Frazil Ice and Anchor Ice Jam: Blokáda nasávania vodnej elektrárne a zimné bleskové záplavy v riekach s mínusom¶

Keď je rýchlo tečúca rieka, horský potok alebo kanál vystavený čistému, mrazivému zimnému vzduchu (typically below -6 to -15 degrees Celsius / 21 to 5 degrees Fahrenheit) predtým, ako sa vytvorí pevný povrch ľadu, turbulentný prúd zabraňuje zamrznutiu vody do pokojnej plochej kôry na vrchu. Namiesto toho vietor a pereje víria celý vodný stĺpec, čím ochladzujú tekutú riečnu vodu mierne pod jej normálny bod mrazu do podchladeného stavu -0.01 to -0.1 degrees Celsius (31.98 to 31.82 degrees Fahrenheit). V priebehu niekoľkých minút sa v podchladenom vodnom stĺpci súčasne nukleujú miliardy mikroskopických, ako žiletiek tenkých diskovitých ľadových kryštálov nazývaných frazil ice. Pretože podchladené kryštály frazil sú termodynamicky nestabilné, sú intenzívne priľnavé („aktívne frazil“): lepia sa agresívne ako podvodný kontaktný cement na čokoľvek nižšie 0 degrees Celsius (32 degrees Fahrenheit), pokrývanie ponorených riečnych dlaždíc a balvanov na koryte potoka tak, aby sa vytvorili hrubé, hubovité matrace z kotvového ľadu, upchávanie komunálnych odpadkových košov na pitnú vodu a vodné elektrárne v priebehu niekoľkých minút a pod ľadovými vrstvami po prúde sa zhromažďujú do masívnych podvodných visiacich priehrad s hrúbkou až 10 metrov (33 stôp). Udusením 50 až 90 percent prierezovej plochy riečneho kanála môžu zápchy z brazílskeho a kotevného ľadu spôsobiť zimné riečne štádiá vyletieť do výšky 2 až 5 metrov (6,5 až 16,5 stôp) v priebehu 1 až 4 hodín pod krištáľovo čistou modrou oblohou s nulovým dažďom alebo topením snehu, alebo spustiť po prúde** katastrofu** ľadová hrádza zrazu ustúpi. Ak zimná riečna voda začne stúpať do vašej ulice, suterénu alebo chodníka na brehu rieky, alebo ak niekto spadne do rozbahnenej brazílskej vody, okamžite sa evakuujte na vyvýšené miesta a zavolajte miestneho tiesňové čísla. Počas presunu do bezpečia si pozrite našich sprievodcov na brazílsky ľad, riečne ľadové zápchy, rozpadové záplavy a tsunami s ľadovými vlnami, bleskové povodne, zimné búrky, a podchladenie a omrzliny.

Na rozdiel od jarných dažďových záplav, ktoré sa postupne hromadia počas dní teplého počasia, povodne z brazílskeho a kotevného ľadu udierajú počas najchladnejších nocí a rán v zime, vháňajú podmrznúcu vodu naplnenú kašou a 500-kilogramové (1 100 libier) ľadové koláče do domov a cez cesty pri rieke pri mrazivých teplotách, kde tuhá koža a konštrukčné prvky zmrazia v priebehu niekoľkých minút.

