Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Метеорологические параметры гололедных нагрузок в горной зоне Уральского промышленного района

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Метеорологические параметры гололедных нагрузок в горной зоне Уральского промышленного района"

ЛБКШГРЛДСИЙ ПЩРОМЕТЕОРОЛОПИБСЮЙ ШаЛОТТ -

К а правах рукописи

НАУМОВ АЛЕКСАНДР ДЛ-ГГРИЕКН

УДК: 551.574.42 (471.50)

МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ГОЛОЛЕДНЫХ НАГРУЗОК В ГОРНОЙ ЗОНЕ УРАЛЬСКОГО ПРОМЬШЕННОГО РАЙОНА

Специальность П.ОО.ОЭ • метеорология, климатология, агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Ленинград 1991

Работа выполнена на кафедре метеорология Киргизского государственного университета

Научный руководитель - доктор географических наук,

профессор 0.А.Подрезов

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор Н.В.Кобышева

кандидат географических наук, доцент Ю.Р..Гуляев

Ведущая организация: Пермский государственный

университет им.А.".Горького

Защита диссертации состоится "_ и щи Я 1991 г.

в час. на заседании специализированного совета

Д.063.19.02 в Ленинградском гидрометеорологическом институте по адресу: 195195, г.Ленинград, К-Г96, Малоохтинский пр., д.98.

С диссертацией можно ознакомиться'в библиотеке Ленинградского гидрометеорологического института.

Автореферат разослан - 7 ■■ 19Э1 г.

Учений секретарь специализированного совета доктор физико-математических

паук, доцент А.С.Гаврилов

ОНЩЯ ХАРАКТЕРНО ТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Горная зона Уральского промышленного района (к этому региону условно отнесены предгорные и собственно горные области, занятые хребтами и возвышенностями и расположенные на территории Пермской, Свердловской, Челябинской областей и Башкирской АССР) в отношении гололедного режима до сих пор была недостаточно изучена. Одной из основных причин малоизученности гололедного режима рассматриваемой территории является недостаточность исходных данных наблюдений метеорологической сети, особенно в склоновой и гребневой зонах хребтов, а также сложность её рельефных и климатических условий, характеризующихся пестротой местных микроклиматических особенностей. Всё это создавало серьезные трудности при проектировании и эксплуатации здесь различного рода сооружений. В последнее время эта проблема приобрела особую актуальность в связи с интенсивным проектированием и строительством на исследуемой территории линий электропередачи различного класса напряжения, башен радиотрансляционных линий и.других сооружений.

Большая практическая потребность для строительного проектирования знаний нормативных параметров гололедных осадков в горной зоне Уральского промышленного района, которая до сих пор была недостаточно изучена, и определяет актуальность выбранного направления диссертационной работы.

Цели и задачи исследований. Целью диссертационной работы явилось изучение решала максимальных гололедных осадков на территории горной зоны Уральского промышленного района и проведение её" крупномасштабного районирования по значениям нормативных гололедных нагрузок для строительного проектирования и эксплуатации различного рода сооружений. Для этого необходимо было решить следующие основные задачи:

1. Провести гололедную съемку в неосвещенных наблюдениями метеостанций типах рельефа горной зоны и получить на основе их данных оценки нормативных гололедных нагрузок с различными периодами повторения.

2. Рассмотреть пути совершенствования методов измерения параметров больших гололедных осадков, характерных для горных районов, на основе сравнения различного рода гололедных установок и произвести выбор наиболее совершенных из них для оснащения постов гололедной съемки, с тем чтобы получить достоверные данные

о значениях отложений на проводах ВЯ.

3. Разработать типизацию, которая бы отражала закономерности территориального распределения параметров гололедных нагрузок и характеризовала особенности гололедного режима во всех типах оро1рафических условий, включая и неосвещенные данными наблюдений метеостанций.

4. Выполнить детальный климатический анализ режима гололедных отложений на рассматриваемой территории на основе данных метеостанций и цроведённой съемки. Мявить основные качественные и количественные закономерности режима метеорологических и климатических характеристик гололедных процессов в различных типах орографических условий.

5. Получить шсотные зависимости и фоноше оценки значений гололедных нагрузок для различных типов орографических условий.

6. Провести детальный анализ опыта эксплуатации воздушных линий электропередачи и связи и использовать полученные данные в качестве важной дополнительной информации.

