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"

ли аь 9 л*

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ГИДРОГЛЕТЕОРОЛОПИЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

НАУМОВ АЛЕКСАНДР ДМИТРИЕВИЧ

УДК: 551.574.42 (471.50)

МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ГОЛОЛЕДНЫХ НАГРУЗОК 3 ГОРНОЙ ЗОНЕ УРАЛЬСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО РАЙОНА

Специальность 11.00.09 '■отеорология, климатология", агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Ленинград 1991

Работа выполнена на кафедре метеорологии 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 ЮЛ.Гуляев

Ведущая организация: Пермский государственный

университет им.А.".Горького

Защита диссертации состоится ", 1991 г.

в // чао. на заседании специализированного совета Д.063.19.02 в Ленинградском гидрометеорологическом институте по адресу: 195196, г.Ленинград, Й-196, Малоохтинский пр., д.98.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ленинградского гидрометеорологического института.

Автореферат разослан " " 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор физик о-математичоскнх

паук, доцент А.С.Гаврилов

о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

туальность работы. Горная зона Уральского 'ЙрЖмпшенвого района (к этому региону условно отнесены предгор-

ные 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 малоизучекности гололедного режима рассматриваемой территории является недостаточность исходных данных наблюдений метеорологической сети, особенно в склоновой и гребневой зонах хребтов, а таюке 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 реяима 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:

Г. 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 ВН.

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

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

5. Получить высотные зависимости и фоновые оценки значении гололедных нагрузок для различных типов орографических условий.

6. Провести детальный анализ опыта эксплуатации воздушных линий электропередачи и связи и использовать подученные 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 сощ>еменные 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 Пирсона и II предельного расцределения, оценка однородностей экстремалей с помощью непараметрических критериев, корреляционно-регрессивные метода и т.д. Анализ материалов проводился в тесной взаимосвязи с макро-мезо-и микрорельефными условиями 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.Подрезова и хорошо зарекомендовавшие себя в практике. Одновременно ставилась задача дальнейшего совершенствования этих методов на основе црименения 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 гребневой 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 значения 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 карта нормативных гололедных нагрузок для горной зоны Уральского промышленного района.

Обоснованность выводов. Полученные 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 БД 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-проект (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 ВЛ 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 Знергосетьпроект, Сельэнергопроект, Башкирского филиала П/0 "Ветроэн" 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 ВДНХ 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.); 1У съезде Географического общества Киргизской ССР (г.Ош, 1985 г.); X Всоуральском совещании географов "Урал: география и развитие" (г.Пермь, 1989 г.); технических советах РЭУ Челябонерго, Башкир-онерго, УО Сельэнергопроект и УО Знергосетьпроект (1987-1988 гг.); на научных семинарах кафедры метеорологии Киргизского университета (г.Фрунзе, 1983-1988 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 100 страницах машинописного текста с 39 таблицами и 26 рисунками.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЙ РАБОТЫ

3 о введении обосновывается актуальность работы, сформулировал.! цели и задачи, а такие оценивается научная новизна исследований.

В первой главе дана краткая характеристика оро-грапичеекцх условий рассматриваемой территории и её освещенность данными наблюдений существующей сети метеостаяций. Показало, что склоны и гробновая зона хребтов, где отмечаются наибольшие значения гололедных отлояетп, практически не освещены наблюдениям метеостанций, а следовательно, многолетних данных опорной сети недостаточно для всестороннего изучения решила гололедно-изморо-зезых отложений и районирования исследуемой территории по нормативным гололодним нагрузка.ч. Одним из выходов (если не •одинствон-шп?) из положения является организация хотя би временных наблюдений за гололедом (гололедная съемка) в этих орографических зонах. Такал гололедная съемка была проведена в течение 1982-85 годов под руководством и непосредственным участием автора. В различных местах горного Урала на склонах и в гребневой зоне хребтов било организовано: I стапдопаршп пост (сорипша хребта Большой Тага-нал - НОС м) с непрерывным наблюдением в течение 3 лет; 10 лкс-недицпошшх постов с периодом наблюдений от нескольких месяцев до полутора .чет, а тжя 9 постов автономных регистраторов гололеда (всего 20 постов). Все пости были оснащены различит,га моди-фшюцшлл гололедограоа А. И. Мальцева, специально разработанного в Урмптдромете для отнх работ. На стацчснарпсы посту т.:;с::е бил установлен ошшшЗ пролет с направлением проводов север-юг (40 м) и заппд-зосток (30 и).

