Снеговые нагрузки и районирование территории острова Сахалин по весу снегового покрова

Лобкина, Валентина Андреевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Снеговые нагрузки и районирование территории острова Сахалин по весу снегового покрова
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Снеговые нагрузки и районирование территории острова Сахалин по весу снегового покрова"

На правах рукописи

ЛОБКИНА ВАЛЕНТИНА АНДРЕЕВНА

СНЕГОВЫЕ НАГРУЗКИ И РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ ОСТРОВА САХАЛИН ПО ВЕСУ СНЕГОВОГО ПОКРОВА

25.00.36 - геоэкология (науки о Земле)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Хабаровск - 2013

1 2 СЕН ¿Ш

005533020

Работа выполнена в Федеральном Государственном бюджетном учреждении науки Дальневосточном геологическом институте Дальневосточного отделения Российской Академии наук (лаборатории лавинных и селевых процессов Сахалинского филиала).

Научный руководитель: Казаков Николай Александрович,

кандидат геолого-минералогических наук, ФГБУН Сахалинский филиал Дальневосточного геологического института ДВО РАН, директор

Официальные оппоненты: Гарцман Борис Ильич,

доктор географических наук, ФГБУН Тихоокеанский институт географии ДВО РАН, заведующий лабораторией

Ким Владимир Ильич,

кандидат географических наук,

ФГБУН Институт водных и экологических

проблем ДВО РАН,

заведующий лабораторией

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО Государственная полярная

академия

(г. Санкт-Петербург)

Защита состоится 10 октября 2013 г., в 14.30 на заседании диссертационного совета Д 005.019.01 на базе Института водных и экологических проблем ДВО РАН по адресу: 680000, г. Хабаровск, ул. Ким Ю Чена, 65. Факс (4212) 32-57-55; E-mail: amur21 @ivep.as.khb.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института водных и экологических проблем ДВО РАН

Автореферат разослан «01» сентября 2013 года

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор биологических наук H.A. Рябинин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В связи с планомерным уменьшением запасов прочности строительных конструкций необходимо наиболее точно учитывать величину реальной снеговой нагрузки на стадии разработки документов территориального планирования населенных пунктов (генеральных планов развития городских округов, генеральных планов населенных пунктов и т.д.). Большую актуальность приобретает необходимость расчета реальной величины снеговой нагрузки на кровли и несущие конструкции сооружений, т.к. в последние годы в черте населенных пунктов о. Сахалин начато активное строительство, и получила развитие горнолыжная инфраструктура.

Существующие в настоящее время карты распределения снеговых нагрузок на территорию о. Сахалин не отвечают современным требованиям, выполнены без учета высотной поясности, влияния циклонической деятельности, лесистости территории и других факторов.

Объектом исследования является снежный покров, его физические характеристики и пространственное перераспределение по территории о. Сахалин. Предмет исследования - снеговые нагрузки и принципы районирования территории по весу снегового покрова на поверхности земли.

Цель работы. Районирование территории о. Сахалин по расчетному значению веса снегового покрова на поверхность земли. Разработка методики расчета величины снеговой нагрузки для малоизученной территории на основе выявления основных факторов, влияющих на формирование и перераспределение снежного покрова по территории о. Сахалин, и создание карты снеговых нагрузок на территорию острова.

Задачи исследования.

1. Выделить циклы снежности территории о. Сахалин и определить повторяемость зимних сезонов с наибольшим негативным воздействием снегопадов на экономику региона;

2. Рассчитать градиент прироста высоты снежного покрова и количества выпадающих твердых осадков для горной территории острова на основе данных снегомерных наблюдений в горах;

3. Определить величины длительных и кратковременных снеговых нагрузок на о. Сахалин и период их наибольшего воздействия;

4. Разработать методику районирования территорий по расчетному значению веса снегового покрова для малоизученных территорий;

5. Составить карту районирования территории о. Сахалин по расчетному значению веса снегового покрова на поверхность земли.

Фактический материал и методы исследований.

В основу диссертации вошли материалы полевых работ и стационарных наблюдений, проведенных автором на территории о. Сахалин. В работе использованы архивные и полевые материалы лаборатории лавинных и селевых процессов Сахалинского филиала ФГБУН ДВГИ ДВО РАН, материалы Сахалинского управления по гидрометеорологии и контролю окружающей среды (СахУГМС), архивные материалы AHO НИЦ «Геодинамика».

Автором осуществлены экспедиционные исследования на территории о. Сахалин, проведены наблюдения на стационарных площадках за режимом снегонакопления, процессами, протекающими в снежном покрове, их динамикой в течение зимнего сезона и от сезона к сезону. Обработан массив данных о величине снеговой нагрузки на территории административных районов о. Сахалин и определены ущербы для объектов инфраструктуры населенных пунктов острова.

При сборе и анализе материалов использовались традиционные методы географических исследований. Решение основных задач диссертационной работы основывалось на применение сравнительно-географического, картографического, экспедиционного, стационарного и других методов исследований динамичных природных систем. Для анализа данных многолетних наблюдений за снежным покровом использован статистико-климатический метод.

Теоретической и методологической основой диссертационного исследования послужили работы отечественных и зарубежных специалистов в области определения снеговых нагрузок на кровли и грунт Ю.В. Генсиоровский, В.Н. Гордеев, И.Д. Грудев, М.В. Заварина, H.A. Казаков, Т.А. Корнилов, А.Т. Копылов, В.А. Отставнов, A.B. Рыков, JI.C. Розенберг, В.В. Филиппов, К. Heki, D.A. Taylor и др.

Научная новизна.

Впервые установлены циклы снежности о. Сахалин в вековом разрезе, связанные с изменением количества выпадающих твердых осадков.

Впервые введен градиент увеличения снеговой нагрузки с увеличением высоты местности на каждые 100 м от нижней границы горного снегового района для о. Сахалин.

Разработана методика расчета величины снеговой нагрузки для малоизученной территории. Впервые построена карта районирования территории о. Сахалин по расчетному значению веса снегового покрова на поверхность земли в масштабе 1:1000 000.

В соответствии с тенденцией разрабатываемых отечественных территориальных строительных норм в области нормирования снеговой нагрузки и мировой практикой был произведен расчет величины снеговой нагрузки для отдельных городов и населенных пунктов о. Сахалин.

Впервые определены максимальные значения приращения веса снегового покрова за один снегопад в центрах муниципальных образований острова.

Защищаемые положения.

1. Возникновение максимальных снеговых нагрузок на территории о. Сахалин имеет периодичность, связанную с циклами снежности его территории. В вековом цикле максимальных снеговых нагрузок выделяются 4 больших цикла с временным интервалом 23—26 лет и 17 малых циклов с временными интервалами 5-7 лет;

2. Разработана методика расчета величины снеговой нагрузки для малоизученных территорий, основанная на величине максимальных водозапасов и вертикальном градиенте приращения веса снегового покрова;

3. Создание карты «Районирование территории о. Сахалин по весу снегового покрова» позволяет определить снеговые нагрузки при проектно-изыскательских работах в строительстве для минимизирования экономических, социальных рисков и долгосрочном планировании развития территории о. Сахалин. На карте выделено 24 снеговых подрайона, различающихся по значениям снеговых нагрузок.

