4.3. Защита территорий от волн цунами
4.3.1. Общие мероприятия по защите от цунами
Применяющиеся организационные и инженерные мероприятия по защите территорий от волн цунами направлены на уменьшение разрушительных последствий и на исключение человеческих жертв. В настоящее время защита территорий от волн цунами в соответствии с отечественным и зарубежным опытом включает значительный комплекс разнообразных мероприятий:
обеспечение и совершенствование работы службы предупреждения о цунами;
цунамирайонирование побережий в соответствии с конкретными условиями (положение, рельеф дна, подход волн и т.п.);
размещение городов, поселков, портов, отдельных зданий и сооружений на относительно защищенных участках побережий с целью исключения или существенного снижения разрушающего воздействия волн;
планировка городов и поселков с учетом возможного воздействия цунами;
строительство волнозащитных гидротехнических сооружений - морских (береговых) стен, молов, волноломов, дамб, берегоукреплений и т. п.;
применение цунамистойких конструкций береговых и гидротехнических сооружений;
лесопосадки на берегах вдоль линии уреза воды;
обеспечение в портах быстрого прекращения и восстановления работ, перемещения и закрепления машин и оборудования, ухода судов в море и т. п.;
строительство запасных дорог и различных устройств для обеспечения быстрой эвакуации людей и материальных ценностей.
Рассмотрим особенности основных мероприятий.
Цунамирайонирование побережий
Для каждого участка побережья устанавливают меру возможной опасности воздействия цунами, в том числе максимально возможную высоту волн, размеры зон затопления. По данным цунамирайонирования выбирают наиболее безопасные участки побережий с целью их хозяйственного освоения (размещения городов, поселков, портов, промышленных предприятий и т.п.). Разрушительное действие цунами на побережье существенно зависит от подводного н надводного рельефов в приурезовой зоне, конфигурации береговой линии в плане и ее ориентации к направлению движения волн, расстояния до очагов и др. Различные местные условия на двух соседних участках берега могут сильно изменять высоту подъема уровня воды (в 2-3 раза), размеры зон затопления. Обычно рекомендуется выделять 3 типа участков побережий: неблагоприятные, подверженные разрушающему действию волн; благоприятные, практически незатопляемые; со средними условиями.
Неблагоприятны побережья низменные с равнинными берегами, песчаными отмелями и косами, открытыми заливами, устьями и долинами рек и т. п. Здесь даже при относительно небольших волнах затопляются большие площади. Наибольшая высота волн может достигать 10-12 м, а по долинам рек - значительно больше. На таких побережьях, как правило, нет безопасных возвышенных участков для строительства зданий и сооружений. На низменных побережьях дельты рек часто имеют развитую сеть рукавов и наносных островов. В связи с отложением наносов дельты рек постепенно выдвигаются в море. Такого рода дельты подвержены воздействиям волн цунами и неблагоприятны для размещения портов.
Благоприятны побережья с высокими берегами и крутыми откосами, закрытые бухты (заливы) с узкими входами. У таких побережий обычно большая глубина и отсутствуют пляжи.
Побережья со средними условиями характеризуются наличием береговых склонов средней крутизны, системы террас. В отдельных местах возможно значительное проникновение волн цунами на берега. Приурезовая зона берега опасна для размещения зданий и сооружений. Береговое строительство рекомендуется на возвышенных местах (высотой более 10-15 м). К побережьям со средними условиями относятся также фиорды с высокими и сравнительно крутыми берегами.
Приведем некоторые замечания в отношении бухт (заливов). В бухте происходит преобразование волны цунами в зависимости от ее формы и размеров в плане и соотношения ширины входа с поперечными размерами. При клинообразной (V-образной) форме бухты с широким входом и уменьшающейся к вершине глубиной высота волн по мере движения к вершине бухты увеличивается (большая энергия волнового движения на входе в бухту передается по мере движения волн к ее вершине меньшим объемам водных масс). Наибольший подъем уровня воды наблюдается в вершинах таких бухт и далее по долинам рек, впадающих в вершины. Увеличение высоты волн возможно и в длинных суживающихся от океана проливах.
В широких закрытых бухтах с узкими входами высота волн по мере их распространения в глубь бухты уменьшается (энергия входящих через узкий вход волн передается большим объемам водных масс внутри бухты).
Существенное влияние на высоту волн в бухтах и проливах оказывает ориентация входа в них по отношению к направлению луча волн цунами. Чем больший поворот в плане должна претерпевать волна на входе, тем меньше ее высота на огражденной акватории.
Выступающие в море возвышенные участки берегов (мысы) защищают в определенной мере прилегающие к их теневой стороне районы побережий от цунами при некоторых секторах направления лучей волн. Однако сами мысы подвергаются интенсивному разрушению.
Инженерные мероприятия, направленные на повышение цунамистойкости сооружений
Служба предупреждения о цунами предотвращает или сводит до минимума человеческие жертвы, а также в определенной мере способствует сохранности материальных ценностей. Однако основные недвижимые ценности (города и поселки, порты, заводы и т. п.) подвергаются разрушительному действию волн. Цунамирайонирование позволяет располагать строительные комплексы на участках побережий, полностью или частично защищенных от воздействия цунами.
Для строительства портов в цунамиопасных районах побережий более предпочтительны широкие, защищенные от океана бухты с узкими входами. Гидротехнические сооружения здесь можно строить с учетом возможных высот волн цунами, зон затопления и т. д. Неприемлемы для портового строительства клиновидные бухты с широкими от моря входами, устья рек, длинные суживающиеся от моря проливы.
Наибольшему воздействию подвергаются стороны суши, обращенные к лучам направления движения волн от очага землетрясения. Гидротехнические и береговые сооружения следует располагать на теневых сторонах островов, полуостровов, мысов и т. п., значительно меньше подверженных действию волн, особенно при изрезанной береговой линии.
Береговые сооружения по технологическим причинам следует возводить близко к линии уреза воды, а портовые гидротехнические сооружения вообще располагать только на водных площадях. В связи с этим важное значение приобретают инженерные мероприятия, направленные на обеспечение живучести сооружений и их защиту от волн.
Морские гидротехнические сооружения в цунамиопасных районах подвержены разрушающему действию цунами. Обычно вначале волны вступают в силовое взаимодействие с волнозащитными сооружениями. В некоторых странах (в первую очередь в Японии) строят разнообразные волнозащитные сооружения от цунами: береговые (морские) стены и дамбы, молы и волноломы. Волнозащитные сооружения гасят энергию волн и защищают от них акватории и береговую территорию.
Современные молы и волноломы рассчитывают на действие ветровых волн (стоячих, прибойных, разбитых) высотой до 8-10 м и более. По сравнению с ветровыми волны цунами имеют некоторые особенности: относятся к длинным волнам; могут иметь большую высоту у берегов; по выходе на берег поток становится поступательным и т. д. Можно считать, что существующие и строящиеся оградительные сооружения могут в основном противостоять волнам цунами высотой, несколько меньшей высоты ветровых волн, на которые эти сооружения запроектированы.
Нередко при большой высоте волн цунами устраивают комплексную цунамизащиту: применяют одновременно оградительные сооружения и береговые стены. В таких случаях оградительные сооружения гасят энергию волн лишь частично, а окончательное гашение производят береговые стены. Следует иметь в виду, что строительство оградительных сооружений для гашения волн цунами большой высоты (>12-15м) связано со значительными материальными затратами. В перспективе с расширением технических и экономических возможностей можно будет возводить волнозащитные комплексы для противодействия даже катастрофическим цунами.
Причальные сооружения строят, как правило, в сравнительно защищенных от ветрового волнения местах акваторий. Так как сооружения в конструктивном отношении обычно не рассчитаны на восприятие волновых нагрузок, то повреждения и разрушения их во время цунами повсеместны. По характеру взаимодействия с волнами следует рассматривать раздельно сооружения распорные типа набережных-стенок и безраспорные сквозного типа.
Распорные сооружения располагают вдоль линии уреза воды, на всей длине они сопряжены с берегом. В конструктивном отношении это могут быть набережные-стенки в виде заанкеренных больверков, стен из массивовой кладки и из массивов-гигантов, свайные набережные со шпунтовыми стенками. Набережные-стенки по конструкции являются как бы сплошной частью берега и в меньшей мере терпят разрушения от волн, чем другие виды причальных сооружений. Однако во время цунами распорные сооружения могут испытывать увеличенное боковое давление засыпки, насыщенной водой; возможно значительное понижение уровня воды и даже осушение дна. В таких случаях на стенки сооружения действует дополнительное статическое давление воды, которое, по существу, удваивает обычное расчетное боковое давление на стенки. На такое дополнительное боковое давление причальные сооружения не рассчитаны, что следует иметь в виду при проектировании.
