Заторы и зажоры. VI.Заторы и зажоры, определение и характеристика

Заторы - это скопление льда в русле, ограничивающее течение реки, в результате чего происходит подъем воды и ее разлив. Затор образуется обычно в конце зимы и в весенний период при вскрытии рек во время разрушения ледяного покрова. состоит он из крупных и мелких льдин.

Зажор - явление, сходное с затором льда. Однако, во-первых, зажор состоит из скопления рыхлого льда, тогда как затор есть скопление крупных и в меньшей степени небольших льдин. Во-вторых, зажор льда наблюдается в начале зимы, в то время как затор - в конце зимы и весной.

Главная причина образования затора - задержка процесса вскрытия льда на тех реках, где кромка ледяного покрова смещается сверху вниз по течению. Движущийся сверху раздробленный лед встречает на пути еще не нарушенный ледяной покров. Последовательность вскрытия реки с верху вниз необходимое, но не достаточное условие возникновения затора льда. Основное условие создается тогда, когда поверхностная скорость течения воды при вскрытии значительна (0,6-0,8 м/с и более). Различные русловые препятствия, например, крутые повороты, сужения, острова, изменение уклона поверхности от большого к меньшему, лишь усиливают процесс.

Зажоры образуются на реках в период формирования ледяного покрова. Необходимым условием образования является возникновение внутриводного льда и его вовлечение под корку ледяного покрова. Решающее значение имеет поверхностная скорость течения (более 0,4 м/с), а также температура воздуха в период замерзания. Зажоры образуются на островах, отмелях, валунах, крутых поворотах, в местах сужения русла.

Главным критерием при классификации заторов или зажоров является их мощность. Они подразделяются на катастрофически мощные, сильные, средние и слабые. Катастрофически мощный затор или зажор определяется так: к рассчитанному максимальному уровню весеннего половодья прибавляют 5 м и более, для сильных - от 3 до 5 м, для средних - от 3 м и менее. При слабых заторах и зажорах в величины наивысших уровней воды весеннего половодья поправки не вводятся.

Затор льда - явление кратковременное. Высокий уровень держится обычно от 0,5-1,5 суток. Период зажорного уровня более длительный, до 3 суток. Спад уровня происходит обычно за 10-15 суток.

Нагоны - это подъем уровня воды, вызванный воздействием ветра на водную поверхность. Такие явления случаются в морских устьях крупных рек, а также на больших озерах и водохранилищах.

Ветровой нагон, так же как половодье, затор, зажор является стихийным бедствием, если уровень воды настолько высок, что происходит затопление городов и населенных пунктов, повреждение промышленных и транспортных объектов, посевов сельскохозяйственных культур.

Главное условие возникновения нагонов - сильный и продолжительный ветер, который характерен для глубоких циклонов. Основной характеристикой, по которой можно судить о величине нагона, является нагонный подъем уровня воды, обычно выражающийся в метрах. Другими величинами служат глубина распространения нагонной волны, площадь и продолжительность затопления.

На величину нагонного уровня влияют скорость и направление ветра. Для морских устьев рек общее - это совпадение нагона по времени с приливом или отливом. Чем меньше уклон водной поверхности и больше глубина реки, тем на большие расстояния распространяется нагонная волна. Вот почему на крупных реках с малым уклоном волна распространяется на значительно большие расстояния, чем на малых.

Нагонные наводнения нередко охватывают большие территории. Продолжительность затопления обычно продолжается от нескольких десятков часов до нескольких суток. Чем крупнее водоем и меньше его глубина, тем больших размеров достигают нагоны.

На реках России, протекающих в различных физико-географических зонах, образование ледостава или очищение водной поверхности ото льда происходит, как правило, не одновременно по всей длине реки. В результате формируются заторно-зажорные явления, которые вызывают резкие подъемы уровней воды, приводящие к зимним наводнениям.

