„Frazil“ ledas ir „Anchor Ice Jam“: hidroelektrinių įsiurbimo užsikimšimas ir žiemos potvyniai žemesnėse upėse¶

Kai srauni upė, kalnų upelis ar kanalas yra veikiamas skaidraus, šalto žiemos oro (typically below -6 to -15 degrees Celsius / 21 to 5 degrees Fahrenheit) kol nesusidarė kieto paviršiaus ledo sluoksnis, turbulentinė srovė neleidžia vandeniui užšalti į ramią plokščią plutą viršuje. Vietoj to, vėjas ir slenksčiai supurto visą vandens storymę, skystą upės vandenį šiek tiek žemiau už įprasto užšalimo taško atvėsindami iki peršalimo -0.01 to -0.1 degrees Celsius (31.98 to 31.82 degrees Fahrenheit). Per kelias minutes milijardai mikroskopinių, skustuvo plonumo disko formos ledo kristalų, vadinamų fraziliniu ledu, vienu metu susiformuoja per atšaldytą vandens stulpelį. Kadangi peršaldyti frazilo kristalai yra termodinamiškai nestabilūs, jie yra intensyviai lipni („aktyvus frazilas“): jie agresyviai prilimpa kaip povandeninis kontaktinis cementas prie visko, kas yra žemiau. 0 degrees Celsius (32 degrees Fahrenheit), padengia panardintas upės akmenis ir riedulius ant upelio vagos, kad susidarytų stori, purūs inkarinio ledo čiužiniai, per kelias minutes užkimšdami komunalinio geriamojo vandens ir hidroelektrinių šiukšliadėžes, o po pasroviui esančius ledo sluoksnius supakuodami į masyvias povandenines kabančias užtvankas iki 10 metrų (3 pėdų) storio. Užslopinus 50-90 procentų upės kanalo skerspjūvio ploto, ledo kamščiai gali sukelti žiemos upių tarpsnius 2-5 metrais (6,5-16,5 pėdos) per 1-4 valandas po krištolo skaidrumo mėlynu dangumi su nulio lietaus ar sniego tirpsmo banga, (jave)** kai staiga pasiduoda ledo užtvanka. Jei žiemos upės vanduo pradeda kilti į jūsų gatvę, rūsį ar upės kranto taką arba jei kas nors įkrenta į šlamštą užspringtą vandenį, nedelsdami evakuokitės į aukštį ir paskambinkite vietiniam pagalbos numeriai. Eidami į saugumą peržiūrėkite mūsų pagalbinius vadovus trapus ledas, upių ledo kamščiai, potvyniai ir ledo bangos cunamiai, staigūs potvyniai, žiemos audros, ir hipotermija ir nušalimas.

Skirtingai nuo pavasario lietaus potvynių, kurie pamažu kyla per kelias dienas, kai šiltas oras, šalčiausiomis žiemos naktimis ir rytais užplūsta trapūs ir inkarinio ledo potvyniai, įsmeidami į namus ir 500 kilogramų (1 100 svarų) sveriančius ledo paplotėlius į namus ir per kietus upės pakrantės kelius, kai per kelias minutes užšąlame ir struktūriniai keliai užšąla.

Padarykite tai dabar¶

1. Nedelsdami evakuokitės iš žemų upių krantų, salpos ir upės pakrantės keliukų, jei pamatysite plūduriuojančias šlamučius („blynų ledą“), išgirsite duslų šlifavimo riaumojimą arba pastebėsite, kad upės lygis staigiai kyla arba nukrenta esant minusiniam orui. Nelaukite lietaus ar pavasario atšilimo, kad įtartumėte, kad potvynis gali kilti žiemos viduryje: lygis 1-3 metrai (3,3-10 pėdų) per mažiau nei 60 minučių. Nedelsdami pakilkite į reljefą, bent 5-10 metrų (16-33 pėdų) aukščiau įprastos aukščiausio vandens lygio žymos.