Безраспорные причальные сооружения сквозного типа в большинстве случаев бывают свайными, на колоннах или на отдельных опорах других конструкций. Верхнее строение возвышается над статическим уровнем воды. Характерными разрушениями сооружений являются деформация и срыв верхних строений. Так как сваи, колонны или отдельные опоры хорошо обтекаемы, то силовое воздействие волнового потока на них небольшое и в большинстве случаев они остаются на месте. Повреждения голов свай и колонн обусловливается срывом и сносом верхних строений.
Возникает вопрос о целесообразности строительства в цунамиопасных районах сквозных легких причальных сооружений с учетом возможного разрушения их верхних строений и последующего восстановления или даже строительства заново. Для решения этого вопроса требуются исследования конструктивной и экономической сторон. В подобных сооружениях со стальными трубчатыми сваями можно головы свай объединять рамным каркасом, по которому устраивать легкий настил. При воздействии волн настил будет сброшен, а оставшаяся обтекаемая конструкция получит больше шансов устоять. В дальнейшем потребуется восстановление в основном проезжей части (настила).
Гидротехнические островные сооружения, возводимые на банках и шельфах с целью добычи нефти или газа, часто имеют сквозную конструкцию. Низ значительного по размерам и массе верхнего строения возвышается с некоторым запасом над вершинами самых высоких ветровых волн. Опорами верхнего строения чаще всего служат обтекаемые вертикальные элементы. Так как в океане высота волн цунами небольшая (значительно меньше высоты ветровых волн), то специального усовершенствования конструкций островных сооружений не требуется.
Береговые здания и сооружения различного назначения, входящие в портовые комплексы, при цунами подвергаются большим разрушениям и повреждениям; иногда уничтожаются полностью. Запроектированные и построенные по всем правилам сейсмостойкости береговые здания переносят землетрясения, но не выдерживают силового воздействия водного потока, движущегося с большой скоростью.
Их не проектируют на противодействие водному потоку, даже не учитывают статическое взвешивание водой в условиях спокойного затопления, поэтому они разрушаются. Естественно, новое строительство в местах затопления размещать не следует. Речь может идти об оценке цунамистойкости зданий в условиях плавного затопления суши при малой скорости водного потока.
Разрушающая способность водного потока на берегу огромна как при движении в сторону суши, так и при скатывании обратно в океан. Водяной вал оказывает на сооружения горизонтальные гидродинамическое и гидростатическое давления. Одно только размывающее действие потока может принести значительные убытки. Существенно способствует разрушению взвешивающее воздействие воды, когда, кроме значительного статического (архимедового) взвешивания, действует еще и гидродинамическое.
Здания железобетонные и со стальным каркасом лучше зданий других типов переносят затопление и получают значительно меньше повреждений. Большое внимание должно уделяться конструкции затапливаемой части строений. Достаточно цунамистойкими являются здания, возвышающиеся над поверхностью грунта на высоких свайных (или из колонн) основаниях. Тогда водный поток частично или полностью проходит под зданием, не создавая значительного напора на него.
Деревянные здания наименее стойки к цунами вследствие, в основном, избыточной плавучести дерева. При одном только статическом взвешивании возможно всплывание деревянных срубов или каркасов. По японскому опыту, деревянные одноэтажные не закрепленные специально на фундаментах дома при глубине затопления 1,3 м всплывают, а при глубине 1,5-2 м - разрушаются. Водный поток обычно полностью уносит обломки деревянных домов, иногда срывает с фундаментов целые каркасы домов и переносит их на большие расстояния. Для усиления цунамистойкости необходимо, чтобы остов (сруб, каркас) деревянного здания представлял собой единую прочную конструкцию и был скреплен с фундаментом. Последний желательно делать высоким для подъема деревянной части дома над уровнем предполагаемого затопления.
Очевидно, что жилые дома в цунамиопасных районах следует строить на площадях, не подвергающихся действию волн цунами. Однако технологические нужды нередко требуют строительства производственных и жилых зданий в таких местах, где воздействие цунами не исключено. Многие города и поселки расположены в цунамиопасных зонах. Постепенную перестройку старых зданий, а также планировку новой застройки следует вести с учетом возможного воздействия цунами.
По проектам жилищное строительство отводится в глубь территории, а прибрежные цунамиопасные площади могут отводится под зоны отдыха (парки), под временные здания и сооружения для размещения небольших производств, автотранспорта и другой техники. Считается, что объекты па прибрежных площадях должны служить также своего рода преградами, снижающими эффект воздействия волн на расположенные далее на берегу жилые массивы. Целесообразно железобетонные и металлические здания располагать перед деревянными со стороны моря (с целью защиты последних) длинной стороной вдоль направления движения водного потока: тогда силовое лобовое воздействие потока будет определяться меньшей по площади торцевой частью здания.
Наряду с рассмотренными выше для защиты от цунами могут применяться и другие мероприятия. Леса на участках побережий при интенсивных цунами могут быть уничтожены целиком. При этом образуются завалы из сломанных и вырванных с корнями деревьев. Волны могут ломать у основания деревья со стволами диаметром более 30 см. Дрейфующие в водных потоках стволы деревьев производят таранящее действие на сооружения, усиливая разрушения.
Несмотря на то, что лесонасаждения подвергаются механическому и химическому воздействиям и часто занимают ценные площади у уреза воды, нередко практикуются лесные и кустарниковые посадки и посевы трав на подверженных цунами берегах. Противоцунамные лесонасаждения в виде полосы вдоль линии уреза воды имеют следующие назначения:
частичное рассеивание энергии волн, а следовательно, смягчение их разрушающего действия;
уменьшение ширины полосы затопления и скорости водных потоков;
задержка плавающих предметов (бревен, малых судов, обломков сооружений), которые таранящими ударами интенсифицируют разрушения;
защита деятельного слоя грунта от размывов (лучше противостоят потокам воды кустарниковые насаждения и травяной покров с глубокими корнями);
снижение солевого загрязнения полей.
Лесонасаждения более эффективны при небольших высотах волн и малых скоростях водного потока на берегу, то есть когда сами лесопосадки не разрушаются. Считается также, что совместное применение лесонасаждений и защитных морских стен является реальным эффективным мероприятием для защиты от цунами.
При угрозе цунами судам, стоящим у причалов или на рейде, в портах и бухтах, а также находящимся в прибрежной зоне, рекомендуется немедленно уходить в открытое море за 50-метровую изобату перпендикулярно линии уреза воды или фронтам волн, если последние появились. При зафиксированном в прибрежной зоне моретрясении суда также должны уходить в море, так как один и тот же сейсмический источник может порождать одновременно моретрясение и цунами.
Суда, находящиеся в прибрежной зоне, портах, бухтах и т. п., вследствие отступления воды (до воздействия первой волны), могут ударяться о дно и рифы, получая значительные повреждения. Недопустима во время цунами стоянка судов у причалов во избежание их разрушения: суда могут срываться со швартовов, сталкиваться между собой и с причалами, срывать верхние строения причалов, могут быть выброшены на берег.
Причинами пожаров при землетрясениях и цунами являются: замыкание в электрических сетях и устройствах; повреждение систем отопления (котельных установок, печей, нагревательных приборов), нарушение нормальной работы тепловых установок, двигателей и т. п. Сильные пожары со взрывами возможны при наличии на территории порта складов жидкого топлива. Иногда горящие нефтепродукты стекают на акваторию, где также продолжается горение.
Среди противопожарных мероприятий, применяемых в сейсмических и цунамиопасных районах, можно отметить следующие:
размещение складов жидкого, газообразного и твердого топлива, нефтеперерабатывающих предприятий вне грузовых районов порта и городской застройки;
строительство отдельных топливных гаваней, выдача жидкого топлива судам на рейде с помощью подводных трубопроводов к рейдовым причалам или раздаточным колонкам;
неплотная застройка площади зданиями (использование промежутков между ними для размещения парковых зон, бульваров, дорог и подъездов к зданиям);
устройство пожарных систем водоснабжения, специальных бассейнов для воды и т. п.
В общей системе противоцунамных мероприятий большое значение имеет подготовка населения прибрежных районов к действию по тревоге. Жители должны знать природу цунами, характер воздействия волн на берега, естественные признаки цунами и свои действия защитного характера при угрозе воздействия волн.
4.3.2. Берегозащитные морские инженерные сооружения
Важным мероприятием, направленным на уменьшение разрушений от цунами, является строительство специальных берегозащитных инженерных сооружений типа стен, валов, дамб, располагаемых вдоль береговой линии и значительно возвышающихся над территорией берега. Такие инженерные сооружения защищают не только берега от разрушений (то есть являются берегоукрепительными), но и располагаемые на берегах постройки, так как ограничивают проникновение водных потоков.
