Ледяной джем

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

Обзор

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

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

Механизмы

Льдины/лепешки, оставшиеся на берегу реки после затора льда

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

Могут возникнуть три типа естественных ледяных заторов: ^[3]

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

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

Еженедельно

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

Происшествия и последствия

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

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

Риск наводнения из-за затора льда

Установление риска затора наводнений включает в себя следующие этапы:

Описание образования ледяного затора

Понимание образования ледяных заторов на реках имеет решающее значение. ^[16] Полезны также исторические данные о совместном расположении ледяных заторов.

Картирование опасностей наводнений

Это включает в себя создание профилей местности, включая профили агентов и уровни воды вдоль реки. Целью является составление карты рисков для исследуемой территории.

Расчет риска

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

Оценка ущерба

Ущерб оценивается с точки зрения структурного ущерба и ущерба содержимому на различной глубине затопления. Определенная глубина может иметь определенные повреждения, вызванные воздействием.

Программные инструменты

Этот процесс включает использование программных инструментов (возможно, ГИС) для добавления слоев данных, расчета глубины паводка и экстраполяции уровней воды на разрезах в центр города. Уровни воды получены на основе стохастического моделирования водного канала.

Прогнозирование и смягчение последствий

Раннее предупреждение о заторе льда включает использование обученных наблюдателей для наблюдения за условиями разрушения и детекторов движения льда. ^[8]

Предотвратить образование ледяных заторов можно путем

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

Там, где наводнения угрожают человеческому жилью, завал может быть расчищен искусственно. средства механические . Разрешается использовать ледяную очистку динамитом, за исключением городских территорий, а также другие ^[18] например, землеройное оборудование или постоянные меры, такие как конструкции для контроля льда. ^[17]^[6] и борьба с наводнениями . Время от времени военные самолеты использовались для бомбардировки ледяных заторов с ограниченным успехом в рамках усилий по их расчистке. ^[19]^[20]^[21]