Личный вклад автора. В основу диссертации вошли материалы 8-летних полевых работ, проведенных автором на территории о. Сахалин. В работе также использованы материалы исследований, выполненных при непосредственном участии автора совместно с коллективом лаборатории лавинных и селевых процессов Сахалинского филиала Федерального Государственного бюджетного учреждения науки Дальневосточного геологического института ДВО РАН.

Практическое значение работы. Основной результат исследования - карта «Районирование территории о. Сахалин по расчетному значению веса снегового покрова» и методика расчета снеговых нагрузок на поверхность земли - рекомендуются для использования проектными организациями области в качестве регионального норматива.

Изложенные в диссертации принципы были использованы при разработке карт снеговых нагрузок и рекомендаций по расчету снеговых нагрузок на сооружения в Сахалинской области, 2009; при оценке снегозаносимости на участке 265 км -273 км автомобильной дороги Невельск - Томари — аэропорт Шахтёрский, 2011; при разработке рекомендаций по защите от снежных заносов автомобильных дорог Сахалинской области (участок с. Новое), 2012; используются при проектно-изыскательских и научно-исследовательских работах СахалинТИСИЗ; ГУП «Автодорпроект»; Сахалинский филиал ФГБУН ДВГИ ДВО РАН; ОАО «Институт Сахалингражданпроект».

Апробация работы. Основные положения и выводы, содержащиеся в диссертации, докладывались автором на 19 научных симпозиумах, конференциях, семинарах и совещаниях, из которых 8 - региональных, 5 - всероссийских и 6 -международных. В том числе, материалы диссертации были представлены на следующих научных мероприятиях: «Лавины и смежные вопросы» (Кировск, 2006, 2011); «Оценка и управление природными рисками» (Москва, 2006); XIV - XV Гляциологических симпозиумах (Иркутск, 2008; Архангельск, 2012); «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации» (Москва, 2010); «Опасные природные явления. Инновационные пути снижения

рисков промышленной деятельности» (Южно-Сахалинск, 2010); «Физика, химия и механика снега» (Южно-Сахалинск, 2011); «Геодинамические процессы и природные катастрофы в Дальневосточном регионе» (Южно-Сахалинск, 2011) и др.

Публикации. По результатам исследований автором лично и в соавторстве опубликовано 45 работ, в том числе 12 статей в рецензируемых журналах из перечня ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация включает 137 страниц и состоит из введения, 5 глав и заключения, иллюстрирована 27 рисунками, 19 таблицами и 1 приложением; список использованной литературы составляет 164 наименования.

В первой главе представлена история развития отечественных и зарубежных нормативов в области расчета и картирования снеговых нагрузок на грунт и кровлю зданий. Приведен анализ региональных строительных норм и правил по снеговым нагрузкам, разработанных для некоторых субъектов Российской Федерации. Сделан обзор аварий строительных конструкций, произошедших в России.

Во второй главе выявлены и проанализированы природные условия, влияющие на формирование, распределение и величину снеговых нагрузок на территории о. Сахалин.

Третья глава посвящена циклам снежности территории о. Сахалин. Проведен анализ годов с наибольшим негативным воздействием снегопадов на население и хозяйство острова.

В четвертой главе показана методика расчета величины снеговой нагрузки для малоизученной территории, основанная на учете неполных данных о величине максимальных водозапасов и вертикальном градиенте приращения веса снегового покрова.

В пятой главе представлена методика районирования территории по расчетному значению веса снегового покрова, приведены таблицы величины снеговой нагрузки по снеговым подрайонам о. Сахалин.

Благодарности. Автор благодарен и признателен научному руководителю к.г.-м.н. H.A. Казакову за многолетнюю поддержку при выполнении и обсуждении всех этапов работы, к.г.-м.н. Ю.В. Генсиоровскому, С.П. Жируеву за ценные советы и помощь в работе. Автор выражает признательность своим коллегам Д.А. Бобровой, E.H. Казаковой, И.А. Кононову, М.В. Михалеву, В.И. Окопному, C.B. Рыбальченко за помощь, оказанную при сборе и обработке полевых, архивных материалов.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Возникновение максимальных снеговых нагрузок на территории о. Сахалин имеет периодичность, связанную с циклами снежности его территории. В вековом цикле максимальных снеговых нагрузок выделяются 4 больших цикла с временным интервалом 23-26 лет и 17 малых циклов с временными интервалами 5-7 лет;

Для прогнозирования и своевременного реагирования на периоды увеличения снеговой нагрузки необходимо определить циклы снежности на территории о. Сахалин. Снежность территории включает в себя всю совокупность природных условий, связанных с наличием снежного покрова, а так же сведения о максимальных водозапасах.

Для определения циклов снежности для территории о. Сахалин был проведен анализ данных гидрометеорологических станций (ГМС) о количестве выпадающих твердых осадков. Были выбраны ГМС, имеющие более чем 100-летние ряды наблюдений за осадками и расположенные в северной, центральной и южной частях острова.

500 -|

ГМС Александровск-Сахалинский -ГМС Поронайск

-ГМС Холмск Среднее ежегодное количество осадков

Рис. 1. Многолетние данные о количестве выпадающих осадков на о. Сахалин.

Чтобы выделить циклы снежности на графиках данных о количестве осадков (Рис. 1), необходимо определить периоды, когда происходит постепенное ежегодное увеличение количества выпадающих осадков, а, следовательно, и увеличение величин водозапаса.

На рис. 1 выделена интегральная кривая со средним ежегодным количеством осадков по рассматриваемым гидрометеорологическим станциям. Совместив данную кривую с прямой среднего количества осадков за весь период наблюдения (Рис. 2), получаем отклонение кривой среднего ежегодного количества осадков от среднего значения, что позволяет выявить пиковые значения количества осадков. Проведем на графике (Рис. 2) линию тренда, которая позволит выделить циклы снежности на территории о. Сахалин.

По результатам исследования было установлено, что в вековом цикле снежности на о. Сахалин выделяются 4 больших цикла с временным интервалом 23-26

лет и 17 малых циклов с временными интервалами 5-7 лет [Лобкина, 2013].

Для проверки получившихся циклов снежности территории о. Сахалин данные рассмотренных ГМС были сопоставлены с данными других станций, имеющих менее продолжительные ряды наблюдения за осадками. В результате сравнения были получены сходные интервалы изменения снежности.

Условные обозначения:

- граница интервалов 23-26 летних циклов;

- граница интервалов 5-7 летних циклов.

-Среднее ежегодное количество осадков

-Среднее количество осадков за период наблюдения

-Аппроксимирующая (полиномиальная) кривая

Рис. 2. Циклы снежности о. Сахалин в вековом разрезе.