В зарубежной литературе по отношению к такого рода цунамизащитным сооружениям часто употребляется термин «морские стены» (sea wall), имея в виду то, что такие инженерные сооружения защищают берега от воздействия моря. Употребителен и термин «береговые стены, валы» и т. п., передающий назначение сооружения для защиты берегов (подобно принятому у нас термину «берегоукрепительные сооружения» - для защиты берегов от обычного ветрового волнения). Часто береговые стены возводят на берегу на удалении от линии уреза воды, хотя они и предназначены для защиты от волн. Исходя из сказанного, возможно употребление любого термина; возможно, лучше - берегозащитные морские стены.
Простейшим видом берегозащитных морских стен является земляной вал, располагаемый непосредственно у уреза воды или на берегу на некотором удалении от береговой линии. По морскому откосу вала обычно устраивают каменное мощение, а на береговом откосе сажают деревья. По верхней части вала нередко прокладывают железнодорожный или автодорожный путь, так что вал является одновременно и дорожной насыпью. Очевидно, что сопротивляемость земляного вала действию цунами определяется в первую очередь размерами его поперечного сечения, то есть шириной основания (базой), высотой, крутизной откосов. Важное значение имеет защита откосов от размывов.
Практический интерес представляют мероприятия по защите от цунами японского города Иосихама. Здесь после разрушительного цунами 15 июня 1896 г. был возведен земляной вал длиной 420 м. В поперечном сечении земляной вал представлял собой трапецию с базой 9,8 м, шириной поверху 2,72, высотой 1,8-5,5 м. Морской откос с уклоном 1:3 был вымощен слоем камня, на береговом откосе были посажены деревья. Схемы берегозащитных морских стен в Иосихама приведены на рис.4.9.
Рис. 8.9. Берегозащитные морские стены в Иосихама:
а - ступенчатые, б – наклонные гладкие.
Известно, что вдоль берега моря, реки делаются лесонасаждения и возведится цунамизащитная стена (см. рис. 4.9, а), ядром которой является земляной вал. С морской стороны стены сделаны бетонная или слабоармированная железобетонная облицовка и каменная призма, на верхней поверхности - двойное каменное мощение, а тыловой откос укреплен только внизу слоем бетона и камня. По другому варианту (см. рис.4.9, б) морская грань цунамизащитной стены облицована бетоном или слабоармированным железобетоном, а верховая и тыловая грани имеют двойное каменное мощение. В упорные конструкции, поддерживающие облицовку морского и тылового откосов, входят по одной стенке из железобетонных свай длиной по 2 м. Кроме того, упор морского откоса включает стальные сваи длиной по 4 м. В устьевой части реки запроектирован затвор, который должен перекрывать живое сечение при угрозе воздействия цунами. Для срабатывания затвора при местных цунами с малым промежутком времени пробега волн от источника требуется оперативная работа службы предупреждения о цунами, а конструкция затвора должна обеспечивать его быстрое закрытие в случае необходимости.
Некоторые варианты конструкций цунамизащитных стен-валов приведены на рис. 4.10.
Рис. 4.10. Берегозащитные морские стены с бетонной или слабоармированной железобетонной облицовкой морских граней и каменным мощением на тыловых поверхностях
Стена, устроенная по схеме а, представляет собой дальнейшее усовершенствование конструкции рассмотренной ранее стены (см. рис. 4.10, а). Здесь полностью защищены все наружные поверхности, по-другому решены упорные конструкции, поддерживающие облицовки морской и тыловой поверхностей, видоизменена каменная призма. Особенностью стены, устроенной по схеме б (см. рис. 4.10 б), является применение для обделки морской стороны отдельных бетонных или слабоармированных блоков-плит.
Для цунамизащиты берегов возможно также строительство двух конструктивно не связанных между собой стен, схема которых показана на рис. 4.11.
Рис.4.11. Две раздельные берегозащитные морские стены
Нижняя стена из каменной кладки с бетонным верхом представляет собой подпорную конструкцию, возвышающуюся только до отметки территории. Далее на некотором удалении от линии уреза воды возвышается над поверхностью территории другая стена из монолитного бетона, которая, с одной стороны, препятствует движению водяного вала на берег, а с другой - задерживает влекомые обратным потоком с берега обломки от разрушенных зданий.
Нередко в конструкции цунамизащитной стены в качестве основного элемента используются массивы-гиганты, покоящиеся на каменной постели и имеющие развитую в высоту слабоармированную бетонную надстройку. Пример такого технического решения приведен на рис. 4.12.
Рис. 4.12. Берегозащитная морская стена с использованием массивов-гигантов
Слабые грунты в основании в этом случае замененяются на песчаную подушку. С морской стороны у массивов-гигантов устраивается каменная призма, откос которой защищен наброской фасонных блоков массой по 25 т. Далее на значительной ширине откоса выполняется защита дна от размыва. Таким образом, волны взаимодействуют как бы с оградительным сооружением откосного профиля из наброски камня и фигурных массивов. При взаимодействии с откосом из фасонных блоков гасится волновая энергия, вследствие чего уменьшается высота наката волн на откос, а следовательно, и высота цунамизащитной стены в целом. Поврежденные откосы из наброски блоков и камня легко восстанавливать путем их доброски.
Считается, что применение берегозащитных морских стен вертикального типа не всегда рационально по экономическим соображениям, так как для полного исключения затопляемости берега необходимы стены большой высоты. Особенно нерационально строительство стен вертикального типа при значительной глубине у линии уреза воды. Высота стен в таких случаях должна быть не менее двойной высоты волн (исходя из возможности образования стоячих волн), соответственно этому поперечные сечения стен существенно увеличиваются.
Рекомендуется с морской стороны берегозащитных сооружений устраивать каменную призму с покрытием внешнего откоса фасонными блоками для гашения волновой энергии потока. Такие сооружения показали свою достаточную эффективность по защите берегов от волн при цунами, тайфунах, штормах. В зависимости от параметров приходящих волн, глубин на подходах к берегу и у откоса берегозащитного сооружения, волны могут разрушаться на некотором расстоянии от откоса наброски, в створе начального участка у основания наброски или, наконец, на откосе.
Схема берегозащитной стены с использованием каменной призмы показана на рис. 4.13.
Рис. 4.13. Берегозащитные стены с использованием каменной призмы
Такие берегозащитные стены возводятся обычно с целью защиты расположенных на берегу объектов от наводнений, в первую очередь от ураганов. Основным конструктивным элементом сооружения, показанного на рис. 4.13, а, является небольшой по высоте массив-гигант, заполненный песком и имеющий тяжелую надстройку. В сооружении, представленном на рис. 4.13, б, роль основных конструктивных элементов выполняют бетонируемые на месте бетонные и железобетонные большеразмерные блоки. Впереди устроены откосные части сооружений в виде каменных набросок, покрытых двумя слоями тетраподов массой по 12,5 т. Между парапетами сооружения и расположенными в глубине берега подпорными стенами находятся водоотводные зоны (каналы) шириной 20 м. С тыльной стороны подпорных стен используемая территория берега поднята до отметки +5,0 м. Как показали опытные исследования на моделях этих сооружений, волны высотой 5 м и периодом 9 с разрушаются на откосах, а волны с большими высотой и периодом - в створах ближе к основанию откосов.
Волногасящая способность цунамизащитных сооружений зависит от их высоты, которая, в свою очередь, обусловлена наибольшей возможной высотой волн цунами в пунктах побережья. Практически весьма условно или невозможно прогнозирование высоты волн в многочисленных местах побережья. Естественно, строительство сооружений большой высоты, при которых полностью исключается проникновение водных потоков на берег, связано со значительными экономическими затратами. Обычно сооружения проектируют такой высоты, чтобы обеспечивалась полная защита берега при некоторой «умеренной» высоте волн. В исключительных же случаях цунамизащитные сооружения только ограничивают проникновение водных потоков на берег, а при разрушительных цунами они сами могут быть разрушены и повреждены, однако все же ослабляют энергию потока, снижая его разрушительную способность на берегу. Целесообразно строить берегозащитные морские стены высотой до 10 м; превышение этой высоты нерационально с экономической и технической точек зрения.
Цунамизащитные сооружения должны быть устойчивыми и прочными, хорошо сопротивляться статическому и динамическому действиям водных потоков, в том числе при переливах через верх сооружений. Поэтому морская, тыловая и верхняя поверхности сооружений должны иметь прочные неразмываемые покрытия.
Земляной вал может быть эффективным только при значительных размерах его поперечного сечения. Необходимо укрепление как морского, так и берегового откосов, применение не менее двух слоев каменного мощения откосов, а также каменных набросок с покрытием откосов массивами, в том числе фасонными (тетраподами, трибарами и т. п.).