7. Разработать региональную карту нормативных гололедных нагрузок горной зоны Уральского промышленного района в масштабе 1:500000 для практического использования в качестве' климатического норматива при проектировании, строительстве и эксплуатации линий электропередачи и других сооружений.

Методика исследований. В работе использовались современные методы статистической и климатической обработки и анализа исходного совокупного наблюдательного материала метеостанций и постов гололедной съемки, в том числе аппроксимация эмпирических распределений и расчет вероятностных значений с использованием системы кривых Пщ>сона и П предельного распределения, оценка однородностей экстремалей с помощью непараметрических критериев, корреляционно-регрессивные метода и т.д. Анализ материалов проводился в тесной взаимосвязи с макро-мезо-и микрорельефными услониями рассматриваемой территории. При этом широко использовались основные методические принципы климатического анализа режима гололедных явлений и сильных ветров для горных территорий, предложенные в работах О.А.Подрозова и хорошо зарекомендовавшие себя в практике. Одновременно ставилась задача дальнейшего совершенствования этих методов на основе применения их к конкретной горной стране.

Научная новизна исследований.

Автором вперше:

- разработана для такой специфичной горной страны, как Уральские горы, типизация территории применительно к режиму гололеда, которая может служить основой для районирования и по другим метеорологическим параметрам;

- получены значения нормативных гололедных нагрузок различной вероятности на основе прямых измерений на неосвещенных данными метеосети открытых склонах и в гребневоЛ зоне хребтов Уральских гор и найдены их высотные зависимости;

- получены вероятностные характеристики продолжительности и интенсивности обледенений для различных типов орографических условий и найдены их высотные зависимости;

- получены вероятностные значе1шя высоты нижней границы облачности при отрицательных температурах воздуха (уровень возможного скачка значений гололедных нагрузок) и рассмотрены особенности распределения этого показателя на исследуемой территории;

- получены вероятностные характеристики ветра при обледенениях и рассмотрены особенности его режима в различных типах орографических условий;

- разработана крупномасштабная региональная карга нормативных гололодных нагрузок для горной зоны Уральского цромншленного района.

Обоснованность выводов. Получешше в работе результаты базируются на использовании большого массива (свыше 36000) наблюдений за гололедно-изморозевыми отложениями на 73 метеостанциях Уральского промышленного района з основном за 25 летний и больший период инструментальных наблюдений, а также 320 фактических измерений параметров гололеда на 20 экспедиционных постах, расположенных в орографических условиях, где метеостанции отсутствуют. Использованы также материалы по аварийности М в предгорных и горных районах рассматриваемой территории за 25 летний период.

Практическое использование результатов работы. Разработанная региональная карта нормативных гололедных нагрузок одобрена на технических советах районных энергетических управлений Башкирэнерго, Че-лябэнерго, а также в институтах Энергосетьпроект и Сельэнерго-лроект (Уральские отделения), которые занимаются проектированием и эксплуатацией ВЛ на исследуемой территории. Карта утверждена по Минэнерго СССР в качестве регионального климатического

норматива для проектирования, строительства и эксплуатации ВЛ всех классов напряжения. Результаты исследований уже использованы при проектировании горной линии электропередачи 500 кВ Северная - БАЗ. Экономический эффект от внедрения проведенных научных исследований в проект и последующее строительство этой Ш составит 171 тыс.рублей (акт внедрения прилагается). Ожидаемый эффект от внедрения исследований и разработанной карты в проекты, строительство и эксплуатацию вновь вводимых линий составит около 250 тыс.рублей ежегодно (акты внедрения прилагаются) . Автором постоянно даются консультации по учету гололедных нагрузок на сложных участках трасс ВЛ и других сооружений специалистам институтов Эпергосетьпроект, Сельэнергопроект, Башкирского филиала Г1/0 "Ветроэи" и других организаций.

На защиту выносится: разработанная типизация горного Урала по режиму гололедных явлений, которая может служить основой для районирования рассматриваемой территории и по другим метеорологическим параметрам; климатическое обобщение метеорологических параметров гололедного режима для различных типов рельефных условий и их пространственное распределение; разработанная крупномасштабная региональная карта нормативных гололедных нагрузок для горной зоны Уральского промышленного района.

