Над Черным морем ежегодно и неоднократно формируются смерчи. За последние 5 лет над морем в 3-5 км от берега отмечалось 15 случаев с одним или несколькими смерчами, продолжительностью существования от нескольких минут до получаса.
Прогноз смерчей – это даже не методологическая проблема, а технологическая. Система мониторинга смерчей базируется на системе визуальных наблюдений сетью станций и постов, что практически позволяет определить только азимут перемещения смерча. На Черноморском побережье подготовку прогнозов о смерчевой опасности осуществляют Гидрометбюро Новороссийска. Специалистами накоплен значительный практический опыт, позволяющий прогнозировать условия, благоприятные для образования смерчей. Однако существующие подходы к прогнозу смерчей не позволяют определить время и место выхода их на сушу. Такой уровень прогнозирования смерчей не отвечает требованиям обеспечения гидрометеорологической безопасности населения и инфраструктуры города и порта Новороссийск. Оправдываемость штормовых предупреждений о смерчах составляет лишь 58%, а предупрежденность смерчей – 30-40 %. В связи с этим необходима разработка не только автоматизированной модели прогноза формирования микровихрей, в том числе смерчей, но и создание системы дистанционного мониторинга. Основными причинами недостаточной предупрежденности опасных явлений конвективного характера является дефицит исходной информации, а также недостаточность традиционных подходов для прогнозирования быстроразвивающихся локальных процессов. Повышение предупрежденности этих явлений может быть осуществимо в первую очередь путем развития систем инструментальных непрерывных (или учащенных) наблюдений за зонами активной конвекции, их перемещением и эволюцией. Детализация прогноза с указанием времени и места выхода смерча возможна только при наличии доплеровских локаторов.
По основным сведениям наблюдений за погодой и смерчами, в частности, оценивается сложившаяся обстановка и принимается решение, направленное на обеспечение безопасности объектов водного транспорта, которые могут стать потенциальными жертвами смерча и как следствие потенциальными источниками экологических катастроф [1].
К основным сведениям мониторинга смерчей относятся:
— наличие и количество в зоне катастрофического воздействия объектов водного транспорта, их состояние, местоположение и возможность оказания помощи в случае катастрофических воздействий;
— данные инженерного наблюдения в зоне катастрофического воздействия;
— метеорологическая обстановка в зоне катастрофического действия смерча и возможность ее изменения в ходе мониторинга;
— максимально допустимая длительность проведения спасательных работ для наиболее эффективной защиты объектов водного транспорта.
Для выработки эффективных и своевременных мероприятий по снижению вредного воздействия смерчей и других экстремальных природных явлений на морские терминалы необходимо обладать объективной качественной и количественной информацией о текущем состоянии окружающей среды и динамике его изменения. Такую информацию могут дать дистанционные методы контроля и особенно метод лазерного зондирования.
Мониторинг смерчей путем дистанционного лазерного зондирования дает возможность анализа и прогноза развития этих опасных явлений. Однако когда речь идет о морских терминалах, важен не только анализ и прогноз развития смерчей, но и их учет при эксплуатации. В связи с этим, встает вопрос о разработке рекомендаций по учету смерчей при эксплуатации морских терминалов, расположенных в смерчеопасных районах [2].
Смерчеопасность следует оценивать на основе данных о наличии предпосылок возникновения смерчей и об интенсивности выявленных их в районе расположения промышленного предприятия, определяемой с помощью лазерного зондирования. Выявленный смерч необходимо классифицировать по интенсивности, т.к. класс интенсивности определяет основные динамические параметры смерчевого вихря. Он устанавливается по F-шкале Фуджиты (таблица 1) на основе количественных и качественных описаний последствий прохождения смерча. [4].
На основании класса интенсивности определяются производные характеристики смерчей – таблица 2.