Urobte to teraz¶

1. Okamžite evakuujte nízko položené brehy riek, záplavové oblasti a nábrežné cesty, ak uvidíte plávajúce panvice s kašou („palacinkový ľad“), počujete tlmený hukot alebo si všimnete, že hladina rieky prudko stúpa alebo klesá pri počasí pod nulou. Nečakajte na dážď alebo jarné topenie, aby ste mali podozrenie na povodeň: zamrznutie vody v polovici 1. až 3. zápchy (3,3 až 10 stôp) za menej ako 60 minút**. Okamžite vylezte do terénu aspoň 5 až 10 metrov (16 až 33 stôp) nad hranicou normálnej vysokej vody.
2. NIKDY nevychádzajte na riečny ľad, kašu alebo ľadový šelf na pobreží a nikdy sa nepokúšajte prebrodiť pohybujúcu sa ľadovú brečku. Slabý sneh ("slabý ľad") vyzerá ako pevný sneh pokrývajúci rieku, ale má nulovú nosnosť. Ak osoba spadne cez panvu s jemným snehom, viskózna bahno s hrúbkou 1 až 2 metre sa okamžite uzavrie nad jeho hlavou ako mokrý betón, čo zabráni plávaniu a spôsobí okamžitý šok z prechladnutia a utopenie.
3. Ak sa váš dom alebo chata nachádza v zimnej záplavovej oblasti a k vášmu základu začne stúpať brazílska voda, vypnite hlavný elektrický istič a palivový ventil pece/kotla PRED vstupom vody do pivnice a evakuujte ju. Na rozdiel od letnej povodňovej vody, 0 degrees Celsius (32 degrees Fahrenheit) Povodňová voda nabitá Brazíliou zamrzne do pevných blokov ľadu v pivniciach a na prízemí v priebehu niekoľkých hodín, rozdrví ropné nádrže, praskne potrubia zemného plynu a zvonku sa zatvoria dvere.
4. Ak prevádzkujete obecný vodovod, zavlažovacie čerpadlo alebo mikrohydroelektrickú turbínu a všimnete si, že meradlá tlakovej straty klesajú za jasnej noci pod nulou, NEČAKAJTE, kým prietok nedosiahne nulu, aby ste mohli konať. Aktívne kryštály frazil premosťujú oceľové tyče na odpadky (even bars spaced 5 to 10 centimeters apart) za 15 až 45 minút vyhladovanie čerpadiel cez kavitáciu a kolabujúce sitá nasávania pod desiatkami ton hydrostatického tlaku. Okamžite aktivujte nasávacie vykurovacie telesá koša, prebublávače stlačeného vzduchu alebo spätné preplachovanie alebo obtočte/škrtnite nasávanie, aby povrchový ľad mohol vytvoriť ochrannú izolačnú vrstvu proti prúdu.
5. Ak uvidíte, že zimná rieka náhle klesne do hĺbky a odhalí holé, ľadom pokryté balvany na jej koryte, vystúpte z koryta a okamžite vylezte vysoko na breh. Náhly pokles zimnej rieky po prúde znamená, že kanál upchal masívny ľad alebo kotevný ľad, ktorý práve upchal kanál proti prúdu a zadržal milióny kubických metrov vody. Keď táto ľadová priehrada zlyhá, spustí sa turbulentná návalová vlna ľadovej zápchy (3 to 6 meters / 10 to 20 feet high, pohybujúce sa na 5 to 10 meters per second) v balení s brúsnymi ľadovými blokmi zmetie suchý kanál bez varovania.
6. Okamžite zavolajte na miestne tiesňové číslo, ak niekoho uviazne stúpajúca zimná voda, uviazne na ľadovej kryhe alebo ponorí sa do mrazivej vody. Vytočte číslo 911 v Spojených štátoch a Kanade, 112 v celej Európskej únii, 999 v Spojenom kráľovstve, 000 v Austrálii alebo si overte tiesňové čísla. Vyžiadajte si špecializované tímy Swiftwater / Ice Rescue vybavené ponornými suchými oblekmi a nafukovacími záchrannými saňami na ľade.

