега происходит на крутых склонах (от 15° и выше), где снег не может удержаться. Особенно опасны склоны крутизной в 30—35°, на которых идет медленное накопление снега до тех пор, пока его толща не достигнет значительной мощности. Тогда снежная масса скатывается вниз.
Падение лавины происходит и от перегрузки снегом склонов во время метелей или в течение двух суток после окончания снегопада и во время оттепелей. Лавины выносят много обломков горных пород и образуют крупные насыпные формы рельефа в долинах гор.
Оторвавшаяся масса снега обычно быстро ускоряется на крутом склоне и во время своего движения вниз увлекает дополнительные массы снега, лежащие на ее пути. Характер движения зависит от типа снега и подстилающей поверхности. В начальной стадии снег скользит и катится, а с увеличением скорости движение становится турбулентным. Крупные блоки разбиваются, превращаясь в массу окатанного и распыленного материала. Если снег сухой, мельчайшие частички, смешиваясь с воздухом, образуют снежную пыль. Снежную массу, низвергающуюся по поверхности грунта, называют текучей лавиной, а массу, переносимую турбулентным воздушным потоком,— пылевой лавиной. Часто оба вида лавин наблюдаются одновременно. Наличие резкого уступа склона может быть причиной того, что весь снег смешается с воздухом, образуя пылевую лавину. На крутом склоне лавина может иметь высокую скорость и оказывать огромное давление на препятствия, возникающие на ее пути, обладая, таким образом, большой разрушительной силой. Когда склон становится более пологим, движение лавины замедляется и в конце концов она останавливается.
Подобно другим материалам, снег обладает прочностными свойствами, которые могут быть исследованы путем измерения сил, необходимых для того, чтобы вызвать разрыв. Для зарождения лавин имеют значение прочность на сдвиг и прочность на разрыв. Трудность подобных исследований заключается в том, что хрупкость и малая плотность снега требуют, чтобы измерения проводились с особой тщательностью и мастерством. Кроме того, прочность снега зависит от скорости действия нагрузки.
В связи с указанными причинами часто в качестве показателя прочности используют твердость, которая определяется как сопротивляемость снега проникновению в него инородного тела и связана с прочностью на сдвиг и разрыв, а также с компрессионными свойствами.
Для измерения прочности на сдвиг и твердости снега разработаны полевые методы. Чтобы определить прочность на сдвиг, рамка площадью не менее 0,01 м2 погружается в снег и быстро загружается до тех пор, пока не происходит отрыв, нагрузка измеряется пружинными весами. Твердость определяется при помощи пенетрометров.
В зоне зарождения лавины измерения прочности не производятся, так как эта область труднодоступна. Более того, поскольку прочность в пределах зоны зарождения весьма изменчива, трудно получить ее минимальное значение. Поэтому единственным показателем прочности служат данные, получаемые на выбранной в безопасном месте площадке.
Прочность снега зависит от его температуры и плотности, а также от типа зерен и их сцепления. Первостепенное значение имеет сильная зависимость прочности от температуры; например, сопротивление сдвигу уменьшается, когда температура приближается к 0'С. Когда снег начинает таять и появляется жидкая вода, прочность его уменьшается еще больше.
В то же время повышение температуры ускоряет процесс деструктивного метаморфизма, за счет которого сопротивление сдвигу может возрасти. Однако если температура растет быстро, то роль этого эффекта уменьшается, так что снег в итоге становится менее прочным. Если же температура растет медленно, то в результате метаморфизма снег приобретает высокую прочность, которая, вероятно, не уменьшается даже при 0'С. Эти противодействующие тенденции затрудняют прогнозирование времени отрыва лавины.
Нормальное напряжение и напряжение сдвига в снежном покрове, лежащем на склоне, вызывают постоянные деформации, обусловленные вязкостью снега. Однако скольжение и сползание происходят одновременно и часто нельзя разграничить эти два типа движения.
Микрорельеф поверхности г грунта, растительность и уклон оказывают наибольшее влияние на процессы сползания и скольжения. Высокая скорость скольжения наблюдается на гладкой крутой поверхности, например на крутых травянистых склонах. Скорости сползания и скольжения также возрастают с повышением темния лавин. пературы снега, его толщины и с появлением в нем жидкой воды.
рис. 11.4.Типичные места зарождения лавин.
Таким образом, скорость меняется там, где происходит изменение особенностей поверхности грунта — например в зоне перехода от гладких скал к валунам, в местах перегиба склона, там, где меняется толшина снега (в частности, при переходе от тонкого снежного покрова к метелевым надувам). Изменения скорости сползания на склоне вызывают изменение напряжений растяжения и сжатия в снегу. Важно определить те зоны, где напряжения велики, так как линии отрыва и места зарождения лавин находятся именно в таких зонах.
Основной целью разработки классификационной схемы лавин служит установление единообразных описательных терминов, которые можно использовать при обмене информацией о стихийных бедствиях, мерах безопасности и контроля. Другая цель заключается в группирования лавинных явлений для статистического анализа, например для выявления связи между лавинами и обусловливающими их факторами — местностью, условиями погоды, характеристиками снежного покрова. Это необходимо также для выработки решений по планированию и осуществлению защитных мероприятий.
В настоящее время для описания и систематизации характеристик лавин и при прогнозировании лавинной опасности применяются международные морфологические и генетические классификации.
Международная морфологическая классификация лавин позволяет передавать информацию о лавинах в закодированном виде, где символы для критериев даются в виде: заглавных букв (A, B, C, D, E, F, G, H), а символы для характеристик - в виде цифр. Кроме цифровых символов (1-5) предлагается использовать цифры: 0-когда нет сведений о характеристике, 7 или 8 - для смешанных характеристик и 9 - для отсылки к специальному замечанию. Например, код АЗ В2 С1 D9 Е1 F4 G1 Н4 обозначает, что лавина образовалась из мягкой снежной плиты в результате отрыва в новом снежном покрове, лавина из сухого снега двигалась по лотку и образовала воздушную волну (9 отсылает к специальному замечанию, уточняющему характеристику пути движения лавины), отложения лавины мелкокомковатые, сухие, содержащие ветки деревьев.
Генетическая классификация связывает лавинные явления с условиями, в которых они формируются, например с формой склона, погодой, свойствами снежного покрова. Предложено несколько генетических классификаций, однако все они неудовлетворительны, так как процесс формирования лавин настолько сложен, что не позволяет отнести причину формирования за счет одного или двух факторов.
Лавины можно классифицировать в соответствии с размерами (массой или объемом движущегося снега) или с их разрушительной силой. Ниже приводится условная классификационная схема - пять градаций разрушительного действия лавин (эта схема широко используется в западной части Канады):
Информация, используемая для принятия решений о выборе безопасного места для строительства дорог, зданий, лыжных трасс, а также при выборе методов контроля за лавинами, поступает в результате определения положения и размеров лавиносборов, частоты схода лавин и оценки потенциального ущерба.
Лавиносборы могут распознаваться по особенностям рельефа (уклон, лотки, характерные точки зарождения), растительности,. а также по отложенному лавиной снегу. В сильно залесенных горах юга Британской Колумбии и в Альберте лавиносборы можно идентифицировать, изучая возраст и виды деревьев на различных участках склонов. Особенности рельефа и растительности могут быть выявлены на аэрофотоснимках, однако для уточнения необходимо проведение и наземных исследований. Высота деревьев должна быть оценена точно, при этом следует учитывать возможный характер движения лавин. Следует иметь в виду, что не только лавины влияют на рост деревьев, но также и пожары, селевые потоки, лесозаготовки, почвы, солнечная радиация и ветер.
Оценить частоту схода, тип и размер лавин весьма трудно; Наиболее надежным методом служит использование многолетних данных. Данные показывают, что в среднем каждые 12 — 20 лет бывает зима или несколько зим подряд с катастрофическими лавинами. Часто период наблюдений может быть недостаточно длительным и не содержать зим с максимальными суммами снежных осадков; в этом случае исторические данные должны подкрепляться данными о возрасте деревьев и их повреждениях, а также анализом климатических данных.
Наиболее важным фактором при планировании размещения сооружений вне зоны досягаемости лавин является максимальная дальность выброса лавинного материала. На залесенной территории зоны отложения очень крупных лавин часто дешифрируются благодаря наличию четких границ между деревьями различного возраста и разных видов. Эти границы лучше всего выявляются при сравнительном анализе старых и новых аэрофотоснимков. Исторический подход к методике оценки места отложения, частоты и максимальной дальности выброса лавин рассмотрен в работе.