Апробация работы. Основные положения, и результаты работы докладывались автором на Всесоюзном совещании на ЩНХ СССР "Влияние климатических факторов на воздушные линии электропередачи" (г.Москва, 1983 г.); Всесоюзном совещании по горной метеорологии (г.Киев, 1985 г.); научно-методической конференции "Современные проблемы географии" (г.Пермь, 1985 г.); ХУ съезде Географического общества Киргизской ССР (г.Ош, 1985 г.); X Всоуральском совещании географов "Урал: география и развитие" (г.Пермь, 1989 г.); технических советах РЭУ Челябэнерго, Баикир-онерго, УО Сельэнергопроект и УО Энергосетьпроект (1987-1988 гг.); на научных семинарах кафедры метеорологии Киргизского университета (г.Фрунзе, I983-1988 гг.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы из 132 наименований и 20 приложений (отдельная книга). Текстовая часть изложена на ICD страницах машинописного текста с 39 таблицами и 26 рисунками.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Зо введении обосношвастся актуальность работы, сформулированы цели и задачи, а тают оценивается научная новизна исследований.

В первой главе дана краткая характеристика орографических условий рассматриваемой территории и ее освещенность данннми наблюдений сущзстцуицсй сети метеостанций. Показало, что склоны и гребневая зона хребтов, где отмечаются наибольшие значения гололедных отлоиетй, практически не освеценц наблюдениями метеостанций, а следовательно, многолетних данных опорной сети недостаточно для всестороннего изучения режима гололедно-изморо-зевых отложений и районирования исследуемой территории по нормативным гололодштм нагрузкой. Одним пз выходов (если не -едшгетвен-1ггег) пз положения является организация хотя бы временных наблюдений за гололедом (гололедная съемка) в этих орографических зонах. Такая гололедная съемка была проведена в точение 1982-85 годов под руководством л тгспосредствешли участием автора. В различных местах горного Урала на склонах п в гребневой зоно хребтог, било организовало: I стгащэаарпцЗ пост (юршша хребта Больно" Тпгч-каЗ - 1103 :;) с непрер::™!!:;! нойяэдениеи в течение 3 лот; 1С пке-пед;щиогагах постов с порподом наблпдетй от нескольких месяцев до полутора лет, а тетке 9 постов автономных регистраторов гололеда (ваого 20 постов). Все посты были оснащены разл;гчннпи модификациями гслэледограча Л.И.!."альцева, специально разработанного в Уралгпдромсто для этих работ. Ка стационарном посту тоже бил установлен опытный пролет с направлением проводов север-юг (40 м) и запад-восток (30 п).

В результате проведения гололедных съемок псяучены материалы наблюдений, которые значительно увеличили знания о режиме гололеда и позволили с достаточной для практического использования надежностью определить нормативные гололедные нагрузки на склонах и гребневой зоне хребтов промышленного Урала. Без этих данных решить вопрос о районировании горных районов промышленного Урала по нормативным гололедным нагрузкам было бы слсяно.

Рассмотрен вопрос о совершенствовании измерений параметров больших гололедных осадков (более 0,5-1,0 кг/и). Приводятся результаты сравнительных наблюдений на различных гслоледомерных установках: опытный пролет, отражающий условия обледенения реальных ВЛ, гололедограф Мальцева и типовой гололедный станок ГМС,которые

проводились в течение 1982-84 годов на стационарном посту (Тага-най гора). Сравнительные измерения были проведены при 39 гололедных процессах, при которых на опытном пролете наблюдались отложения массы от 0,3 до 86 кг/м. В табл.1 приведены точечные и интервальные оценки коэффициентов параболической корреляции 1-3 порядков между массами отложений на опытном пролете и гололедо-графе, пролете и типовом станке IMC.

Таблица I

Параметры корреляционных зависимостей и линейной регрессии _Парабоотческая ко^релждая____!_ _Линейная корреляция____

I ~п I!~ ~Гз ~!"-йнте£.~Г ~ "Г ~ af_ _Г " ~

Цролет - гололедограф 0,99 0,99 0,99 0,99-1,0 1,0 -0,04 0,28

Пролет - типовой станок IMG 0,27 0,41 0,48 незначимая корреляция

Они подтверждают ранее сделанные другими авторами выводы о непригодности станка ШС для измерения больших гололедных осадков (0,5-1 кг/м и более). В то же время внесение в гололедомер-ную установку элемента за1фучивания приемника гололеда, как это сделано в гололедографе Мальцева, обеспечивает хорощде сравнимость её дахных с массой отложений на реальных BJI. Одновременно таким путем решается задача об идентичности формы и размеров отложений, длительности фаз нарастания и сохранения осадка.