Ежегодно на территории о. Сахалин фиксируются сильные снегопады, которые вызывают остановку движения на транспортных магистралях, порывы ЛЭП, повреждения кровель [Казаков, 2000; Казаков и др., 2008; Жируев и др., 2010; Окопный, 2011] и т.д. Однако, выделяются зимние сезоны, когда воздействие снегопадов на экономику острова наибольшее.

На основе проведенного анализа зимних сезонов были выделены года с наибольшей снежностью для о. Сахалин.

Анализ и сопоставление данных об изменении снежности территории о. Сахалин с данными о массовом лавинообразовании, обрушении зданий и сооружений под весом снегового покрова, гололедными явлениями и другими последствиями выпадения большого количества твердых осадков позволяет выделить циклы с наибольшими негативными последствиями для инфраструктуры населенных пунктов острова.

Всего за 65-летний период зарегистрирован 21 зимний сезон с наибольшей снежностью территории о. Сахалин [Лобкина, 2013]. Данные зимние сезоны расположены в трех циклах снежности. Данных о снегопадах зимних сезонов, относящихся к циклу убывания снежности 1909-1935 гг., не сохранилось.

В цикле роста снежности 1936-1963 гг. зафиксировано 4 зимних сезона с наибольшим воздействием на экономику острова; данные сезоны зафиксированы в период с 1946 по 1963 год, сведений за период с 1936 по 1945 годы не сохранилось.

Самое большое количество случаев негативного воздействия на инфраструктуру населенных пунктов пришлось на цикл 1964-1986 гг. - 10 случаев. Несмотря на то, что данный цикл не относится к циклам роста, линия тренда количества осадков выше среднемноголетних значений на всем его протяжении. Также большое количество случаев можно объяснить крупными единичными снегопадами, когда происходил резкий кратковременный прирост величины водозапаса, который компенсировался отсутствием или малым количеством осадков до и/или после явления.

На продолжающийся максимальный цикл роста 1987-2012 гг. приходится 7 случаев максимально негативного воздействия на инфраструктуру.

Таким образом, было определено, что снежность о. Сахалин подвержена цикличным изменениям. Повторяемость циклов большой снежности составляет 23-26 лет, малых циклов снежности 5-7 лет. Повторяемость зимних сезонов с наибольшим негативным влиянием снегопадов на экономику острова составляет 2-3 случая на каждый малый цикл снежности. Вероятность повторения зимнего сезона с наибольшим негативным влиянием снегопадов на экономику острова составляет 0,3 случ./г.

Анализ данных результатов снегомерных работ, производимых на стационарных площадках наблюдения в течение длительного периода времени, позволяет увидеть изменение величины снеговой нагрузки, как в пространстве, так и во времени.

По результатам снегомерных работ строятся графики изменения величины водозапаса, которые иллюстрируют процесс постепенного накапливания снега в течение зимнего сезона и процесс его стаивания весной. Реализация процесса изменения веса снегового покрова имеет вид несимметричных выпуклых кривых, весьма близких одна к другой (Рис. 3).

500

400 ■

-2002-03 водозапас, мм -2003-04 водозапас, мм -2004-05 водозапас, мм -2005-06 водозапас, мм -2006-07 водозапас, мм -2007-08 водозапас, мм -2008-09 водозапас, мм -2009-10 водозапас, мм - 2010-11 водозапас. мм -2011-12 водозапас, мм

Рис. 3. Зимние реализации процесса изменения веса снегового покрова на поверхности земли по данным наблюдений Сахалинского филиала ФГБУН ДВГИ ДВО РАН.

Несмотря на то, что процесс накопления снега на поверхность земли происходит случайным образом, а изменение его веса происходит как в течение зимы, так и от зимы к зиме и во многом зависит от сложного комплекса климатических факторов, возможно выделить основные закономерности процесса изменения величины водозапаса и определить период наибольших величин снеговых нагрузок.

Имея ежегодные фактические данные о величине снеговой нагрузки (Рис. 3) и используя гипотезу о равноправности или о независимости опытных данных возможно рассчитать максимальную величину нагрузки на грунт [Грудев и др., 2007]. Разложив ежегодные максимумы величины снеговой нагрузки в возрастающем порядке (Рис. 4) внутри интегральной вероятности (0 < Р < 1), получим вероятносное распределение нагрузки по фактическим данным.

Р 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2

250 300 350 400 450 500

Рис. 4. Вероятностное распределение снеговой нагрузки по данным наблюдений на участке (Рис. 3), N=10.

Для получения расчетной величины снеговой нагрузки на грунт обычно используется распределение Гумбеля [Гумбель, 1965] с поправкой на величину выборки. В данном случае значение снеговой нагрузки определяются через среднее отклонение всей выборки, а, следовательно, во многом зависит от статистики малоснежных зим.

При расчете величины снеговой нагрузки для о. Сахалин использовалось не среднее значение отклонения выборки, а её максимальные величины. В связи с этим для экстраполяции опытных данных, возможно, рассматривать только последние (максимальные) точки в количестве не более 10; так как получаемый в данном случае интервал экстраполяции мал, можно воспользоваться линейной экстраполяцией.

Через каждую пару отобранных точек проводилась прямая до пересечения с Р=1, точка пересечения давала значение величины снеговой нагрузки. Из получившихся в процессе расчета величин выбирается наибольшая, это и будет нормативное значение снеговой нагрузки (5Я). В большинстве случаев определяется по последней и предпоследней точкам. Данный способ линейной экстраполяции достаточно надежен, т.к. дает небольшой запас.

Необходимо учесть, что опытные данные получены с некоторой точностью, определяемой ошибкой измерения, в связи с чем нужно ввести возможную поправку. Наибольшей поправка получается, когда линейная экстраполяция основывается на двух последних точках [Грудев и др., 2007].

Предлагаемый метод расчета нагрузки довольно прост, его основой являются опытные данные. Минимальное количество лет наблюдения на местности, для которой необходимо произвести расчет величины снеговой нагрузки не менее 2025 лет [Гордеев и др., 2007]. Для получения полного расчетного значения снеговой нагрузки (5) на горизонтальную проекцию покрытия следует руководствоваться СНиП 2.01.07-85*.

Данный метод расчета был использован при составлении «Рекомендаций по расчету снеговых нагрузок на сооружения в Сахалинской области, 2009», которые были утверждены Министерством строительства Сахалинской области. Разработанные и внедренные «Рекомендации по расчёту снеговых нагрузок на сооружения в Сахалинской области, 2009» устанавливают расчетные значения снеговых нагрузок для проектирования строительных конструкций, зданий и сооружений, возводимых на территории Сахалинской области.

Величина снеговой нагрузки для района строительства принимается по карте «Районирование территории о. Сахалин по расчетному значению веса снегового покрова» и дополняющих её таблицах.

Для получения точной расчетной величины снеговой нагрузки для горных районов о. Сахалин были введены градиенты приращения веса снегового покрова с высотой.