Ежедневные оценки лавинной опасности в период активной деятельности людей, например когда действуют лыжные курорты, называются прогнозом лавинной опасности. Методика прогнозирования включает в себя три этапа:
Прогноз лавинной опасности носит в основном эмпирический характер и граничит с искусством, базирующимся на большом полевом опыте. Количественные анализы сложны, так как снежный покров, погода и рельеф включают множество взаимозависимых переменных, которые нельзя представить в виде количественных показателей. Обычно невозможно предсказать точное время схода лавины, однако можно оценить неустойчивость снега и вероятность того, что лавина данного размера сойдет в течение нескольких часов.
Методика, обычно применяемая при анализе устойчивости снега, предусматривает наблюдение за несколькими факторами и определение критического уровня, при котором они начинают оказывать влияние на взаимосвязь напряжения и прочности снежного покрова (табл. 11.4).
Эти факторы рассматриваются в соответствии с их важностью и затем анализируются, чтобы показать вероятность формирования лавины и выявить лавиноопасные склоны. Критические уровни, приведенные в таблице, основываются частично на опыте, а отчасти на результатах анализа имеющихся данных. Они применимы для большей части лавиноопасных районов. Когда для определенной территории имеется достаточно данных наблюдений за снежным покровом, погодой и частотой схода лавин, критические значения этих факторов можно уточнить, чтобы обеспечить более надежный прогноз устойчивости снега для этой территории.
Количество информации,.используемой при таких исследованиях, зависит от доступности зоны зарождения лавин, локальных климатических наблюдений и данных, полученных методами контроля за лавинами. При всех прогнозах крайне важны наблюдения за текущей погодой. Для функционирования автомагистралей высокого класса необходимы дополнительные наблюдения за сходом лавин. Опробование склонов и наблюдения -за снежным покровом представляют собой стандартную практику в зонах лыжных курортов и лыжного туризма.
Ниже приводятся некоторые пояснения, касающиеся факторов, используемых при анализе устойчивости снега (см. табл. 11.4).
Слоистость и температура снега. Эти характеристики снежных слоев изучаются в шурфах, вырытых на репрезентативных участках близ зоны зарождения в соответствии со стандартными методами, принятыми Комиссией снега и льда. Наиболее важна информация, используемая для определения наличия условий для возникновения лавин из снежной доски. Эта информация поступает в результате исследования относительной прочности ослабленных промежуточных слоев, таких как, например, слои погребенного поверхностного инея, глубинной изморози, соседство корок с очень мокрым снегом. Прочность отдельных слоев определяется обычно ручным опробованием, что придает исследованию субъективный характер. Лыжники получают представление о слоистости снега, втыкая в него лыжные палки и ощущая изменения твердости. Преимущество этого метода заключается в том, что он позволяет быстро и многократно опробовать склоны с различной экспозицией. Недостаток же состоит в том, что невозможно определить ослабленные слои на глубине, превышающей длину лыжной палки.
Температура снега обычно измеряется термометром, помещенным в открытой, но затененной стенке снежного шурфа; эти данные весьма важны для оценки прочности снега, особенно в период снеготаяния.
Погода. Скорость и направление ветра, а также температура воздуха оказывают сильное влияние на устойчивость снега. Катастрофические лавины обычно являются результатом сильных снегопадов, сильных ветров и высоких температур. Работники лыжных курортов, дорожной службы, промышленности, которые осуществляют программы по контролю за лавинами и мерам безопасности, должны следить за снежными осадками, ветром и температурой на тщательно выбранных площадках, расположенных так близко к зонам зарождения лавин, как только это возможно.
Относительная устойчивость снежного покрова может прогнозироваться только на основе синоптического прогноза. Поэтому на практике обычно осуществляется тесное сотрудничество ме между службой прогноза лавин и бюро погоды.
Сход лавин. Чтобы оценить лавиноопасность территории, следует установить, какое количество снега было снесено предыдущими лавинами. Совершенно ясно, что снег, удаленный со склона, не будет принимать участия в формировании последующих лавин. По этой причине, а также для того, чтобы определить последовательность мероприятий по контролю, необходимо вести непрерывные наблюдения за сходом лавин в каждом лавиносборе. На большинстве лавиноопасных территорий снег становится неустойчивым вначале на каких-то определенных склонах; с этих склонов сходят мелкие лавины, прежде чем крупная лавина станет опасной. Наблюдения за этими «склонами-индикаторами» весьма важны при анализе устойчивости снега.
Опробование склонов, при котором делается попытка вызвать соскальзывание снега, проводится на коротких, крутых, легкодоступных лавиносборах, имеющих ту же экспозицию, что и крупные лавиносборы. Средствами для испытания устойчивости служат лыжи, подрезание снега лопатой или подрыв зарядами взрывчатых веществ (ВВ) .
Опробование склона лыжником представляет собой попытку вызвать сход лавины прокладыванием лыжни точно рассчитанным образом, если необходимо — с прыжками, поворотами вдоль обычной линии отрыва. Если в результате лавина сходит, то это говорит о наличии неустойчивых снежных условий; более того, это позволяет исследовать толщину и природу слоя сколыкения. Испытание снега лыжниками применяется во время снегопадов, когда соскальзывает лишь свежий снег, однако на толстой и твердой доске, которая возникает в результате нескольких снегопадов и метелевого переноса, такой способ опасен.
«Тест лопатой» выполняется следующим образом: вырезается блок снега с вертикальными гранями длиной от 0,5 до 1,0 м. Если снег очень неустойчив, то слабый слой отрывается сразу же, как только вырезаются все четыре грани блока. Если отрыва не происходит, то его можно вызвать, толкая блок лопатой вниз по склону. Усилие, требуемое для того чтобы вызвать отрыв, является субъективным показателем устойчивости снега.
Устойчивость склонов можно также опробовать подрывом заложенных вручную зарядов ВВ или артиллерийскими обстрелами. Отрыв снега и сход лавины будут указывать на неустойчивость, однако отсутствие результата (лавина не сошла) не обязательно указывает на устойчивость снега и безопасность склона. В этом случае для оценки необходимо анализировать и другие факторы.
Влияние природных условий на формирование лавин [31]
Условия Влияние на формирование лавни
Постоянные факторы
1. Условия местности
1.1. Относительная высота
Общая топографическая обста- Влияние зависит от широты и высоты окру-
новка жающих гор
зона гребней и высоких плато Сильное влияние ветра; карнизы, локальные
лавины нз снежных досок
зона выше границы леса и ниже Обширные области формирования лавнн нз
гребней снежных досок
зона ниже границы леса Ослабление влияния ветра, меньше лэвнн нз
снежных досок, больше лавин из мягкого снега
'.2. Крутизна склона
Более 35° Возможно образование лавин на рыхлого
снега
Более 25° Возможно образование лавин нз снежной
доски
Более 15° Равномерное нлн ускоряющееся скольжение
Менее 20° Замедление движения или отложение снега
1.3. Ориентация склона
относительно солнца Благоприятные условия для образования
лавин нз снежной доски на затененных склонах и для образования лавин из мок рого снега — на солнечных
относительно ветра На подветренных склонах увеличивается ак-
кумуляция нетелевого снега; возможно об разование лавин из снежной доски, а на наветренных склонах — наоборот
1.4. Конфигурация поверхности
открытые ровные склоны Лавины с нефиксированным руслом
русла, воронки, гряды Лотковые лавины
склоны разного профиля Лавины из снежной доски или лавины нз
рыхлого снега на выпуклых склонах
ступени Пылевые лавины, образование каскадов
1.5. Шероховатость
гладкий грунт Снег скользит (по мокрому грунту); ла-
вина захватывает снежный покров на всю глубину
препятствия (скалы, поперечные Лавина захватывает поверхностный слой
гряды) выше уровня шероховатости
растительность Трава: способствует скольжению снега, ла-
вины захватывают снежный покров на вскг глубину; кустарник; если не покрыт снегом, ослабляет образование лавин; лес: если до статочно густой, препятствует образованию лавин
Условия Влияние на формирование лавин
Переменные факторы
2. Текущая погода (последние 5 сут)
2.1. Снежные осадки Увеличивают нагрузку; увеличивают массу
снега малой устойчивости (самый важный
фактор лавннообрэзовання)
тип свежевыпавшсго снега Пушистый снег: лавины из рыхлого снега;
плотный снег: лавины из снежной доски
суточное приращение толщины Увеличение неустойчивости с глубиной, об-
свежевыпавшего снега валы свежего и старого снега
интенсивность снегопада С увеличением интенсивности возрастает не-
устойчивость; возникают обвалы свежего снега; увеличивается опасность на малых уклонах
2.2. Дождь Способствует образованию лапин из мок-
рого рыхлого слега или лавнд нз мягкой снежной доски; снежно-грунтовые потоки
2.3. Ветер Увеличивает локальное снегоотложекие
(см. 1.3) и хрупкость снега
направление На подветренных склонах усиливается об-
разование лавин из снежной доски; образу ются карнизы
скорость и продолжительность Образование лавнн нз снежной доски уси ливается с увеличением скорости и продол жительности
2.4. Термические условия
Важные факторы: температура и Противоречивое влияние на прочность н на-
содержанне свободной воды пряжения, т. е. на образование лавин —по-
в снеге вышение температуры снега вызывает кри-
зис, однако в конце концов приводит к ста билизации
солнечная радиация Влияние сказывается в основном на обра-
щенных к солнцу склонах
радиационное выхолаживание Охлаждение поверхности снега ночью и
в тени; важно при облачности; способствует образованию поверхностного и не ч и глу бинной изморози (см, 3.2)
3, Характер снежного покрова, сформовавшегося в течение всей зоны.