Таблица 1
Классификация интенсивности смерча по F-шкале Фуджиты
| Класс интенсивности смерча | Диапазон максимальных горизонтальных скоростей вращательного движения стенки смерча, м/с |
Характер разрушений |
| 0 | До 33 | Слабые повреждения. Некоторые повреждения труб и телевизионных антенн; сломанные ветки деревьев; поваленные деревья с неглубоко залегающими корнями. |
| 1 | 33-49 | Средние повреждения. Сорваны крыши; разбиты окна; перевернуты или передвинуты легкие автоприцепы; некоторые деревья вырваны с корнем или унесены; движущиеся автомобили снесены с дороги. |
| 2 | 50-69 | Значительные повреждения. Сорваны крыши каркасов домов (прочные вертикальные стены не разрушены); разрушены неустойчивые здания в сельских районах; разрушения жилые автоприцепы; крупные деревья вырваны с корнем или унесены; опрокинуты железнодорожные товарные вагоны; подняты в воздух легкие предметы; снесены автомобили с шоссе. |
| 3 | 70-92 | Серьезные повреждения. Сорваны крыши с каркасов домов и разрушена часть вертикальных стен; здания в сельской местности полностью разрушены; опрокинуты поезда; разорваны конструкции со стальной оболочкой типа ангаров или пакгаузов; автомобили отрывались от земли и подбрасывались в воздух; большинство деревьев в лесу вырваны с корнем, унесены или повалены на землю. |
| 4 | 93-116 | Опустошительные разрушения. Каркасы повалены на землю целиком, остались лишь груды обломков; стальные конструкции сильно разрушены, кора с деревьев содрана небольшими летящими обломками; автомобили или поезда отброшены на значительное расстояние; крупные летящие предметы в воздухе. |
| 5 | 117-140 | Потрясающие повреждения. Каркасы домов полностью сорваны с фундаментов; железобетонные конструкции сильно повреждены; в воздухе летящие предметы размером с автомобиль, могут возникать чрезвычайные явления. |
| 6 | 141-330 (до скорости звука) | Невообразимые разрушения. Если случится смерч с максимальной скоростью ветра, превышающей класс 6, то степень и тип повреждений трудно предположить. Ряд летящих предметов, таких, как холодильники, водонагреватели, цистерны и автомобили, могут нанести серьезные вторичные повреждения конструкциям. |
Таблица 2
Диапазоны изменения основных характеристик смерчей
| Класс интенсивности k | Максимальная горизонтальная скорость вращательного движения стенки смерча V, м/с | Поступательная скорость движения смерча U, м/с | Длина пути смерча L, км | Ширина пути смерча W, м | Перепад давления между периферией и центром воронки смерча Dp, ГПа |
| 0 | до 33 | до 8 | до 1,6 | до 16 | до 13 |
| 1 | 33 — 49 | 8 — 12 | 1,6 — 5 | 16 — 50 | 14 — 31 |
| 2 | 50 — 69 | 13 -17 | 5,1 -16 | 51 — 160 | 32 — 60 |
| 3 | 70 — 92 | 18 — 23 | 16,1 — 50,9 | 161 — 509 | 61 — 104 |
| 4 | 93 — 116 | 24 — 29 | 51 — 160 | 510 — 1609 | 105 — 166 |
| 5 | 117 — 140 | 30 — 35 | 161 — 507 | 1610- 5070 | 167 — 249 |
Далее определяется классификация по степени опасности. Предельные границы параметров, согласно которым осуществляется классификация по степени опасности:
I степень опасности – скорость ветра больше или равна 50 м/с; перепад давления больше или равен 3 кП; класс по шкале интенсивности соответствует F2 и выше; длина пути равна или более 5 км, а ширина пути равна или более 50 м.
II степень опасности – скорость ветра менее 50 м/с; перепад давления меньше 3 кПа; класс по шкале интенсивности соответствует F1; длина пути менее 5 км, а ширина пути менее 50 м.
III степень опасности – скорость ветра меньше 35 м/с; перепад давления равен или меньше 1 кПа; класс по шкале интенсивности соответствует F0 и меньше F0; длина пути равна или меньше 1,6 км, а ширина пути равна или меньше 16 м [3].
После оценки производных характеристик смерчей необходимо приступить к оценке безопасности территории нефтяного терминала.
При наличии параметров смерча следует выполнять оценку безопасности территории промышленного сооружения для оценки достаточности проектно-конструкторских решений и организационно-технических мероприятий на площадке промышленного сооружения.
При оценке смерчеопасности территории морского терминала следует учитывать:
– давление ветра, вызываемое прямым воздействием воздушного потока;
– давление, связанное с изменением поля атмосферного давления по мере прохождения смерча;
– ударные силы, вызываемые летящими предметами при прохождении смерча.
Максимальное расчетное значение ветрового давления при воздействии смерчей следует учитывать в виде векторной суммы максимальной горизонтальной скорости вращательного движения стенки смерча V и поступательной скорости движения смерча U. Определение ветрового давления при воздействии смерча проводится в соответствии с рекомендациями [6].