Значение веса снегового покрова (Sg) для горных районов о. Сахалин следует рассчитывать:

а) для горных снеговых районов с индексами IIA] и НАз при высоте местности над уровнем моря h > 300 м - по формуле

Sg = x+y (h-300)/100, кПа,

где х — расчетное значение веса снегового покрова на границе горного района (принимается по карте Рис. 7), кПа (кгс/м2);

у - градиент приращения веса снегового покрова на 100 м превышения (Рис. 7), кПа (кгс/м2).

б) для остальных горных районов при высоте местности над уровнем моря h > 200 м - по формуле

Sg - х + у СЬ-200)/100, кПа.

Для равнинных и прибрежных районов значение веса снегового покрова на горизонтальной поверхности земли (Sg) принимается по карте «Районирование территории о. Сахалин по расчетному значению веса снегового покрова» и дополняющих её таблицах.

Районирование территории о. Сахалин по расчетному значению

веса снегового покрова

Расчетное значение веса снегового покрова для о. Сахалин

Расчётное значение веса

снегового покрова 8К на границе горного района (х), кПа (кгс/м2)

Индекс снегового подрайона

Снеговая область

Снеговой район

Абсолютные высоты, м

200-600

200-400

горный

северная

В - равнинный и прибрежный

Л - горный'

центральная

В - равнинный и прибрежный

горный5

100-600

южная

В - равнинный и прибрежный

шаговых паГижо» о_Пахалш1_

11пиме_чП1ШС_!. ЗшчишйЛсо^с1«^пш^а1№К»(«!1/Же1ляя.

»11 и 1111:IV 1 I. II. I ■ 1I II 1 II . 1 ^' 1111II111111 ■ 1II .11111 11111 1111111 I I II11IIIIи—

для горных снеговых подрайонов о. Сахалин

Всри|ка.1|>||ыГ| | ра.шсш ирирашснпя Нн.к'кг снеговою веса снегового

подрайона покрова на НИ) м

иревыпн'ния (у),

__кГ1а (кгс/м~)_

_1А>___1.01 к»)_

__ЬХз__0.5 (50)_

о. Сахалин

Условные обозначения

Гранины снеговых областей

- Гранины снеговых подрайонов

И Сне! овая область

1Л Снеговой район

I нч1 Снсювой подрайон

0.7 (70)

1,0(100)

0.5 (50) 1.0(1001

111л;

Рис. 7. Карта районирования территории о. Сахалин по расчетному значению веса снегового покрова. Рабочий масштаб карты 1:1 ООО ООО.

Таблица 1.

Расчетное значение веса снегового покрова для центров муниципальных образований о. Сахалин

№ п/п Центр муниципального образования Индекс снегового подрайона Максимальное значение веса снегового покрова sp кПа (кгс/м2)

1 г.Оха IB, 4,0 (400)

2 тт. Ноглики IB, 4,0 (400)

3 г. Александровск-Сахалинский пв2 4,0 (400)

4 тт. Тымовское ив6 5,5 (550)

5 тт. Смирных ив, 3,2 (320)

6 г. Поронайск IIB2 4,0 (400)

7 г. Углегорск IIB4 4,5 (450)

8 г. Макаров ив5 4,8 (480)

9 г. Томари 1ПВ2 4,5 (450)

10 г. Долинск шв4 6,0 (600)

11 г. Холиск шв2 4,5 (450)

12 г. Южно-Сахалинск* шв4 6,0 (600)

13 г. Корсаков шв2 4,5 (450)

14 г. А нива ШВз 4,8 (480)

15 г. Невельск IIIB2 4,5 (450)

Примечание. * За исключением территории горнолыжного комплекса «Горный Воздух».

Следует отличать длительные снеговые нагрузки, для определения которых необходимо знать нормы максимальных водозапасов и их вероятностные значения, и кратковременные, обусловленные крупными единичными снегопадами. Принцип расчета кратковременной и длительной снеговой нагрузки мало отличается. При расчете кратковременной нагрузки берется максимум прироста величины водозапаса за снегопад, а не максимальный водозапас за зимний сезон.

Накопление снега на поверхности земли отличается от накопления снега на кровле. При длительной снеговой нагрузке накопление снега на кровле происходит постепенно в течение продолжительного периода времени. На количество снега, накопленного на кровле здания или сооружения, существенно влияют внешние факторы, которые не воздействуют на снеговую нагрузку на поверхности земли; прежде всего это ссыпание снега с наклонных поверхностей, таяние снега на тепловыделяющих покрытиях отапливаемых зданий, перенос и распределение снега по кровле с образованием снежных козырьков, механическая расчистка кровель.

При кратковременных снеговых нагрузках происходит резкое увеличение массы снега на кровле за короткий промежуток времени, при этом влияние внешних факторов меньше либо вообще отсутствует.

Для сахалинских условий характерны сильные снегопады, когда за одно явление может выпасть месячная или несколько месячных норм твердых осадков (Рис. 5).

Ii 11! II II II "I "I ¡I ¡I i

□Максимальное кол-во осадков от снега за 12 и менее часов

■ Среднее кол-во осадков за зимний сезон

■ Среднее кол-во осадков за январь

О1®

м--

1 гмс

Рис. 5. Количество осадков по некоторым ГМС о. Сахалин.

В связи с этим были рассчитаны максимальные значения приращения веса снегового покрова за один сильный снегопад в центрах муниципальных образований о. Сахалин (Табл. 2).

Таблица 2.

Максимальные значении приращения веса снегового покрова за один снегопад для центров муниципальных образований о. Сахалин

№ п/п Центр муниципального образования Индекс снегового подрайона Максимальная продолжительность снегопада, сут. Максимальное значение приращения веса снегового покрова за 1 снегопад, кПа (кгс/м")

1 г. Оха IB, 15 2,0 (200)

2 пгт. Ноглики IB, 7 1,5 (150)

3 г. Александровск-Сахалинский IIB2 12 2,0 (200)

4 пгт. Тьшовское IIB« 5 1,5(150)

5 пгт. Смирных IIB, 4 1,0 (100)

6 г. Поронайск I1B2 10 2,0 (200)

7 г. Углегорск llBj 12 1,8(180)

8 г. Макаров I1B5 10 2,3 (230)

9 г. Томари IIIB2 И 2,5 (250)

10 г. Долинск 11IB4 11 2,5 (250)

11 г. Холмск HIB, 11 2,3 (230)

12 г. Южно-Сахалинск* ШВ4 11 2,5 (250)

13 г. Корсаков IIIB2 10 1,0(100)

14 г. Ai шва IIIB3 10 1,0(100)

15 г. Невельск IIIB2 11 2,3 (230)

Примечание. * За исключением территории горнолыжного комплекса «Горный Воздух».