3.1. Полная толщина снега Не является доминирующим фактором ла-
винной опасности; влияет на лавины, за хватывающие всю толщу снежного покрова; имеет значение для уплотнения и метамор физма (лапины, захватывающие только по верхностный слой, см. 1.5}
32. Слоистость
Чередование слоев различной Устойчивость определяется прочностью наи-
прочности более слабого слоя
поверхностный слой Рыхлость (новерлностный иней), хрупкость,
шероховатость имеют значение для после дующего снегопада
слои внутри снежного покрова Обвалы старого снега, вызываемые нали чием ослабленных промежуточных слоев и глубинной изморози
Условия Влияние на формирование лавин
4. Спуск лавин
4.1. Естественный сход
внутренние реакции Спонтанные лавины
внешние (не антропогенные) Естественный сход лавин
воздействия
4.2. Сход лавин в результате
спуска лыжника
случайный спуск Случайные лавины
намеренный спуск Искусственные лавины
Скольжение. Для того чтобы начать движение после отрыва, снежная доска должна преодолеть силу статического трения о поверхность ее ложа. Это сопротивление трения часто настолько велико, что препятствует движению лавины; в этом случае на отрыв лавины указывают трещины на снежной поверхности.
Когда статическое трение преодолено и движение началось, доска разламывается на блоки, которые быстро приобретают ускорение. Уравнение движения снежного блока может быть записано в следующей форме:
где m — масса блока, V — его скорость, q — ускорение свободного падения, ß — угол склона, а µ— коэффициент кинетического трения между блоком и поверхностью его ложа.
О коэффициентах трения известно мало: коэффициенты статического трения меняются от 0,3 до 0,6, кинетического — от 0,2 до 0,5. Последние, по-видимому, уменьшаются с увеличением скорости, однако убедительных данных о существовании такой зависимости нет.
Снежная доска раскалывается на более мелкие части вследствие трения и столкновений снежных глыб. При низкой скорости лавины снег перемешивается слабо, так что человек, попавший в лавину, может оставаться на поверхности, делая плавательные движения.
Турбулентное движение. На склонах крутизной более 30° лавина быстро разгоняется, и при скорости более 10 м/с ее движение приобретает турбулентный характер. Блоки разрушаются, и мельчайшие частицы снега смешиваются с воздухом у фронтальной и на верхней поверхностях лавины, образуя облако снежной пыли. В движение могут вовлекаться массы нестабильного снега, а обломочный материал может откладываться. Поэтому масса лавины не остается постоянной.
Людей, которые попадают в турбулентные лавины, бросает в разные стороны, и они мало что могут сделать, чтобы остаться на поверхности.
С инженерной точки зрения целесообразно провести различия между пылевыми, сухими и мокрыми лавинами, хотя в природе часто наблюдаются комбинации этих типов. Лавины каждого из этих типов состоят из различного материала и имеют разный характер движения.
Пылевые лавины являются аэрозолем, состоящим из тонких распыленных частиц снега, который ведет себя как быстро движущееся облако плотного газа. Лавина может двигаться по глубоким лоткам, и препятствия, возникающие на ее пути, в общем не влияют на ее движение. Покидая глубокий лоток, лавина этого типа может двигаться по прямой линии через неровную поверхность. Скорость пылевой лавины приблизительно равна скорости ветра. Плотность ее массы в общем колеблется между 3 и 15 кг/м^3 (для сравнения — плотность воздуха равняется 1,3 кг/м^3). Вследствие большой плотности пылевая лавина более разрушительна, чем штормовой ветер.
Сухие лавины — лавины из сухого снега, которые движутся по крутым и неровным склонам и состоят из различных частиц — от пылеватых до комков размером около 0,2 м. Эти лавины перемещаются по поверхности в четко фиксированных лотках, подвергаясь воздействию небольших неровностей микрорельефа. На открытых склонах толщина движущегося снега немного больше толщины снежной доски и обычно колеблется от 0,3 до 3,0 м. Однако толщина снега в лотке может намного превышать эти значения. Плотность снежной массы в лавинах такого типа изменяется от 50 до 150 кг/м^3.
Мокрые лавины состоят из округлых частиц мокрого снега диаметром от 0,1 м до нескольких метров либо представляют собой сплошную влажную массу. Средняя толщина слоя движущегося снега на отрытых склонах колеблется от О,2 до 2,0 м; в лотках она гораздо больше. Мокрый снег имеет тенденцию двигаться по лоткам и легко меняет направление под влиянием мелких неровностей микрорельефа. Выходя из лотка, лавина часто сохраняет его форму. Мокрая лавина оставляет на пути своего движения хорошо заметный след в виде желоба. Средняя плотность движущегося снега меняется от 300 до 400 кг/м^3.
Пылевые и сухие лавины часто наблюдаются одновременно, однако при изучении их динамики следует рассматривать их как отдельные явления. На крутых склонах снежная пыль и снег движутся вместе (рис. 11.7), тогда как на пологих склонах снежная пыль движется впереди и выносится дальше. Плотность смешанных лавин изменяется от плотности пылевой лавины до плотности сухой лавины.
Из-за того что некоторая часть энергии лавины превращается в тепло, которое способствует таянию снега, многие лавины, формирующиеся из сухого снега, попадая в долину, становятся влажными. Параметры движения и плотности влажных лавин колеблются между соответствующими параметрами сухих и мокрых лавин.
Перед лавиной может двигаться воздушная волна. В ряде случаев объекты были унесены и разрушены прежде, чем фронт лавины достигал их. Достоверных количественных данных об этом явлении и условиях, необходимых для его возникновения, нет.
Большинство исследователей считает, что перемещение воздуха, вызванное низвергающейся лавиной, действует подобно поршню, создающему компрессионную волну перед собой; оно аналогично возникновению волны, создаваемой носом движущегося судна, Разрушительная воздушная волна является скорее исключением, чем правилом; часто пылевую составляющую смешанной лавины принимают за воздушную волну. Можно также предположить, что неровности микрорельефа создают в пограничном слое сильные снежные водовороты, которые действуют как миниатюрные торнадо.
Скорость движения фронта лавины зависит от ее типа. Вот некоторые типичные скорости, наблюдавшиеся в лавинах разных типов: пылевая лавина — от 20 до 70 м/с, сухая лавина — от 15 до 60 м/с, мокрая лавина — от 5 до 30 м/с. Следует предположить, что скорости, преобладающие в ядре пылевой и сухой лавин, несколько выше. Данные наблюдений свидетельствуют о том, что, когда лавина низвергается по воздуху, ее скорость может достигать 100 м/с.
Скорость лавины V определяется составляющей силы тяжести, действующей параллельно склону. Однако на лавину действует также ряд сил, препятствующих движению:
Преобразуем уравнение (11.2) таким образом, чтобы учесть силы, препятствующие движению — не зависящие от V и зависящие от V и V^2:
Поскольку коэффициенты m, ß, а||, а0, а1 и а2 меняются в процессе движения лавины, аналитическое решение уравнения (11.3) отсутствует. В связи с этим уравнение следует упростить. Например, если допустить, что лавина с постоянной массой движется вниз по склону с постоянным уклоном, коэффициент кинетического трения остается неизменным, а силы, препятствующие движению, незначительны, то конечная скорость лавины будет описываться формулой
Уравнение (11.4) может быть записано в более удобной форме, применяемой при моделировании потока жидкости в открытом канале:
где ¿ — коэффициент турбулентного трения, учитывающий влияние всех сил, препятствующих движению и пропорциональных V; R — гидравлический радиус, равный толщине снега, движущегося по открытым склонам. Когда коэффициент µ незначителен (при высоких скоростях лавин), уравнение (11.5) принимает вид
Уравнение (11.6) сходно с уравнением Шези для жидкого потока в канале, где
Скорости, рассчитанные по уравнению (11.6) с использованием табличных значений С (для получения ¿ ) из гидравлических справочников, хорошо согласуются со скоростями, наблюдавшимися в сухих и мокрых лавинах. Рекомендуемые значения ¿ для различных типов местности приведены в табл. 11.2.