См. также

Ссылки

^ Чаве, Р.А.Дж. и Лемон, Дэвид и Фиссел, Д.Б. и Дюпюи, Л. и Дюмон, С. (декабрь 2004 г.). «Измерения осадки и скорости льда на реке Святого Лаврентия в реальном времени». Oceans '04 MTS/IEEE Techno-Ocean '04 (кат. номер IEEE 04CH37600) . Том. 3. стр. 1629–1633. дои : 10.1109/OCEANS.2004.1406366 . ISBN 0-7803-8669-8 . S2CID 21814956 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ "Ледяная плотина". по определению 1. Монкхаус, Фрэнсис Дж. Географический словарь : 2-е изд.. Лидс: Э. Дж. Арнольд, 1970. 182.
^ Jump up to: ^а ^б Бельтаос, С. (1995). Речные ледяные заторы . Ранчо Хайлендс, Колорадо: Публикация по водным ресурсам. ISBN 978-0-918334-87-9 .
^ Редактор. «Ледяные заторы и наводнения» (PDF) . Национальная метеорологическая служба . {{cite web}}: |last= имеет общее имя ( справка )
^ Jump up to: ^а ^б «Ледяные пробки» . Nws.noaa.gov. 13 марта 2013 г. Проверено 11 января 2014 г.
^ Jump up to: ^а ^б Штатный автор (07 февраля 2006 г.). «Ледяные плотины: укрощение ледяной реки» . Популярная механика . Проверено 27 марта 2018 г.
^ Дингман, С. Лоуренс (2009). Речная гидравлика . Издательство Оксфордского университета. п. 104. ИСБН 978-0-19-803856-6 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Уайт, Кэтлин Д.; Кей, Роджер Л.; (США), Исследовательская и инженерная лаборатория холодных регионов (1996). Наводнение от ледяного затора и смягчение последствий: бассейн реки Лоуэр-Платт, Небраска . Издательство ДИАНА. ISBN 978-1-4289-1388-2 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Ясек М. и Белтаос С. 2008. Высвобождение затора: джавы, ледяные набеги и ломающиеся фронты. Вскрытие льда на реке. Под редакцией С. Бельтаоса. Публикации по водным ресурсам, Хайленд Ранч, Колорадо
^ Бельтаос, Спирос (1 января 2013 г.). «Гидродинамические характеристики и воздействие речных волн, вызванных выходами ледяных заторов» . Наука и технологии холодных регионов . 85 : 42–55. Бибкод : 2013CRST...85...42B . doi : 10.1016/j.coldregions.2012.08.003 . ISSN 0165-232X .
^ Jump up to: ^а ^б Бельтаос, Спирос (01 июля 2017 г.). «Гидродинамика выделения хранилищ при вскрытии речного льда» . Наука и технологии холодных регионов . 139 : 36–50. Бибкод : 2017CRST..139...36B . doi : 10.1016/j.coldregions.2017.04.009 . ISSN 0165-232X .
^ Jump up to: ^а ^б Нафцигер, Дженнифер; Она, Юньтун; Хикс, Фэй (01 марта 2016 г.). «Стремительства волн и ледяных бегов от ледяных пробок» . Наука и технологии холодных регионов . 123 : 71–80. Бибкод : 2016CRST..123...71N . doi : 10.1016/j.coldregions.2015.11.014 . ISSN 0165-232X .
^ Да, Яньци; Она, Юньтун (01 сентября 2021 г.). «Систематическая оценка критериев начала разрушения речного льда с использованием модели River1D и полевых данных» . Наука и технологии холодных регионов . 189 : 103316. Бибкод : 2021CRST..18903316Y . doi : 10.1016/j.coldregions.2021.103316 . ISSN 0165-232X .
^ Альфред, Рэнди (30 марта 2010 г.). «30 марта 1848 года: Ниагарский водопад высыхает» . Проводной . ISSN 1059-1028 . Проверено 25 ноября 2019 г.
^ ледяной джем в Британской энциклопедии
^ Речные ледовые процессы и прогноз ледовых паводков . дои : 10.1007/978-3-031-49088-0 .
^ Jump up to: ^а ^б Левер, Джеймс Х.; Гуч, Гордон; Дейли, Стивен (август 2000 г.), «Сооружение для контроля льда в Казеновии-Крик» , Технический отчет CRREL / ERDC TR (14), Инженерный корпус армии США.
^ Доннелли, Джон (12 марта 2007 г.), Столица Вермонта готовится к возможному наводнению реки , Boston Globe
^ Смит, Стивен Х. (19 января 2018 г.). «Прошлое Йорка: воздушные бомбардировки разбивают ледяные заторы Саскуэханны» . Йорк Дейли Рекорд . Проверено 19 июля 2018 г.
^ Данишевски, Джон (18 мая 2001 г.). «Российские самолеты бомбят ледяной затор» . Лос-Анджелес Таймс . ISSN 0458-3035 . Проверено 19 июля 2018 г.
^ Шридхаран, Васудеван (19 апреля 2016 г.). «Российские истребители бомбят 40-километровый ледяной затор, чтобы предотвратить наводнение в Вологде» . Интернэшнл Бизнес Таймс, Великобритания . Проверено 19 июля 2018 г.

Внешние ссылки

Служба национальных парков США
Еще изображения
База данных CRREL Ice Jam , заархивированная 1 декабря 2016 г. на Wayback Machine.

[1] Чаве, Р.А.Дж. и Лемон, Дэвид и Фиссел, Д.Б. и Дюпюи, Л. и Дюмон, С. (декабрь 2004 г.). «Измерения осадки и скорости льда на реке Святого Лаврентия в реальном времени». Oceans '04 MTS/IEEE Techno-Ocean '04 (кат. номер IEEE 04CH37600) . Том. 3. стр. 1629–1633. дои : 10.1109/OCEANS.2004.1406366 . ISBN 0-7803-8669-8 . S2CID 21814956 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[2] "Ледяная плотина". по определению 1. Монкхаус, Фрэнсис Дж. Географический словарь : 2-е изд.. Лидс: Э. Дж. Арнольд, 1970. 182.

[:2-3] Jump up to: ^а ^б Бельтаос, С. (1995). Речные ледяные заторы . Ранчо Хайлендс, Колорадо: Публикация по водным ресурсам. ISBN 978-0-918334-87-9 .

[4] Редактор. «Ледяные заторы и наводнения» (PDF) . Национальная метеорологическая служба . {{cite web}}: |last= имеет общее имя ( справка )

[autogenerated1-5] Jump up to: ^а ^б «Ледяные пробки» . Nws.noaa.gov. 13 марта 2013 г. Проверено 11 января 2014 г.