Зажоры возникают в осенне-зимний период на участках, где интенсивно образуется шуга при резком изменении уклона водной поверхности. Они формируются путем вовлечения скоплений шуги, образованной частицами внутриводного льда, под ледяной покров. Образование зажоров сопровождается значительным уменьшением живого сечения русла.

Затор представляет собой скопление льдин, возникших в связи с разрушением ледяного покрова при ледоходе, и также сопровождается уменьшением живого сечения потока.
На реках и в нижних бьефах гидроузлов могут наблюдаться два основных типа образования заторов - заторы подныривания и заторы торошения. Первые образуются при увлечении льдин под ледяной покров. Этот тип встречается главным образом на узких реках (шириной до 100 м) при подходе к кромке льда отдельных льдин, образовавшихся в результате разлома заберегов или в период пропуска льда через гидроузел. Заторы торошения образуются при подвижке и навале льда главным образом на широких реках при взламывании ледяного покрова в результате прохождения волн попуска или весеннего половодья.

Заторы торошения могут образовываться и при наличии, и при отсутствии связей ледяного покрова с берегами реки.
Ледяной покров примерзает к берегам, как правило, в суровые зимы на узких водотоках. На средних и широких реках, особенно в нижних бьефах гидроузлов он находится в плавающем состоянии, т. е. жестко не прикреплен к берегам.
Заторы льда на реках России образуются в тех местах, где транспортирующая способность русла сравнительно невелика. Образование заторов на реках, текущих с севера на юг, обычно начинается в нижнем течении основного русла (Волга, Кама, Ока и др.), а на реках, текущих с юга на север (Северная Двина, Обь, Енисей, Лена, Колыма и др.) - в верхней части бассейна, особенно на участках с «опасной» речной морфометрией (с сильной кривизной русла, песчаными отмелями, островками и т.п.).

Интенсивность образования заторов, их толщина и длительность существования определяются ледовой обстановкой перед вскрытием реки и особенностями гидрометеорологических и гидравлических условий в период весеннего половодья.
Заторы льда снижают транспортирующую способность русла и вызывают резкие и высокие подъемы уровня воды в реках, что приводит к затоплению обширных территорий.

Зимние наводнения и воздействие льда в период весеннего ледохода на хозяйственные объекты, гидротехнические и транспортные сооружения и водные экосистемы наносят существенный экономический ущерб и служат причиной временного нарушения экологического равновесия в водных объектах.

На реках Севера, Северо-Запада, Сибири и Дальнего Востока России уровень воды в период образования заторов, как правило, превышает уровень весеннего половодья или осеннего паводка. Это характерно и для горных рек.

Наледь - ледяной массив, образующийся на поверхности земли, льда, водоема, водотока или инженерного сооружения в результате замерзания периодически изливающихся природных или техногенных вод. Принято различать естественные, сопутствующие и искусственные наледи. Первые образуются в результате замерзания подземных, поверхностных или атмосферных вод, изливающихся на поверхность намерзания в естественных условиях, существовавших до начала строительства или иного освоения территории. Причинами их образования чаще всего служат естественная разгрузка подземных и приповерхностных грунтовых вод, промерзание водоносных слоев, колебания расходов подземных вод, попеременное таяние и замерзание снега при частом переходе температуры воздуха через 0°С, жидкие атмосферные осадки.

Наводнение в городе Ленске, вызванное затором на реке Лена

Сопутствующие наледи могут возникать при инженерном обустройстве территории - создании насыпей и выемок, укладке трубопроводов, строительстве дорог и мостов, при возведении опор ЛЭП, зданий и других инженерных сооружений. Эти наледи образуются в результате нарушения естественного водно-теплового режима подстилающих грунтов, что приводит к промерзанию водоносного тракта и ускорению излива на поверхность грунтовых и подземных вод, а также в результате приложения внешней нагрузки на ледяной покров и сброса промышленных и бытовых вод в зимний период.
Искусственные наледи создаются целенаправленной подачей воды на выбранную (созданную) поверхность намерзания.