Таблица 11.2 Значения коэффициента турбулентного трения ~ Особенности местности g м/сз Гладкий твердый снежный покров на склоне с постоянным уклоном без деревьев и скал Открытый горный склон без деревьев Открытый горный склон, скалы, заросли Ложбина средней величины Шероховатая поверхность с валунами и ветро- выми ложбина лн Лес 1200 — 1600 750 500 400 — 600 300 150
Влияние разных факторов на µ известно плохо, но его значение уменьшается с увеличением скорости и зависит от типа снежного покрова. Влияние кинетического трения на лавины при скорости более 50 м/с можно не учитывать. Значение п, при скорости лавины 30 — 50 м/с изменяется от 0,1 до 0,15, а при скорости 30 м/с — от 0,2 до 0,3.
Определение толщины снежного потока и гидравлического радиуса требует опыта. При этом следует учитывать толщину разламывающейся снежной доски, площадь поверхности зоны зарождения лавины и поперечный профиль ее траектории.
Для расчета скорости пылевой лавины надежного метода пока не разработано. Предлагаемые для этой цели уравнения не подтверждены достаточным количеством данных наблюдений.
Пылевые лавины
Удар пылевой или сухой лавины по препятствию, ориентированному перпендикулярно потоку, можно сравнить со столкновением струи воды с твердой поверхностью. Таким образом, давление Рр на единицу площади поверхности препятствия может быть выражено следующей зависимостью:
где C — коэффициент торможения, значение которого зависит от размера и формы препятствия; ра и V — соответственно плотность и скорость лавины. Значения С могут быть найдены в таблицах давления ветра на сооружения, которые имеются в Строительных нормах. Значение С=2, по-видимому, применимо для крупных объектов, таких как стены.
Сухие и мокрые лавины
Плотный, текущий снег, ударяясь о жесткое препятствие, вначале уплотняется, а затем обтекает его. Первоначальная пластическая деформация есть результат кратковременного возрастания давления до Рi последующего его уменьшения и установления давления Pa
Начальный пик давления Рi является функцией деформационных свойств, которые в свою очередь зависят от температуры, количества свободной воды и размера снежных зерен. Результаты наблюдений и теоретических исследований позволяют предположить, что Рi в 2 — 3 раза выше Рa , однако данных для детального анализа недостаточно.
Данные наблюдений показывают, что динамическое давление Р, зависит от типа лавин и изменяется в случае пылевых лавин от 2 до 30 кПа, а в случае сухих и мокрых лавин от 20 до 300 кПа.
Встречая препятствие, лавина может сжиматься или отклоняться им, что приводит к нагрузкам в разных направлениях. Возникающее в таких случаях движение вверх имеет особое значение при проектировании зданий, так как при этом возникает давление на софит (ту часть крыши, которая выступает за стены), что может быть причиной обрушения здания. При проектировании большей части зданий этот тип нагрузки не учитывается. Кроме того, если сооружение подвергается удару крупной лавины, состоящей из нескольких волн снега, серия ударов часто вызывает опасные вибрации, которые могут разрушить объект. Наблюдений за изменением ударных нагрузок лавин этого типа во времени нет.
Лиф и Мартинелли представили значительную информацию по расчетным давлениям, оказываемым лавинами. Следует, однако, подчеркнуть, что точность рассчитанных ударных нагрузок сильно зависит от оценок скорости и плотности движущегося снега.
В зоне отложения, где уклон невелик, движение лавины замедляется и она останавливается. Однако лавина может продвигаться на значительное расстояние и по дну долины или даже «прыгать» на противоположный склон. Уравнение, обычно используемое для оценки дальности выброса D, имеет вид
где ф — крутизна склона в зоне отложения; µ, ¿ — коэффициенты трения, определяемые из уравнения (11.5) и характеризующие особенности поверхности в зоне выноса (вследствие того что средняя скорость лавины в зоне отложения мала, значения µ составляют 0,25 — 0,3); hm — средняя толщина лавины в зоне отложения.
Одна из главных проблем, связанных с применением уравнения (11.9), заключается в недостатке данных о коэффициентах трения. Другая проблема — определение начала зоны отложения и точки, от которой следует измерять D. Это особенно трудно там, где имеют место плавные перегибы склона. Поэтому для практической оценки дальности выброса требуется большой опыт.
Основные цели защиты от лавин и контроля за ними заключаются в следующем:
Эти меры полезны также и в других отношениях, например для уменьшения объема снегоочистки и предотвращения ущерба, наносимого лавинами лесам.
Выбор специальных мер противолавинной защиты зависит от необходимого уровня защиты, рельефа, типа лавин, преобладающих в районе, и материальных затрат. В некоторых случаях могут быть эффективны мероприятия по контролю за лавинами и временные меры безопасности. Мероприятия по контролю влияют на зарождение и сход лавин и могут быть подразделены на две категории: мероприятия по изменению подстилающей поверхности и мероприятия по изменению и стабилизации снежного покрова. Осуществлять меры по контролю, которые полностью устраняют лавинную опасность и исключают ущерб, чрезвычайно сложно и неэкономично. Наиболее практичны те меры, которые уменьшают опасность до некоторого приемлемого уровня.
Защитные мероприятия, проводимые в Канаде в случае различных типов сооружений и разных уровней защиты, перечислены в табл. 11.5. Мероприятия, проводимые в разных странах, зависят от плотности населения и материальных затрат. Например, в густонаселенных горных районах Швейцарии часто применяют подпорные сооружения и галереи, тогда как во многих районах Канады, где плотность населения весьма мала, используются взрывные методы.
Одно из первых и основных требований противолавинной защиты — размещать объекты вне зоны лавинной опасности. Множество несчастных случаев в прошлом можно было бы предотвратить, если бы это основное правило соблюдалось на ранних стадиях проектирования зданий, дорог, силовых линий или лыжных трасс. Кроме того, применение простых средств контроля позволило бы предотвратить ущерб, нанесенный объектам лавинами.
Здания
Люди, которые живут в горных районах Европы, быстро научились строить свои жилища в безопасных местах. Однако, когда численность населения возросла, были заняты также относительно безопасные и небезопасные территории, в результате чего многие здания и целые населенные пункты были разрушены лавинами. В Канаде и США горы не так плотно заселены, как в Европе, однако и здесь отмечается много несчастных случаев, связанных с лавинами. В 1971 г. на новом строительстве в Стивен-Пасс, Вашингтон, лавины разрушили семь домиков; при этом погибли четыре человека, другие четверо были ранены. В 1974 г. в Британской Колумбии, близ Терраса, лавиной был разрушен ресторан, в котором погибло семь человек. Сооружения горнорудной промышленности особенно часто подвергаются воздействию лавин, что приносит огромные убытки.
При строительстве в лавиноопасных районах подразумевается, что строитель подготовлен к существованию определенного уровня риска. Лимитирование строительства в лавиноопасных районах, известное как «лавинное районирование», включает ряд технических и социально-правовых норм и проблем. Чтобы выявить лавиноопасные зоны, необходимо выполнять работы с достаточной точностью, используя те методы, о которых шла речь выше. Определение степени допустимого риска и ограничение строительства являются по существу социально-правовыми проблемами. Фрутигер и Опплигер описывают технические и правовые аспекты работ по противолавинной защите в Швейцарии. В нескольких районах Швейцарии и США действуют законы о строительстве объектов в лавиноопасных зонах. Однако в Канаде не существует общепринятой правовой основы, хотя провинциальные, региональные и муниципальные власти располагают возможностями ограничивать район строительства зданий при обычном процессе выдачи разрешений на строительство.
Полностью исключить потенциально лавиноопасные места при строительстве, вероятно, слишком сложно. В связи с этим в некоторых районах более практично применять альтернативное районирование, которое позволяетпровести различие междузонами высокой и средней опасности. В последней зоне можно разрешать строительство зданий, если они отвечают определенным критериям их использования и характера конструкции.
Дороги, системы сообщения, лыжные трассы
В прошлом практиковалось строительство автомагистралей и железных дорог без учета лавинной опасности. В настоящее время выбор и окончательное размещение трасс в горных районах обычно основывается на выявлении лавиноопасных мест и оценки опасности для движения. Совершенно ясно, что выгоды, получаемые при таком выборе трасс, должны быть сопоставимы с требованиями к проектированию, связанными с устойчивостью почв, крутизной и кривизной склонов, ущербом, причиняемым окружающей среде. Когда же речь идет об уже построенных дорогах, перенесение участков дорог из лавиноопасных районов в более безопасные зоны часто является самой эффективной мерой защиты.