Стены из монолитного бетона и каменной кладки являются эффективными берегозащитными сооружениями, устойчивыми при достаточно развитых поперечных сечениях. Разрушения и повреждения массивных стенок (опрокидывание, сдвиг, трещины, осадка) часто обусловливаются размывами грунта в основании и за стенками.
4.3. Защита территорий от волн цунами
4.3.1. Общие мероприятия по защите от цунами
Применяющиеся организационные и инженерные мероприятия по защите территорий от волн цунами направлены на уменьшение разрушительных последствий и на исключение человеческих жертв. В настоящее время защита территорий от волн цунами в соответствии с отечественным и зарубежным опытом включает значительный комплекс разнообразных мероприятий:
обеспечение и совершенствование работы службы предупреждения о цунами;
цунамирайонирование побережий в соответствии с конкретными условиями (положение, рельеф дна, подход волн и т.п.);
размещение городов, поселков, портов, отдельных зданий и сооружений на относительно защищенных участках побережий с целью исключения или существенного снижения разрушающего воздействия волн;
планировка городов и поселков с учетом возможного воздействия цунами;
строительство волнозащитных гидротехнических сооружений - морских (береговых) стен, молов, волноломов, дамб, берегоукреплений и т. п.;
применение цунамистойких конструкций береговых и гидротехнических сооружений;
лесопосадки на берегах вдоль линии уреза воды;
обеспечение в портах быстрого прекращения и восстановления работ, перемещения и закрепления машин и оборудования, ухода судов в море и т. п.;
строительство запасных дорог и различных устройств для обеспечения быстрой эвакуации людей и материальных ценностей.
Рассмотрим особенности основных мероприятий.
Цунамирайонирование побережий
Для каждого участка побережья устанавливают меру возможной опасности воздействия цунами, в том числе максимально возможную высоту волн, размеры зон затопления. По данным цунамирайонирования выбирают наиболее безопасные участки побережий с целью их хозяйственного освоения (размещения городов, поселков, портов, промышленных предприятий и т.п.). Разрушительное действие цунами на побережье существенно зависит от подводного н надводного рельефов в приурезовой зоне, конфигурации береговой линии в плане и ее ориентации к направлению движения волн, расстояния до очагов и др. Различные местные условия на двух соседних участках берега могут сильно изменять высоту подъема уровня воды (в 2-3 раза), размеры зон затопления. Обычно рекомендуется выделять 3 типа участков побережий: неблагоприятные, подверженные разрушающему действию волн; благоприятные, практически незатопляемые; со средними условиями.
Неблагоприятны побережья низменные с равнинными берегами, песчаными отмелями и косами, открытыми заливами, устьями и долинами рек и т. п. Здесь даже при относительно небольших волнах затопляются большие площади. Наибольшая высота волн может достигать 10-12 м, а по долинам рек - значительно больше. На таких побережьях, как правило, нет безопасных возвышенных участков для строительства зданий и сооружений. На низменных побережьях дельты рек часто имеют развитую сеть рукавов и наносных островов. В связи с отложением наносов дельты рек постепенно выдвигаются в море. Такого рода дельты подвержены воздействиям волн цунами и неблагоприятны для размещения портов.
Благоприятны побережья с высокими берегами и крутыми откосами, закрытые бухты (заливы) с узкими входами. У таких побережий обычно большая глубина и отсутствуют пляжи.
Побережья со средними условиями характеризуются наличием береговых склонов средней крутизны, системы террас. В отдельных местах возможно значительное проникновение волн цунами на берега. Приурезовая зона берега опасна для размещения зданий и сооружений. Береговое строительство рекомендуется на возвышенных местах (высотой более 10-15 м). К побережьям со средними условиями относятся также фиорды с высокими и сравнительно крутыми берегами.
Приведем некоторые замечания в отношении бухт (заливов). В бухте происходит преобразование волны цунами в зависимости от ее формы и размеров в плане и соотношения ширины входа с поперечными размерами. При клинообразной (V-образной) форме бухты с широким входом и уменьшающейся к вершине глубиной высота волн по мере движения к вершине бухты увеличивается (большая энергия волнового движения на входе в бухту передается по мере движения волн к ее вершине меньшим объемам водных масс). Наибольший подъем уровня воды наблюдается в вершинах таких бухт и далее по долинам рек, впадающих в вершины. Увеличение высоты волн возможно и в длинных суживающихся от океана проливах.
В широких закрытых бухтах с узкими входами высота волн по мере их распространения в глубь бухты уменьшается (энергия входящих через узкий вход волн передается большим объемам водных масс внутри бухты).
Существенное влияние на высоту волн в бухтах и проливах оказывает ориентация входа в них по отношению к направлению луча волн цунами. Чем больший поворот в плане должна претерпевать волна на входе, тем меньше ее высота на огражденной акватории.
Выступающие в море возвышенные участки берегов (мысы) защищают в определенной мере прилегающие к их теневой стороне районы побережий от цунами при некоторых секторах направления лучей волн. Однако сами мысы подвергаются интенсивному разрушению.
Инженерные мероприятия, направленные на повышение цунамистойкости сооружений
Служба предупреждения о цунами предотвращает или сводит до минимума человеческие жертвы, а также в определенной мере способствует сохранности материальных ценностей. Однако основные недвижимые ценности (города и поселки, порты, заводы и т. п.) подвергаются разрушительному действию волн. Цунамирайонирование позволяет располагать строительные комплексы на участках побережий, полностью или частично защищенных от воздействия цунами.
Для строительства портов в цунамиопасных районах побережий более предпочтительны широкие, защищенные от океана бухты с узкими входами. Гидротехнические сооружения здесь можно строить с учетом возможных высот волн цунами, зон затопления и т. д. Неприемлемы для портового строительства клиновидные бухты с широкими от моря входами, устья рек, длинные суживающиеся от моря проливы.
Наибольшему воздействию подвергаются стороны суши, обращенные к лучам направления движения волн от очага землетрясения. Гидротехнические и береговые сооружения следует располагать на теневых сторонах островов, полуостровов, мысов и т. п., значительно меньше подверженных действию волн, особенно при изрезанной береговой линии.
Береговые сооружения по технологическим причинам следует возводить близко к линии уреза воды, а портовые гидротехнические сооружения вообще располагать только на водных площадях. В связи с этим важное значение приобретают инженерные мероприятия, направленные на обеспечение живучести сооружений и их защиту от волн.
Морские гидротехнические сооружения в цунамиопасных районах подвержены разрушающему действию цунами. Обычно вначале волны вступают в силовое взаимодействие с волнозащитными сооружениями. В некоторых странах (в первую очередь в Японии) строят разнообразные волнозащитные сооружения от цунами: береговые (морские) стены и дамбы, молы и волноломы. Волнозащитные сооружения гасят энергию волн и защищают от них акватории и береговую территорию.
Современные молы и волноломы рассчитывают на действие ветровых волн (стоячих, прибойных, разбитых) высотой до 8-10 м и более. По сравнению с ветровыми волны цунами имеют некоторые особенности: относятся к длинным волнам; могут иметь большую высоту у берегов; по выходе на берег поток становится поступательным и т. д. Можно считать, что существующие и строящиеся оградительные сооружения могут в основном противостоять волнам цунами высотой, несколько меньшей высоты ветровых волн, на которые эти сооружения запроектированы.
Нередко при большой высоте волн цунами устраивают комплексную цунамизащиту: применяют одновременно оградительные сооружения и береговые стены. В таких случаях оградительные сооружения гасят энергию волн лишь частично, а окончательное гашение производят береговые стены. Следует иметь в виду, что строительство оградительных сооружений для гашения волн цунами большой высоты (>12-15м) связано со значительными материальными затратами. В перспективе с расширением технических и экономических возможностей можно будет возводить волнозащитные комплексы для противодействия даже катастрофическим цунами.
Причальные сооружения строят, как правило, в сравнительно защищенных от ветрового волнения местах акваторий. Так как сооружения в конструктивном отношении обычно не рассчитаны на восприятие волновых нагрузок, то повреждения и разрушения их во время цунами повсеместны. По характеру взаимодействия с волнами следует рассматривать раздельно сооружения распорные типа набережных-стенок и безраспорные сквозного типа.
Распорные сооружения располагают вдоль линии уреза воды, на всей длине они сопряжены с берегом. В конструктивном отношении это могут быть набережные-стенки в виде заанкеренных больверков, стен из массивовой кладки и из массивов-гигантов, свайные набережные со шпунтовыми стенками. Набережные-стенки по конструкции являются как бы сплошной частью берега и в меньшей мере терпят разрушения от волн, чем другие виды причальных сооружений. Однако во время цунами распорные сооружения могут испытывать увеличенное боковое давление засыпки, насыщенной водой; возможно значительное понижение уровня воды и даже осушение дна. В таких случаях на стенки сооружения действует дополнительное статическое давление воды, которое, по существу, удваивает обычное расчетное боковое давление на стенки. На такое дополнительное боковое давление причальные сооружения не рассчитаны, что следует иметь в виду при проектировании.