Естественные наледи различают по размерам: 1 - малые (до 1000 м3); 2 - средние (1000...10 000 м3); 3 - большие (10 000...100 000 м3); 4 - очень большие (100 000...1 000 000 м3); 5 - гигантские (более 1 000 000 м3). По месту отложения льда выделяют наледи русловые, логовые, косогорные, откосные, равнинные и т.п. По типу наледеобразующих вод различают наледи: поверхностных, подземных и смешанных вод.

На территории России в наледях аккумулируется примерно 94 км3 воды (45% - в речных наледях и 55% - в наледях подземных вод). Площадь всех наледей достигает 128 тыс. км2 - около 1% площади криолитозоны. Наиболее широко наледи распространены в горных районах. Средняя толщина наледей подземных вод составляет 2–2,5 м, максимальная достигает 10–12 м, а площадь - десятков квадратных километров. Наибольшие наледи встречаются в зоне сплошного распространения многолетней мерзлоты. Так, самая крупная в мире наледь расположена в Улаханской долине реки Мома - правого притока реки Индигирка и называется Большая Момская, или Момский Улахан-Тарын. Ее площадь более 100 км2, толщина от 3 до 8 м и объем около 0,5 км3. Относительная наледность территории, особенно на Северо-Востоке России, местами превышает 4–5%, достигая в отдельных случаях 10%. Речные наледи образуются практически на всех реках длиной от 10 до 700 км. На реках большей длины наледи, как правило, не образуются.

Наводнение в городе Нарьян-Мар, вызванное затором на реке Печора

Экологическая роль наледных процессов проявляется, прежде всего, в перераспределении талого стока (приводит к его замедлению); в затруднении добычи животными корма под ледяными корками; в воздействии на микроклимат (снижение температуры теплого периода) и виды растительных сообществ наледных полян; в возможности использования наледного льда в качестве источника водоснабжения и хладоагента.

Наледные участки долин в зимнее время часто непроходимы для транспорта. Наледи около дорог и других сооружений приводят к оползанию и просадке земляного полотна, пучению мостовых опор, быстрому дроблению и крошению бетона. Образование наледей в водопропускных коллекторах и дренажных канавах может вызвать образование наледей на самом дорожном полотне, в результате чего усложнится или прекратится движение по дороге. А во время весеннего половодья это ведет к размыву дорожного полотна.

Образование наледей в горных выработках (в штольнях и шахтных стволах) может сделать их непригодными для работы. Образование искусственных наледей в результате сброса сточных вод ведет к заболачиванию окружающей местности и развитию термокарстовых процессов.

Затор - закупоривание русла неподвижным ледяным покровом и нагромождением льдин во время весеннего ледохода в сужениях и на излучинах русла реки, стесняющее течение и вызывающее подъём уровня воды в месте скопления льда и выше него. Заторные наводнения образуются в конце зимы или начале весны, и возникают из-за неодновременного вскрытия больших рек, протекающих с юга на север. Вскрывшиеся южные участки реки в своём течении запруживаются скоплением льда в северных районах, что нередко вызывает значительное повышение уровня воды. Заторные наводнения характеризуются высоким и сравнительно кратковременным подъёмом уровня воды в реке.

Зажор - ледяная пробка, скопление внутриводного, рыхлого льда во время зимнего ледостава в сужениях и на излучинах русла, вызывающее подъём воды на некоторых участках выше уровня основного русла реки. Зажорные наводнения образуются в начале зимы и характеризуются значительным, однако меньшим, чем при заторе, подъёмом уровня воды и более значительной продолжительностью наводнения.

Зажорные явления

Зажор - явление, сходное с затором льда. Однако, во-первых, зажор состоит из скопления рыхлого льда (шуга 3 , небольшие льдинки), тогда как затор есть скопление крупных и в меньшей степени небольших льдин. Во-вторых, зажор льда наблюдается в начале зимы, в то время как затор - в конце зимы и весной.