Для закрытых сооружений, где внутреннее давление остается равным атмосферному до прихода смерча, максимальное давление на сооружение в результате перепада давления при r = 0 становится равным.
Для полностью открытых сооружений нагрузка от перепада давления принимается равной нулю. Для сооружений с проемами избыточное давление, действующее на наружные стены, определяется с учетом перепада давлений во внутренних помещениях сооружений при прохождении смерча.
При анализе параметров смерчеопасности территории промышленного сооружения следует учитывать, начиная с 3 класса интенсивности смерча, предметы, переносимые смерчем, в соответствии с рекомендациями МАГАТЭ [5]:
– автомобиль массой 1800 кг;
– 200 мм бронебойный артиллерийский снаряд массой 125 кг;
– сплошная стальная сфера диаметром 2,5 см.
Площадь действия нагрузки принимается равной площади поперечного сечения предмета. Направление движения предмета при соударении с сооружением принимается наиболее неблагоприятным, т.е. перпендикулярным к наружной поверхности сооружения. Место соударения может быть произвольным, т.е. в любой точке на наружной поверхности сооружения.
В качестве ударной скорости при переносе смерчем предметов следует брать 35% максимальной горизонтальной скорости вращательного движения стенки смерча V .
Максимальная суммарная нагрузка от смерча оценивается как сумма максимальных воздействий от давления ветра и от удара летящего предмета и половины максимального воздействия от перепада атмосферного давления [6].
Для выработки эффективных и своевременных мероприятий по учету при строительстве и безопасной эксплуатации морских терминалов необходим постоянный мониторинг смерчей. Он должен включать в себя объективную качественную и количественную информацию о текущем состоянии окружающей среды и динамике ее изменения, которую могут дать дистанционные методы контроля и особенно метод лазерного зондирования.
Список литературы:
- Наливкин Д.В. Смерчи. – М.: Наука, 1984. – 112 с.
- Туркин В.А. Туркин А.В.. Шеманин В.Г. Экологический Мониторинг припортовых акваторий с использованием лазерной системы. – Транспортное образование и наука. Опыт, проблемы, перспективы // Труды Научно-практической конференции. – М: МИИТ, 2009. – С. 6 – 8.
- Гражданкин А.И., Лисанов М.В., Печеркин А.С., Сидоров В.И. Показатели и критерии опасности промышленных аварий//Безопасность труда в промышленности. – 2003. – N3. — С.30-32
- Переходцева Э.В. Объективный физико-статистический метод прогноза шквалов (20 м/с и более) на текущий день для европейской территории. Методические указания. – Москва, 1992.]. (Переходцева Э.В., Золин Л.В. Гидродинамико-cтатистический прогноз и экспертная система прогноза смерчей на Европейской территории России // Труды Гидрометцентра России. – 2008. – Вып. 342. – С. 45. – 54
- 50-SG-S11А. Учет экстремальных метеорологических явлений при выборе площадок АЭС (без учета тропических циклонов). Серия изданий по безопасности МАГАТЭ. № 50-SG-S11А. – Вена, 1983.
- Э. Симиу, Р. Сканлан. Воздействие ветра на здания и сооружения. М.: Стройиздат, 1984.[schema type=»book» name=»НЕОБХОДИМОСТЬ УЧЕТА СМЕРЧЕЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТЕРМИНАЛОВ НА ЧЕРНОМОРСКОМ ПОБЕРЕЖЬЕ» description=»В России вопросу гидрометеорологической безопасности придается исключительное значение. Можно взять любое направление в отрасли и увидеть, что везде большую роль играет климатический погодный фактор. Роль экстремальных природных явлений в оценке риска эксплуатации морских терминалов нельзя не учитывать, так как частота и последствия бедствий, вызываемых экстремальными природными явлениями, резко увеличились за последнее столетие. В то же время увеличивается и воздействие бедствий, вызываемых техногенными угрозами. Такие события могут нарушать социальное, экономическое и экологическое равновесие в обществе на разных его уровнях. Проблема безопасности эксплуатации морских терминалов сложна в силу ее различных аспектов, одним из которых является тот факт, что морские терминалы, расположенные в смерчеопасных районах, таких, как Сочи, Туапсе и Новороссийск, могут быть подвержены их разрушительному действию.» author=»Шацкова Юлия Владимировна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-03-04″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_27.06.2015_06(15)» ebook=»yes» ]