[:1-6] Jump up to: ^а ^б Штатный автор (07 февраля 2006 г.). «Ледяные плотины: укрощение ледяной реки» . Популярная механика . Проверено 27 марта 2018 г.

[7] Дингман, С. Лоуренс (2009). Речная гидравлика . Издательство Оксфордского университета. п. 104. ИСБН 978-0-19-803856-6 .

[:3-8] Jump up to: ^а ^б ^с Уайт, Кэтлин Д.; Кей, Роджер Л.; (США), Исследовательская и инженерная лаборатория холодных регионов (1996). Наводнение от ледяного затора и смягчение последствий: бассейн реки Лоуэр-Платт, Небраска . Издательство ДИАНА. ISBN 978-1-4289-1388-2 .

[Jasek&Beltaos08-9] Jump up to: ^а ^б ^с Ясек М. и Белтаос С. 2008. Высвобождение затора: джавы, ледяные набеги и ломающиеся фронты. Вскрытие льда на реке. Под редакцией С. Бельтаоса. Публикации по водным ресурсам, Хайленд Ранч, Колорадо

[Beltaos13-10] Бельтаос, Спирос (1 января 2013 г.). «Гидродинамические характеристики и воздействие речных волн, вызванных выходами ледяных заторов» . Наука и технологии холодных регионов . 85 : 42–55. Бибкод : 2013CRST...85...42B . doi : 10.1016/j.coldregions.2012.08.003 . ISSN 0165-232X .

[Beltaos2017-11] Jump up to: ^а ^б Бельтаос, Спирос (01 июля 2017 г.). «Гидродинамика выделения хранилищ при вскрытии речного льда» . Наука и технологии холодных регионов . 139 : 36–50. Бибкод : 2017CRST..139...36B . doi : 10.1016/j.coldregions.2017.04.009 . ISSN 0165-232X .

[Nafz_etal16-12] Jump up to: ^а ^б Нафцигер, Дженнифер; Она, Юньтун; Хикс, Фэй (01 марта 2016 г.). «Стремительства волн и ледяных бегов от ледяных пробок» . Наука и технологии холодных регионов . 123 : 71–80. Бибкод : 2016CRST..123...71N . doi : 10.1016/j.coldregions.2015.11.014 . ISSN 0165-232X .

[Ye&She21-13] Да, Яньци; Она, Юньтун (01 сентября 2021 г.). «Систематическая оценка критериев начала разрушения речного льда с использованием модели River1D и полевых данных» . Наука и технологии холодных регионов . 189 : 103316. Бибкод : 2021CRST..18903316Y . doi : 10.1016/j.coldregions.2021.103316 . ISSN 0165-232X .

[14] Альфред, Рэнди (30 марта 2010 г.). «30 марта 1848 года: Ниагарский водопад высыхает» . Проводной . ISSN 1059-1028 . Проверено 25 ноября 2019 г.

[Brit-15] ледяной джем в Британской энциклопедии

[16] Речные ледовые процессы и прогноз ледовых паводков . дои : 10.1007/978-3-031-49088-0 .

[:0-17] Jump up to: ^а ^б Левер, Джеймс Х.; Гуч, Гордон; Дейли, Стивен (август 2000 г.), «Сооружение для контроля льда в Казеновии-Крик» , Технический отчет CRREL / ERDC TR (14), Инженерный корпус армии США.

[18] Доннелли, Джон (12 марта 2007 г.), Столица Вермонта готовится к возможному наводнению реки , Boston Globe

[19] Смит, Стивен Х. (19 января 2018 г.). «Прошлое Йорка: воздушные бомбардировки разбивают ледяные заторы Саскуэханны» . Йорк Дейли Рекорд . Проверено 19 июля 2018 г.

[20] Данишевски, Джон (18 мая 2001 г.). «Российские самолеты бомбят ледяной затор» . Лос-Анджелес Таймс . ISSN 0458-3035 . Проверено 19 июля 2018 г.

[21] Шридхаран, Васудеван (19 апреля 2016 г.). «Российские истребители бомбят 40-километровый ледяной затор, чтобы предотвратить наводнение в Вологде» . Интернэшнл Бизнес Таймс, Великобритания . Проверено 19 июля 2018 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]