Fyzika riek Cold-Region: podchladenie, jadrová nukleácia, kotviaci ľad a visiace priehrady¶

Aby ste pochopili, ako sa rieka so stabilným nízkym zimným prietokom môže cez noc vyliať z brehov o 4 metre (13 stôp), preskúmajte štvorstupňový fyzický vývoj podchladeného riečneho ľadu:

====================================================================================
       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. Prečo tečúca voda podchladzuje namiesto vytvárania plochého ľadu¶

V pokojnom jazere alebo rybníku, voda pri 4 degrees Celsius (39.2 degrees Fahrenheit) má maximálnu hustotu a klesá ku dnu, čo umožňuje tenkú vrchnú vrstvu 0 C aby voda rýchlo zamrzla do súvislej povrchovej ľadovej pokrývky, ktorá izoluje jazero od studeného vzduchu nad ním. - V rieke, ktorá sa pohybuje rýchlejšie ako 0.6 to 1.0 meters per second (2 to 3.3 feet per second), turbulentné víry neustále premiešavajú povrchovú vodu so spodnou vodou. - Celá hĺbka rieky sa rovnomerne ochladzuje 0.00 degrees Celsius a potom klesne na prechladenie (-0.01 to -0.10 degrees Celsius). Dokonca aj nepatrný pokles o 120 stupňov pod nulu premení celú rieku na továreň na výrobu ľadu, ktorá generuje až 10 000 až 1 000 000 kryštálikov frazil na meter kubický vody.

2. Anchor Ice: Prečo ľad rastie na dne rieky¶

Normálne je ľad menej hustý ako tekutá voda (0.917 g/cm3 vs. 1.000 g/cm3) a pláva na vrchu. Ako sa môžu na spodku rýchlej rieky vytvoriť hrubé vrstvy ľadu? - Turbulentné víry nesú lepkavé, podchladené aktívne kryštály frazil až dolu do koryta rieky. - Keď sa tieto kryštály dotknú ponoreného štrku, dlaždíc, balvanov, pätiek mostov alebo vodnej buriny, okamžite zamrznú na povrchu skaly. - Keď sú jednotlivé kryštály ukotvené k ťažkým balvanom na koryte potoka, rastú smerom von do veľkých, prekrývajúcich sa platní a hubovitých kupol kotvového ľadu (0.3 to 1.5 meters / 1 to 5 feet thick), ktoré úplne pokrývajú koryto rieky, čím sa dramaticky zvyšuje drsnosť hydraulického koryta (Manningova n), zvýšenie efektívnej výšky koryta a zálohovanie vody proti prúdu. - Riziko poludňajšieho slnečného žiarenia: Keď vyjde ranné slnko a krátkovlnné slnečné žiarenie prenikne cez čistú vodu, aby zohrialo tmavé skaly o zlomok stupňa, hektáre vznášajúceho sa kotevného ľadu sa zrazu odlepia od koryta rieky, zdvihnú 50-kilogramové balvany z dna a plávajú po prúde v masívnej armáde s kašou a narážajú na most.

3. Visiace priehrady: Neviditeľný podvodný ľadovec¶

Keď sa plávajúca kaša a lievancový ľad dostanú do pomalšieho dosahu rieky (ako je napríklad hlava nádrže, riečny ohyb, delta alebo horný okraj existujúcej pevnej ľadovej pokrývky), kaša sa zametie pod povrchovú ľadovú pokrývku. - Vrstva po vrstve sa na spodnej strane ľadovej pokrývky usadzuje a buduje nadol vyčnievajúci obrátený ľadovec nazývaný visiaca priehrada, ktorá môže dosiahnuť 5 až 15 metrov (16 až 50 stôp) a predĺžiť niekoľko kilometrov, pričom na dne rieky zostáva len úzky vysokorýchlostný tunel, cez ktorý sa voda pretláča.

Porovnávacia tabuľka: Freeze-Up Frazília / Anchor Ice Jam vs. Stredná zima / Jarný rozpad Ice Jam vs. Dažďová povodeň na otvorenom mori¶

Ochrana vodných elektrární, priemyselných a komunálnych prívodov vody pred aktívnym zablokovaním v Brazílii¶

Pre prevádzkovateľov mestských čistiarní vôd, prietokových vodných elektrární, prívodov chladiacej vody a čerpacích staníc poľnohospodárskych/rybích liahní môže nezmiernená udalosť ľadového ľadu odstaviť celý mestský vodovod alebo vypnúť elektrickú sieť za menej ako 30 minút.