2. NIEKADA neišeikite ant upės ledo sluoksnio, nešvarumų ar į krantą greito ledo lentynos ir niekada nebandykite bristi per judantį šlamštą. Smulkusis šlamštas ("šlapinis ledas") atrodo kaip vientisas upę dengiantis sniego krantas, bet jo atlaikomoji jėga yra nulinė. Jei žmogus iškrenta per trapią dumblo keptuvę, klampus 1-2 metrų storio dumblas akimirksniu užsidaro virš jo galvos kaip šlapias betonas, neleidžiant maudytis, o nuo šalčio iš karto atsiranda dusulys ir skendimas.
3. Jei jūsų namas ar namelis yra žiemos užliejamoje lygumoje, o vanduo pradeda kilti link pamatų, PRIEŠ vandeniui patenkant į rūsį, išjunkite pagrindinį elektros pertraukiklį ir krosnies / katilo kuro vožtuvą, ir išleiskite vandenį. Skirtingai nuo vasaros potvynio, 0 degrees Celsius (32 degrees Fahrenheit) Frazilo pripildytas potvynis per kelias valandas užšąla į kietus ledo luitus rūsiuose ir pirmame aukšte, sutraiškydamas naftos rezervuarus, trūkdamas gamtinių dujų vamzdžius ir uždarydamas duris iš išorės.
4. Jei naudojate miesto vandens paėmimo angą, drėkinimo siurblį arba mikrohidroelektrinę turbiną ir pastebite, kad įsiurbimo slėgio kritimo matuokliai nukrenta giedrą, minusinę naktį, NELAUKITE, kol srautas pasieks nulį, kad galėtumėte veikti. Aktyvūs frazilo kristalai perjungia plieninius šiukšliadėžės strypus (even bars spaced 5 to 10 centimeters apart) per 15-45 minutes, išalindami siurblius per kavitaciją ir griūdami įsiurbimo tinklelius esant dešimčių tonų hidrostatiniam slėgiui. Nedelsdami suaktyvinkite įsiurbimo šiukšliadėžės kaitinimo elementus, suslėgto oro burbuliatorius arba atgalinio praplovimo ciklus arba apeikite / droselio įsiurbimo srautą, kad paviršinis ledas sudarytų apsauginį izoliacinį lakštą prieš srovę.
5. Jei matote, kad žiemos upė staigiai KRENTĖ į gylį ir ant upės vagos atidengė plikus, ledu padengtus riedulius, išlipkite iš vagos ir nedelsdami pakilkite aukštai į krantą. Staigus žiemos upės tėkmės sumažėjimas pasroviui reiškia, kad didžiulis šlifavimo arba inkaro ledo kamštis ką tik užkimšo kanalą prieš srovę, sulaikydamas milijonus kubinių metrų vandens. Kai ta ledo užtvanka sugenda, kyla audringa ledo uogienės banga (3 to 6 meters / 10 to 20 feet high, juda adresu 5 to 10 meters per second) su šlifavimo ledo blokais nušluos sausu kanalu be įspėjimo.
6. Nedelsdami skambinkite vietiniu pagalbos telefono numeriu, jei kas nors įstrigtų dėl kylančio žiemos vandens, įstrigtų ant ledo slėnio arba panirtų į šaltą vandenį. Skambinkite 911 JAV ir Kanadoje, 112 visoje Europos Sąjungoje, 999 Jungtinėje Karalystėje, 000 Australijoje arba patikrinkite pagalbos numeriai. Prašykite specializuotų Swiftwater / Ice Rescue komandų, aprūpintų panardinamaisiais sausais kostiumais ir pripučiamomis gelbėjimo ledo rogutėmis.

Šaltojo regiono upių fizika: peršalimas, Frazilo branduolio susidarymas, inkaro ledas ir kabantys užtvankos¶

Kad suprastumėte, kaip upė su pastoviu, mažu žiemos debitu per naktį gali išsilieti 4 metrais (13 pėdų), išnagrinėkite keturių etapų fizinį peršalusio upės ledo progresą:

====================================================================================
       FOUR-STAGE PROGRESSION OF FRAZIL ICE, ANCHOR ICE, AND HANGING DAMS
====================================================================================

   [ CLEAR SUB-ZERO NIGHT AIR: -10 to -25 C (14 to -13 F) + Wind ]
          ^   ^   ^  (Intense Radiative & Convective Heat Loss from Open Rapids)
  ~~~~~~~~|~~~|~~~|~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
   (1) SUPERCOOLING & ACTIVE FRAZIL NUCLEATION (Water Temp: -0.01 to -0.10 C)
       * Turbulent rapids mix supercooled surface water all the way to the bottom.