Рассматриваются статистические методы обработки и анализа исходных материалов наблюдений на ШС и постов гололедной съемки. Аппроксимация эмпирических распределений и оцределение вероятностных значений метеорологических параметров гололедных явлений проводились с использованием системы кривых Пирсона, П предельного распределения Фишера-Типпита и X типа кривых Пирсона. Шщ)око использовались корреляционно-регрессивные методы анализа и оценка однородности экстремалей с помощью непараметрических критериев Вилкоксона и Крускаля-Уоллиса.

Конечная задача исследований - районирование территории горных районов промышленного Урала по гололедным нагрузкам - наиболее эффективно может быть достигнута при оцределенном системном подходе к анализу весьма ограниченного количества исходных данных IMC и гололедных съемок. С этой целью разработана масштабная типизация горной территории Урала, одновременно учитывающая влияние макро-мезо-микрорельефных условий и высоты места на режим гололеда (рис.1, табл.2).

Таблица 2-

Оппсанпо орогротшесхкп: типов горнего Упала (обозначение: л/i - относительное превышение, л - пирвна, s - расстояние, вое в км)

Тип по рис.1 ! Списание типов к г.торфо;летричоскпе критерии

IZZíZZZIZZZZZZZZZZZCZZZZZZZZZZZZZZ

I-I-I Равниннт-'е участки ( лh4 С,1) I-I-2 Орографически незащищенные участки склонов и вер-пик холмообразных возвтасшгостеЛ ( 5 > 20д h)

1-1-3 Орографически зздецйшез угасает склонов " всрапп холмообразных возшпокностоЛ ( -S1^ .С Од Л )

I-I-4 Орографически незащищенные участки днищ, долин :i котловин ( Л > 20 дМ

I-I-5 Орографически защит,сютые участки днищ, долин и котловин ( Л 4 20дh)

Г-I-G Локальные участки предгорин - узкие участки днищ долин, направленно которых совпадает с преобладавшим направлением гслоледснесущсго поток". ( Л 4 2) I-2-I То жо, что и I-I-4 1-2-2 То но, что и I-I-5

1-2-3 Локальные участки - низкие холмообразные возвысен-цости б районе дншц ni;poi-:nx дегрессии (Ah 4 0,2)

I-3-I Орографически незащищенные участки склонов и гребневая зона С д/з < 0,15) 1-3-2, 2-3-2 Орографически защищенные участки склонов (д/i > 0,15)

1-3-3, Локальные участки - воршинообразные участки

2-3-3 гребновой зоны

1-4-I То же, что и I-3-I

1-4-2 То же, что и 1-3-2

1-4-3 То не, что и 1-3-3

2-I-I Предгорные участки Западнс-Сибпрскол низменности ( 0,1)

2-1-2 Предгорные участки Зауральского пенеплена (дА«0,1)

2-1-3 То не, что и I-I-2

2-1-4 То ;;-:е, что и I-I-3

2-1-5 То же, что и I-I-4

2-2-1 То же, что и I-2-I

2-2-2 Локальные участки днищ депрессий

2-3-1 То же, что и I-3-I

Продолжение таблицы 2

I

2

2-4-1 2-4-2 2-4-3

То же, что и I-4-1 То же, что и 1-4-2 То же, что и 1-4-3

Kaie видно из рис.1, всего выделено 28 типов. Однако первичные элементы типизации (тройная оцифровка) представлены всего пятью формами: I) равнинные участки предгорий; 2) днища межхрсс^-товых депрессий, к которым отнесены также долины и котловины предгорий; 3) орографически незащищенные участки склонов и гребневая зона возвышенностей и хребтов; 4) орографически защищенные участки склонов возвышенностей и хребтов; 5) локальныо участки с орографическим усилением интенсивности гололедных процессов.

Рассмотрение этих пяти форм в различных типах мезорельефа и макроположения и приводит к разработанной схеме масштабной типизации.

Термины: низкие и высокие хребты являются чисто условны.'.;;! н использованы с целью избежать путаницы при изложении результатов работы и их практическом применении. Низкие хребты - это возвышенности (кряжи, увалы и т.д.) с абсолютными высотами гребневой зоны до 750 м; высокие - системообразующие хребты осевой зоны Уральских гор с абсолютными высотами гребневой зоны свыше 750 м.