Следует отметить, что в условиях сокращения сети гидрометеорологических станций и постов в России и сокращения числа маршрутов снегомерных наблюдений получить необходимую для нормирования снеговых нагрузок информацию становится все сложнее, поэтому принцип дополнения карт районирования конкретными значениями расчетных снеговых нагрузок в тех населенных пунк-

тах, где проводятся регулярные снегомерные наблюдения, помогает избежать возможной недооценки снеговых нагрузок при проектировании объектов строительства.

Таким образом, расчет величины снеговой нагрузки для о. Сахалин, основанный на максимальных значениях величины водозопасов, позволяет минимизировать риск недооценки реальной снеговой нагрузки, получаемый при использовании среднего значения отклонения выборки. Для расчета использованы не только данные гидрометеорологических станций, расположенных на равнинных территориях, но и многолетние данные о количестве осадков в горных районах, полученные по результатам многолетних маршрутных и авиадесантных наблюдений. Для определения расчетной снеговой нагрузки в горных районах введены градиенты приращения веса снегового покрова. Примененная методика позволила получить величины не только длительных, но и кратковременных снеговых нагрузок.

При построении карты «Районирования территории о. Сахалин по расчетному значению веса снегового покрова» автором была применена методика построения карты «Ландшафтно-стратиграфические комплексы снежного покрова» [Древило, 2001]. Принципы построения данной карты были изложены в ряде опубликованных работ [Древило и др., 2000; Генсиоровский, Древило, 2007].

За основу выделения однотипного участка территории бралась геоморфологическая структура с данными по глубине расчленения рельефа и абсолютной высоте местности, а также преобладающий тип ландшафта.

На основе ландшафтных подзон и совокупности всех влияющих на снежный покров климатических условий и характеристик снега были выделены стратиграфические комплексы снежного покрова [Kazakov and other, 2012; Lobkina, 2012], представляющие собой литологические комплексы снега, формирующиеся в определенном ландшафте в сходных условиях и образующие однотипные спектры стратиграфических колонок снежного покрова со сходными физико-механическими характеристиками. Полученные стратиграфические комплексы и их характеристики послужили основой районирования территории о. Сахалин по весу снегового покрова.

Закономерности формирования и развития снежного покрова позволяют построить таксономическую шкалу уровней снежности территории, с помощью которой можно проводит районирование территории, в том числе по величине снеговых нагрузок. Шкала включает 3 таксономических уровня: снеговая область, снеговой район, снеговой подрайон (Рис. 6).

Рис. 6. Иерархия таксономических уровнен снежности территории.

Снеговые области на о. Сахалин выделены в пределах трех сахалинских климатических областей. Соотношение снеговых областей с климатическими обусловлено общим характером протекающих внутри областей синоптических процессов для данной территории и климатическими характеристиками.

Снеговые районы выделены по геоморфологическим факторам. Выделены горный и равнинный, прибрежный районы.

Внутри снеговых районов по границам стратиграфических комплексов были выделены снеговые подрайоны, для которых производился расчет снеговых нагрузок.

Для равнинных и прибрежных снеговых районов данные о характеристиках снега были получены по данным сети гидрометеорологических станций [Справочник по климату СССР, 1971], для горных снеговых районов использованы материалы полевых наблюдений с экстраполяцией для тех участков, где натурных наблюдений не проводилось. При расчете величины твердых осадков и снежного покрова в горах использовались значения, рассчитанные на основе анализа материалов наблюдений за осадками и снежным покровом, проводившихся в горах о. Сахалин в 1961 - 2012 г.г.

Отличительной особенностью данной карты от карт той же тематики, разработанных для других территорий, является отделение горных районов от равнинных и прибрежных районов внутри снеговых областей.

Всего на территории Сахалина выделено 3 снеговые области, внутри снеговых областей выделены 3 горных и 3 равнинных, прибрежных снеговых района, которые разделяются на снеговые подрайоны.

Выделено 24 снеговых подрайона (Рис. 7) - 13 равнинных и прибрежных снеговых подрайонов и 11 горных снеговых подрайонов [Генсиоровский и др., 2011].

Снеговые подрайоны выделены на карте цветом, каждому подрайону присвоен индекс. Обязательным приложением к карте снеговых нагрузок являются таблицы (Рис. 7), в которых представлены расчетные значения веса снегового покрова для горных и равнинных, прибрежных районов острова.

Проведенное районирование существенно отличается от представленного для о. Сахалина на карте СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействие». В СНиП на о. Сахалин выделено 4 снеговых района, которые представлены 9 участками. Значения снеговой нагрузки на территории области изменяются в пределах от 2,4 до 4,8 кПа.

Представленные значения снеговых нагрузок сильно занижены, что во многом связано с тем, что согласно СНиПу, данные о плотности и высоте снежной толщи необходимо брать по ближайшим гидрометеорологическим станциям, имеющим длительный ряд наблюдений. Однако, 99 % всех гидрометеорологических станции острова расположены в долинах и на морском побережье на абсолютных отметках менее 200 м, а большая часть территории о. Сахалин - это сред-невысотные горы.

Масштаб карты снеговых нагрузок территории о. Сахалин в [СНиП 2.01.0785* (врезка в основную карту)] - 1:11 500 000 (Рис. 8). При работе с картами такого масштаба проектировщики и строители зачастую не могут определить, к какому снеговому району относится территория предполагаемого строительства объекта.

Составленная, в ходе проведенного исследования карта имеет масштаб 1:1 000 000.

Максимальная снеговая нагрузка на территории области, согласно СНиПу, наблюдается на севере Тымь-Поронайской низменности, в районе пгт. Тымов-ское и составляет 4,8 кПа, а согласно эмпирическим данным значение снеговой нагрузки на данной территории может доходить 6,0 кПа [Генсиоровский, 2007;

Ллексс

Древило и др., 2000]. с».™

Более того, горные районы о. Сахалин на карте СНиП не отнесены к районам с максимальными снеговыми нагрузками. В частности, район Восточно-Сахалинских гор отнесен к VI снеговому району с ве- у| личиной нагрузки 4,0 кПа, однако именно в горах данного района максимальное количество твердых осадков может превышать 1300 мм (13,0 кПа) при средней величине 800 мм (8,0 кПа) [Древило и др., 2000], что в два раза превышает значение снеговой на- х, грузки, установленное для этого района в [СНиП 2.01.07-85*]. То же самое можно сказать и о других снеговых районах о. Сахалин, которые обозначены в вышеприведенном СНиПе.

Рис. 8. Фрагмент карты СНиП 2.01.07-85* (карта-врезка о. Сахалин). Рабочий масштаб 1:11 500 000.

В табл. 3 показано сравнение снеговых нагрузок по участкам выделенным на о. Сахалин согласно карте СНиП 2.01.07-85* (Рис. 8) и карте «Районирования территории о. Сахалин по расчетному значению веса снегового покрова» (Рис. 7).

Таблица 3.