       * Billions of sticky 0.1 to 5 mm discoid frazil crystals form in suspension.
                                        |
                                        v
   (2) ANCHOR ICE GROWTH ON THE RIVERBED & INTAKE TRASH RACKS
       * Sticky active frazil adheres to cold submerged boulders & steel grates.
       * Riverbed rises by 0.5 to 1.5 m as spongy anchor-ice pillows coat the bottom.
                                        |
                                        v
   (3) PANCAKE ICE & DOWNSTREAM HANGING DAM FORMATION
       * Buoyant frazil flocs rise to form circular slush pans ("pancake ice").
       * Where river slows (pool, bridge pier, or intact ice cover), slush dives
         underneath the surface ice to build a 3-to-10-meter-thick HANGING DAM.
                                        |
                                        v
   (4) HYDRAULIC CHOKING & WINTER FLASH FLOOD (OR SUDDEN BREAKUP SURGE WAVE)
       * 70% to 90% of river channel cross-section is plugged by slush & anchor ice.
       * Upstream river stage surges 2 to 5 meters (6.5 to 16.5 feet) in hours.
====================================================================================

1. Kodėl tekantis vanduo puikiai vėsina, o ne suformuoja plokščią ledo sluoksnį¶

Ramiame ežere ar tvenkinyje laistykite ties 4 degrees Celsius (39.2 degrees Fahrenheit) yra didžiausio tankio ir nugrimzta į apačią, todėl galima plonai nugriebti viršų 0 C vanduo greitai užšaltų į vientisą paviršiaus ledo dangą, izoliuojančią ežerą nuo šalto oro. - Upėje, kuri juda greičiau nei 0.6 to 1.0 meters per second (2 to 3.3 feet per second), turbulentingi sūkuriai nuolat maišo paviršinį vandenį su dugno vandeniu. - Visas upės gylis tolygiai atšąla iki 0.00 degrees Celsius ir tada nukrenta į peršaldymą (-0.01 to -0.10 degrees Celsius). Net nedidelis vienos dvidešimtosios laipsnio kritimas žemiau nulio paverčia visą upę ledo gamybos gamykla, sukuriančia iki 10 000-1 000 000 frazilų kristalų viename kubiniame metre vandens.

2. Inkaro ledas: Kodėl ledas auga upės dugne¶

Paprastai ledas yra mažiau tankus nei skystas vanduo (0.917 g/cm3 vs. 1.000 g/cm3) ir plūduriuoja viršuje. Kaip sraunios upės dugne gali susidaryti storos ledo dugno? - Turbulentiški sūkuriai neša lipnius, peršalusius aktyvius frazilo kristalus iki pat upės vagos. - Kai tie kristalai atsitrenkia į panardintą žvyrą, akmenis, riedulius, tiltų pamatus ar vandens piktžoles, jie akimirksniu užšąla ant uolos paviršiaus. - Pritvirtinus prie sunkių riedulių upelio vagoje, atskiri kristalai išauga į dideles, persidengiančias plokštes ir inkarinio ledo kupolus (0.3 to 1.5 meters / 1 to 5 feet thick), kurios visiškai uždengia upės vagą, smarkiai padidindamos hidraulinį dugno šiurkštumą (Manning's n), didinant efektyvų upės vagos aukštį ir atbuline tvarka vandenį prieš srovę. - Vidurdienio saulės išsiskleidimo pavojus: kai išeina ryto saulė ir trumpabangioji saulės spinduliuotė prasiskverbia per skaidrų vandenį, kad laipsnio dalimi sušildytų tamsias uolas, akrai plūduriuojančio inkaro ledo staiga atsiskiria nuo upės vagos iš karto, pakeldamas 50 kg sveriančius riedulius nuo dugno ir plūduriuodamas masyviu ardalamus tiltu pasroviui. užtvankos.