.Во второй главе дается подробная метеорологическая и климатическая характеристика гололедных явлений по выделенным типам мезорельефных условий. Приводятся статистические и вероятностные оценки таких параметров как: годовая частота, виды обледенений и их повторяемость, плотность гололедных осадков, суммарная годовая, непрерывная случал и стадии нарастания продолжительности обледенений, скорость и направление ветра при обледенениях.

Оценки некоторых режимных характеристик гололедных явлений для различных типов мезорельефных условий приведены в табл. 3. Нижние пределы в типах 1-Х, 1-2, 2-1, 2-2 соответствуют защищенным формам рельефа, а верхние - незащищенным. Верхние пределы типов 1-3 и 1-4 характеризуют вершинообразше участки гробновой зоны хребтов.

Высотные зависимости рассматриваемых характеристик гололед-пых явлений прослеживаются довольно четко, но только для одинаковых условий микрозащищенности с учетом мезорельефа и макроположения.

Таблица 3

Оценки некоторых характеристик гололедных явлений для различных типов мезорельефных условий горного Урала (- гололед, у,V - соответственно зернистая и кристаллическая изморози, в скобках приведены средние по типу значения, без скобок-диапазоны)

Тип мезорельефа

Годовая частота

!Преоб-!_ Пр^дащителы[ость обледенения,_схт±. _!_Скорость ветра 'Цреоблад.

! нения ! средняя — • ^-уао о . * ■ ■ , - 9п • ! ! ! ! ! лет !няя лет '

I. Западный склон

1-1. Предгорья 6-33(20)

1-2. Межхребтоше 3-28(13)

60

V, ~ 3-40(16) 8-78(35) 1-12(4) 2-28(12) 2-5(3) 11-24(16)

депрессии

1-3. Низкие хребты

1-4. Вгсокие хребты

2. Восточный склон 2-1. Предгорья 7-30(18)

2-2. Межхребтоше 9-14(12) депрессии

2-3. Низкие 13-16(14)

хребты

V, — 1-15(8) 4-37(20) 0,5-4(2) 1,5-13(7) 1-3(2) 7-18(12) 3, ЮЗ 24-32(28) 21-83(47) 50-146(89) 6-21(12) 16-74(42) 3-9(5) 15-26(21) ЮЗ, 3

14

V

V

V

126

151

6-23(12) 15-53(29) 2-5(3) 4-11(8) 13-37 1-3(2)

V, 11-12(11) 29-37(33) 3-4(3)

47

5-15(9) 3,5-13

8-10(9)

14

до 37 ЮЗ, 3

1-3(2) 7-18(12) ЮЗ,Ю,СВ

1-4(3) 9-13(11) Ю

2-6(4) 13-21(17) КВ,Ю,СВ

Например, для орографически незащищенных участков склонов и вершин холмообразных возвышенностей западных предгорий (тип 1-1-2), зависимости средней суммарной годовой продолнительности обледенения (Тг ) и скорости ветра с вероятностью I раз в 25 лет (Угу ) от высоты места определяются следующими выражениями (коэффициенты корреляции 0,65 и 0;69):

% = 0,09/1 - 0,2 ± 7,7, (I)

У25 = 0,026/1 + 11,2 ± 1,8. (2)

Рассматривается также вопрос об интенсивности обледенений. В табл.4 приведены данные об интенсивности роста массы и диаметра отложений зернистой изморози и смеси в гребневой зоне высоких хребтов Уральских гор.

Таблица 4

Интенсивность роста массы (Vр г/м.час) и диаметра Ос1 мм/час) мощных гололедно-изморозевых отложений ( Р г I кг/м) на ЗЯ в гребневой зоне хребтов Уральских гор

__&£нистая изморозь_____!____Смесь________

_ _масса____!_ _диаметр___!_ _масса____!_ _диаметр_ _ _

?рмак.!^рср. !0(1 мак.! Ус! ср. ! Зр мак.! йр ср. !^мак. ! Ус/ ср.

700 73 48 2,8 400 51 27 2,1

Максимальные значения интенсивности массы и диаметра отложений с вероятностью I раз в 25 лет в этой орографической зоне могут достигать соответственно до 1110 г/м.час и 81 мм/час.

Получена зависимость изменения интенсивности обледенения с . высотой для орографически открытых склонов хребтов, которая тлеет вид:

Д? = -9,9 + 35,42 - 41,12г+ 16,II* ± 0,14 , (3) где дС7 =01/36 отношение между интенсивностью роста массы осадка на вершине д(, и на различных высотах склона хребтов VI ; I - приведенная высота, определяемая по формуле:

где И - абсолютная высота участка склона, Л л и /¡г соответственно средние абсолютные высоты подошвы и гребня хребта.