Сравнение величин снеговых нагрузок по различным картам районирования о. Сахалин

Участок Индекс Районирование по СНиП 2.01.07-85*, кПа (кгс/м") Индекс Районирование по разработанной карте, кПа (кгс/м")

Северо-Сахалинская низм. v 3,2 (320) 1в, 4,0 (400)

1в, 4,5 (450)

Западно-Сахалинские и Восточно-Сахалинские горы vi 4,0 (400) на,' 5,5 (550)

па,' 4,5 (450)

на,' 5,5 (550)

Долина р. Тымь vii 4,8 (480) ПВ6 6,0 (600)

Поронайская низм. iv 2,4 (240) НВ2 4,0 (400)

Предгорья Западно-Сахалинских и Восточно-Сахалинских гор v 3,2 (320) ив, 3,2 (320)

на,' 4,5 (450)

па/ 3,2 (320)

Перешеек Поясок v 3,2 (320) па5' 5,0 (500)

Юг Камышового хр. и Сусунайская низм. vi 4,0 (400) шв, 4,5 (450)

шв4 6,0 (600)

ШАГ 4,5 (450)

ША,' 6,0 (600)

Тонино-Анивский п-ов и п-ов Крильон v 3,2 (320) шв, 4,0 (400)

шв, 4,5 (450)

111в, 4,8 (480)

ША,' 4,5 (450)

ША,' 4,3 (430)

Примечание. * Для горных подрайонов приведено значение по карте (Рис. 7) без учета вертикального градиента.

Как видно из табл. 3, существенно изменилась не только величина снеговой нагрузки, но и количество выделяемых участков.

Таким образом, применение карт снеговых районов, разработанных только на основе данных о снежном покрове и твердых осадках, полученных на прибрежных и долинных гидрометеорологических станциях, приводит к сильному занижению реальных величин снеговых нагрузок, что не позволяет в долговременной перспективе эффективно обеспечивать безопасные и благоприятные условия для жизнедеятельности населения.

Основными дополнениями и отличиями разработанной карты «Районирования территории о. Сахалин по расчетному значению веса снегового покрова» от СНиП 2.01.07-85* являются:

• расчетные значения веса снегового покрова на горизонтальной поверхности земли определены на основе материалов многолетних полевых наблюдений за снежным покровом и осадками на территории, не охваченной стационарными гидрометеорологическими наблюдениями;

• снеговые районы выделены на основе районирования территории по типам стратиграфических комплексов снежного покрова;

• для определения расчетной нагрузки в горных районах вводится градиент увеличения снеговой нагрузки с увеличением высоты местности на каждые 100 м от нижней границы снегового района.

Концепция создания карты районирования территории по расчетному значению веса снегового покрова, изложенная в данной работе, может быть использована для разработки подобных карт и для других субъектов РФ. Алгоритм предлагаемой концепции представлен на рис. 9.

Рис. 9. Алгоритм районирования малоизученной территории по весу снегового покрова.

Полученная карта районирования территории о. Сахалин позволяет определять величины снеговых нагрузок, необходимые для проектирования и возведение зданий и сооружений. Снижает риск от возможной недооценки фактической величины нагрузки. Полученная карта дополняет СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» и рекомендована Министерством строительства Сахалинской области в качестве регионального норматива.

выводы

1. Основным фактором, позволяющим определить периоды активизации снеговых нагрузок, является снежность территории. В вековом цикле снежности на о. Сахалин выделено 4 больших цикла с временным интервалом 23-26 лет и 17 малых циклов с временными интервалами 5-7 лет. За период 1946-2012 гг. зарегистрирован 21 зимний сезон с наибольшим негативным влиянием на экономику острова; повторяемость таких зимних сезонов составляет 2-3 случая за каждый малый цикл снежности. Вероятность повторения зимнего сезона с наибольшим негативным влиянием на экономику острова составляет 0,3 случ./г.

2. Получены вертикальные градиенты приращения веса снегового покрова на 100 м превышения для горной территории о. Сахалин, рассчитанные на основе данных снегомерных наблюдений в горах. Значение градиента приращения веса снегового покрова колеблется от 0,5 кПа до 1,0 кПа.

3. Произведен расчет снеговой нагрузки для территории о. Сахалин. Величина снеговой нагрузки для снеговых подрайонов находится в пределах от 3,2 до 6,5 кПа; с учетом вертикального градиента приращения веса снегового покрова в горных снеговых подрайонах величина снеговой нагрузки может составлять более 13,0 кПа.

4. Рассчитаны значения веса снегового покрова для центров муниципальных образований острова, значения величины снеговой нагрузки изменяются в пределах от 3,2 кПа (тт. Смирных) до 6,0 кПа (г. Долинск, г. Южно-Сахалинск).

5. Определены максимальные значения приращения веса снегового покрова за один снегопад в центрах муниципальных образований о. Сахалин. Прирост величины снеговой нагрузки за 1 снегопад для центров муниципальных образований острова составляет от 1,0 кПа {тт. Смирных, г. Корсаков, г. Анива) до 2,5 кПа (г. Томари, г. Долинск, г. Южно-Сахалинск).

6. Разработана методика, позволяющая производить расчет величины снеговой нагрузки на основе неполных данных о количестве осадков, выпадающих на территории. Методика основывается на максимальной величине водозапа-са и вертикальном градиенте приращения веса снегового покрова для горных районов о. Сахалин.

7. Проведено районирование территории о. Сахалин по расчётному значению веса снегового покрова. По его результатам на территории о. Сахалин выделено 3 снеговых области, внутри снеговых областей выделены 3 горных и 3 равнинных, прибрежных снеговых района, которые разделяются на снеговые подрайоны. Выделено 24 снеговых подрайона - 13 равнинных и прибрежных снеговых подрайонов и 11 горных снеговых подрайонов.

8. Составлена карта районирования территории о. Сахалина по расчетному весу снегового покрова в масштабе 1:1 000 000.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ: Статьи, опубликованные в изданиях списка ВАК

1. Казакова E.H., Лобкина В.А. Лавинные катастрофы Сахалинской области // Материалы гляциологических исследований, выпуск 103. М., 2007. с. 185-190

2. Михалев М.В., Лобкина В.А. Зависимость скорости метаморфизма снежной толщи от степени гидроморфности фации (на примере юга о. Сахалин) // Материалы гляциологических исследований, выпуск 105. М., 2008. с. 125-127

3. Лобкина В.А., Михалев М.В. Формирование текстуры снежного слоя в зависимости от начальной структуры отложенного снега // Лед и Снег, выпуск 2 (114). М., 2011. с. 53-56

4. Генсиоровский Ю.В., Казаков H.A., Жируев С.П., Окопный В.И., Лобкина В.А. Определение снеговых нагрузок на сооружения при проведении инженерных изысканий: разработка региональных нормативных документов по снеговым нагрузкам (на примере Сахалинской области) // Геориск, выпуск 3. М., 2011. с. 14-20

5. Лобкина В.А. Снежный покров как фактор, лимитирующий передвижение животных (на примере острова Сахалин) // География и природные ресурсы (академическое изд-во "Гео"), выпуск 1. М., 2012. с. 159-163

6. Лобкина В.А. Ущерб от снеговых нагрузок в Российской Федерации. Причины и последствия // Геориск, выпуск 1. М., 2012. с. 50-53

7. Лобкина В.А., Генсиоровский Ю.В. Проблемы размещения снежных полигонов на урбанизированных территориях (на примере г. Южно-Сахалинска) // Вестник ДВО РАН, № 3. Владивосток, 2012. с. 97-102

8. Лобкина В.А., Казакова E.H., Генсиоровский Ю.В. Методика расчета сне-гопереноса для малоизученных территорий (о. Сахалин) // Лед и Снег. - М.: Наука, 2012. - Вып. 3 (119). - С. 58-61.

