СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИРОСТА ТОЛЩИНЫ СНЕЖНОГО ПОКРОВА НА ЛАВИНООПАСНЫХ СКЛОНАХ Российский патент 2013 года по МПК G01W1/04 G01W1/14 

Изобретение относится к области метеорологического и снеголавинного обеспечения работ по принудительному спуску лавин методом дистанционного контроля прироста толщины снежного покрова на лавиноопасных склонах.

Известны различные инструментальные способы измерения прироста толщины снежного покрова на лавиноопасных склонах с помощью шурфов, снегомерных реек, тросов и т.д.

На практике наиболее часто используется способ, согласно которому осуществляют стратиграфический разрез снежной толщи в шурфах, заложенных на репрезентативных участках склона, затем, измеряя толщину выпадающих на него сверху осадков, судят о приросте толщины слоя снега (Болов В.Р. Борьба с лавинной опасностью методом предупредительного спуска лавин. - Гидрометеоиздат, 1984, с.40-42).

Указанный способ недостаточно точен и эффективен, поскольку, исходя из условий техники безопасности, шурфы закладывают в местах, где сход лавин исключен. В итоге полученные результаты измерения не соответствуют данным, которые имели бы место в случае закладки шурфов непосредственно в зоне зарождения лавин.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является способ дистанционного определения прироста толщины снежного покрова на склоне с помощью снегомерных реек (SU 410356 А2, 05.01.1974 - прототип).

Снегомерные рейки представляют собой брус с делениями для определения толщины снежного покрова, которые устанавливаются в различных точках на склоне в осенний период. Прирост высоты снежного покрова на склоне определяют по делениям на снегомерных рейках с помощью дистанционных средств наблюдения.

Как показала практика, данный способ малоэффективен из-за повреждений снегомерных реек сползающим снежным покровом, снежными лавинами, снеговоздушными потоками, осколками и ударными волнами от взрыва противолавинных снарядов при обстреле склона.

В плохую погоду из-за плохой видимости снегомерные рейки визуально не просматриваются, лазерные и ультразвуковые датчики не работают, а контролировать прирост толщины снежного покрова на лавиноопасном склоне необходимо, т.к. прирост может стать критическим и вызвать самопроизвольный сход снежных лавин. В результате этого снижается точность измерения прироста толщины снежного покрова на лавиноопасном склоне и, как следствие, снижается точность прогнозирования начала схода лавин, а также снижается безопасность и эффективность противолавинных мероприятий.

Техническим результатом от использования заявленного способа является повышение точности измерения прироста толщины снежного покрова на лавиноопасном склоне, повышение точности прогнозирования начала схода лавин, а также повышение безопасности и эффективности противолавинных мероприятий.

Технический результат достигается тем, что в известном способе определения прироста толщины снежного покрова на лавиноопасных склонах с помощью инструментальных средств измерения согласно способу предварительно на подветренной части лавиноопасного склона определяют коэффициент затухания скорости ветра, для чего в нелавиноопасный период, например летом, синхронно измеряют скорость ветра в двух точках склона, одна из которых расположена на гребне, а другая - на склоне, далее определяют расстояние между точками измерения и находят коэффициент затухания скорости ветра для данного склона по формуле

где

K - коэффициент затухания скорости ветра на подветренной части лавиноопасного склона, м^-1;

V₁ и V₂ - скорость ветра соответственно в точке, расположенной на гребне хребта и на склоне;

L - расстояние между точками измерения;

затем в зимний период в режиме стандартных метеонаблюдений по программе метеостанций 2-го разряда определяют продолжительность метели, расход метели и количество осадков в штилевой зоне, соответствующей скорости ветра 6 м/с, а также измеряют направления и скорость ветра на гребне, после чего определяют максимальный прирост высоты снежного покрова на склоне за счет осадков и метелевых отложений по формуле

где

q_м - расход метели, кг/(м·с) (определяется справочно по значению скорости ветра на гребне на высоте флюгера 10-15 м);

Т_м - продолжительность метели, c;

α - угол между вектором скорости ветра и линией гребня, градус;

ρ_c - плотность метелевых отложений (снега), кг/м³;

V_г - среднее значение скорости ветра на гребне за промежуток времени T_м, м/с;

10^-3 - коэффициент перевода размерности (с миллиметров в метры);

ρ_в - плотность воды, кг/м³;

M - количество осадков в штилевой зоне склона, где скорость ветра не превышает 6 м/с, в мм водного столба;

β - угол наклона склона, град.

На рисунке схематично показана подветренная часть лавиноопасного склона. Позицией 1 обозначен лавиноопасный склон, позицией 2 - гребень хребта 3, позицией 4 обозначен автоматический прибор для дистанционного измерения направления и скорости ветра, размещенный на мачте 5 на высоте флюгера (10-15 м). Один из таких приборов размещен на гребне 2, а второй на склоне 1.

На практике способ дистанционного определения прироста толщины снежного покрова на лавиноопасных склонах осуществляется следующим образом.

Предварительно для подветренной части лавиноопасного склона 1 определяют коэффициент затухания скорости ветра К, измеряя значения параметров V₁, V₂ и L.

Найденный таким образом коэффициент К для данного склона является величиной постоянной и зависит только от орографических и морфометрических характеристик хребта. Коэффициент K далее может использоваться в расчетах при определении толщины прироста снежного покрова на данном склоне по показаниям только одного прибора, размещенного на гребне 2. После определения коэффициента затухания скорости ветра K для склона 1 второй автоматический прибор, размещенный на склоне 1, демонтируется. Таким образом, измерив средние значения скорости ветра в точках размещения приборов в летний период и расстояние между ними, находят коэффициент затухания скорости ветра для данного склона K по приведенной выше формуле.