Безраспорные причальные сооружения сквозного типа в большинстве случаев бывают свайными, на колоннах или на отдельных опорах других конструкций. Верхнее строение возвышается над статическим уровнем воды. Характерными разрушениями сооружений являются деформация и срыв верхних строений. Так как сваи, колонны или отдельные опоры хорошо обтекаемы, то силовое воздействие волнового потока на них небольшое и в большинстве случаев они остаются на месте. Повреждения голов свай и колонн обусловливается срывом и сносом верхних строений.
Возникает вопрос о целесообразности строительства в цунамиопасных районах сквозных легких причальных сооружений с учетом возможного разрушения их верхних строений и последующего восстановления или даже строительства заново. Для решения этого вопроса требуются исследования конструктивной и экономической сторон. В подобных сооружениях со стальными трубчатыми сваями можно головы свай объединять рамным каркасом, по которому устраивать легкий настил. При воздействии волн настил будет сброшен, а оставшаяся обтекаемая конструкция получит больше шансов устоять. В дальнейшем потребуется восстановление в основном проезжей части (настила).
Гидротехнические островные сооружения, возводимые на банках и шельфах с целью добычи нефти или газа, часто имеют сквозную конструкцию. Низ значительного по размерам и массе верхнего строения возвышается с некоторым запасом над вершинами самых высоких ветровых волн. Опорами верхнего строения чаще всего служат обтекаемые вертикальные элементы. Так как в океане высота волн цунами небольшая (значительно меньше высоты ветровых волн), то специального усовершенствования конструкций островных сооружений не требуется.
Береговые здания и сооружения различного назначения, входящие в портовые комплексы, при цунами подвергаются большим разрушениям и повреждениям; иногда уничтожаются полностью. Запроектированные и построенные по всем правилам сейсмостойкости береговые здания переносят землетрясения, но не выдерживают силового воздействия водного потока, движущегося с большой скоростью.
Их не проектируют на противодействие водному потоку, даже не учитывают статическое взвешивание водой в условиях спокойного затопления, поэтому они разрушаются. Естественно, новое строительство в местах затопления размещать не следует. Речь может идти об оценке цунамистойкости зданий в условиях плавного затопления суши при малой скорости водного потока.
Разрушающая способность водного потока на берегу огромна как при движении в сторону суши, так и при скатывании обратно в океан. Водяной вал оказывает на сооружения горизонтальные гидродинамическое и гидростатическое давления. Одно только размывающее действие потока может принести значительные убытки. Существенно способствует разрушению взвешивающее воздействие воды, когда, кроме значительного статического (архимедового) взвешивания, действует еще и гидродинамическое.
Здания железобетонные и со стальным каркасом лучше зданий других типов переносят затопление и получают значительно меньше повреждений. Большое внимание должно уделяться конструкции затапливаемой части строений. Достаточно цунамистойкими являются здания, возвышающиеся над поверхностью грунта на высоких свайных (или из колонн) основаниях. Тогда водный поток частично или полностью проходит под зданием, не создавая значительного напора на него.
Деревянные здания наименее стойки к цунами вследствие, в основном, избыточной плавучести дерева. При одном только статическом взвешивании возможно всплывание деревянных срубов или каркасов. По японскому опыту, деревянные одноэтажные не закрепленные специально на фундаментах дома при глубине затопления 1,3 м всплывают, а при глубине 1,5-2 м - разрушаются. Водный поток обычно полностью уносит обломки деревянных домов, иногда срывает с фундаментов целые каркасы домов и переносит их на большие расстояния. Для усиления цунамистойкости необходимо, чтобы остов (сруб, каркас) деревянного здания представлял собой единую прочную конструкцию и был скреплен с фундаментом. Последний желательно делать высоким для подъема деревянной части дома над уровнем предполагаемого затопления.
Очевидно, что жилые дома в цунамиопасных районах следует строить на площадях, не подвергающихся действию волн цунами. Однако технологические нужды нередко требуют строительства производственных и жилых зданий в таких местах, где воздействие цунами не исключено. Многие города и поселки расположены в цунамиопасных зонах. Постепенную перестройку старых зданий, а также планировку новой застройки следует вести с учетом возможного воздействия цунами.
По проектам жилищное строительство отводится в глубь территории, а прибрежные цунамиопасные площади могут отводится под зоны отдыха (парки), под временные здания и сооружения для размещения небольших производств, автотранспорта и другой техники. Считается, что объекты па прибрежных площадях должны служить также своего рода преградами, снижающими эффект воздействия волн на расположенные далее на берегу жилые массивы. Целесообразно железобетонные и металлические здания располагать перед деревянными со стороны моря (с целью защиты последних) длинной стороной вдоль направления движения водного потока: тогда силовое лобовое воздействие потока будет определяться меньшей по площади торцевой частью здания.
Наряду с рассмотренными выше для защиты от цунами могут применяться и другие мероприятия. Леса на участках побережий при интенсивных цунами могут быть уничтожены целиком. При этом образуются завалы из сломанных и вырванных с корнями деревьев. Волны могут ломать у основания деревья со стволами диаметром более 30 см. Дрейфующие в водных потоках стволы деревьев производят таранящее действие на сооружения, усиливая разрушения.
Несмотря на то, что лесонасаждения подвергаются механическому и химическому воздействиям и часто занимают ценные площади у уреза воды, нередко практикуются лесные и кустарниковые посадки и посевы трав на подверженных цунами берегах. Противоцунамные лесонасаждения в виде полосы вдоль линии уреза воды имеют следующие назначения:
частичное рассеивание энергии волн, а следовательно, смягчение их разрушающего действия;
уменьшение ширины полосы затопления и скорости водных потоков;
задержка плавающих предметов (бревен, малых судов, обломков сооружений), которые таранящими ударами интенсифицируют разрушения;
защита деятельного слоя грунта от размывов (лучше противостоят потокам воды кустарниковые насаждения и травяной покров с глубокими корнями);
снижение солевого загрязнения полей.
Лесонасаждения более эффективны при небольших высотах волн и малых скоростях водного потока на берегу, то есть когда сами лесопосадки не разрушаются. Считается также, что совместное применение лесонасаждений и защитных морских стен является реальным эффективным мероприятием для защиты от цунами.
При угрозе цунами судам, стоящим у причалов или на рейде, в портах и бухтах, а также находящимся в прибрежной зоне, рекомендуется немедленно уходить в открытое море за 50-метровую изобату перпендикулярно линии уреза воды или фронтам волн, если последние появились. При зафиксированном в прибрежной зоне моретрясении суда также должны уходить в море, так как один и тот же сейсмический источник может порождать одновременно моретрясение и цунами.
Суда, находящиеся в прибрежной зоне, портах, бухтах и т. п., вследствие отступления воды (до воздействия первой волны), могут ударяться о дно и рифы, получая значительные повреждения. Недопустима во время цунами стоянка судов у причалов во избежание их разрушения: суда могут срываться со швартовов, сталкиваться между собой и с причалами, срывать верхние строения причалов, могут быть выброшены на берег.
Причинами пожаров при землетрясениях и цунами являются: замыкание в электрических сетях и устройствах; повреждение систем отопления (котельных установок, печей, нагревательных приборов), нарушение нормальной работы тепловых установок, двигателей и т. п. Сильные пожары со взрывами возможны при наличии на территории порта складов жидкого топлива. Иногда горящие нефтепродукты стекают на акваторию, где также продолжается горение.
Среди противопожарных мероприятий, применяемых в сейсмических и цунамиопасных районах, можно отметить следующие:
размещение складов жидкого, газообразного и твердого топлива, нефтеперерабатывающих предприятий вне грузовых районов порта и городской застройки;
строительство отдельных топливных гаваней, выдача жидкого топлива судам на рейде с помощью подводных трубопроводов к рейдовым причалам или раздаточным колонкам;
неплотная застройка площади зданиями (использование промежутков между ними для размещения парковых зон, бульваров, дорог и подъездов к зданиям);
устройство пожарных систем водоснабжения, специальных бассейнов для воды и т. п.
В общей системе противоцунамных мероприятий большое значение имеет подготовка населения прибрежных районов к действию по тревоге. Жители должны знать природу цунами, характер воздействия волн на берега, естественные признаки цунами и свои действия защитного характера при угрозе воздействия волн.