9. Лобкина В.А. Циклы снежности на острове Сахалин // Инженерные изыскания. - М.: Геомаркетинг, 2013. - № 3. - С. 60-66.

10. Lobkina V.A. Recrystallization of snowpack at sites with different degrees of humidity И Annals of Glaciology № 53(61), 2012. c. 27-30 (10.3189/2012AoG61A011).

Работы, опубликованные в материалах международных, всероссийских и региональных конференциях

11. Казакова E.H., Лобкина В.А. Анализ катастрофических лавин, сошедших на территории населенных пунктов острова Сахалин // Материалы Всероссийской конференции «Оценка и управление природными рисками». (Риск - 2006», М.: РУДН, 2006. С.300-302)

12. Лобкина В.А. Выявление зависимости между ареалами распространения дикого северного оленя и ландшафтно-стратиграфическими комплексами снежного покрова (о. Сахалин) // Материалы третей региональной конференции молодых ученых «Современные проблемы геологии, геохимии и геоэкологии Дальнего востока России», Дальнаука, Владивосток, 2010. с. 54-56

13. Лобкина В.А., Казакова E.H., Генсиоровский Ю.В. Анализ различных методик расчета снегопереноса // Тезисы докладов IV Международной конференции «Лавины и смежные вопросы» (Кировск, Апатиты: ООО «Апатит-Медиа», 2011. С. 68)

14. Лобкина В.А., Генсиоровский Ю.В. Снеговые нагрузки о. Сахалин: распространение и ущербы // Материалы I Дальневосточной междисциплинарной молодежной научной конференции «Современные методы научных исследований» 8-12.09.11. (Владивосток, ДВО РАН, Дальневосточный федеральный университет, изд-во «Рея» С. 80)

15. Лобкина В.А. Распределение снеговых нагрузок на территории Сахалинской области // Материалы молодежного научного симпозиума «Современные научные исследования на Дальнем Востоке». - Южно-Сахалинск: изд-во ИРОСО, 2012.-С. 64-67.

ЛОБКИНА Валентина Андреевна

СНЕГОВЫЕ НАГРУЗКИ И РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ ОСТРОВА САХАЛИН ПО ВЕСУ СНЕГОВОГО ПОКРОВА

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Подписано в печать 20.08.2013 г. Усл. печ. л. 1,3.Уч.-изд. л. 1,7. Формат 60x84/16. Бумага «Paper one» Тираж 100 экз. Заказ №7718. Печать офсетная.

ФГБУН Институт морской геологии и геофизики Дальневосточного отделения Российской академии наук 693022, г. Южно-Сахалинск, ул. Науки, 1Б. Офсетный цех.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Лобкина, Валентина Андреевна, южно-Сахалинск

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи

04201362460

ЛОБКИНА Валентина Андреевна

СНЕГОВЫЕ НАГРУЗКИ И РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ ОСТРОВА САХАЛИН ПО ВЕСУ СНЕГОВОГО

ПОКРОВА

Специальность 25.00.36 - «Геоэкология» (науки о Земле)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель:

кандидат геол.-мин. наук Н.А. Казаков

Южно-Сахалинск - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ...........................................................................................................................2

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................................................................4

ГЛАВА I. НОРМИРОВАНИЕ В ОБЛАСТИ РАСЧЕТА СНЕГОВЫХ НАГРУЗОК. .. 11

1.1. Нормирование снеговых нагрузок в России................................................................11

1.1.1. Региональное нормирование снеговых нагрузок в России......................................23

1.1.2. Анализ разрушения кровель от недоучета величины снеговой нагрузки в Российской Федерации............................................................................................................26

1.2. Нормирование снеговой нагрузки за рубежом............................................................31

Выводы по главе....................................................................................................................41

ГЛАВА II. РЕГИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СНЕЖНОГО

ПОКРОВА НА о. САХАЛИН..................................................................................................43

2.1. История изучения снежного покрова на о. Сахалин...................................................43

2.2. Характеристика условий снегоотложения на о. Сахалин...........................................49

2.2.1. Циклоническая деятельность......................................................................................55

2.2.2. Ветровой режим и метели...........................................................................................57

2.2.3. Атмосферные осадки и температура воздуха...........................................................63

2.2.4. Снежный покров..........................................................................................................70

2.2.4.1 Метаморфизм снежного покрова.............................................................................74

2.3. Снегоперенос...................................................................................................................77

Выводы по главе....................................................................................................................79

ГЛАВА III. ЦИКЛЫ СНЕЖНОСТИ о. САХАЛИН...........................................................81

3.1. Снежность территории о. Сахалин................................................................................81

3.2. Циклы снежности о. Сахалин и периоды увеличения снеговой нагрузки в зависимости от них...................................................................................................................84

Выводы по главе....................................................................................................................91

ГЛАВА IV. МЕТОДИКА РАЙОНИРОВАНИЯ МАЛОИЗУЧЕННОЙ ТЕРРИТОРИИ

ПО ВЕСУ СНЕГОВОГО ПОКРОВА (НА ПРИМЕРЕ о. САХАЛИН)............................92

4.1. Расчет снеговой нагрузки на поверхность земли.........................................................92

4.2. Полное расчетное значение снеговой нагрузки...........................................................97

4.3. Кратковременные снеговые нагрузки.........................................................................101

Выводы по главе..................................................................................................................105

ГЛАВА V. ПОСТРОЕНИЕ КАРТЫ РАЙОНИРОВАНИЯ ТЕРРИТОРИИ о. САХАЛИН ПО ВЕСУ СНЕГОВОГО ПОКРОВА.........................................................106

5.1. Принципы построения карт районирования малоизученной территории (на примере о. Сахалин)..............................................................................................................................107

5.2. Карта районирования территории о. Сахалин по расчетному значению веса снегового покрова..................................................................................................................112

5.3. Сравнение разработанной карты с картой СНиП......................................................115

Выводы по главе..................................................................................................................119

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.......................................................................................................................120

ЛИТЕРАТУРА.........................................................................................................................122

ПРИЛОЖЕНИЕ!....................................................................................................................137

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Сахалинская область относится к одному из наиболее проблемных субъектов Российской Федерации по степени влияния на ее хозяйственную деятельность снега и связанных с ним процессов. На всей территории области ежегодно формируется устойчивый снежный покров. Снег оказывает существенное влияние на безопасность и доступность зданий и сооружений. Аккумуляция снега на крышах приводит к формированию избыточных нагрузок и повреждению или обрушению зданий. Накопление снега на крышах также приводит к образованию снежных козырьков, обрушение которых представляет опасность для пешеходов и припаркованного вблизи зданий транспорта. Метелевый перенос внутри урбанизированной территории может затруднить доступ к зданиям и другим объектам инфраструктуры.