1. Prečo Frazílsky ľad upcháva ponorené prívody 10 Meters Pod povrchom¶

Prevádzkovatelia často predpokladajú, že umiestnenie prívodného potrubia vody do hĺbky 5 až 10 metrov (16 až 33 stôp) na dno rieky ju chráni pred povrchovým zamrznutím. Počas aktívnej akcie Frazil ponúka hĺbka nulovú ochranu: 1. Turbulentné strhávanie: Turbulencie rieky a sacia rýchlosť sacieho čerpadla ťahajú podchladenú vodu (-0.02 to -0.08 C) a suspendované aktívne kryštály frazil priamo dole do ponoreného nasávacieho hrdla. 2. ** Nukleácia tyčí do koša z holej ocele:** Tyče do koša z holej ocele majú vysokú tepelnú vodivosť. Vo chvíli, keď sa podchladená voda dotkne oceľových tyčí, aktívne kryštály frazil sa privaria k prednej hrane každej tyče. 3. Exponenciálne premostenie (15 to 45 Minutes to Total Blockage): Ako frazília pokrýva tyče, medzera medzi tyčami sa zužuje, čo zrýchľuje rýchlosť vody cez zostávajúce otvory, čím sa dodáva ešte viac kryštálov frazí za sekundu, kým pevná stena ľadu úplne nepremostí koš na odpadky. Po zasunutí vytvára sanie čerpadiel za stenou masívny hydrostatický tlakový rozdiel (up to 5 to 10 meters of water head), ktoré môžu ohnúť oceľové koše na odpadky dovnútra a zničiť obežné kolesá čerpadla prostredníctvom kavitácie.

2. Päť technických a prevádzkových krokov na porazenie blokády nasávania¶

1. ** Monitorujte teplotu vody s vysokou presnosťou (+/- 0.005 C) Teplomery:** Bežné priemyselné teplomery (+/- 0.5 C presnosť) nedokáže zistiť podchladenie. Keď teplota vzduchu klesne pod -6 C (21 F) nad otvorenou vodou a teplota nasávanej vody dosiahne 0.05 C a pri páde vyhláste Frazil Ice Alert.
2. Zapnite elektrické vyhrievanie koša PRED začatím prechladzovania: Aktívna para sa neprilepí na žiadny povrch, ktorý sa práve drží 0.1 to 0.5 degrees Celsius above freezing. Energizujte odporové elektrické vykurovacie články vo vnútri dutých tyčí na odpadky (vyžaduje sa zhruba 2 to 5 kW per square meter plochy stojana) aspoň 30 až 60 minút pred dosiahnutím vody 0.00 C (ohrievanie po tom, čo je stojan už zakopaný v metrovom ľade, je často neskoro).
3. Natierajte stojany na odpadky materiálmi s nízkou priľnavosťou (UHMW polyetylén / epoxidy) alebo odstráňte hrubé vonkajšie stojany: Frazil priľne 10-krát silnejšie na holú oceľ ako na nekovové polyméry s nízkou tepelnou vodivosťou alebo na sklolaminát. Pri núdzových jazdách, kde nie je k dispozícii kúrenie, operátori niekedy zdvihnú hornú časť vonkajšieho koša na odpadky o 30 centimetrov, aby umožnili obtekaniu zhluku vody a uvoľnili tlak drvivej hlavy.
4. Nasaďte závesy s prebublávaním stlačeného vzduchu a recirkuláciu teplej vody: Vstreknutie stlačeného vzduchu v spodnej časti koša mechanicky odreže nahromadené krehké zvyšky z tyčí a zároveň recirkuluje malé percento zohriatej kondenzátorovej/chladiacej vody (even +1 to +2 C) do vstupnej hrádze eliminuje -0.05 C úplné podchladenie, čím sa lepkavá aktívna frazília zmení na neškodnú pasívnu kašu.
5. Znížte rýchlosť nasávaného prietoku (< 0.3 to 0.5 m/s) na podporu povrchovej ľadovej pokrývky (stratégia „ľadového rozmachu“): Jediná najlepšia prirodzená obrana proti ľadovému ľadu je pevná, stacionárna povrchová ľadová pokrývka nad predhradím. Akonáhle rovná vrstva ľadu pokryje vodnú hladinu, zablokuje sálavé tepelné straty na nočnej oblohe a zastaví podchladenie. Dočasné priškrtenie hydroelektrických turbín alebo rozmiestnenie plávajúcich drevených/oceľových ľadových výložníkov proti prúdu spomaľuje povrchovú rýchlosť pod 0.5 m/s, čo umožňuje, aby sa plávajúci palacinkový ľad zmrazil do ochrannej izolačnej strechy.