4.3.2. Берегозащитные морские инженерные сооружения
Важным мероприятием, направленным на уменьшение разрушений от цунами, является строительство специальных берегозащитных инженерных сооружений типа стен, валов, дамб, располагаемых вдоль береговой линии и значительно возвышающихся над территорией берега. Такие инженерные сооружения защищают не только берега от разрушений (то есть являются берегоукрепительными), но и располагаемые на берегах постройки, так как ограничивают проникновение водных потоков.
В зарубежной литературе по отношению к такого рода цунамизащитным сооружениям часто употребляется термин «морские стены» (sea wall), имея в виду то, что такие инженерные сооружения защищают берега от воздействия моря. Употребителен и термин «береговые стены, валы» и т. п., передающий назначение сооружения для защиты берегов (подобно принятому у нас термину «берегоукрепительные сооружения» - для защиты берегов от обычного ветрового волнения). Часто береговые стены возводят на берегу на удалении от линии уреза воды, хотя они и предназначены для защиты от волн. Исходя из сказанного, возможно употребление любого термина; возможно, лучше - берегозащитные морские стены.
Простейшим видом берегозащитных морских стен является земляной вал, располагаемый непосредственно у уреза воды или на берегу на некотором удалении от береговой линии. По морскому откосу вала обычно устраивают каменное мощение, а на береговом откосе сажают деревья. По верхней части вала нередко прокладывают железнодорожный или автодорожный путь, так что вал является одновременно и дорожной насыпью. Очевидно, что сопротивляемость земляного вала действию цунами определяется в первую очередь размерами его поперечного сечения, то есть шириной основания (базой), высотой, крутизной откосов. Важное значение имеет защита откосов от размывов.
Практический интерес представляют мероприятия по защите от цунами японского города Иосихама. Здесь после разрушительного цунами 15 июня 1896 г. был возведен земляной вал длиной 420 м. В поперечном сечении земляной вал представлял собой трапецию с базой 9,8 м, шириной поверху 2,72, высотой 1,8-5,5 м. Морской откос с уклоном 1:3 был вымощен слоем камня, на береговом откосе были посажены деревья. Схемы берегозащитных морских стен в Иосихама приведены на рис.4.9.
Рис. 8.9. Берегозащитные морские стены в Иосихама:
а - ступенчатые, б – наклонные гладкие.
Известно, что вдоль берега моря, реки делаются лесонасаждения и возведится цунамизащитная стена (см. рис. 4.9, а), ядром которой является земляной вал. С морской стороны стены сделаны бетонная или слабоармированная железобетонная облицовка и каменная призма, на верхней поверхности - двойное каменное мощение, а тыловой откос укреплен только внизу слоем бетона и камня. По другому варианту (см. рис.4.9, б) морская грань цунамизащитной стены облицована бетоном или слабоармированным железобетоном, а верховая и тыловая грани имеют двойное каменное мощение. В упорные конструкции, поддерживающие облицовку морского и тылового откосов, входят по одной стенке из железобетонных свай длиной по 2 м. Кроме того, упор морского откоса включает стальные сваи длиной по 4 м. В устьевой части реки запроектирован затвор, который должен перекрывать живое сечение при угрозе воздействия цунами. Для срабатывания затвора при местных цунами с малым промежутком времени пробега волн от источника требуется оперативная работа службы предупреждения о цунами, а конструкция затвора должна обеспечивать его быстрое закрытие в случае необходимости.
Некоторые варианты конструкций цунамизащитных стен-валов приведены на рис. 4.10.
Рис. 4.10. Берегозащитные морские стены с бетонной или слабоармированной железобетонной облицовкой морских граней и каменным мощением на тыловых поверхностях
Стена, устроенная по схеме а, представляет собой дальнейшее усовершенствование конструкции рассмотренной ранее стены (см. рис. 4.10, а). Здесь полностью защищены все наружные поверхности, по-другому решены упорные конструкции, поддерживающие облицовки морской и тыловой поверхностей, видоизменена каменная призма. Особенностью стены, устроенной по схеме б (см. рис. 4.10 б), является применение для обделки морской стороны отдельных бетонных или слабоармированных блоков-плит.
Для цунамизащиты берегов возможно также строительство двух конструктивно не связанных между собой стен, схема которых показана на рис. 4.11.
Рис.4.11. Две раздельные берегозащитные морские стены
Нижняя стена из каменной кладки с бетонным верхом представляет собой подпорную конструкцию, возвышающуюся только до отметки территории. Далее на некотором удалении от линии уреза воды возвышается над поверхностью территории другая стена из монолитного бетона, которая, с одной стороны, препятствует движению водяного вала на берег, а с другой - задерживает влекомые обратным потоком с берега обломки от разрушенных зданий.
Нередко в конструкции цунамизащитной стены в качестве основного элемента используются массивы-гиганты, покоящиеся на каменной постели и имеющие развитую в высоту слабоармированную бетонную надстройку. Пример такого технического решения приведен на рис. 4.12.
Рис. 4.12. Берегозащитная морская стена с использованием массивов-гигантов
Слабые грунты в основании в этом случае замененяются на песчаную подушку. С морской стороны у массивов-гигантов устраивается каменная призма, откос которой защищен наброской фасонных блоков массой по 25 т. Далее на значительной ширине откоса выполняется защита дна от размыва. Таким образом, волны взаимодействуют как бы с оградительным сооружением откосного профиля из наброски камня и фигурных массивов. При взаимодействии с откосом из фасонных блоков гасится волновая энергия, вследствие чего уменьшается высота наката волн на откос, а следовательно, и высота цунамизащитной стены в целом. Поврежденные откосы из наброски блоков и камня легко восстанавливать путем их доброски.
Считается, что применение берегозащитных морских стен вертикального типа не всегда рационально по экономическим соображениям, так как для полного исключения затопляемости берега необходимы стены большой высоты. Особенно нерационально строительство стен вертикального типа при значительной глубине у линии уреза воды. Высота стен в таких случаях должна быть не менее двойной высоты волн (исходя из возможности образования стоячих волн), соответственно этому поперечные сечения стен существенно увеличиваются.
Рекомендуется с морской стороны берегозащитных сооружений устраивать каменную призму с покрытием внешнего откоса фасонными блоками для гашения волновой энергии потока. Такие сооружения показали свою достаточную эффективность по защите берегов от волн при цунами, тайфунах, штормах. В зависимости от параметров приходящих волн, глубин на подходах к берегу и у откоса берегозащитного сооружения, волны могут разрушаться на некотором расстоянии от откоса наброски, в створе начального участка у основания наброски или, наконец, на откосе.
Схема берегозащитной стены с использованием каменной призмы показана на рис. 4.13.
Рис. 4.13. Берегозащитные стены с использованием каменной призмы
Такие берегозащитные стены возводятся обычно с целью защиты расположенных на берегу объектов от наводнений, в первую очередь от ураганов. Основным конструктивным элементом сооружения, показанного на рис. 4.13, а, является небольшой по высоте массив-гигант, заполненный песком и имеющий тяжелую надстройку. В сооружении, представленном на рис. 4.13, б, роль основных конструктивных элементов выполняют бетонируемые на месте бетонные и железобетонные большеразмерные блоки. Впереди устроены откосные части сооружений в виде каменных набросок, покрытых двумя слоями тетраподов массой по 12,5 т. Между парапетами сооружения и расположенными в глубине берега подпорными стенами находятся водоотводные зоны (каналы) шириной 20 м. С тыльной стороны подпорных стен используемая территория берега поднята до отметки +5,0 м. Как показали опытные исследования на моделях этих сооружений, волны высотой 5 м и периодом 9 с разрушаются на откосах, а волны с большими высотой и периодом - в створах ближе к основанию откосов.
Волногасящая способность цунамизащитных сооружений зависит от их высоты, которая, в свою очередь, обусловлена наибольшей возможной высотой волн цунами в пунктах побережья. Практически весьма условно или невозможно прогнозирование высоты волн в многочисленных местах побережья. Естественно, строительство сооружений большой высоты, при которых полностью исключается проникновение водных потоков на берег, связано со значительными экономическими затратами. Обычно сооружения проектируют такой высоты, чтобы обеспечивалась полная защита берега при некоторой «умеренной» высоте волн. В исключительных же случаях цунамизащитные сооружения только ограничивают проникновение водных потоков на берег, а при разрушительных цунами они сами могут быть разрушены и повреждены, однако все же ослабляют энергию потока, снижая его разрушительную способность на берегу. Целесообразно строить берегозащитные морские стены высотой до 10 м; превышение этой высоты нерационально с экономической и технической точек зрения.
Цунамизащитные сооружения должны быть устойчивыми и прочными, хорошо сопротивляться статическому и динамическому действиям водных потоков, в том числе при переливах через верх сооружений. Поэтому морская, тыловая и верхняя поверхности сооружений должны иметь прочные неразмываемые покрытия.