3. Kabantys užtvankos: nematomas povandeninis ledkalnis¶

Kai plūduriuojantis šlamštas ir blynų ledas pasiekia upę lėčiau (pavyzdžiui, rezervuaro viršūnę, upės vingį, deltą ar esamo kieto ledo sluoksnio kraštą prieš srovę), šlapdriba nušluojama po paviršiaus ledo danga. - Sluoksnis po sluoksnio trapių dumblo nuosėdų ant ledo sluoksnio apačios stato žemyn išsikišusį apverstą ledkalnį, vadinamą kabančia užtvanka, kurios storis gali siekti 5-15 metrų (16-50 pėdų) ir nusitęsti kelis kilometrus, palikdamas tik siaurą didelio greičio tunelį upės dugne, iš kurio vanduo patenka į vandenį.

Palyginimo lentelė: „Freeze-Up Frazil“ / „Anchor Ice Jam“ ir „Žiemos vidurio“ / „Spring Breakup Ice Jam“ ir „Atviro vandens lietaus potvynis“¶

Hidroelektrinių, pramoninių ir komunalinių vandens įvadų apsauga nuo aktyvaus „Frazil“ užsikimšimo¶

Komunalinių vandens valymo įrenginių, upių vandentiekio hidroelektrinių, aušinimo vandens ėmimo angų ir žemės ūkio ir (arba) žuvų peryklų siurblinių operatoriams per mažiau nei 30 minučių gali būti sustabdytas visas miesto vandens tiekimas arba atjungties nuo elektros tinklo.

1. Kodėl „Frazil Ice“ užkemša povandeninius įleidimo angas 10 Meters Po paviršiumi¶

Operatoriai dažnai mano, kad 5-10 metrų (16-33 pėdų) gylio vandens įleidimo vamzdis upės dugne apsaugo jį nuo paviršiaus užšalimo. Aktyvaus trapučio įvykio metu gylis nesuteikia jokios apsaugos: 1. Turbulentinis įsiurbimas: upės turbulencija ir įsiurbimo siurblio įsiurbimo greitis traukia peršaldytą vandenį (-0.02 to -0.08 C) ir suspenduotų aktyvių frazilio kristalų tiesiai į panardintą įsiurbimo angą. 2. Pliko plieno šiukšliadėžės branduolys: pliko plieno šiukšliadėžės strypai pasižymi dideliu šilumos laidumu. Tuo metu, kai peršalęs vanduo paliečia plieninius strypus, aktyvūs frazilo kristalai prisivirina prie kiekvieno strypo priekinio krašto. 3. ** Eksponentinis tiltas (15 to 45 Minutes iki visiško užsikimšimo):** Frazilui padengus strypus, tarpas tarp strypų susiaurėja, o tai pagreitina vandens greitį per likusias angas, per sekundę tiekiant dar daugiau frazilų kristalų, kol kieta ledo siena visiškai persidengia per šiukšlių dėžę. Užkimštus siurblius, esančius už sienos, susidaro didžiulis hidrostatinio slėgio skirtumas (up to 5 to 10 meters of water head).

2. Penki inžineriniai ir eksploataciniai žingsniai, siekiant įveikti įsiurbimo Frazil blokavimą¶

1. ** Labai tiksliai stebėkite vandens temperatūrą (+/- 0.005 C) Termometrai:** Įprasti pramoniniai termometrai (+/- 0.5 C tikslumas) negali aptikti peršalimo. Kai oro temperatūra nukrenta žemiau -6 C (21 F) virš atviro vandens ir įleidžiamo vandens temperatūra nukrenta 0.05 C ir krisdami paskelbkite Frazil Ice Alert.
2. Suteikite energijos šiukšliadėžės elektrinis šildymas PRIEŠ prasidedant peršalimui: Aktyvus frazilas ne neprilips prie jokio paviršiaus 0.1 to 0.5 degrees Celsius above freezing. Įjunkite varžinius elektrinius šildymo elementus tuščiaviduriuose šiukšliadėžės strypuose (reikia maždaug 2 to 5 kW per square meter stelažo ploto) bent 30-60 minučių iki vandens pasiekimo 0.00 C (šildymas po to, kai stovas jau yra įdubęs metre ledo, dažnai būna per vėlu).