Strom rozhodovania o núdzovom triedení¶

flowchart TD
    A["Počasie pod nulou (< -6 C / 21 F) nad otvorenou riekou ALEBO náhle zimné topenie / dážď na snehu"] --> B{"Aké zimné nebezpečenstvo na rieke sa vyskytuje?"}
    B -- "Voda rýchlo stúpajúca v chlade pod nulou / plniaci kanál na palacinky" --> C["ZAMRZNUTIE FRAZIL / ANCHOR ICE JAM FLOOD:: 1. Evakuujte záplavovú oblasť a nábrežné cesty okamžite na vyvýšeninu (+5-10 m): 2. Zatvorte domové hlavné elektrické a plynové/olejové ventily skôr, ako voda vnikne do pivnice: 3. Nikdy neprechádzajte cez zamrznutú kašu (okamžite zamrzne brzdy a zastaví sa)"]
    B -- "Hladina rieky náhle klesne a odkryje holé ľadom pokryté skaly v koryte rieky" --> D["BLÍZKA PRÍPADOVÁ VLNA UVOĽNENIA ĽADOVEJ PREHRADY (JAVE): 1. Ľadová zápcha upchala rieku a zadržiava vodnú stenu: 2. Šprintujte z koryta rieky a okamžite vystúpte vysoko na breh: 3. Varujte komunity po prúde cez 911 / 112 / 999"]
    B -- "Vodná elektráreň / mestská voda sa zvyšuje diferenciálny tlak" --> E["AKTÍVNE PRECHLADENÉ FRAZILOVÉ BLOKOVANIE NASÁVANIA:: 1. Zapnite ohrievače košov, recirkuláciu teplej vody a prebublávače vzduchu. STATUS: 2. Škrtiace čerpadlo/turbína prietoku (< 0,5 m/s), aby sa zabránilo zrúteniu stojana a vytváraniu povrchového ľadu: 3. Mechanicky zhrňovacie stojany prekročí štrukturálne limity"]
    B -- "Osoba alebo zviera spadli do bahna alebo pohyblivého ľadu" --> F["EXTRÉMNE PORÚČENIE DO STUDENEJ VODY / SLUHOVICE:: 1. Zavolajte na číslo 911 / 112 / 999 pre Swiftwater Ice Rescue (NIKDY nechoďte na brečku pešo): 2. Dosiahnite alebo zhoďte zaťažené lano, rebrík alebo kruhovú bóju z pevného brehu: 3. Po vytiahnutí: horizontálna poloha, vyzliecť vlhké oblečenie v interiéri"]