При организации лыжных курортов в целях обеспечения безопасности важно выявить и оценить опасность имеющихся лавинных очагов и закартировать их. По крайней мере одну лыжную трассу, которая должна функционировать даже во время сильных снегопадов, следует проложить по территории, безопасной в лавинном отношении. Другие трассы должны быть проложены на территории, легко доступной для проведения мероприятий по контролю за лавинами. При прокладке лыжных трасс следует соблюдать осторожность с тем, чтобы это не способствовало образованию лавин.
Изменение поверхности склонов, проводимое в ходе выполнения мероприятий по противолавинной защите, включает в себя земляные работы и строительство сооружений, которые либо предотвращают сход лавины, либо отводят массу скользящего снега от защищаемого объекта.
Снегоудерживающие сооружения
Снегоудерживающие сооружения применяются в зонах зарождения лавин и выполняют следующие функции:
Впервые снегоудерживающие сооружения как мера борьбы с лавинами появились в XIX в. в Европе, в альпийских странах. Это были земляные террасы, столбы и каменные заборы. В настоящее время эти сооружения строятся из дерева, стали, алюминия, бетона или из различных комбинаций этих материалов (рис. 11.8).
Снегоудерживающие сооружения обходятся дорого, поскольку размеры их велики. Они должны быть по крайней мере такой же высоты, какова максимальная толщина слоя снега (обычно это 3 — 5 м), должны выдерживать нагрузки масс скользящего снега и небольших лавин и перекрывать всю зону зарождения лавин. Вследствие того что стоимость этих сооружений высока, они могут применяться только для защиты населенных пунктов или там, где зона зарождения лавин невелика. Институт исследования снега и лавин разработал для Швейцарского федерального департамента лесоводства Руководство по проектированию и размещению снегоудерживающих сооружений.
Дешевые временные деревянные сооружения часто используются в лавиноопасных зонах, где проводятся лесные посадки, для того, чтобы защитить молодые деревья от лавин. Эти временные сооружения подвергаются интенсивному атмосферному и другим воздействию и разрушаются. Однако срок их службы в общем достаточен, чтобы деревья успели вырасти и обеспечить естевтвенную защиту от лавин.
Рис. 11.8. Противолавинное снегоудерживаюющее сооружение.
Снегозащитные и ветрорегулирующие щиты
Снегозащитные и ветрорегулирющие щиты регулируют метелевый перенос которыи играет существенную роль в процессе формирования лавин. В общем они используются в сочетании со снегоудерживающими сооружениями в целях контроля лавин и снежных карнизов. Карнизы могут представлять опасность, когда они обрушиваются на лыжные трассы или дороги: кроме того их падение может привести к сходу случайной лавины. Функции расположенных на наветренных сторонах гряд снегозадерживающих щитов, высота которых обычно составляет 4-6 м, состоит в том, чтобы уменьшить скорость ветра и метелевый перенос. Ветрорегулирующие щиты представляют собой кольктарели высотой около 4 м. и шириной около 2 м. или ветронаправляющие навесы, сделанные из наклонных панелей длиной 4 м.
Сооружения для отвода лавин
Сооружения для отвода лавин используются как средство противолавинной защиты в зоне транзита и отложения лавин. Используются в основном три вида сооружений — дамбы или стенки, лавинорезы и галереи.
Отводящие дамбы и стенки останавливают лавины и направляют их в зону, где они не могут причинить ущерба (см. ниже рис. 11.9).
Направляющие дамбы или стенки строятся параллельно направлению движения лавины, ограничивая ее движение в узком лотке; часто дамбы и стенки применяются в сочетании с галереями. Большинство их строится в виде земляных насыпей, но могут быть также стальные и бетонные стенки, габионы (специальные бетонные блоки) и ряжи.
Дамбы и стенки эффективны, когда речь идет о рыхлых лавинах, однако при защите от пылевой лавины они практически бесполезны. Отводящие дамбы могут эффективно применяться лишь там, где есть достаточно места, куда можно направить лавины, не рискуя причинить ущерба. Последнее обстоятельство часто ограничивает применение сооружений этого типа. Отвод масс снега должен осуществляться постепенно, в противном случае лавины будут перекрывать и засыпать сооружения. Установлено, что угол а между направлением лавины и положением отражающего сооружения не должен превышать 20° в случае земляной насыпи и 30° в случае стенки. В противном случае эффективность лавиноотводящих сооружений резко уменьшается.
Минимальная высота отводящего сооружения Нd может быть рассчитана исходя из следующей зависимости:
Нd=Нs+Нa+Нv (11.10)
где Нs— глубина снега, отложенного либо в результате снегопадов, либо за счет предыдущих лавин; Нa — высота потока «проецируемой» лавины; Нv = (Va sin а)^ 2/2g; Va — средняя скорость «проецируемой» лавины (рис. 11.9).
Когда лавина наталкивается на отводящую стенку, на нее начинают действовать силы, обусловленные ударом и трением. Ударная нагрузка Рv действующая в направлении, перпендикулярном стенке, может быть рассчитана по формуле
а сила трения на единицу площади поверхности Рi, действующая параллельно стенке, — по формуле
где рa — плотность лавины, µ— коэффициент трения (скольжения), значение которого колеблется между 0,3 и 0,5.
Лавинорезы обеспечивают эффективную защиту единичных объектов, таких как здания, опоры линий электропередач и канатных дорог. Они могут строиться из земли, бетона, стали, дерева и других материалов. Они размещаются непосредственно перед фронтальной частью объекта и направляют движущийся снег вокруг него. Лавинорезы могут быть конструктивно объединены с прочными клинообразными стенами, обращенными в сторону лавиноопасной зоны. Основания опорных мачт также можно снабжать выступами из земли или бетона. Высота лавинорезов и нагрузка, которую они должны выдерживать, могут определяться так же, как и соответствующие параметры, рассчитываемые при проектировании дамб и стенок (см. уравнения (11.10) — (11.12). Галереи, которые иногда называют «снежными навесами», представляют собой перекрытия, позволяющие пропустить лавину над защищаемым объектом (см. рис. 11.10).
Они в основном применяются на железных дорогах, автомагистралях; при проектировании зданий они иногда конструктивно включаются в них. Шерер [26] отмечает высокую стоимость галерей, а также тот факт, что для их качественного проектирования необходимы надежные оценки как ширины лавины, так и нагрузок, которые будет испытывать сооружение под действием движущегося снега, когда на него действуют следующие силы (рис. 11.11):
1) сила трения Ff, возникающая при движении снега;
2) вертикально направленная сила Fv, обусловленная весом движущегося снега;
3) вертикально направленная сила Fd, обусловленная весом отложенного снега (в галереях, расположенных в зонах отложения лавин, давление, вызываемое этой нагрузкой, может приближаться к 60 кПа);
4) сила Fs возникающая за счет действия нагрузки отложенного снега на стенку галереи, и, возможно, ударные нагрузки лавин, начинающихся на противоположном склоне долины;
5) динамическая сила R, возникающая вследствие отражения снега в вертикальном направлении.
Тормозящие сооружения
Тормозящие сооружения, называемые также быками, лавин резами и стопорами, представляют собой искусственные препятс вия, расположенные в лавиносборе. Их функция заключается вз медлении движения или остановке лавины. Эти сооружения э фективны, когда речь идет о защите от мокрых лавин, однако п борьбе с пылевыми лавинами они бесполезны. Наиболее распрос раненным типом таких сооружений, достаточно экономичных эффективных, являются земляные холмы, высота которых обыч составляет 4 — 10 м, расположенные в два и более рядов. Из дргих типов таких сооружений можно отметить земляные и снежные дамбы, которые ставят перпендикулярно движению лавины. Эти дамбы останавливают лишь очень медленно движущиеся лавины, в то время как крупные лавины, движущиеся с большой скоростью, очень быстро их погребают.
Лучше всего ставить тормозящие сооружения на плоской поверхности близ конца зоны отложения лавины. Общее правило заключается в том, чтобы не строить тормозящие конструкции на склонах крутизной более 20º .
Лес как преграда для лавин.
Причиной многих стихийных бедствий, связанных с лавинами, стало сведение лесов на обширных территориях, сопровождающее их заселение. В Европе при увеличении населения в горных районах леса часто сводились с целью расширения пастбищ. В Северной Америке обширные вырубки леса производились вблизи центров горнодобывающей промышленности с целью обеспечить последние строительными материалами. Интенсивные вырубки леса велись также вдоль железных дорог для очистки полосы отчуждения. С этих безлесных теперь склонов начали сходить лавины и там, где они никогда не наблюдались.
Лес в зоне зарождения лавины препятствует ее возникновению. Причин здесь несколько:
Эффективную защиту от лавин обеспечивают лишь достаточно густые леса — расстояние между молодыми деревьями не должно превышать 3 м.