Зажоры образуются на реках в период формирования ледяного покрова. Необходимым условием образования является возникновение в русле внутриводного льда и его вовлечение под кромку ледяного покрова. Решающее значение при этом имеет поверхностная скорость течения (более 0,4 м/с), а также температура воздуха в период замерзания. Образованию зажоров способствуют острова, отмели, валуны, крутые повороты, сужение русла. Скопление шуги и другого рыхлого ледяного материала, образующегося на этих участках в результате непрерывного процесса образования внутри водяного льда и разрушения ледяного покрова, вызывает стеснение водного сечения, вследствие чего происходит подъем воды выше по течению. Ниже - уровни понижаются. Образование сплошного покрова в месте образования зажора задерживается.

Характеристика и классификации заторных и зажорных явлений

Краткая характеристика заторов и зажоров

Их главными определяющими являются: строение, размеры, максимальный уровень и максимальный подъем воды.

В строении затора выделяются три характерных участка: замок - покрытый трещинами ледяной покров или перемычка из льда, заклинивших русло; собственно затор (голова затора) - многослойное скопление хаотически расположенных льдин, подвергшихся интенсивному торошению; хвост - примыкающее к затору однослойное скопление льда в зоне подпора.

Длина головной части затора обычно превышает ширину реки в 3-5 раз. На этом участке скопление льда имеет максимальную толщину. Длина хвоста затора на крупных реках может достигать нескольких десятков километров. На средних реках общая длина затора может быть от одного до нескольких километров.

Зажорные массы льда однородны по своему строению и располагаются непосредственно у кромки ледяного покрова и под ним. Здесь они имеют небольшую толщину. Длина зажорного участка может составлять от 3 до 5 величин ширины реки. Это примерно 3 - 5 км на средних и до 15 км на больших.

Основными характеристиками являются максимальные подъемы уровней воды. Максимальный заторный уровень, как правило, превышает уровень весеннего половодья. Максимальный зажорный уровень превышает уровень воды при ледоставе.

Применяется также такая характеристика, как продолжительность затора или зажора. Затор льда - явление кратковременное. Высокий уровень держится обычно от 0,5 до 1,5 суток. Бывали случаи и более длительного стояния, но они всегда связаны с похолоданием и сокращением стока воды. Период подъема зажорного уровня несколько более длительный, до 3 суток. Спад уровня обычно происходит за 10-15 суток.

Другой часто применяемой характеристикой заторов и зажоров служит повторяемость этих явлении. Здесь колебания весьма велики. В одних местах они повторяются через 2 - 5 лет, в других - значительно реже.

Классификация заторов и зажоров

Главным критерием является мощность затора или зажора. Поэтому они подразделяются на катастрофически мощные, сильные, средние и слабые. Катастрофически мощный затор или зажор определяется так:

к рассчитанному максимальному уровню весеннего половодья приплюсовывается 5 и более метров; для сильных - от 3 до 5 м, средних - 3 м и меньше. При слабых заторах и зажорах в величины наивысших уровней воды весеннего половодья поправки не вводятся.

В настоящее время еще не разработана общепринятая классификация заторов. Классификация может быть произведена по различным признакам. Так, может рассматриваться нижеприводимая классификация, основанная на учете гидрологических условий в места образования заторов, что отвечает задачам борьбы с этим явлением.

Заторы льда на реках можно разделить на два типа:

1. Русловые заторы:

а) непосредственно у кромки ледостава при неодновременном вскрытии реки, обычно текущей с юга на север;

б) в местах уменьшения ледопропускной способности реки (всякого рода стеснения, места резкого уменьшения уклона и скорости);

2. Подпорные заторы:

а) в зонах выклинивания подпора водохранилищ;

б) в дельтах и устьях рек, впадающих в моря и озера, или в более поздно вскрывающиеся реки.

Район образования заторов типа 2, а также в некоторых случаях 1, (например, переход от порожистого участка к равнинному или крутой поворот с сужением) обычно ограничен, т.е. заранее известен. В связи с этим для заторов этого типа целесообразность предупредительных мер борьбы совершенно очевидна.