Nárazové vlny uvoľňujúce po prúde ľad-Jam ("Javes") a ľadové strmene ("Ivu")¶

Zatiaľ čo zápchy z mrazu sa nahromadia v priebehu niekoľkých hodín, vlny uvoľnenia ľadu (hydraulikou nazývané javes) patria medzi najrýchlejšie a najničivejšie vnútrozemské záplavové vlny na Zemi: 1. Ako vzniká vlna uvoľnenia ľadovej džemy: Či už ju tvorí hustá visiaca priehrada počas topenia v strede zimy alebo mechanický rozpad pevných ľadových dosiek, ľadová džem funguje ako dočasná hrádza cez rieku, ktorá kryje hlbokú nádrž vody proti prúdu (often 3 to 8 meters / 10 to 26 feet higher than the water level immediately downstream of the jam). 2. Náhle zlyhanie konštrukcie: Na rozdiel od betónovej priehrady s prepadom ľadová zápcha katastrofálne zlyhá ako jeden celok, keď hydrostatický tlak a stúpajúca voda zdvihnú ľadovú špičku z koryta rieky. 3. Celerita (5 to 10 Meters Per Second / 18 to 36 km/h): Keď zápcha prestane, strmá gravitačná vlna vody a drvených 1-tonových ľadových blokov sa rúti po prúde rýchlosťou 5 až 10 metrov za sekundu (11 až 22 míľ za hodinu), oveľa rýchlejšie, ako človek dokáže bežať po zasneženom brehu rieky. 4. Pobrežné ľadové strmene (Ice Ride-Up): Keď prívalová vlna obíde ohyby rieky, hybnosť vrhne masívne dosky riečneho ľadu bočne po brehoch (10 to 50 meters inland), orezávanie dospelých stromov, lámanie stĺpov a drvenie prízemných stien domov pri rieke.

Regionálne čísla tiesňového volania a systémy monitorovania riečneho ľadu¶

• Spojené štáty americké: Vytočte 911 pre okamžitú evakuáciu alebo záchranu z ľadu. Monitorujte skoky v zimnom štádiu rieky v reálnom čase a Poradenia o prúde ovplyvnenom ľadom prostredníctvom NOAA / National Weather Service River Forecast Centers (RFC) a U.S. Inžiniersky armádny zbor Výskumné a inžinierske laboratórium chladných oblastí (USACE CRREL) Databáza ľadových džemov.
• Kanada: Vytočte 911. Provinčné riečne predpovedné strediská (ako je Alberta River Basins Ice Observation Network, New Brunswick River Watch, Ontario MNRF a Quebec MSP Vigilance) denne vydávajú varovania pred zamrznutím a rozpadom ľadovej záplavy.
• Spojené kráľovstvo a Írsko: Vytočte 999 alebo 112. Skontrolujte hladiny riek prostredníctvom Environment Agency (Anglicko), SEPA (Škótsko), Natural Resources Wales a OPW (Írsko).
• Európska únia, severské a alpské krajiny: Vytočte 112. Predpovede riečneho ľadu a Fínska udržiavajú NVE (Nórske riaditeľstvo pre vodné zdroje a energiu, Ispatruljen), SMHI (Švédsko), SYKE (Fínsko) a alpské hydrometeorologické úrady.
• Ázia, Rusko, Austrália a Nový Zéland: Vytočte 119 (Japonsko, Južná Kórea), 110 / 119 (upozornenia na ľadovú zápchu v Číne, Žltej rieke a Heilongjiang/rieke Amur), 112 (Rusko EMERCOM), 000 (Austrália) alebo 111 (Nový Zéland) alebo šekom** (Nový Zéland) tiesňové čísla.