В транзитной зоне и в зоне отложений леса, вероятно, останавливают небольшие, медленно движущиеся лавины, однако они не могут препятствовать движению крупных лавин. Когда лавина ломает деревья и увлекает их за собой, ее масса и разрушительная сила увеличиваются.
В потенциально лавиноопасных зонах лес следует охранять от пожаров. Планы лесозаготовок на крутых склонах следует тщательно изучать с точки зрения их возможного влияния на усиление лавинной опасности. Наиболее важной задачей является охрана лесов в потенциальных зонах зарождения лавин и на гребнях.
Крупная лавина сносит деревья со склонов. На этих территориях лес может быть возобновлен лишь с огромным трудом: следует соорудить временные снегоудерживающие конструкции, чтобы препятствовать сходу лавин до тех пор, пока деревья не вырастут достаточно, чтобы стать единственным фактором контроля лавин.
Применение взрывчатых веществ
Предотвращение лавин и контроль их путем изменения свойств снежного покрова является более гибкой и, как правило, более дешевой мерой, чем изменение подстилающей поверхности. Однако это лишь временные меры, и их следует проводить в течение каждой зимы. Преимущества искусственного создания лавин заключаются в следующем. Во-первых, лавины могут сходить в удобное время, когда в лавиноопасных зонах нет людей — движение на дорогах блокировано, лыжные трассы закрыты и т. п. После того как лавина сошла, зона воздействия считается безопасной до тех пор, пока изменения погоды и снежного покрова не приведут к созданию лавиноопасных условий. Во-вторых, снег можно спускать в виде нескольких мелких лавин, а не одной крупной. При защите автомагистралей идеален спуск множества мелких лавин, которые не доходят до полотна дороги.
Искусственное создание лавин подрывом зарядов взрывчатых веществ (ВВ) — наиболее широко распространенный метод противолавинной защиты. Взрывчатые вещества наиболее эффективны для вызывания лавин, если их разместить в зоне зарождения лавины в период, когда напряжения в снежном покрове достигают критических значений, и прежде, чем неустойчивый снежный покров станет настолько глубоким, чтобы сформировалась крупная лавина.
Основным критерием эффективности контроля лавин с помощью взрывчатых веществ служит обнаружение неустойчивости снега путем ежедневной оценки лавинной опасности. Поскольку заряды ВВ наиболее эффективны для спуска лавин из сухой снежной доски, лучше всего применять их сразу же после снегопадов. Из-за плохой погоды, недоступности площадок, отказов оборудования и других причин заряды ВВ иногда применяют слишком поздно, так что в результате сходят крупные лавины. Поэтому взрывчатые вещества не всегда можно рекомендовать для защиты зданий и других сооружений.
Для размещения зарядов ВВ в лавине существует несколько способов.
Размещение зарядов вручную. Применяется в районах лыжных курортов, где зоны зарождения лавин легкодоступны. Заряд обычно состоит из 1 кг ВВ, обладающего высокой скоростью детонации, капсюля с огнепроводным шнуром и запала.
Корпусные заряды. Устанавливают в основании зоны зарождения лавин, например на коротких склонах, примыкающих к дороге. Для того чтобы возникла ударная волна, которая распространится сквозь снег до грунта и высвободит снег в более высоких частях склона, может потребоваться заряд динамита весом в 20кг.
Артиллерия. Если зона зарождения лавины труднодоступна, но находится в зоне прямой видимости, лучше всего доставлять туда подрывной заряд при помощи артиллерийских систем. Успешно применяются для этих целей такие виды армейского вооружения, как мортиры, гаубицы, безоткатные орудия и базуки. Специально для лавинного контроля разработан аваланчер — лавинное ружье, в котором в качестве ракетного топлива используется сжатый газ. Меллор [20] полагает, что выбор вида оружия зависит от дальности и точности его действия, стоимости, а также от правил техники безопасности.
Бомбардировка с вертолета. Заряды ВВ весом около 5 кг сбрасываются с вертолета в лавиноопасную зону. Этот способ особенно удобен в дешев там, где в течение одного полета можно контролировать несколько лавиносборов. Поскольку при этом обязательна хорошая погода, бомбометание с вертолета не может .применяться, когда необходимо вызвать лавину во время снегопада.
Заблаговременно установленные заряды. Размещают в местах, которые недоступны зимой, и там, где невозможно использовать артиллерию. До наступления зимы заряды ВВ, каждый из которых отдельно может быть взорван по радио или при помощи проводных систем, устанавливаются в зоне зарождения лавин.
Предупредительная подрезка снежного пласта лыжниками
Частое прокладывание лыжни на лавиноопасных склонах приводит либо к высвобождению мелких лавин, либо к увеличению прочности снежного покрова, что происходит в результате уплотнения снега. Уплотнение приводит к более тесному контакту снежных зерен, и это ускоряет процесс спекания и отвердевания снега. Высокопрочный снег, получающийся в результате этого процесса, более устойчив, чем естественный, даже когда он начинает таять.
Подрезка снежного пласта лыжниками для контроля лавинной опасности и предупреждения схода лавин эффективна только тогда, когда выполняется достаточно часто, так как уплотнение при этом ограничивается только поверхностными слоями. Слабый снег, лежащий в основании глубокого снежного покрова, не может быть стабилизирован таким способом. По причинам безопасности лыжников можно использовать только на коротких склонах с соблюдением крайних мер предосторожности.
Уплотнение снега утаптыванием
Утаптывание — более эффективный способ лавинного контроля, чем использование лыжников, так как снег при этом уплотняется до большей глубины. Однако этот способ применим лишь на небольших участках, так как очень трудоемок и требует участия большого количества людей.
Применение химикатов
В тех случаях, когда наличие слоев глубинной изморози приводит к частому сходу лавин, можно применять химикаты. Цель их применения — воспрепятствовать рекристаллизации снега и формированию глубинной изморози. Эксперименты показали, что если обработать поверхность грунта или первого снега бензальдегидом и н-гептаном, то это существенно замедлит процесс формирования глубинной изморози. Однако в настоящее время не имеется коммерческих химикатов, которые, с одной стороны, были бы экономичны и эффективны для контроля лавин, а с другой стороны, не приносили бы вреда растительному покрову и не загрязняли воды.
Среди мер безопасности, которые применяются в попытке уменьшить бедствия, связанные с лавинами, наиболее широко распространены следующие: закрытие дорог, районов и т. п., организация системы обнаружения лавин и оповещения, вывешивание предупредительных знаков. Простейшее средство предотвращения бедствия заключается во введении ограничений использования дорог, лыжных трасс, зданий и рабочих площадок на период сильной лавинной опасности. Эффективность этих мер зависит от надежности ежедневных оценок лавинной опасности, производимых лицом, способным распознать начало и конец опасного периода. Предупредительные закрытия дорог с небольшим движением применяются часто, однако для дорог с напряженным движением эта мера приемлема только в том случае, если она кратковременна и применяется нечасто.
Главная проблема при закрытии дорог заключается в том, что это принудительная мера. На малозагруженных частных дорогах — лесных или ведущих к шахтам, движение обычно контролируется предупредительными знаками, однако на крупных общественных автомагистралях оно может контролироваться только шлагбаумами и полицейскими патрулями.
Районы лыжного спорта в общем слишком велики, чтобы их можно было физически закрыть. Знакам, которые установлены в тех местах, где лыжники могут проникать в лавиноопасную зону, подчиняются в течение короткого времени, когда опасность очевидна и для непрофессионала, например во время снежного бурана.
Зоны транзита могут быть оборудованы сигнальными проводами, датчиками давления, световыми лучами, геофонами и другими средствами, указывающими на сход лавины. Сигнал передается в центр контроля, который в свою очередь дает сигналы о закрытии. Такие системы применяются на железных дорогах, где система сигнальных проводов в нижней части транзитной зоны соединяется с блокирующими сигналами. Эти мероприятия также испытывались на автомобильных дорогах (например, на подъездной дороге к району лыжного спорта в Банфе, провинция Альберта), однако большие трудности возникли в связи с содержанием датчиков и дорожных сигналов. Более того, водители не всегда принимают к сведению сигналы красного цвета и не подчиняются им на напряженных участках дорог, где нет пересечений.
Системы предупреждений состоят из сети полевых станций, на которых выполняются регулярные наблюдения за снежным покровом, погодой и лавинами; данные наблюдений сообщаются в центр по контролю. После консультации с бюро погоды центр выпускает прогноз лавинной опасности района, указывая, например, что крупные лавины могут выйти в долину и блокировать автомагистрали или что лыжники могут вызвать местные лавины из снежной доски на определенных склонах. Системы лавинного оповещения и предупреждения функционируют в национальных парках Канады, в Швейцарии, Австрии и на горных перевалах в штатах Колорадо и Вашингтон.