Земляной вал может быть эффективным только при значительных размерах его поперечного сечения. Необходимо укрепление как морского, так и берегового откосов, применение не менее двух слоев каменного мощения откосов, а также каменных набросок с покрытием откосов массивами, в том числе фасонными (тетраподами, трибарами и т. п.).
Стены из монолитного бетона и каменной кладки являются эффективными берегозащитными сооружениями, устойчивыми при достаточно развитых поперечных сечениях. Разрушения и повреждения массивных стенок (опрокидывание, сдвиг, трещины, осадка) часто обусловливаются размывами грунта в основании и за стенками.
Под наводнением понимают значительное затопление местности водой в результате подъема уровня воды в реке, озере, водохранилище и море и их разлива выше обычного горизонта, что причиняет материальный ущерб, наносит урон здоровью населения ил проводит к гибели людей.
Превентивные меры при угрозе затоплений населенных пунктов и территорий.
Меры защиты от наводнений подразделяются на оперативные(срочные) и технические(предупредительные).
Оперативные меры не решают в целом проблемы защиты от наводнений и должны осуществляться в комплексе с техническими мерами.
Технические меры включают заблаговременное проектирование и строительство специальных сооружений. К ним относятся:
регулирование стоков в русле реки;
отвод паводковых вод;
регулирование поверхностного стока на водосбросах;
обвалование;
спрямление русел рек и дноуглубление;
строительство берегозащитных сооружений;
подсыпка застраиваемой территории;
ограничение строительства в зонах возможных затоплений и др.
Выбор способов защиты зависит от ряда факторов: гидравлического режима водотока, рельефа местности, инженерно-геологических и гидрогеологических условий, наличия инженерных сооружений в русле и на пойме, расположение объектов экономики, подвергающихся затоплению.
Основными направлениями действий органов исполнительной
власти при угрозе затопления являются:
анализ обстановки, выявление источников и возможных сроков затопления;
прогнозирование видов(типов), сроков и масштабов возможного затопления;
планирование и подготовка комплекса типовых мероприятий по предупреждению затоплений;
планирование и подготовка к проведению аварийно-спасательных работ в зонах возможного затопления.
Цунами.
Цунами – длинные морские волны, которые могут возникать в результате подводных землетрясений, а также вулканических извержений или оползней на морском дне. Цунами возможны и при обрушении берегов.
Мероприятия по уменьшению последствий цунами.
Сочетание прогнозирования, заблаговременных административных и защитных мероприятий ведет к резкому снижению человеческих жертв и материального ущерба от последствий цунами.
В затопляемой зоне запрещается новое строительство, не вызванное производственной необходимостью, а также производится постепенный перенос в безопасные места существующих зданий и сооружений.
Для защиты от цунами бухт и устьев рек в них строят волноломы, а на берегу дамбы и другие защитные сооружения. Посадка по побережью лесозащитных полос является эффективным средством борьбы с цунами.
Единственным средством защиты населения от цунами является эвакуация из прибрежной и возможно затопляемой зон. Поэтому население должно знать сигналы оповещения, признаки предупреждения о цунами, а также маршруты эвакуации. Необходимо оставаться в безопасном месте до получения сигнала отбоя опасности цунами.
Так как цунами могут сопровождаться сильным наводнением, необходимо соблюдать меры защиты, характерные для обычного наводнения.
Заключение:
Безопасность человека и среды его обитания становится важнейшей характеристикой качества жизни и состояния экономики. Первостепенное значение приобретает необходимость изучения риска для человека и общества со стороны экономических и социальных структур и путей его предотвращения, а также соблюдение прав человека на безопасные условия проживания.
Список используемой литературы:
Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий. Кн. 1 /Под ред. Е.Е. Кочеткова и др. М., 1995.
Ликвидация последствий аварий и стихийных бедствии. М., 1979г. Михно Е.П.
Чрезвычайные ситуации природного характера и защита от них. Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений._ М., Издательство ВЛАДОС-ПРЕСС. Баринов А.В.
Правила поведения при цунами необходимо знать всем, кто живет в местности, где может произойти это стихийное явление. Всегда стоит помнить, что оно чревато самыми разрушительными последствиями.
Что такое цунами?
Главное, нужно помнить, что если вы будете следовать правилам поведения при цунами, то сохраните жизнь себе и своим близким.
Ведь это глобальное Оно представляет собой волны огромной высоты, которые появляются из-за мощного подводного землетрясения. Обычно это происходит во время изменения рельефа дна. Оно действует на воду как огромный поршень, который поднимает и опускает большие массы воды. Разбегаясь в стороны, они и образуют разрушительные волны.
Иногда существуют другие Например, оно может появиться из-за извержения островных, реже подводных вулканов, а также при одномоментном обрушении в воду больших масс земных пород. Такое происходит при подводных оползнях.
Распространение
Правила при цунами необходимо всем хорошо помнить, потому что это стихийное бедствие распространяется очень быстро. В открытом океане скорость волны цунами может достигнуть тысячи километров. Но там они не так опасны, как на побережье, потому что более пологие.
Расстояние между гребнями может составлять от ста до трехсот километров. А высота от подошвы до вершины всего несколько метров. Поэтому цунами практически никогда не составляет опасности для кораблей и судов. Знать правила поведения при цунами следует, в первую очередь, жителям побережья.
Стихия надвигается
При приближении к берегу скорость волн резко падает, примерно до нескольких десятков километров в час. А вот высота, наоборот, увеличивается. На мелководье высота цунами может увеличиваться до сорока метров. Особенно оно опасно возле крутых берегов, а также в клинообразных бухтах, возле мысов выдающихся далеко в океан.
Также цунами может проникнуть вглубь материка, передвигаясь по долинам рек. В их руслах образуется явление бора. Так называют высокий водяной вал, который перемещается против течения. Наименее опасными для воздействия цунами являются районы побережья с закрытыми бухтами.
Где происходят цунами?
Сейчас доподлинно известно, что правила поведения при цунами наиболее актуальны для жителей тихоокеанского побережья. Ведь именно в этом океане происходит около 80 % мощнейших землетрясений. Поэтому наиболее подверженным воздействию этой стихии считается побережье и Камчатки. Здесь большинство жителей четко знают правила поведения при угрозе цунами. Даже если вы не живете в этих местах, их нужно помнить, если отправитесь путешествовать по восточному побережью России.
Неподалеку от этих мест существует цунамигенная зона, откуда приходят самые мощные волны. Она расположена в Алеутском и Курило-Камчатском желобах. До наших дней сохранились сведения о цунами на Камчатке, которые произошли в 1737 году.
Система оповещения
Когда становится известно, что в акватории Тихого океана произошло землетрясение, всем службам предупреждения цунами соответствующую информацию передает Тихоокеанский центр. Становится сразу известно о координатах и силе землетрясения, а также вероятности цунами и его предполагаемой силе.
Первыми о приближающихся цунами узнают на станциях наблюдения за уровнем моря. Они располагаются в непосредственной близости от эпицентра землетрясения. Когда поступает подтверждение об образовании волн аномальной высоты, то жители районов, которые они могут затронуть, получают предупреждение, все оперативные службы приводятся в состояние боевой готовности. В эти минуты особенно важно знать по пунктам правила поведения при цунами.
Когда становится очевидным, что существует реальная угроза распространению высоких волн, объявляется тревога. Соответствующие сообщения получают все оперативные службы. В Камчатском крае это происходит с помощью особой системы "ОКСИОН". Эта современная система работает в четырнадцати самых подверженных цунами населенных пунктах на Камчатке. Оперативные службы незамедлительно доводят информацию до населения. Для этого существует в частности, радиотрансляционные точки, сирены, по громкоговорителям перечисляют кратко, по пунктам правила поведения при цунами.
Угрозы цунами
Важно не только ориентироваться на сообщения оперативных спасательных служб, но и самому знать о признаках, которые могут указывать на приближение этой стихии.
Реальная угроза цунами существует, когда происходит мощное землетрясение (не менее 6 баллов). Определить его несложно. Колебание земной поверхности настолько сильное, что человеку сложно ходить, шатаются здания, в квартирах раскачиваются подвесные светильники, посуда выпадает из шкафов и разбивается, с полок валятся предметы, даже мощная мебель может передвигаться по дому или офису. Такие сильные колебания должны продолжаться не менее 20 секунд.
Еще одним признаком приближающегося цунами считается внезапный отход воды от берега на значительное расстояние. При этом обнажается дно. Помните, чем дальше отступило море, тем выше и сильнее могут быть волны цунами. Также стоит потревожиться, если уровень моря слишком низкий в прилив и слишком высокий во время отлива, лед начинает по необычному дрейфовать, в припае образуются трещины, плавающие предметы передвигаются по аномальной траектории. К тому же стоит обратить внимание на образование течений, взбросы у кромок неподвижного льда и рифов.