Často kladené otázky¶

Ako sa môže rieka zaplaviť uprostred zimy, keď neprší a teplota je -15 C (5 F)?¶

Zimné zamŕzajúce povodne sú spôsobené objemom ľadu a hydraulickým trením, ktoré upchávajú riečny kanál, nie nadmernými zrážkami. Keď teploty vzduchu klesnú pod -6 až -15 stupňov Celzia (21 až 5 stupňov Fahrenheita) cez otvorené pereje za jasnej noci, turbulentná riečna voda sa podchladí mierne pod bod mrazu (-0,01 až -0,1 C) a vytvára miliardy lepkavých brazílskych ľadových kryštálov. Tieto kryštály pokrývajú koryto rieky až meter hubovitého kotevného ľadu a pod ľadovými príkrovmi po prúde sa ukladajú do podvodných visiacich priehrad s hrúbkou až 10 metrov. Pretože 70 až 90 percent podvodného kanála je náhle upchatých brečkou a ľadom, ani normálny nízky zimný tok rieky nemá kam ísť, iba hore a cez brehy.

Prečo môže riečna voda klesnúť pod 0 stupňov Celzia (32 stupňov Fahrenheita) bez toho, aby sa zmenila na pevný blok ľadu?¶

V pokojnom jazierku sa horný milimeter vody ochladí na 0 stupňov Celzia a okamžite zamrzne na plochý povrchový ľad, ktorý izoluje zvyšok vody pod ním. V rýchlej rieke, ktorá tečie rýchlejšie ako 0,6 až 1,0 metra za sekundu (2 až 3,3 stopy za sekundu), mechanická turbulencia nepretržite mieša povrchovú vodu až do koryta rieky. Celá rieka sa mierne ochladí nad 0,00 stupňa Celzia do metastabilného podchladeného stavu (-0,01 až -0,10 C). Aj keď je podchladenie menšie ako jedna desatina stupňa, tento malý pokles teploty poháňa explozívnu nukleáciu suspendovaných kryštálov ľadu, kým latentné teplo uvoľnené mrazom nezohreje vodu späť na 0,00 C.

Prečo nemôže silný plavec vyplávať z rieky naplnenej brazílskou kašou?¶

Frazílska kaša (v severnej Kanade a na Newfoundlande často nazývaná „slabý ľad“) pozostáva z 1 až 3 metre hrubej vrstvy ľadových kryštálov nasýtených vodou a placky plávajúcej na hladine. Je to nenewtonovské médium s vysokou viskozitou: má nulovú štrukturálnu pevnosť na to, aby uniesol váhu stojaceho človeka alebo záchranného sane, takže sa ním ponoríte priamo do krku, no je príliš hrubé a ťažké na to, aby ste ho rozdelili rukami alebo prekopali nohami. Okrem toho pád do snehovej brečky s teplotou -0,05 C spustí do 2 sekúnd mimovoľný reflex lapania po dychu, ktorý spôsobí okamžité vdýchnutie ľadovej kaše a utopenie, ak nemáte na sebe plávaciu vestu a nie ste priviazaní k pobrežnému lanu.

Čo to znamená, ak zurčiaca zimná rieka náhle stíchne a klesne na pramienok holých skál?¶

Ak chodíte na túru, chytáte ryby na ľad alebo v zime žijete pri rieke a všimnete si, že hladina vody náhle klesne o meter alebo viac a odkryje mokré, ľadom pokryté balvany na koryte potoka, ste v extrémnom nebezpečenstve. Rieky sa nevypínajú ako kohútik; náhly pokles zimného toku po prúde znamená, že cez kanál proti prúdu sa práve vklinil masívny ľad, kotvový ľad alebo ľadová zápcha, ktorá zadržiava celú rieku za nestabilnou ľadovou stenou. Keď sa ľadová hrádza pretrhne, čo sa môže stať o niekoľko minút alebo hodín neskôr, 3 až 6 metrov vysoká vlna vody a brúsiacich sa ľadových blokov ("kope") sa bude rútiť po odkrytom koryte rieky rýchlosťou 18 až 36 kilometrov za hodinu. Okamžite vylezte vysoko na breh.