3. Padenkite šiukšliadėžes mažai sukibusiomis medžiagomis (UHMW polietilenu / epoksidiniais junginiais) arba pašalinkite šiurkščias išorines stelažus: Frazilas 10 kartų stipriau sukimba su plienu nei su nemetaliniais, mažo šilumos laidumo polimerais ar stiklo pluoštu. Avarinėse trasose, kur šildymas nepasiekiamas, operatoriai kartais pakelia viršutinę išorinės šiukšlių dėžės dalį 30 centimetrų, kad nutekėtų vanduo ir sumažintų gniuždymo galvutės slėgį.
4. Įdiekite suspausto oro burbuliavimo užuolaidas ir šilto vandens recirkuliaciją: Suslėgto oro įpurškimas į šiukšliadėžės pagrindą mechaniškai nupjauna trapias trapios sankaupas nuo strypų, o recirkuliuoja nedidelę dalį pašildyto kondensatoriaus / aušinimo vandens (even +1 to +2 C) į įsiurbimo angą pašalina -0.05 C visiškai peraušinamas, lipnus aktyvus frazilas paverčiamas nekenksmingu pasyviu purvu.
5. ** Sumažinkite įsiurbimo srauto greitį (< 0.3 to 0.5 m/s) skatinti paviršinį ledo dangą ("Ice Boom" strategija):** Geriausia natūrali apsauga nuo trapaus ledo yra tvirtas, stacionarus paviršinis ledo sluoksnis virš priekinio kranto. Kai plokščias ledo sluoksnis padengia vandens paviršių, jis blokuoja spinduliuotės šilumos nuostolius į naktinį dangų ir sustabdo peršalimą po juo. Laikinas hidroelektrinių turbinų stabdymas arba plūduriuojančių medienos / plieno ledo strėlių prieš srovę dislokavimas sumažina paviršiaus greitį žemiau 0.5 m/s, leidžianti plūduriuojančiam blynų ledui sušalti į apsauginį izoliacinį stogą.

Avarinio triažo sprendimų medis¶

flowchart TD
    A["Šaltas oras (< -6 C / 21 F) virš atviros upės ARBA staigus žiemos atlydis / lietus ant sniego"] --> B{"Koks žiemos upės pavojus kyla?"}
    B -- "Vanduo sparčiai kyla minusiniame šaltyje / Blynų purvo pildymo kanalas" --> C["FRAZIL / ANCHOR ICE JAM FLOOD:: 1. Evakuokite salpos ir upės pakrantės kelius iš karto į aukštį (+5-10 m): 2. Išjunkite pagrindinius namų elektros ir dujų/naftos vožtuvus, kol vanduo nepatektų į rūsį: 3. Niekada nevažiuokite per užšalusį vandenį (staigiai užšąla stabdžiai ir)"]
    B -- "Upės lygis staiga NEMĖJA ir atidengia plikas ledu dengtas upės vagos uolas" --> D["Neatidėliotina IŠLEDŲ UŽTRANKOS PALEIDIMO BANGĖ (JAVE): 1. Ledo kamštis prieš srovę užkimšo upę ir sulaiko vandens sieną: 2. Nuplaukite nuo upės vagos ir nedelsdami pakilkite aukštyn krantu: 3. Įspėkite pasroviui gyvenančias bendruomenes 911 / 112 / 999"]
    B -- "Hidroelektrinės / komunalinio vandens įleidimo slėgio skirtumas didėja" --> E["AKTYVUS PERŠALINTAS TRAIPAS ĮĖJIMO KLŪDAS:: 1. Įjunkite šiukšliadėžių šildytuvus, šilto vandens recirkuliaciją ir oro burbuliatorius STAT: 2. Droselio siurblio / turbinos srautas (< 0,5 m/s), kad būtų išvengta stovo griūties ir susidarytų paviršiaus ledas: 3."]
    B -- "Asmuo ar gyvūnas įkrito į purų šlamą arba judantį ledo uogienę" --> F["IPTEMUS ŠALTO VANDENIO / PLŪNŲ panardinimas:: 1. Skambinkite 911 / 112 / 999, kad gautumėte Swiftwater Ice Rescue (NIEKADA nelipkite ant trapios dumblo pėstute): 2. Pasiekite arba išmeskite pasvertą virvę, kopėčias ar žiedinį plūdurą nuo kieto kranto: 3. Vieną kartą ištraukite drabužius, apdorojame hipotermiją."]

