Введение к работе
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 кровель зданий.
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.
-
Выделить циклы снежности территории о. Сахалин и определить повторяемость зимних сезонов с наибольшим негативным воздействием снегопадов на экономику региона;
-
Рассчитать градиент прироста высоты снежного покрова и количества выпадающих твердых осадков для горной территории острова на основе данных снегомерных наблюдений в горах;
-
Определить величины длительных и кратковременных снеговых нагрузок на о. Сахалин и период их наибольшего воздействия;
-
Разработать методику районирования территорий по расчетному значению веса снегового покрова для малоизученных территорий;
-
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 АНО 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 основывались 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, Н.А. Казаков, Т.А. Корнилов, А.Т. Копылов, В.А. Отставнов, А.В. Рыков, Л.С. 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 грунт 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.
-
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 23-26лет и 17малых циклов с временными интервалами 5-7лет;
-
Разработана методика расчета величины снеговой нагрузки для малоизученных территорий, основанная на величине максимальных водозапа-сов и вертикальном градиенте приращения веса снегового покрова;
-
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; ГУЛ «Автодорпроект»; Сахалинский филиал ФГБУН ДВГИ ДВО РАН; ОАО «Институт Сахалинграж-данпроект».
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 136 страниц и состоит из введения, 5 глав и заключения, иллюстрирована 25 рисунками и 21 таблицей и 1 приложением; список использованной литературы составляет 167 наименования.