На автомагистралях в лавиноопасных зонах часто устанавливают и постоянный знак «Лавиноопасная зона, не останавливаться», за которым следует знак «Конец лавиноопасной зоны». Водители транспорта должны не останавливаться на этих участках и следить за лавинным снегом, отложенным на дороге.
Лыжники и альпинисты оказываются самыми частыми жертвами лавин. Следуя простым правилам безопасности, они могут значительно уменьшить вероятность несчастных случаев, связанных с лавинами. Книги по альпинизму включают разделы, посвященные распознаванию неустойчивого снега, выбору безопасных маршрутов и мерам безопасности.
Предпочтительны маршруты, проходящие по гребням, наветренным склонам, по центральным частям широких долин, в густом лесу. Следует избегать глубоких лощин, крутых и подветренных склонов. Нельзя останавливаться или разбивать бивак в местах, которые могут быть потенциально лавиноопасны.
При пересечении лавиноопасных склонов необходимо выполнять следующие правила безопасности:
Способы поиска и спасения людей, попавших в лавину, достаточно разработаны и постоянно совершенствуются группами горноспасателей.
В Европейских странах с 1993 года действует система классификации рисков возникновения лавин, обозначаемых соответствующими флагами, вывешиваемыми, в частности, в местах скопления людей на горнолыжных курортах (такая классификация применяется, в частности, и в России):
|
Уровень риска |
Стабильность снега |
Флаг |
Риск схода лавины |
|
1 — Низкий |
Снег в целом очень стабильный. |
Сход лавин маловероятен за исключением случаев сильного воздействия на снежные массы на крайне крутых снежных склонах. Любые спонтанные сходы лавин минимальны. |
|
|
2 — Ограниченный |
На некоторых крутых склонах снег средней устойчивости. В остальных местах снег очень стабилен. |
Лавины могут сойти в случае сильного воздействия на снежные массы, особенно на крутых склонах. Крупные спонтанные лавины не ожидаются. |
|
|
3 — Средний |
На многих крутых склонах снег средне- или слабоустойчивый. |
Лавины могут сойти на многих склонах даже в условиях несильного воздействия на снежные массы. На некоторых склонах могут сойти средние или даже крупные спонтанные лавины. |
|
|
4 — Высокий |
На большинстве крутых склонов снег нестабильный. |
Лавины могут сойти на многих склонах даже в условиях несильного воздействия на снежные массы. В некоторых местах может сойти большое число средних или даже крупных спонтанных лавин. |
|
|
5 — Очень высокий |
Снег нестабильный. |
Даже на некрутых склонах вероятен сход множества крупных спонтанных лавин. |
Алгоритм действий при сходе лавины (что делать если попал в лавину) |
О том, что же делать бедолаге, попавшему в лавину, написано много текстов с внушающим количеством советов. Все они, по большей части, повторяют друг друга, причем сваливаются в кучу рекомендации порой диаметрально противоположного свойства: «примите форму эмбриона и имейте минимальную площадь соприкосновения» /«делайте плавательные движения, дабы остаться у поверхности», или: «громко кричите, чтобы вас услышали» / «вдохните и плотно сожмите рот, прикрыв его руками».
Но это не значит что эти советы суть лож, нет. Просто почти никогда нет уточнения, что в разных типах лавин нужно действовать по-разному. К тому же эта тема уж больно необычная, не так много есть живых свидетелей, апробировавших эти советы на себе и благодаря этому выживших. Те, кто погибли, погибли вопреки, или «благодаря» выполненным приемам? И какие именно приемы, из рекомендуемых, они выполняли? Все это - теоретизирование «на тему». Пока опыт просто накапливается и все. Но ценность его все-таки чрезвычайно высока, ибо написан он человеческими жизнями.
Может, когда-нибудь сделают совершенные роботокопии человеческого тела, с абсолютно той же биомеханикой и смогут проводить натурные эксперименты, проверяя те или иные статистические модели. Но пока до этого явно далеко.
До выхода на лавиноопасный склон
_________________________________
1.Узнать состояние лавинной опасности в день спуска
Еще до выхода на гору нужно понять состояние лавинной опасности на склонах той высотности и экспозиции, где вы предполагаете спускаться, проконсультировавшись у местных гидов и лавинщиков или просмотрев лавинный бюллетень, если вы катаетесь за рубежом. Интересует не только уровень лавинной безопасности по 5-бальной шкале, но и тот тип лавин, который может сойти в этот день. Зачастую, по прогнозу погоды за 3-5 дней уже можно предположить чего следует ожидать. Так же, стоит заранее узнать специфические особенности конкретного горного района где вы предполагаете кататься. Например, в Хибинах с сентября по середину-конец марта преобладают лавины метелевого переноса. В большинстве своем это т.н. «доски», а вовсе не лавины из свежевыпавшего снега или мокрые. Проведенное шурфование в начале спуска, с последующим экспресс- и сдвиговым тестом подтвердят или опровергнут сделанные ранее предположения.
2.Выполнить стандартные процедуры перед фрирайд-спуском
- включить бипер (если он не был ранее включен)
- выключить плеер))
- проверить качество закрепления снаряжения на рюкзаке
- лыжникам, в случае повышенной лавиноопасности, вынуть руки из темляков
- и т.д.
3.Вызвать управляемый сход лавины, т.н. ski cut
Если опыта достаточно и вы начинаете спуск по перегруженному снегом склону (в первую очередь в кулуарах и денудационных воронках), то можете попробовать сознательно подрезать лавину, то есть сделать ski cut. Но следует понимать что это крайне опасное занятие! Учитывайте, что ваши действия не должны представлять опасности для людей внизу склона / долины.
4.Быть готовым к сходу лавины в любой момент спуска
Если вы не готовы, значит вы не в нужном месте, не в нужный час. Или, по иному говоря, занимаетесь не своим делом. Идите лучше на ближайший подъемник, а еще лучше, - в бар)).
Действия в случае попадания в лавину
___________________________________
1.Максимально быстро уехать в ближайшее укрытие
В случае малейшего подозрения на внештатную ситуацию стоит, если рельеф позволяет, максимально быстро «скипнуть» в ближайшее укрытие. Хоть чучелком, хоть тушкой, под любым углом и в любом направлении. Это актуально в первую очередь для кулуаров, а также денудационных воронок с системой гребней и понижений между ними. То же самое возможно и на большом открытом пространстве, наподобие склона кара, если там есть какое-то существенное укрытие из больших камней, скальных стенок или чего-то типа рандклюфта. Аналогично при катании в лесу, - схватиться за дерево, укрыться за большим стволом и т.д. Это еще не лавина…это лишь подозрение, но, вы уже ДЕЙСТВУЕТЕ.
2.Разогнаться по линии падения воды и уйти в сторону
Когда нет возможности схорониться в одной из ближайших зон безопасности (как правило, это ровные поверхности каров, ледников и т.д.), то следует максимально быстро разогнать снаряд вниз по склону и уехать примерно под 45 градусов вбок, таким образом уходя от потенциальной линии движения тела лавины / камнепада. При этом оглядываться и тем более останавливаться, дабы что-то разглядеть, крайне вредно для здоровья)).
3.Из зоны безопасности оценить обстановку
В случае если вы сумели уйти без потерь в ближайшее укрытие или просто «дали прямого» до выката, нужно остановится в безопасном месте, отдышаться и внимательно оценить ситуацию. Возможно ничего и не было, но вдруг кому-то из группы нужна помощь?. В последнем случае – начинайте коммуницировать с другими членами команды и действовать по обстоятельствам.
4.Если вас «догнало»…
Не важно, были ли вы инициатором схода лавины и она уходит прямо у вас из под ног, или что-то догоняет вас сверху, в любом случае, времени на обдумывание нет. Вы попали в лавину, и, нужно действовать. Очень энергично выполняйте любые мускулистые движения направленные на то чтобы сохранить равновесие и уехать в безопасную зону (см п.2-3). Это вполне реально. Один из наших гидов, Серега Шестихин, в начале этого сезона смог убежать по блокам лавин до борта кулуара и тем самым сохранить себе жизнь. Не борись он до последнего, кто знает, чем бы это закончилось.
Да, порой для этого нужно прикладывать прямо-таки нечеловеческие усилия, особенно когда лыжи / борд начинает приваливать со всех сторон блоками плотной ветровой доски. Но что делать…, «это фрирайд, детка», приходится шевелить помидорами.
5.Избавиться от палок (лыжникам) и понять в каком типе лавины вы оказались
Когда «соскочить» не удается и снежная масса вас все же увлекает с собой, то нужно, во-первых, избавиться от палок* (лыжникам) и понять в какого типа лавине вы оказались. От этого зависят ваши дальнейшие действия, по крайне мере на стадии «транспортировки» в теле лавины.