Русловые заторы, особенно типа а) могут возникать в самых различных местах по длине реки, в зависимости от предшествующих гидрометеорологических условий. Это обстоятельство часто делает проведение предупредительных мер борьбы весьма затруднительным.

Затор — это скопление льда в русле, ограничивающее течение реки. В результате происходит подъем воды и ее разлив.

Затор образуется обычно в конце зимы и в весенний период при вскрытии рек во время разрушения ледяного покрова. Состоит из крупных и мелких льдин.

Зажор — явление, сходное с затором льда. Однако, во-первых, зажор состоит из скопления рыхлого льда (шуга, небольшие льдины), тогда как затор есть скопление крупных и в меньшей степени небольших льдин. Во-вторых, зажор льда наблюдается в начале зимы, в то время как затор — в конце зимы и весной.

Непосредственная опасность этих явлений заключается в том, что происходит резкий подъем воды, и в значительных пределах. Вода выходит из берегов и затопляет прилегающую местность. Кроме того, опасность представляют и навалы льда на берегах высотой до 15 м, которые часто разрушают прибрежные сооружения.

Зажорные явления приводят к более тяжелым последствиям, так как они случаются в начале, а иногда и в середине зимы и могут длиться до 1,5 месяца. Разлившаяся вода замерзает на лугах и в других местах создавая сложности для ликвидации последствий такого стихийного бедствия.

Мощные и частые заторы льда присущи тем рекам, у которых вскрытие происходит сверху вниз по течению. Такая последовательность характерна для Северной Двины, Печоры, Лены, Енисея, Иртыша — рек, текущих с юга на север. Так, в мае 2001 г. уровень в реке Лена превысил максимум половодья и достиг 20 м 7 см. 15 мая 98 % г. Ленска (Якутия) было затоплено, вследствие чего этот населенный пункт был практически полностью разрушен.

Рис. Паводок на Алтае

Места образования заторов льда можно разделить на постоянные и непостоянные. Постоянные места известны. Непостоянные — известны меньше. Большей частью это крупные повороты в сочетании с сужением русла.

По частоте зажорных наводнений и величине подъема воды первенство принадлежит двум самым крупным озерным рекам — Ангаре и Неве.

Нагоны — это подъем воды, вызванный действием ветра на водную поверхность. Такие явления случаются в морских устьях крупных рек, а также на больших озерах и водохранилищах.

Ветровой нагон, так же как половодье, затор, зажор, является стихийным бедствием, если уровень воды настолько высок, что происходит затопление городов и населенных пунктов, повреждение промышленных и транспортных объектов, посевов сельскохозяйственных культур.

Главным условием возникновения служит сильный и продолжительный ветер, который характерен для глубоких циклонов.

Основной характеристикой, по которой можно судить о величине нагона, является нагонный подъем уровня воды, обычно выражающийся в метрах. Другими величинами служат глубина распространения нагонной волны, площадь и продолжительность затопления.

Главные факторы, влияющие на величину нагонного уровня, — скорость и направление ветра. В таких условиях скорость ветра обычно достигает 25 м/с, а иногда и более. Так, наиболее катастрофические нагонные наводнения в С.-Петербурге (Ленинграде) наблюдались в 1777, 1824, 1924, 1955 гг. Тогда максимальный подъем воды в районе Горного института достигал 2-4 м. В пределах дельты Северной Двины (г. Архангельск) — 1,8-2 м, в устье р. Дон (г. Азов) 2,6-2,8 м.

Нагонные наводнения нередко охватывают большие территории. Продолжительность затопления обычно находится в пределах от нескольких десятков часов до нескольких суток.

Чем крупнее водоем и меньше его глубина, тем больших размеров достигают нагоны.

По величине подъема уровня, повторяемости и материальному ущербу нагонные наводнения в устье реки Невы в пределах С.-Петербурга занимают первое место в России. Наводнения здесь возникают во все времена года, в том числе и зимой, но самыми опасными являются осенние. На них приходится 70 %, включая и катастрофические.