Рассчитаны абсолютные высоты низшей границы облачности в холодный период года с различной обеспеченностью по данным инструментальных наблюдений на 1МС. На основе этих данных проведано схематическое районирование исследуемой территории по этому показателю с вероятностью Р = 50$. Полученные результаты

имеют важное значение для построения высотных зависимостей гололедных нагрузок и гололедного районирования исследуемой территории Урала.

В третьей главе рассматривается климатическое районирование исследуемой горной территории Урала по расчетным гололедным нагрузкам и построение региональной карты.

Приводятся оценки фоновых значений расчетных гололедных нагрузок для орографически однородных типов, где высотные зависимости отсутстцуют. Обоснованность однородности этих типов осуществлялась путем проверки основной нулевок гипотезы Н0 с использованием непараметрических критериев Вилкоксона и Крускаля--Уоллиса, т.е. определялось,является ли каждая т -группа 1МС и пунктов гололедной съемки, которые качественно по рельефным условиям были определены как аналоги, действительно аналогами в смысле случайности расхождений функций расцределешш значений гололедных нагрузок Р(6), т.е. является ли справедливым равенство: = Р2(в) = Г3Сб) = ... = Рт(6). (5)

Всего выделено 12 типов с однородными условиями гололедных нагрузок.

Для 16 типов построены высотные зависимости значений нормативной стенки гололеда с периодом повторения I раз в 25 лет ( б25 ), как в абсолютных высотах, так и в приведенных (г ), некоторые из них приведены на рис.2. Как видно из рис.2, для равнинных участков и орографически незащищенных склонов и вершин возвышенностей западных предгорий (зависимость I) гололедная нагрузка линейно увеличивается от 6г5 = 10 мм (0,6 кг/м) на высотах около 100 м до 625 = 30 мм (3,4 кг/м) на отметке 500 м. Для восточных предгорий (зависимость 2), а также орографически незащищенных участков долин и котловин западных предгорий (зависимость 3) увеличение 625 с высотой цроисходит более медленно, нагрузки растут примерно от б25 = 5-10 мм (0,2-0,6 кг/м) на отметке 150-200 м и до 625= 15-20 мл (1,1-1,7 кг/м) на высотах 400-500 м.

Для орографически открытых склонов и хребневой зоны хребтов (рис.26) величины гололедных нагрузок сначала медленно увеличиваются от подножий, где значения 625 = 15-20 мм, до уровня н = = 0,5-0,6, а затем отмечается линейная высокоградиентная зависимость 825 от н . Уровень этого перехода зависит от средней высоты стационирования нижней границы облачности, которая может быть определена для различных хребтов, исходя из схемы райони-

Р25,,

кг/м ум

Ь, м

2СС ЗОС 400 500

2СО ^ 1 4

120

»■п /

- 40 ■

0,2

0,4

0,6 О,В

1,0

Ьаписимостьголследной нагвузни г лерсятнсстгг Г раз в 2о лет от высоты"места

Условнее обозначения: а1 - в абсолютных высотах; - в приведенных высотах; Т) -обобщенная для типов

1-1-1 и. Т-1-2; 2) - обобщения для типов 2-1-1,2-1-2,

2-1-3 и 2-Г-Ь; 3) - для типа 1-1-4; 4) - Обобщенна« дтя типов 1-4-1, Т-4-3; й) - обобщенная для типов Г-З-Т, 1-3-2, 2-4-1, 2-4-3

О

рования рассматриваемой территории по этому показателю, выполненного' в настоящей диссертационной работе. Высотные зависимости проложены в области 2 до 1,1, т.е. в области вершин, поднимающихся вило средней высоты гребня.

В соответствии с рис.26,в гребневой зоне хребтов западного склона Уральских гор значения &zs могут достигать: для низких -

до 80 мм пли около 21 кг/м (зависимость 5), для высоких - до 160 мм или 78 кг/м (зависимость 4). На вершинах, поднимающихся выше сродней высоты гребня, эти нагрузки .могут быть еще выше и достигать соответственно 90 мм (26 кг/м) для низких и 190 im (НО кг/м) для высоких хребтов. Реальность таких гололедных нагрузок подтверждается зарегистрированным максимальным значением гололедного осадка в 86 кг/м за 3-летний период наблюдений на вершине горы хребта Большой Таганай.