Žemiau esančios „Ice Jam Release Surge Waves“ („Javes“) ir „Ice Shoves“ („Ivu“)¶

Nors užšalimo spūstys susidaro per kelias valandas, ledo uogienės išleidimo bangos (hidraulikos inžinierių vadinamos javes) yra vienos greičiausių ir žalingiausių vidaus potvynių bangų Žemėje: 1. Kaip susidaro ledo uogienės išsiliejimo banga: nesvarbu, ar ji susidaro dėl storos kabančios užtvankos vidury žiemos atšilimo metu, ar dėl mechaninio kietų ledo plokščių suirimo, ledo spūstis veikia kaip laikina užtvanka per upę ir palaiko gilų vandens rezervuarą prieš srovę (often 3 to 8 meters / 10 to 26 feet higher than the water level immediately downstream of the jam). 2. Staigus konstrukcinis gedimas: Skirtingai nuo betoninės užtvankos su išsiliejimu, ledo užtvanka katastrofiškai sugenda kaip vienas vienetas, kai hidrostatinis slėgis ir kylantis vanduo pakelia ledo pirštą nuo upės vagos. 3. Celerity (5 to 10 Meters Per Second / 18 to 36 km/h): Kai spūstis nutrūksta, stačios vandens ir šlifuojančių 1 tonos ledo luitų gravitacijos banga pasroviui lekia 5-10 metrų per sekundę (11-22 mylių per valandą) greičiu, daug greičiau nei žmogus gali bėgti snieguotu upės krantu. 4. Shoreline Ice Shoves (plaukimas į ledą): Viršutinei bangai aplenkiant upės vingius, staigus srautas svaido masyvias upės ledo plokštes į šonus į krantus (10 to 50 meters inland), nukirpti brandžius medžius, nulaužti komunalinių paslaugų stulpus ir sutraiškyti paupio namų pirmame aukšte esančias sienas.

Regioniniai pagalbos numeriai ir upių ledo stebėjimo sistemos¶

• Jungtinės Valstijos: Skambinkite 911, jei norite nedelsiant evakuotis arba gelbėti ledą. Stebėkite realiu laiku žiemos upės etapų šuolius ir Ice-Affected Streamflow Advisories per NOAA / National Weather Service River Forecast Centers (RFC) ir JAV. Armijos inžinierių korpuso šaltųjų regionų tyrimų ir inžinerijos laboratorijos (USACE CRREL) ledo uogienės duomenų bazė.
• Kanada: Surinkite 911. Provincijos upių prognozių centrai (pvz., Albertos upės baseinų ledo stebėjimo tinklas, New Brunswick River Watch, Ontario MNRF ir Quebec MSP Vigilance) kasdien skelbia įspėjimus apie užšalimą ir ledo spūstį.
• Jungtinė Karalystė ir Airija: surinkite 999 arba 112. Patikrinkite upių lygį per Aplinkos agentūrą (Anglija), SEPA (Škotija), Velso gamtos išteklius ir OPW (Airija).
• Europos Sąjunga, Šiaurės ir Alpių šalys: Skambinkite 112. Upių ledo ir trapumo prognozes palaiko NVE (Norvegijos vandens išteklių ir energetikos direktoratas, Ispatruljenas), SMHI (Švedija), SYKE (Suomija) ir Alpių hidrometeorologijos biurai.
• Azija, Rusija, Australija ir Naujoji Zelandija: Skambinkite 119 (Japonija, Pietų Korėja), 110 / 119 (Kinijos, Geltonosios upės ir Heilongdziango / Amūro upės ledo spūsties įspėjimai), 112 (Rusijos EMERCOM), 000 (Australija),** arba (**11) pagalbos numeriai.