После определения коэффициента K в зимний период во время затяжных снегопадов с метелями можно легко определить максимальный прирост толщины снежного покрова в пригребневой зоне h. Для этого достаточно знать значение средней скорости ветра на гребне за промежуток времени Т_м, количество осадков в штилевой зоне склона M, где скорость ветра не превышает 6 м/с, расход метели q_м (определяется справочно по значению скорости ветра на гребне), а также - угол наклона склона β и угол между вектором скорости ветра на гребне и линией гребня α, которые определяются в режиме стандартных метеонаблюдений по программе метеостанций 2-го разряда. Затем значения параметров подставляют в приведенную выше формулу и определяют прирост толщины снежного покрова на лавиноопасных склонах за рассматриваемый промежуток времени.

Пример конкретного выполнения способа.

Измерения скорости и направления ветра и других параметров, необходимых для расчета, проводились на склоне хребта «Аибга» в пределах горнолыжного комплекса «Альпика-сервис» (Краснодарский край). При этом были получены следующие результаты.

По статистически обеспеченному ряду измерений скорости ветра в двух точках для данного склона составили: V₁=20 м/с, V₂=16 м/с. Для данных точек L=200 м. Используя полученные данные, нашли

Все измерения при определении коэффициента K проводились в летний период.

Затем в зимний период в режиме стандартных метеонаблюдений по программе метеостанций 2-го разряда были получены следующие значения параметров:

V_г=17 м/с ρ_в=1000 кг/м³ T_м=5,5 часов (19800 с) q=0,4 кг/(м·с) М=16,5 мм в.ст.=16,5·10^-3 м α=90° ρ_с=180 кг/м³ K=0,00625, м^-1   β=40°

Используя полученные данные, нашли максимальный прирост высоты снежного покрова на склоне за счет метелевого переноса и осадков по формуле

Полученный результат свидетельствует о том, что за рассматриваемый промежуток времени Т_м максимальный прирост толщины снежного покрова «h» в пригребневой части склона составил 0,264 м.

Сравнивая полученный результат с предельно допустимым его значением для данного лавиноопасного склона, можно судить о состоянии снежного покрова и необходимости проведения работ по предупредительному спуску лавин.

Предлагаемый способ в сравнении с известными способами позволяет в любую погоду по данным дистанционного измерения параметров ветра на гребне определить максимальный прирост толщины снежного покрова на лавиноопасном склоне и тем самым повысить достоверность прогнозирования начала схода лавин и связанные с этим безопасность и эффективность противолавинных мероприятий.

Способ прост в реализации и апробирован на склоне хребта «Аибга» в пределах горнолыжного комплекса «Альпика-сервис» (Краснодарский край).

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для дистанционного контроля прироста толщины снежного покрова на лавиноопасных склонах. Согласно заявленному способу предварительно для подветренной части лавиноопасного склона в нелавиноопасный период, например летом, синхронно измеряют скорость ветра на гребне (V₁) и скорость ветра на склоне (V₂). Затем определяют расстояние между точками измерения (L) и находят коэффициент затухания скорости ветра для данного склона (К) по формуле

После этого в зимний период в режиме стандартных метеонаблюдений по программе метеостанций 2-го разряда определяют продолжительность метели (Т_м), расход метели (q_м) и количество осадков (М) в штилевой зоне, соответствующей скорости ветра 6 м/с. Одновременно измеряют скорость ветра (V_г) на гребне, угол между вектором скорости ветра и линией гребня (α), а также угол наклона склона (β). После этого определяют максимальный прирост толщины снежного покрова (h) на склоне за счет осадков и метелевых отложений по формуле Технический результат - повышение точности определения прироста толщины снежного покрова. 1 ил.

Способ определения прироста толщины снежного покрова на лавиноопасных склонах с помощью инструментальных средств измерения, отличающийся тем, что предварительно для подветренной части лавиноопасного склона определяют коэффициент затухания скорости ветра, для чего в нелавиноопасный период, например, летом, синхронно измеряют скорость ветра в двух точках склона, одна из которых расположена на гребне, а другая - на склоне, далее определяют расстояние между точками измерения и находят коэффициент затухания скорости ветра для данного склона, по формуле

где K - коэффициент затухания скорости ветра на подветренной части лавиноопасного склона, м^-1;
V₁ и V₂ - скорость ветра, соответственно, в точке, расположенной на гребне хребта и на склоне;
L - расстояние между точками измерения,
затем, в зимний период, в режиме стандартных метеонаблюдений по программе метеостанций 2-го разряда определяют продолжительность метели, расход метели и количество осадков в штилевой зоне, соответствующей скорости ветра 6 м/с, а также измеряют направление и скорость ветра на гребне, после чего определяют максимальный прирост толщины снежного покрова на склоне за счет осадков и метелевых отложений по формуле

где q_м - расход метели, кг/(м·с) (определяется справочно по значению скорости ветра на гребне на высоте флюгера 10-15 м);
Т_м - продолжительность метели, c;
α - угол между вектором скорости ветра и линией гребня, град.;
ρ_c - плотность метелевых отложений (снега), кг/м³;
V_г - среднее значение скорости ветра на гребне за промежуток времени T_м, м/с;
10^-3 - коэффициент перевода размерности (с миллиметров в метры);
ρ_в - плотность воды, кг/м³;
M - количество осадков в штилевой зоне склона, где скорость ветра не превышает 6 м/с, в мм водного столба;
β - угол наклона склона, град.