Если это лавина из свежевыпавшего снега (не важно, «доска», или «из точки»), то рекомендуется делать плавательные движения и все что может увеличить вашу плавучесть и поможет остаться на поверхности. Если есть ABS или SPuls – прекрасно!! Дергайте заветную ручку. При этом, в случае когда вы видите край лавины, старайтесь плыть к нему.
Если же это лавина типа «жесткая доска», рекомендуется напротив, принять позу эмбриона, чтобы иметь минимальную площадь соприкосновения с блоками лавины, ибо любые выступающие части тела могут быть сильно травмированы (плотность ветровой доски может достигать 450-600 кг на куб и более). При этом нужно обхватить руками шею с боков, а в случае отсутствия шлема (что, в общем-то, крайне нежелательно), - и шею и голову.
Наверняка вы будете видеть то свет (вас выносит на поверхность или к поверхности), то темноту. При приближении к поверхности можно попробовать вытягивать хотя бы одну руку – наблюдатели с большей вероятностью заметят ваше перемещение (чем ниже будет Last Seen Point, тем быстрее вас откопают товарищи). Если будет получаться хватать ртом воздух у поверхности, вообще прекрасно. Но если нет, то просто максимально задержите дыхание. Большая часть всех лавин от места старта и до своей остановки проходит путь менее 1,5 километров, а это меньше минуты времени. Скорее всего вы сможете столько удержать дыхание. По крайне мере постарайтесь.
Главные задачи во время транспортирования в лавине:
- не потерять сознание
- не задохнуться снежной массой
- не быть травмированным
* Не только потому что «погнется и в жопу воткнется»)), нет. Главная причина в том, что вашей же палкой вам может так выкрутить руку…что потом никакой хирург обратно не соберет.
6.После остановки лавины - освободить перед лицом максимально возможное пространство
Как только вы почувствуете замедление хода движения лавины, нужно расчистить любым возможным способом свободное пространство перед лицом, т.н. «воздушную камеру». Скорее всего делать это придется двигая из стороны в сторону головой. В первые секунды после остановки тела лавины это еще вполне возможно - снег податлив, но буквально сразу же начинаются процессы уплотнения снежной массы и ее смерзания (на поверхности кристаллов и в межкристаллическом пространстве всегда есть свободная вода, а во время схода лавины происходит их дополнительное оплавление за счет соударения-трения-давления, после же остановки идет плотное прессование всей толщи и ее смерзание).
От размера этой самой камеры будет зависеть время, которое вы сможете продержаться до момента пока вас откопают (в норме, при слаженной работе команды - 5-8 минут). Чем камера значительней, тем больше у вас доступного кислорода, поступающего из окружающей снежной массы и меньше концентрация выдыхаемого вами углекислого газа (то, что разный снег имеет разную плотность и проницаемость, другой вопрос) и тем медленнее будет идти процесс обледеневания. Очень хорошо если у вас при катании есть система AvaLung фирмы Black Diamond. Не в лямке рюкзака, а надетая поверх одежды. Загубник «авалунга» более чем реально ухватить губами и это существенно повышает шанс на спасение (вдыхание воздуха происходит через перепускной клапан на уровне груди, а выдыхаемый воздух отводится за спину и ледяная корочка образуется там).
7.Сохранять спокойствие, экономить силы и ждать пока вас откапают
В абсолютном большинстве, попав в лавину, выбраться самостоятельно из нее невозможно (если только лавина не из целинного снега плотностью 30-50 кг на куб). Тело сковывает снежной массой со всех сторон и часто проблема пошевелить даже пальцами, чего уж говорить про что-то большее. Наиболее правильной стратегией является сохранение спокойствия (аутотренинг, самовнушение, позитивный настрой) и вера в то, что через очень короткое время вас откопают. Вы же тренировались по поиску пострадавшего в лавине с вашими напарниками по команде, не правда ли?
Заодно, благодаря подобному самоуспокоению выровняется дыхание и расход кислорода уменьшится, что также в свою очередь продлит возможное время выживания под снегом.
Хотя можно идти и от обратного, если настроиться-успокоится не получается, то лучше начать просто следить за дыханием. Стараться чтобы оно было ровное и спокойное. Автоматически и все остальные процессы, в том числе и психологические немного придут «в норму». Как известно, дыхание – единственная из автономных систем нашего организма, к которой ведут две независимых ветви нервных клеток и мы ей можем управлять не только в автоматическом режиме, но и осознанно. По сути, дыхание – ворота в автономные процессы нашего тела. Недаром техники ци-гун и иные столь эффективны. Помните про это. Ну и про то что финн Эйнар Миллила в феврале 1965 года пролежал под снегом в Британской Колумбии трое с четвертью суток и остался жив. «Если может финн, то могу и я», - установка именно такая.
8.Когда вас откапывают – по возможности, коммуницируйте, сообщайте информацию о себе.
Ваши друзья, откапывающие вас из под снега, могут не знать насколько вам плохо, что у вас повреждено и т.д. Вы, скорее всего также этого не будете знать, но все же информации у вас несколько больше, так что сообщайте ее. Коммуницируйте со своими спасателями, с самого первого момента, с которого только можете. Например, если вы теряете сознание, так и скажите «кажется, я теряю сознание», или, у вас болит спина, значит, стоит это озвучить. Возможно, это спасет вам жизнь, ибо ребята перестрахуются и предположат у вас перелом позвоночника, соответственным образом будут перекладывать на носилки и транспортировать. Аналогично с потребностями (физиологическими и психологическими), - не стесняйтесь, говорите о них. Хочется тепла и сидячего положения? Ну так скажите! Не всегда спасатели имеют должный опыт и чутье, чтобы совершить все правильные в этой ситуации действия. Другой вопрос, что если в данный момент времени помощь нужна не только вам, отнеситесь к этому с пониманием.
9.Как можно быстрее покиньте опасную зону
В ряде случаев есть опасность схода повторных лавин. Если сошло в этой ветке кулуара, то вполне может сойти и в соседней, а выкат-то у них один и тот же… Именно поэтому, обязательно выставляется наблюдатель, а чтобы не допускать хаоса и не подвергать спасателей лишней опасности, спасработы ведут наименьшим числом людей. По этой же причине всех откопанных пострадавших, как только это возможно, транспортируют в безопасную зону. Если вы в состоянии передвигаться, то покиньте территорию отложения лавины в направлении этой самой зоны безопасности самостоятельно. Если же вам нужна посторонняя помощь, - не стесняйтесь ее попросить. Но! Ни в коем случае нельзя самостоятельно передвигаться при любом подозрении на травмы жизненно важных органов (таза, живота, головы и иных). В этом случае позвольте нести себя на носилках. Возможно от этого будет зависеть ваша жизнь. Будьте внимательны к себе.
10.Поблагодарите своих спасателей
Даже если это ваш знакомый друг, товарищ и брат, поблагодарите его за спасение. Если же это незнакомые люди – спасатели, лыжный патруль, просто другая фрирайд-группа, то тем паче. Нет более неблагодарной работы, чем спасать чужие жизни. Удивительно, но это факт. Так что не следуйте той же психологии большинства, считающей что «спасатель должен спасать». Он ничего не должен. В данный момент он подарил вам жизнь, так что скажите ему слова благодарности, как только это будет уместно и не забывайте о своем «должке» (уже не перед спасателем, а перед собственной жизнью у которой вы вырвали повторный шанс). В жизни не бывает черновиков и вам чудом удалось сохранить свой холст целым, чтобы продолжить рисовать на нем свою линию…, линию жизни. Делайте отныне это более осознанно.
Самые большие лавины
Galtur, Австрия
В 1999 году в уютном поселке в Альпах с гор сошла лавина, которая навсегда останется в истории, как одна из самых страшных катастроф в этом регионе.
Шутка ли, за несколько минут более чем 100 тыс. тонн снега двинулось на крохотный населенный пункт. С бешеной скоростью снег снес на своем пути 5 домов, повредил 26 и, что самое ужасное, забрал жизни 31 человека.
Granduc Mine, Канада
В Британской Колумбии есть удивительное по красоте место - Кордильеры. Величайшая по протяженности горная система земного шара, с красивейшими плато и сотней глубоких долин погубила много людей.
Самое страшное событие произошло в 1965 году. Над шахтой Granduc сошла огромнейшая лавина, убившая 26 людей и покалечившая 22. Еще 40 человек так и не смогли найти в снегу.
Alps, Швейцария, Австрия
Более 50 лет назад от страшной лавины пострадали Альпы в Швейцарии и Австрии. Масса снега за считаные секунды сошла вниз, буквально сметая на своем пути все возможное.
Это схождение лавины зачислили в список 5 самых страшных в мире. Около 265 человек погибло, а зима того года известна теперь как "зима террора".