Dažnai užduodami klausimai¶

Kaip upė gali patvinti viduržiemį, kai nelyja, o temperatūra -15 C (5 F)?¶

Žiemos užšalimo potvynius sukelia ledo tūris ir hidraulinė trintis, uždusianti upės kanalą, o ne dėl papildomų kritulių. Kai giedrą naktį oro temperatūra nukrenta žemiau -6-15 laipsnių Celsijaus (21-5 laipsniai pagal Farenheitą) virš slenksčių, neramus upės vanduo labai atvėsina šiek tiek žemiau užšalimo (-0,01-0,1 C) ir sukuria milijardus lipnių trapių ledo kristalų. Šie kristalai padengia upės vagą iki metro storio inkariniu ledu ir po pasroviui esančiais ledo lakštais susilieja į iki 10 metrų storio povandenines kabančias užtvankas. Kadangi 70-90 procentų povandeninio kanalo staiga užsikemša nešvaru ir ledu, net ir normaliai žemai žiemos upės tėkmei nėra kur eiti, išskyrus aukštyn ir virš krantų.

Kodėl upės vanduo gali nukristi žemiau 0 laipsnių Celsijaus (32 laipsnių pagal Farenheitą), nepavirtęs kietu ledo luitu?¶

Ramiame tvenkinyje viršutinis vandens milimetras atšąla iki 0 laipsnių Celsijaus ir iškart sušąla į plokščią paviršinio ledo sluoksnį, kuris izoliuoja likusį žemiau esantį vandenį. Sraunioje upėje, tekančioje greičiau nei 0,6-1,0 metro per sekundę (2-3,3 pėdos per sekundę), mechaninė turbulencija nuolat maišo paviršinį vandenį iki upės vagos. Visa upė atšąla šiek tiek virš 0,00 laipsnių Celsijaus į metastabilią peršalimo būseną (-0,01-0,10 C). Nors peršalimas yra mažesnis nei viena dešimtoji laipsnio, šis nedidelis temperatūros kritimas skatina sprogstamą sustingusių ledo kristalų branduolį, kol užšalimo metu išsiskirianti latentinė šiluma sugrąžina vandenį iki 0,00 C.

Kodėl stiprus plaukikas negali išplaukti iš upės, pilnos nešvarumų?¶

„Frazil“ purvas (šiaurės Kanadoje ir Niufaundlende dažnai vadinamas „slob ledu“) susideda iš 1-3 metrų storio vandens prisotintų ledo kristalų ir paviršiuje plūduriuojančių blynų nešvarumų. Tai ne niutoniška, didelio klampumo terpė: ji neturi jokios konstrukcijos tvirtumo, kad išlaikytų stovinčio žmogaus ar gelbėjimo rogių svorį, todėl per jas nugrimstate tiesiai į kaklą, tačiau ji yra per stora ir sunki, kad galėtumėte atsiskirti rankomis ar spirti kojomis. Be to, patekus į -0,05 C paplūdimį, per 2 sekundes suaktyvinamas nevalingas šalto smūgio dusulinis refleksas, dėl kurio iš karto įkvepiate ledo srutos ir galite nuskęsti, jei nesate dėvimi aukštai plaukiojančia gelbėjimosi liemene ir nepririšate prie kranto virvės.

Ką reiškia, jei srauni žiemos upė staiga nutyla ir nukrenta plikų uolų srovele?¶

Jei keliaujate pėsčiomis, žvejojate ant ledo ar gyvenate prie upės žiemą ir pastebėjote, kad vandens lygis staiga nukrenta metru ar daugiau, o ant upelio vagos matosi šlapi, ledu apaugę rieduliai, jums gresia didžiulis pavojus. Upės neužsisuka kaip iš čiaupo; staigus žiemos srauto sumažėjimas pasroviui reiškia, kad didžiulis šlifavimo, inkarinio ledo ar skilimo ledo kamštis ką tik įsitvirtino per kanalą prieš srovę, sulaikydamas visą upę už nestabilios ledo sienos. Kai ta ledo užtvanka plyš, o tai gali įvykti po kelių minučių ar valandų, 3-6 metrų aukščio vandens banga ir šlifuojantys ledo luitai („jave“) leisis atvira upės vaga 18-36 kilometrų per valandą greičiu. Nedelsdami lipkite aukštai į banką.