Как подготовиться к цунами?
Для того чтобы цунами не застало вас врасплох, необходимо всегда иметь под рукой в легкодоступном месте предметы, необходимые на случай экстренной эвакуации. Это спички, небольшое количество еды, фонарик, документы, запасная одежда. Все это должно быть уложено в надежный рюкзак или непромокаемый мешок.
Также всегда нужно оценивать, какими путями и способами вы сможете быстрее всего добраться до безопасного места.
Действия при цунами
Следует соблюдать правила поведения во время цунами, чтобы не пострадать. В прибрежных населенных пунктах, получив сигнал тревоги, следует сразу выйти из домов и офисов. Покидать помещения необходимо согласно плану об эвакуации.
Если вы оказались в зоне слышимости предупреждения или в труднодоступных районах, то следует помнить, что цунами может достичь берега уже через 10-20 минут после начала землетрясения. Это время, которое у вас есть, чтобы принять необходимые меры защиты.
Нужно быстро уходить от побережья в глубину суши. Лучше всего на возвышенность, чтобы высота над уровнем моря составляла минимум 30-40 метров. Если вы находитесь в замкнутой бухте, то высота может ограничиться пятью метрами. От берега следует уходить по склонам, а не по долинам рек.
Если в округе нет никакой возвышенности, нужно отойти от берега хотя бы на два-три километра. Если после землетрясения прошло два часа, а волны на берег так и не обрушились, скорее всего, угроза цунами прошла. Но лучше все же дождаться сигнала отбоя тревоги, если в вашем районе есть система оповещения.
Если волна цунами достигла берега, на побережье следует возвращаться не ранее чем через три часа. Ведь после первой волны чаще всего следует еще несколько.
Суда, которые находятся в прибрежных водах, должны уйти в открытый океан, держа курс перпендикулярно линии берега.
На основании всех описаний цунами можно сделать следующее заключение. При цунами перед приходом главной волны наблюдается сильный отлив или берега затопляются меньшей волной. Не ранее чем через 20 минут, либо с еще большим интервалом на побережье обрушивается главная волна, которая надвигается, словно водяная стена. Там, где она входит в заливы ее высота еще более возрастает. Такая волна может быть единственной или за ней приходят следующие волны. Такая волна забрасывает на значительные расстояния от берега самые тяжелые предметы, разрушает скалы, сносит жилища, а иногда и бетонные основания маяков. К этому добавляется воздействие воздушной волны – сжатого воздуха, который водная масса забивает в полости и трещины.
Предотвратить цунами не представляется возможным. Только постоянный и качественный мониторинг природных явлений, являющихся источниками цунами, сможет обеспечить прогноз и предупреждение и осуществить защиту населения и территорий от поражающего воздействия цунами. Основным методом предсказания цунами является сейсмический, основанный на существовании разницы между скоростью распространения сейсмических волн в земной коре и скоростью распространения в океане волн цунами
По многочисленным наблюдениям в 95% случаев цунами возникают вследствие сильных подводных землетрясений. Сам факт регистрации подобного землетрясения уже несет информацию о возможности цунами. Более детальная обработка сейсмических данных о землетрясении позволяет определить координаты его эпицентра и магнитуду, а также возможность цунами с опасной высотой волны.
Скорости распространения сейсмических волн в твердом теле Земли и цунами на акватории океана отличаются на несколько порядков. Сейсмические волны достигают побережья в 50-80 раз быстрее, чем волны цунами. Поэтому между началом регистрации землетрясения береговой сейсмической станцией и приходом к берегу всегда есть пауза, длительность которой зависит от расстояния между эпицентром землетрясения и конкретным участком побережья. Для российского побережья Тихого океана эта пауза лежит в пределах от нескольких минут до суток. Ее наличие позволяет службе оповещения заблаговременно передать предупреждение в населенные пункты о надвигающейся опасности и осуществить мероприятия по предотвращению возможного ущерба от цунами на берегу и в море.
Для прогнозирования землетрясений в России создана сеть специальных систем сейсмического наблюдения, в том числе единая система сейсмологических наблюдений и прогноза землетрясений (ЕССНПЗ), мобильных средств наблюдения в районе ожидаемых землетрясений, космическая наблюдательная система за состоянием ионосферы и деформациями земной поверхности. В настоящее время не существует достаточно надежны методов предсказания землетрясений, поэтому предсказание сводится к расчету времени добегания волны цунами до различных пунктов побережья Приморского края.
Предварительной оценкой цунамигенности (возможности вызова цунами) землетрясения определяет Гидрометслужбы России – Центр цунами г. Южно-Сахалинска. Сейсмическая служба регистрирует землетрясение, определяет его параметры, цунамигенность и передает эту информацию оперативной службе Центра морской гидрометеорологии Приморского УГМС. Специалисты этой службы оповещают населения, организации и объекты, находящиеся в цунамиопасной зоне, и сообщают возможное время добегания волны до пунктов побережья Приморья.
Под руководством США для защиты от цунами была создана Международная Служба предупреждения с центром в Гонолулу на Гавайских островах, при участии многих государств, в том числе и России. Там обрабатываются записи 31 сейсмической станции и данные 50 мареографических постов. Интервал времени от момента регистрации землетрясения до прихода волн к берегам Японии, Курил или Чили может быть коротким (15-20 мин.), поэтому предупреждение должно быть передано незамедлительно, а действия по защите начаты моментально. Ситуация облегчается, когда речь идет об удаленных эпицентрах и цунами, которые обегают океан. В этом случае на предупреждение и эвакуацию остается несколько часов (на противоположной стороне Тихого океана до 20 часов).
Одной из причин тяжелых последствий цунами в Юго-Восточной Азии в конце 2004 года является то, что страны этого региона не принимают участия в работе Международной Службы предупреждения от цунами и не смогли обеспечить своевременное оповещение населения о надвигающейся катастрофе.
Стало известно, что землетрясение у Западной Суматры было зафиксировано учеными за час до того, как первая волна обрушилась на побережье. Однако страны региона Юго-Восточной Азии не сочли нужным тратиться на систему оповещения. Дело в том, что для стран этого региона – внушительная статья дохода. Правительства предупреждали сейсмологов, чтобы те поменьше озвучивали сообщений о возможных стихийных бедствиях, чтобы не отпугивать туристов.
Природная катастрофа в Азии – не самая крупная в истории по масштабу. Но ее стоимость может побить все рекорды. Это мнение руководства ООН. Ян Эгеланд, заместитель генерального секретаря ООН: «В пострадавшем регионе живет больше людей, когда бы то ни было. На восстановление уйдут миллиарды долларов. Ущерб, который понесли и без того нуждающиеся общины, и вовсе неизмерим».
Основные меры по защите населения от цунами изложены в Памятке для населения, разработанной территориальным Главным управлением МЧС России по Приморскому краю.
«Для населения цунамиопасных районов первым признаком, указывающим на приближение цунами, является землетрясение. Перед приходом волны цунами можно увидеть целый ряд необычных признаков: быстрый дрейф льда, внезапное потрескивание припая, дрожание моря, помутнение воды в штилевую погоду, выбросы воды у кромок льда и рифов при штилевой погоде, образование толчеи, заметное понижение уровня воды в колодцах или их пересыхание. Нередко при приближении первой волны происходит осушка берега – быстрый и сильный отлив, при котором обнажается морское дно на десятки метров. Смолкает шум прибоя, наступает необычная тишина. Чем дальше отступает вода от берега, тем большей силы цунами следует ожидать.
При получении сигнала тревоги цунами следует помнить, что центр гидрометеорологического мониторинга Приморского УГМС не дает ложных тревог. Если на том участке побережья, где Вы живете, цунами не наблюдалось, это не значит, что оно не проявлялось в других пунктах побережья.
Никогда не следует выходить на пологий морской берег, чтобы полюбоваться на приближающуюся волну, иначе этот выход может стать последним в Вашей жизни.
Помните, что цунами – это не одна волна, а серия волн. Если после предупреждения о цунами Вы были эвакуированы в безопасный район, оставайтесь там до тех пор, пока не пройдет вся серия волн и Вы не получите информацию об отмене тревоги цунами. Раньше или позже цунами может проявиться в любом пункте Приморского побережья, поэтому любое предупреждение о цунами относится и к Вам.
Во время чрезвычайного положения, вызванного цунами, местные штабы цунами, отряды борьбы со стихийными бедствиями приложат все силы, чтобы спасти Вашу жизнь. Оказывайте им всяческое содействие».
Своевременное обучение всех групп населения действиям в условиях проявления цунами, прогнозирование и оповещение населения о возможном цунами, значительно сократит количество пострадавших и материальный ущерб при возникновении цунами.