В результате проведения гололедных съемок получены 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 сложно.

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

проводились в точение 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 цриведены точечные и интервальные оценки коэффициентов параболической корреляции 1-3 порядков между массами отложений на опытном пролете и гололедо-графе, пролете и типовом станке ШС.

Таблица I

Параметры корреляционных зависимостей и линейной регрессии

_ _Парабшшческая ко^релгащя____!_ _Линейная корреляция____

П ! /1 ! Г3 I г -инте£. ! ! а„ ! егР

Пролет - гололедограф

0,99 0,99 0,99 0,99-1,0 1,0 -0,04 0,28

Пролет - типовой станок ШС

0,27 0,41 0,48 незначимая корреляция

Они подтверждают ранее сделанные другими авторами выводы о непригодности станка П1С для измерения больших гололедных осадков (0,5-1 кг/м и более). В то же время внесение в гололедомер-ную установку элемента закручивания приемника гололеда, как это сделано в гололедографе Мальцева, обеспечивает хорошую сравнимость её данных с массой отложений на реальных ВЛ. Одновременно таким путем решается задача об идентичности формы и размеров отложений, длительности фаз нарастания и сохранения осадка.

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

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

1-1

Предгорье

ПО

-1-5

1-2

Межхребто вые депрессии^

1-2-1

1-2-2

-1-3 | | 1-2-3 |

I Ниэк хреб - 3 ие ты

1-3-1 |

I - Высс хреС 4 жие ты

1-4-1

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

1-3-3

1-4-3 |

2 1редг - I орья

2-1 -I 1

2-2

Межхребтовые депрессии

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

2 - Низ хре 3 кие бты

2-3-1 |

2 Высс хре« - 4 жие 5 ты

2-4-1

| 2-1-2 \ | 2-2-2 | | 2-3-2 [ [ 2-4-2

2.2-3

2-3-3 | | 2-4-3 |

2-1-4

2-1-5 |

Рис. I. Типизация горных районов Урала по режиму голо^ег.нч* явлений

Таблица 2

Ошюгнпз орографически:-: типов горного Урала (обозначение: дЛ - относптодыгоз преклонно, л - щрниа, - расстояние, вое в км)

Тип по рис.1 ! Оштоггои) типов и морфомстрхгчсскке критортп:

:::1:::х::::::::::х::::::::::::::

1-1-1 Равши-п-ше участки ( дЛ^ 0,1) 1-1-2 Орографически пезащицешшс участки склонов и вершин холмообразных возюгпсниостеЛ ( 5 > 20дЬ)

1-1-3 Орографически эажолшо утастки склонов ч вср:;ип холл о образных воошпскностоЧ ( « Г.ОдЛ)

1-1-4 Орографически незащищенные учазис: лгвд» додан и котловин ( Л > 20дЛ)

1-1-5 Орографически зачтенные участки днищ, долин и котловин ( Л 20дЛ)

1-1-С Локальные участка предгорнл - узк::о участки дащ долин, направление которых совпадает с преобладающим направлением голодвдонесуг4сго потока 2) 1-2-1 То г.о, что и 1-1-4 1-2-2 То но, что и 1-1-5

1-2-3 Локалыше участки - низкие холмообразные возвышенности в районе днищ широких дегрссскл (лЬ4 0,2)

1-3-1 Орографически незащищенные участки склонов и гребневая зона ( дЛ < 0,15)

1-3-2, 2-3-2 Орографически защищенные участки склонов (дЛ> 0,15)

1-3-3, Локалыше участки - вершинообразшо участки

2-3-3 гребневой зоны 1-4-1 То же, что и 1-3-1 1-4-2 То ;:;е, что и 1-3-2

1-4-3 То з;;е, что и 1-3-3

2-1-1 Предгорные участки Ззлздяо-СцбкрскоЗ низменности ( лА 4 0,1)

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

2-1-3 То же, что и 1-1-2

2-1-4 То же, что и 1-1-3

2-1-5 То же, что и 1-1-4

2-2-1 То же, что и 1-2-1

2-2-2 Локальные участки дшщ депрессии

2-3-1 То же, что и 1-3-1

Продолжение таблицы 2

I

2

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

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

Как видно из рис.1, всего выделено 28 типов. Однако первичные элементы типизации (тройная оцифровка) представлены всего пятью формами: I) равнинные участки предгорий; 2) днища меяхреб-тошх депрессий, к которым отнесены также долины и котловшш предгорий; 3) орографически незащищенные участки склонов и гребневая зона возвышенностей и хребтов; 4) орографически защищенные участки склонов возвышенностей и хребтов; 5) локальные 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 условными и 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 явлении по наделенным типам мезорельефных условий. Приводятся статистические и вероятностные оценки таких параметров как: годовая частота, виды обледенений и их повторяемость, плотность гололедных осадков, суммарная годовая, непрерывная случая 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 1-1, 1-2, 2-1, 2-2 соответствуют защищенным формам рельефа, а верхние - незащищенным. Верхние пределы типов 1-3 и 1-4 характеризуют вершин о образшо участки грсбковой зоны хребтов.

Высотные зависимости рассматриваемых характеристик гололедных явлений прослеживаются довольно четко, но только для одинаковых условий микрозащшценности с учетом мезорельефа и макроположения.

Таблица 3

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

Тип мезорельефа

Годовая частота

!Преоб-!_ Продолжительность обледенения! Скорость ветра !Преоблад. ¡лад. I суммарная за год ¡случая макс.за год-при обледенениях¡направ-!вид !—— -— — = — — — — — — — =1 м/с ¡ление

средняя Iв^§§Ялё?а31средняя ЩТЦсред- !^роя?н" |ввтра

! лет

'¡средняя !вероятн. | !раз в 25 ; ! лет ¡ветра !

2-5(3) 11-24(16) ГО, Ю

1-3(2) 7-18(12) 3, ЮЗ

3-9(5) 15-26(21) ЮЗ, 3

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) ЮВ,Ю,СВ

1. Западный склон

1-1. Предгорья 6-33(20)

1-2. Межхребтовые 3-28(13) депрессии

1-3. Низкие 24-32(28)

хребты

1-4. Высокие 60 хребты

2. Восточный склон

2-1. Предгорья 7-30(18)

2-2. Межхребтовые 9-14(12) депрессии

2-3. Низкие 13-16(14)

хребты

V, с-о V ,

126

151

14

V

V

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)

V

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

Тг = 0,09/1 - 0,2 ± 7,7 , (I)

Уг5= 0,026/1 + 11,2 ± 1,8. (2)

Рассматривается такшз вопрос об интенсивности обледенений. В табл.4 приведет даншо об интенсивности роста массы п диаметра отложений зернистой изморози и смеси в гребневой зоне высоких хребтов Уральских гор.

Таблица 4

Интенсивность роста массы (С7р г/м.час) и диаметра {"О Л мл/час) мощных гололедно-изморозевых отложений ( Р г I кг/м) на НИ в гребневой зоне хребтов Уральских гор

Зернистая измо2озь_

Смесь

_ _масса____!_ ^циаметр___

7рмак.!^рср. мак.! Ус! ср.

_ _масса____!_ _диаметр___

7р мак.! 7р ср. ! М 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 ыогут достигать соответственно до 1110 г/м.час и 81 мм/час.

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

а7 = -9,9 + 35,42- 41,12* + 16,II3 ± 0,14 , (3) где д С/ = 7г ¡дЬ отношение между интенсивностью роста массы осадка на вершине и на различных высотах склона хребтов 7/ ; I - приведенная высота, определяемая по формуле:

I = £ , (4)

пг-пп

где Ь - абсолютная высота участка склона, йп и Нг соответственно средние абсолютные высоты подошвы и гребня хребта.

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

имеют ванное 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 нулевой гипотезы Н0 с использованием непараметрических критериев Вилкоксона и' Крускаля--Уоллиса, т.е. определялось,является ли каждая т -группа ШС и пунктов гололедной съемки, которые качественно по рельефным условиям были определены как аналоги, действительно аналогами в смысле случайности расхождений функций распределения значений гололедных нагрузок Р(6), т.е. является ли справедливым равенство: = (6) = Рз Сб) = ... = 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 ( &2ъ ). как в абсолютных высотах, так и в приведенных (2 ), 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 6 25 = Ю 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 такяе орографически незащищенных участков долин и котловин западных предгорий (зависимость 3) увеличение 625 с высотой происходит более медленно, нагрузки растут примерно от 625 = 5-10 мм (0,2-0,6 кг/м) на отметке 150-200 м и до 6г5= 15-20 мм (1,1-1,7 кг/м) на высотах 400-500 м.

Для орографически открытых склонов и гребневой зоны хребтов (рис.26) величины гололедных нагрузок сначала медленно увеличиваются от поднссхий, где значения 025 = 15-20 мм, до уровня н = = 0,5-0,6, а затем отмечается линейная высокоградиентная зависимость &25 ог г • Уровень этого перехода зависит от средней высоты стационирования нижней границы облачности, которая может быть определена для различных хребтов, исходя из схемы райони-

Ь'хс.Н. Ьависимость_гэлследной нагрузки с вероятнее:"-«: I раз в 25 лет от ектсстн'места

Условнее обозначения: а1* - в абсолютных внсотах; б^ - в приведенных высотах; Л -обобщенная для типов

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

2-Т-З и 2— Г—Ь; 3) - для типа 1-1-4; 4) - обобщенна« для типов 1-4-1, 7-4-3; Ь) - обобщенная для типов Г-З-Т, 1-3-2, 2-4-1, 2-4-3

рованш рассматриваемой территории по этому показателю, выпол-ненпого' в настоящей диссертационной работе. Шсотные зависимости цродолкены в области 2 до 1,1, т.е. в области вершин, поднимающихся вше средней высоты гребня.

Б соответствии с рдс.2б,в гребневой зоне хребтов западного склона Уральских гор значения Szs 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 высота гребня, эти нагрузки .могут быть eine выше и достигать соответственно 90 мм (26 кг/м) для низких и ISO мм (110 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 гори хребта Большой Таганай.

Детально проанализирован опыт эксплуатации линий электропередачи и связи на исследуемой территории. Эти данные послужили важной дополнительной информацией при анализе особенностей режима гололедпости 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 тшже с учетом опыта эксплуатации EJI разработана региональная карта нормативных гололедных районов для горной территории Урала (И 1:500000), которая утверждена в качестве норматива по Минэнерго СССР. На рио.З 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 BI 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 устойчивые соотношения между 6г$ и нагрузками вероятными I раз в 5, 10, 15 п 20 лет:

6S = 0,41 iis + 1,07 ± 0,96; 6Ю = 0,60ßiS + 0,84 ± 0,74; 6ff= ü.llizs + 0,46 ± 0,55; бго = 0,89&5" + 0,25 ± 0,26

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

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 всо виды гололедных отложений, при этом их повторяемость зависит от типа орографических условий: а) в предгорьях и межхребтовых депрессиях цреоб-ладает 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 межхреб-товнх 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/см3; 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 мел-хребтовых 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 меяхреб-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 межхребтовых 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 условии могут достигать: а) в предгорьях до 24 м/с; б) в межхребтовых депрессиях до 18 м/с; в) в гребневой зоне хребтов до 3? м/с.

9. Сравнительные наблюдения, проведенные на различных голо-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 отложении на реальных BJI 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 ¡йкного 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 склона Уральских гор еще выше - с 750-800 гл.

12. Дня орографических типов с однородными условиями гололедных на1рузок получены фоновые оценки нормативных стенок которые не превышают: а) для орографически защищенных предгорных долин рек и меяхребтовых депрессий, а также подобных участкоз 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 о орографическим усилением гололэдности 20 мм (1,7 кг/м); г) для верпшнообразных участков гребневой зоны высоких западных хребтов 190 мм (110 кг/м).

13. По данным гололедных съемок и ИС построены высотные зависимости 6^ от абсолютной и приведенной высоты места, которые дают следующие пределы Sis (рг5 ) • а) для западных предгорий от 10 км (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, орэграфи-

чески незащищенных долин я котловин западных предгорий, а также орографически открытых днищ межхребтовых депрессий от 5-10 мм (0,2-0,6 кг/м) на отметках 150-200 м 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 &г; включает 7 гололедных районов от вг; = 10 мм или =0,6 кг/м (первый район) до 6г1 = 190 мм или Рг^ = 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 . 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: Междуз. 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.II0-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, 1987, ^ 4, с.59-66. (В соавторстве с Подрезовым O.A., Поповым Н.И)

5. Принцип типизации территории горного Урала црименительно готаледному и ветровому режиму. // Вопросы мезоклнмата, циркуляции и загрязнения атмосферы.: Междуз. Сб. науч.тр. / Перм.гун-т, "q88, с.74-81. (В соавторстве с Денисовым А.Ф.).