Kaip hidroelektrinių užtvankos ir miesto vandens gamyklos neleidžia ledui užkimšti povandeninių vandens įleidimo grotelių?¶

Aktyvus frazilinis ledas prilimpa tik prie povandeninių paviršių, kai vanduo peršaldomas žemiau 0,00 laipsnių Celsijaus, o stipriausiai prilimpa prie plikų, šaltų plieninių šiukšlių lentynų strypų. Vandens įrenginiai ir hidroelektrinės apsaugo nuo užsikimšimo penkiais būdais: kaitinant tuščiavidurius plieninius šiukšliadėžės strypus elektra arba garais vos 0,2-0,5 laipsnio Celsijaus, kad kristalai negalėtų susijungti; recirkuliuoti nedidelę šilto aušinimo vandens srovę į įsiurbimo angą, kad būtų išvengta peršalimo; dengimo grotelės su mažo sukibimo polietileno polimerais; suspausto oro burbuliavimo užuolaidų išskleidimas, kad purtytų purslą; ir sulėtinti vandens greitį prieš srovę iki 0,5 metro per sekundę, naudojant plūduriuojančias ledo strėles, kad susidarytų kietas paviršinis ledo sluoksnis, izoliuojantis vandenį nuo šalto naktinio oro.

Kodėl niekada neturėtumėte važiuoti automobiliu ar sunkvežimiu per seklią žiemos ledo spūstį ant kelio?¶

Įvažiuoti net į 15-20 centimetrų (6-8 colių) žiemos potvynio vandenį yra daug pavojingiau nei vasaros balas dėl trijų priežasčių. Pirma, drumzlinas purvas slepia plūduriuojančius 200 kg sveriančius kieto upės ledo luitus, kurie gali nupjauti vairo traukes arba įsprausti po važiuokle ir pakelti padangas nuo grindinio. Antra, 0 C temperatūros purvas aptaško įkaitusius stabdžių rotorius, apkabas ir vairo jungtis ir per 60 sekundžių sušąla į kietą ledą, užblokuodamas ratus arba visiškai išjungdamas stabdžius. Trečia, jei variklis užgęsta didėjančiame minusiniame paplūdimyje, vanduo aplink duris ir rėmą užšąla per kelias minutes, įstrigdamas keleivius nešildomoje metalinėje kabinoje.

Šaltiniai ir oficialios rekomendacijos¶

• JAV Armijos inžinierių korpuso (USACE) Šaltųjų regionų tyrimų ir inžinerijos laboratorija (CRREL, Jungtinės Valstijos): Inžinerija ir projektavimas: Ledo inžinerijos vadovas (EM 1110-2-1612) (galutinis federalinis vadovas apie peraušintos upės fiziką, trapių ledų susidarymą, tvirtinimo ledų augimą ir šildymą, pakabinamų dangų projektavimą). potvynių mažinimas).
• Nacionalinė vandenynų ir atmosferos administracija (NOAA) ir Nacionalinė orų tarnyba (NWS, Jungtinės Valstijos): * Pasirengimas užšalimui ir ledo spūstims potvyniams, River Forecast Center patarimai dėl ledo ir ledo spūsties bangos sauga*.
• Kanados aplinka ir klimato kaita (ECCC) ir Kanados nacionalinė mokslinių tyrimų taryba (NRC, Kanada): Upių ledo procesai, Frazilo purvo pavojai ir Kanados hidraulinės žiemos potvynių prognozavimo gairės.
• Norvegijos vandens išteklių ir energetikos direktoratas (NVE, Norvegija): Frazil Ice, Anchor Ice ir hidroelektrinių įvadų valdymas stačiose Subnulinėse upėse (Ispatruljen veiklos vadovas).
• Pasaulio meteorologijos organizacija (WMO, Tarptautinė): Potvynių prognozavimo ir įspėjimo vadovas (WMO-Nr. 1072), šaltojo regiono ledo kamščių hidrologija ir ankstyvojo įspėjimo sistemos.

Susiję vadovai¶

• Trapus ledas, upių ledo kamščiai, potvyniai ir ledo bangos cunamiai
• Staigūs potvyniai
• Ledyninio ežero potvyniai ir užtvankos gedimo evakuacija
• Žiemos audros
• Hipotermija ir nušalimas