Ako vodné priehrady a mestské vodné elektrárne zabraňujú tomu, aby ľad z ľadu upchal ich podvodné mriežky?¶

Aktívny ľad sa prilepí na podvodné povrchy iba vtedy, keď je voda podchladená pod 0,00 stupňov Celzia, a najsilnejšie priľne na holé, studené oceľové tyče na odpadky. Vodné elektrárne a vodné elektrárne zabraňujú zablokovaniu piatimi spôsobmi: ohrievaním dutých oceľových tyčí na odpadky elektricky alebo parou len o 0,2 až 0,5 stupňa Celzia, aby sa kryštály nemohli spájať; recirkulácia malého prúdu teplej chladiacej vody do nasávacej prednej plošiny, aby sa eliminovalo podchladenie; poťahové mriežky nízkoadhéznymi polyetylénovými polymérmi; rozmiestňovanie prebublávacích závesov so stlačeným vzduchom na roztrasenie sypkej kaše; a spomalenie protiprúdnej rýchlosti vody pod 0,5 metra za sekundu pomocou plávajúcich ľadových výložníkov, aby sa vytvorila pevná ľadová pokrývka na izoláciu vody od studeného nočného vzduchu.

Prečo by ste nikdy nemali jazdiť autom alebo kamiónom cez plytkú zimnú ľadovú záplavu na ceste?¶

Jazda do 15 až 20 centimetrov (6 až 8 palcov) zimnej brazílskej povodňovej vody je oveľa nebezpečnejšia ako letné kaluže z troch dôvodov. Po prvé, zakalená kaša skrýva plávajúce 200-kilogramové bloky pevného riečneho ľadu, ktoré môžu odtrhnúť tiahla riadenia alebo zakliniť pod podvozkom a zdvihnúť pneumatiky z chodníka. Po druhé, 0 C krehká kaša strieka na horúce brzdové rotory, strmene a spojky riadenia a do 60 sekúnd zamrzne na pevný ľad, čím zablokuje kolesá alebo úplne deaktivuje brzdy. Po tretie, ak sa motor zastaví pri stúpajúcej snehovej kaši pod nulou, voda okolo dverí a rámu v priebehu niekoľkých minút zamrzne a pasažierov uväzní v nevyhrievanej kovovej kabíne.

Zdroje a oficiálne pokyny¶

• USA Army Corps of Engineers (USACE) Cold Regions Research and Engineering Laboratory (CRREL, Spojené štáty americké): Engineering and Design: Ice Engineering Manual (EM 1110-2-1612) (definitívna federálna príručka o fyzike podchladených riek, nukleácii ľadu vo Francúzsku, raste kotevného ľadu, visiacich priehradách, dizajne nasávania a mitigácie).
• Národný úrad pre oceány a atmosféru (NOAA) a Národná meteorologická služba (NWS, Spojené štáty americké): Pripravenosť na zamrznutie a rozbitie ľadovej záplavy, poradenstvo v centre predpovedí ľadu v rieke a bezpečnosť vĺn pri uvoľňovaní ľadovej zápchy.
• Environment and Climate Change Canada (ECCC) & National Research Council Canada (NRC, Canada): Procesy riečneho ľadu, nebezpečenstvo snehovej hmly vo Frazílii a kanadské hydraulické smernice pre predpovedanie zimných povodní.
• Nórske riaditeľstvo pre vodné zdroje a energiu (NVE, Nórsko): Manažment príjmu ľadu vo Francúzsku, kotevného ľadu a vodných elektrární v strmých riekach pod nulou (Prevádzková príručka Ispatruljen).
• Svetová meteorologická organizácia (WMO, International): Manuál predpovedania povodní a varovania pred povodňami (WMO-č. 1072), hydrológie a systému včasného varovania v oblasti ľadovej pokrývky.

Súvisiaci sprievodcovia¶

• Frazílsky ľad, riečne ľadové zápchy, rozpadové záplavy a tsunami s ľadovou vlnou
• Bleskové povodne
• Záplavy pri pretrhnutí ľadovcového jazera a evakuácia z dôvodu zlyhania priehrady
• Zimné búrky
• Podchladenie a omrzliny