Детально проанализирован опыт эксплуатации линий электропередачи и связи на исследуемой территории. Эти дшпше послужили ванной дополнительной информацией при анализе особенностей режима гололедиости исследуемой территории.

На основании подробного рассмотрения климатических и метеорологических параметров режима гололедных явлений, полученных зависимостей значений расчетных гололедных нагрузок в различных типах рельефных условий, а также с учетом опыта эксплуатации БД разработана региональная карта нормативных гололедных районов для горной территории Урала Ш 1:500000), которая утверждена в качестве норматива по Минэнерго СССР. На рис.3 приведено уменьшенное .схематическое изображение части карты (территория горных районов Среднего и Северного Урала в М 1:3000000). Карта служит основой для оценки гололедных нагрузок для проектирования BJI всех классов напряжения на рассматриваемой территории.

Региональная карта показывает уровень максимальных гололедных нагрузок с периодом повторения I раз в 25 лет. Она также может быть использована для оценки максимальных нагрузок с другими периодами повторения, для чего рекомендуется использовать полученные устойчише соотношения между 6¡s и нагрузками вероятными I раз в 5, 10, 15 и 20 лет:

Ss = 0,41 ßzs + 1,07 ± 0,96; ёю = 0,60&zs + 0,84 ± 0,74; 6,s= 0.77&У + 0,46 ± 0,55; 6io=0,8d6¿s + 0,25 ± 0,26

Составлены подробные рекомендации по использованию карты в условиях сложной горной орографии.

Соликамск!

Рис. 3. Схема региональной карты гололедных районов Северного и Среднего Урала

ВЫВОДЫ

1. Типизация территории горного Урала, учитывающая ее макро-мезо и микрорельефные условия, представлена 28 типами, из которых 12 соответствуют однородным условиям нагрузок, а в 16 отмечаются высотные зависимости максимальных осадков.

2. На изучаемой территории наблюдаются все виды гололедных отлокений, при этом их повторяемость зависит от типа орографических условий: а) в предгорьях и межхребтовых депрессиях преобладает кристаллическая изморозь (50—70%), а собственно гололед отмечается в 15-40$; б) на склонах хребтов преобладает кристаллическая изморозь (30-50$), а также зернистая изморозь (20-40$) и гололед (20-25$); в) в гребневой зоне хребтов наиболее часто (до 70$) наблюдаются отложения зернистой изморози.

3. Средняя годовая частота обледенений колеблется в широких пределах: а) в предгорьях от 6 до 33 случаев; б) в межхребтовых депрессиях от 3 до 28 случаев; в) на склонах и в гребневой зоне хребтов от 13 до 60 случаев.

4. Плотности гололедных осадков зависят не только от их вида, но и типа орографических условий и имеют для Уральских

гор следующие характерные средние значения: гололед - 0,60 г/сг.:3; зернистая изморозь - 0,20 г/см3; кристаллическая изморозь -- 0,06 г/см3; смесь гололеда с изморозью - 0,31 г/см3; смесь изморозей (кристаллической и зернистой) - 0,11 г/см3; мокрый снег - 0,31 г/см3.

5. Средняя суммарная годовая продолжительность обледенений зависит от типа орографических условий и колеблется в широких пределах: а) в предгорьях от 3 до 23 суток; б) в межхребтовпх депрессиях от I до 15 суток; в) на склонах и в гребневой зоне хребтов от II до 126 суток.

6. Максимальная длительность случая обледенения с вероятностью I раз в 25 лет для различных типов орографических условий составляет: а) в предгорьях от 2 до 28 суток; б) в меяхроб-товых депрессиях от 1,5 до II суток; в) на склонах и в гребневой зоне хребтов от 8 до 74 суток.

7. Средние скорости ветра при обледенениях на рассматриваемой территории составляют: а) в предгорьях от 2 до 5 м/с;

б) в меахребтовых депрессиях от I до 4 м/с; в) на склонах и гребневой зоне хребтов от 2 до 14 м/с.

8. Максимальные скорости ветра при обледенениях с вероятностью I раз в 25 лет в различных типах орографических условий могут достигать: а) в предгорьях до 24 м/с; б) в межхребтовых депрессиях до 18 м/с; в) в гребневой зоне хребтов до 37 м/с.