В связи с начавшимся в последние годы активным строительством в черте населенных пунктов о. Сахалин и получившей развитие горнолыжной инфраструктуре все большую актуальность приобретает необходимость расчета величины снеговой нагрузки на кровли и несущие конструкции сооружений.

Существующие в настоящее время карты распределения снеговых нагрузок на территории Сахалинской области не отвечают современным требованиям, выполнены без учета высотной поясности, влияния циклонической деятельности, лесистости территории, экспозиции склонов и других факторов.

Объектом исследования является снежный покров, его физические характеристики и пространственное распределение по территории о. Сахалин. Предмет исследования - снеговые нагрузки и принципы районирования территории по весу снегового покрова на поверхности земли.

Задачи исследования.

Фактический материал и методы исследований.

окружающей среды (СахУГМС), архивные материалы AHO НИЦ «Геодинамика».

Теоретической и методологической основой диссертационного исследования послужили работы отечественных и зарубежных специалистов в области определения снеговых нагрузок на кровли и грунт Ю.В. Генсиоровский, В.Н. Гордеев, И.Д. Грудев, М.В. Заварина, H.A. Казаков, Т.А. Корнилов, А.Т. Копылов, В.А. Отставнов, A.B. Рыков, Л.С. Розенберг, В.В. Филиппов, К. Heki, D.A. Taylor и др.

Научная новизна.

Разработана методика расчета величины снеговой нагрузки для малоизученной территории. Впервые построена карта районирования

территории о. Сахалин по расчетному значению веса снегового покрова на поверхность земли в масштабе 1:1 ООО ООО.

Защищаемые положения.

1. Возникновение максимальных снеговых нагрузок на территории о. Сахалин имеет периодичность, связанную с циклами снежности его территории. В вековом цикле максимальных снеговых нагрузок выделяются 4 больших цикла с временным интервалом 23-26 лет и 17 малых циклов с временными интервалами 5-7 лет;

Государственного бюджетного учреждения науки Дальневосточного геологического института ДВО РАН.

Практическое значение работы. Основной результат исследования — карта «Районирование территории о. Сахалин по расчетному значению веса снегового покрова» и методика расчета снеговых нагрузок на поверхность земли - рекомендуются для использования проектными организациями области в качестве регионального норматива.

Изложенные в диссертации принципы были использованы при разработке карт снеговых нагрузок и рекомендаций по расчету снеговых нагрузок на сооружения в Сахалинской области, 2009; при оценке снегозаносимости на участке 265 км -273 км автомобильной дороги Невельск - Томари - аэропорт Шахтёрский, 2011; при разработке рекомендаций по защите от снежных заносов автомобильных дорог Сахалинской области (участок с. Новое), 2012; используются при проектно-изыскательских и научно-исследовательских работах СахалинТИСИЗ; ГУП «Автодорпроект»; Сахалинский филиал ФГБУН ДВГИ ДВО РАН; ОАО «Институт Сахалингражданпроект».

II Региональной конференции студентов, аспирантов, молодых ученых «Проблемы экологии, безопасности жизнедеятельности и рационального природопользования Дальнего Востока и стран АТР» (Владивосток, 2005); III международной конференции «Лавины и смежные вопросы» (Кировск, 2006); всероссийской конференции «Оценка и управление природными рисками» (Москва, 2006); Международном научно-техническом конгрессе «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов» ELPIT-2007 (Тольятти, 2007);

XIV Гляциологическом симпозиуме «Гляциология от Международного геофизического года до международного Полярного года» (Иркутск, 2008); II Региональной конференции «Современные проблемы геологии, геохимии и экологии Дальнего Востока России» (Владивосток, 2008); Международной научной конференции «Гляциология в начале XXI века» (Москва, 2009); Гляциологическом симпозиуме «Лёд и снег в климатической системе» (Казань, 2010); Научно-практической конференции «К 40-летию Дальневосточного отделения РАН. Опасные природные явления. Изучение, моделирование, прогноз. Инновационные пути снижения рисков ЧС» (Южно-Сахалинск, 2010); VI Международной научно-практической конференции «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации» (Москва, 2010); Научно-практической конференции «Опасные природные явления. Инновационные пути снижения рисков промышленной деятельности» (Южно-Сахалинск, 2010); III Региональной конференции «Современные проблемы геологии, геохимии и экологии Дальнего Востока России» (Владивосток, 2010); Международном симпозиуме «Физика, химия и механика снега» (Южно-Сахалинск, 2011); IV международной конференции «Лавины и смежные вопросы» (Кировск, 2011); Научной конференции «Геодинамические процессы и природные катастрофы в Дальневосточном регионе» (Южно-Сахалинск, 2011); Молодежном научном симпозиуме «Современные научные исследования на Дальнем Востоке» (Южно-Сахалинск, 2011); III Международном экологическом конгрессе ЕЬРГГ -2011 (Тольятти-Самара, 2011); I Дальневосточной междисциплинарной молодежной научной конференции «Современные методы научных исследований» (Владивосток, 2011); XV Гляциологическом симпозиуме «Современная изменчивость криосферы Земли» (Архангельск, 2012).

ГЛАВА I. НОРМИРОВАНИЕ В ОБЛАСТИ РАСЧЕТА СНЕГОВЫХ

НАГРУЗОК

1.1. Нормирование снеговых нагрузок в России

Нагрузки, возникающие в результате выпадения и перераспределения снега на крышах, должны учитываться при проектирования всех зданий и сооружений, эксплуатируемых в районах, для которых характерно наличие снежного покрова в зимнее время. Снеговые нагрузки из всех нагрузок, воздействующих на строительные конструкции, являются наиболее изменчивыми, так как в течение зимнего сезона величина снеговой нагрузки может претерпевать существенные изменения как во времени, так и в пространстве. В случае легких конструкций, где снеговые нагрузки превышают всякие другие, испытываемые зданием, именно они влияют на выбор типа строительных конструкций, а следовательно, и на стоимость.

Изначально нормирование снеговых нагрузок развивалось на основе данных об эксплуатации и строительстве зданий и сооружений и во многом зависело от опыта проектировщика, однако по мере развития и усовершенствования методов расчета строительных конструкции возникла необходимость перехода от экспертной оценки к составлению общ�

Информация о работе

Лобкина, Валентина Андреевна
кандидата географических наук
южно-Сахалинск, 2013
ВАК 25.00.36

Диссертация

Снеговые нагрузки и районирование территории острова Сахалин по весу снегового покрова - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы