CC BY
58
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ЗАЩИТЫ
ОТ СНЕЖНЫХ ЛАВИН
Ж.В. Ноготкова, старший инженер, ЦУКС МЧС России по Тамбовской области, г. Тамбов
А.С. Соловьев, д.т.н., доцент, Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж
Одна из главных задач современных горнолыжных курортов - проведение различных мероприятий для обеспечения безопасного катания приезжающих на отдых туристов горнолыжников и сноубордистов. Можно смело сказать, что в настоящее время на территории России есть только один единственный курорт, отвечающий всем требованиям по лавинной безопасности - это курорт «Роза Хутор» (Краснодарский край, Красная Поляна).
Все противолавинные мероприятия, можно условно разделить на две основные группы - активные (средства борьбы) и пассивные (средства защиты). Первая группа включает в себя: системы активного воздействия на снежный покров - Оагех, «аваланчеров» (пневматическая пушка) и комплекс - Ва1вуБе11. Пассивные (средства защиты) - это снегоудерживающие сети, лавиноотводящие дамбы и лавинорезы.
В 1989 году, после 15 лет испытаний и экспериментов в управлении сходом лавин, французская фирма T.A.S. (Альпийские Технологии Безопасности) создала и запатентовала систему Gazex, которая инициирует принудительный сход лавин, используя механизм активного воздействия на основе смеси кислорода и пропана. Такие установки используются по всему миру, как для защиты склонов горнолыжных курортов, так и для защиты дорог, туннелей и жилых комплексов [1]. В России, впервые, система Gazex была установлена в 2002 году на горнолыжном комплексе «Альпика-Сервис» (Краснодарский край, Красная Поляна), и с 2008 г. на курорте «Роза-Хутор».
Сама система состоит из двух частей:
- командный пункт управления, в котором располагаются резервуары с пропаном и кислородом, клапаны, электрические и электронные системы управления, устройство для приема радиосигналов, метеостанция, устройство по определению параметров снежного покрова. Одно укрытие может обслуживать до пяти установок активного воздействия;
- установка активного воздействия представляет собой металлические трубы, расположенные непосредственно в лавиносборах, к которым подведены газопроводящие трубы из резервуаров, находящиеся в командном пункте.
К началу зимы командный пункт управления загружается газовыми баллонами, вся система проверяется и подготавливается к работе. Работа системы запрограммирована. Оператор подает команду на запуск с помощью специального кода в компьютерной программе, открываются клапаны, установка активного воздействия заполняется газовой смесью и в определенный момент осуществляется автоматическое воспламенение. Происходит направленный взрыв газовой смеси, который инициирует сход лавины. Сигнал от сейсмодатчика на
экране компьютера подтверждает толчок и возможный сход снежной массы. При этом оператор может находиться на любом расстоянии от объекта и управлять несколькими такими установками. Вся система работает в течение сезона, в любое время, при любых погодных условиях, и обеспечивает сход лавин, задолго до того, как они наберут разрушительную силу и массу.
Но, к сожалению, установленные Gazex-ы не решают всех проблем, так как находятся в определенных лавиносборах и остается еще достаточно локальных лавиноопасных участков. Для решения этой задачи на курорте «Роза Хутор», планируется использование «аваланчеров» и системы - Ва1вуБе11 («колокол»).
Аваланчер (ауа1аип^ег) или пневматическая пушка способна забрасывать около килограмма взрывчатого вещества на расстояния до двух километров, она выступает альтернативой военной артиллерии для использования на коротких расстояниях [2]. Сегодняшние технологии позволяют добиться высокой точности и большой дальности работы аппарата.
Ба18уВе11 - это новейшая технология активного воздействия на лавины. Она дает возможность обработать самые труднодоступные лавинсборы или оказать воздействие на зоны, где необходимость принудительного спуска лавин вызывается определенными условиями. Система представляет собой металлический конус, закрепляемый обычным тросом к вертолету, в котором содержится все специальное оборудование [1]. Принцип работы DaisyBell состоит в дистанционном инициировании подрыва кислородно-водородной смеси, находящейся в металлическом конусе, на высоте 3-5 метров над снежной поверхностью, непосредственно из кабины вертолета при помощи беспроводного устройства.
Одним из надежных способов защиты от лавин является изменение пути их движения с целью отвода снеголавинного потока в сторону от защищаемого объекта или направление его по строго фиксированному руслу. Достигают этого строительством лавинорезов, отбойных дамб и направляющих стенок. Лавинорезы представляют собой клинообразные в плане конструкции, направленные острием против движения лавины. Их строят, чтобы разделить лавинный поток на две части и направить их в обход какого-то сооружения или участка. На «Роза Хутор» их устанавливают для защиты опор канатных дорог от воздействия снежных лавин.
Так же на территории курорта были построены три земляные лавиноотводящие дамбы, которые в течение зимнего сезона 2011-2012 отлично справились со своей задачей. Расположенные под углом к лавинному потоку, они изменяют направление движения лавины, уводя ее в сторону от защищаемых объектов.
Для удержания снега на склонах, в зонах зарождения лавин активно используются снегоудерживающие сетки. Они надежно удерживают снежные плиты и хорошо сопротивляются динамическим нагрузкам при образовании трещин в плите и ее подвижке, а так же затормаживают или полностью предотвращают сползание рыхлого сухого и мокрого снега.
Применение активных и пассивных методов защиты от снежных лавин в большинстве случаев основано на экспертных оценках. Использование
математического моделирования для оценки вероятности схода лавин и прогнозирования тяжести последствий позволяет оптимизировать противолавинные мероприятия. Существует несколько способов моделирования движения снежных масс. Для средних и небольших объемов наиболее информативным и адекватным является метод динамики сглаженных частиц (SPH метод) [3]. Метод SPH работает путем деления среды на дискретные элементы, называемые частицами. Эти частицы имеют пространственное расстояние (известное как «длина сглаживания»), на котором их свойства «сглаживаются» функцией ядра. Это значит, что любая физическая величина любой частицы может быть получена путем суммирования соответствующих величин всех частиц, которые находятся в пределах двух сглаженных длин.
В общих чертах, SPH используется для моделирования гидродинамических потоков, включая возможное влияние гравитации. Гидродинамика сглаженных частиц все более часто используется для моделирования движения сплошных сред. Это происходит из-за некоторых преимуществ метода SPH по сравнению с жидкостными или основанными на сетке методиками. Во-первых, SPH гарантирует сохранение массы без дополнительных вычислений, так как частицы сами по себе представляют массу. Во-вторых, SPH вычисляет давление от воздействия соседних частиц, также имеющих массу, а не решает систему линейных уравнений. Наконец, в отличие от основанных на сетке методик, которые должны прослеживать границы среды, SPH создает свободную поверхность для непосредственно двухфазных взаимодействующих сред, так как частицы представляют более плотную среду (в нашем случае снег), а свободное пространство представляет более легкую среду (обычно воздух). По этим причинам благодаря SPH возможно моделировать движение снежных масс в режиме реального времени.
Список использованной литературы
1. Florian R.-M., Sauermoser S., Mears A. The Technical Avalanche Protection Handbook. Wiley, 2014. - 420 p.
2. Отуотер М. Охотники за лавинами. М: Мир, 1972. - 269 с.
3. Потапов А.П. Численное моделирование высокоскоростных соударений деформируемых тел методом сглаженных частиц: Автореф. дисс. ... канд. физ.-мат. наук. Москва, 2009. - 24 с.