9. Сравнительные наблюдения, проведенные на различных гэло-ледомерных установках показали, что при больших осадках (более 0,5-1 кг/м), внесение в установку элемента закручивания приемника гололеда даже при различном конструктивном решении обеспечивает хорошую сравнимость ее данных с массой отложений на реальных ВЛ с закручивающимися одиночными проводами. Одновременно таким путем решается задача об идентичности формы и размеров отложений, длительности фаз нарастания и сохранения осадков.

10. Максимальная интенсивность нарастания массы гололедного осадка в гребневой зоне хребтов Уральских гор ежегодно может достигать до 550 г/м.час, диаметра отложения до 42 мм/час, а с вероятностью I раз в 25 лет - она увеличивается до 1100 г/м.час и до 80 мм/час соответственно.

11. Наиболее благоприятные условия для образования опасных гололедных отложений в горных районах Южного и Северного Урала, относящихся к западному склону Уральских гор, начинаются с отметок 600-650 м (средняя высота нижней границы облачности при отрицательных температурах). На Среднем Урале такие условия отмечаются с более высоких уровней 700-750 м, а на восточном склоне Уральских гор еще выше - с 750-800 м.

12. Для орографических типов с однородными условиями гололедных нагрузок получены фоновые оценки нормативных стенок которые не превышают: а) для орографически защищенных предгорных долин рек и межхребтовых депрессий, а также подобных участков склонов возвышенностей предгорий 10 мм (0,6 кг/м); б) для орографически закрытых участков низких и высоких хребтов 15 мм (1,1 кг/м); в) для участков межхребтовых долин с орографическим усилением гололэдности 20 мм (1,7 кг/м); г) для вершинообразных участков гребневой зоны высоких западных хребтов 190 мм (НО кг/м).

13. По данным гололедных съемок и 1МС построены высотные зависимости б^г от абсолютной и приведенной высоты места, которые дают следующие пределы £>5 (Рг5 ).: а) для западных предгорий от 10 мм (0,6 кг/м) на высотах около 100 м и до 30 мм (3,4 кг/м) на высотах 500 м; б) для восточных предгорий, орографи-

чески незащищенных долин и котловин западных предгорий, а также орографически открытых днищ межхребтовшс депрессий от 5-10 мм (0,2-0,6 кг/м) на отметках 150-200 ы и до 15-20 мм (1,1-1,7 кг/м) на высотах 500 м; в) для низких западных и высоких восточных хребтов от 15-20 мм в зоне подошвы до 80 мм (21 кг/м) в гребневой зоне; г) для высоких хребтов от 15-20 мм в зоне подошвы до 160 мм (878 кг/м) в гребневой зоне.

14. Разработанная на основе найденных закономерностей карта нормативных гололедных нагрузок по градациям 6и включает 7 гололедных районов от 6г5 = 10 мм или Р^ =0,6 кг/м (первый район) до 4у = 190 мм или Рг5 =110 кг/м (верхняя граница в особом гололедном районе)'. Приводится система уравнений, позволяющая с точностью до 1-3 мм рассчитать значения стенок, вероятных I раз в 5, 10, 15 и 20 лет, по снятой с карты Szs . Карта предназначается для использования в качестве регионального климатического норматива для строительного проектирования.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. О гололедных нагрузках в гребневой зоне хребтов Урала// Вопросы микро-мезоклимата, циркуляции и загрязнения атмосферы: Межвуз. сб. науч. тр./ Перм.ун-т, 1985, с.54-58.

2. Исключительный случай гололедного отложения в гребневой зоне Уральских гор. // Метеорология и гидрология, 1985, № 6, c.IIO-III. (В соавторстве с Подрезовым O.A.).

3. Гололедные нагрузки в гребневой зоне и на склонах Уральских гор. // Ветровые и гололедные воздействия на конструкции горных ВЛ: Сб.науч.тр. / ЭНИИ им.Г.М.Кржижановского - М: 1986, с.127-133.

4. Интенсивные обледенения в горных районах и пути совершенствования измерений осадков. // Метеорология и гидрология, 1287, 4, с.59-66. (В соавторстве с Подрезовым O.A., Поповым Н.И)

5. Принцип типизации территории горного Урала применительно готоледному и ветровому режиму. // Вопросы мезоклимата, циркуляции и загрязнения атмосферы.; Межцуз. Сб. науч.тр. / Перм.ун-т, ."q88, с.74-81. (В соавторстве с Денисовым А.Ф.).