УЧЕТ РЕЖИМА ОСАДКОВ ПРИ МОДЕРНИЗАЦИИ И РЕКОНСТРУКЦИИ АЭРОПОРТОВ С ГРУНТОВЫМИ ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНЫМИ ПОЛОСАМИ В ХАБАРОВСКОМ КРАЕ
УЧЕТ РЕЖИМА ОСАДКОВ ПРИ МОДЕРНИЗАЦИИ И РЕКОНСТРУКЦИИ АЭРОПОРТОВ С ГРУНТОВЫМИ ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНЫМИ ПОЛОСАМИ В ХАБАРОВСКОМ КРАЕ
Аннотация
Настоящая статья посвящена проблеме влияния режима осадков на эксплуатацию грунтовых аэропортов и безопасность полетов, а также учету актуальной на сегодняшний день метеоинформации при их модернизации и реконструкции. Оценка такого влияния была произведена авторами для подлежащего модернизации аэродрома «Мунук», расположенного в населенном пункте Аян. Анализ и расчет статистических характеристик режима осадков был выполнен с использованием фактических данных наблюдений за осадками за период с 2000 по 2024 гг. Представлены результаты расчетов основных характеристик режима осадков для данного аэропорта и выявлена их связь с повторяемостью муссонов. Полученные результаты могут быть использованы при модернизации и проектировании взлетно-посадочных полос, расположенных в непосредственной близости к водным пространствам.
1. Введение
В соответствие с Федеральным Законом «О территориях опережающего социально-экономического развития в Российской Федерации» , регион Хабаровского Края вошел в программу развития, которая включает в себя модернизацию действующей аэропортовой инфраструктуры: реконструкцию взлетно-посадочных полос (ВПП) и строительство новых терминальных комплексов. К 2022 году уже был реконструирован аэропорт Хабаровска «Новый». В настоящее время основной задачей является модернизация аэропортов с грунтовыми ВПП в городах с численностью населения менее 50 тысяч человек (см. таблицу 1) .
Таблица 1 - Аэропорты Хабаровского Края c грунтовыми ВПП в городах с численностью населения менее 50 тыс. чел
Название аэропорта | Мунук (Аян) | Богородское | Нелькан | Херпучи | Удское (Чумикан) | Чегдомын |
Численность населения, тыс. чел | 1,9 | 3,1 | 0,7 | 0,7 | 1,1 | 12,4 |
Анализ транспортной инфраструктуры Хабаровского края показал, что населенные пункты Аян и Нелькан не располагают достаточно развитой автомобильной и железнодорожной инфраструктурой, поэтому авиационный транспорт является основным средством сообщения с остальной частью рассматриваемого региона.
Модернизацию и реконструкцию ВПП в аэропорту «Мунук» населенного пункта Аян планируется произвести в 2027 – 2029 гг. На наш взгляд, при планировании и проведении такого рода работ необходимо учитывать и особенности метеорологических условий конкретного региона. В частности, в настоящей статье рассматривается влияние режима осадков на деятельность аэропортов с грунтовыми ВПП.
Атмосферные осадки являются одним из основных метеорологических элементов при изучении климатических особенностей территорий. Они влияют на разные сферы деятельности человека. Их частота и интенсивность определяют гидрологический режим рек, морей и океанов, а следовательно, и формирование опасных явления, связанных с наводнениями и засухами. Изучение тенденции изменчивости режима осадков под влиянием различных факторов (естественных и антропогенных) является сложной научной задачей и имеет практическое значение для охраны водных объектов и их рационального использования .
В последние годы на территории РФ наблюдается рост годовых сумм осадков. Так в работе указано, что тренд составляет 1,8% нормы /10 лет, при этом в ряде отдельных областей Сибири и Дальнего Востока (Хабаровский Край и Чукотский Автономный Округ) он составляет 5% нормы/10 лет. Увеличение годовой суммы осадков может оказать негативное влияние на работу аэропортов, как с грунтовыми, так и с искусственными ВПП. Выпадение продолжительных обложных осадков большой интенсивности приводит не только к размыванию грунта, но и к подтоплению аэропортов, что делает их непригодными для эксплуатации до момента улучшения метеорологической и гидрологической обстановки.
2. Объект исследования
В качестве объекта исследования был выбран аэропорт в населенном пункте Аян. Аэропорт Мунук находится в 7 км юго-западнее населенного пункта в северной части Хабаровского Края на берегу Охотского моря. Он допущен к приему только легких воздушных судов (с максимальной взлетной массой менее 5700 кг) таких как Ан-2, Ан-3, Л-410, Cessna 2208B и т.д., располагает грунтовой взлетной-посадочной полосой, размерами 950 х 60 м., перроном, рассчитанный на прием не более двух воздушных судов и одной отдельной приводной радиостанцией (ОПРС). Светотехническое оборудование отсутствует, что не позволяет выполнять полеты в ночное время суток и в сложных метеорологических условиях (см. рисунок 1) .
Рисунок 1 - Схема аэропорта «Мунук» Аяна
Расстояние между аэродромом и Уйкой не превышает 100 м, а до Охотского Моря — приблизительно 200 м. Исток реки начинается от горного хребта Джугджур, абсолютное превышение которого составляет 2000 м над уровнем моря, а впадает она в Охотское море. Протяженность реки составляет приблизительно 30 км. Уйка считается малоизученной рекой. Ввиду отсутствия сети гидрологических постов, существенно ограничена возможность анализа изменчивости русла реки при продолжительных осадках и прогнозирования опасных явлений, таких как наводнение, сель и т.д., что опасно как для населения, так и для хозяйственной деятельности в целом.
На рис.2 представлен снимок устья реки Уйка. Используя схематическое наложение, видно, что у исследуемой реки есть несколько притоков: первый (р. Унычья) впадает в «Уйку» в 5 км от устья, второй (р. Левая Уйка) и третий (название не установлено) впадают в устье реки (см. рисунок 2).
Рисунок 2 - Снимок устья р. Уйка
При изучении влияния осадков на полеты с грунтовых аэродромов, также требуется уделить внимание почвам, характерным для описываемой территории. Так, согласно Единому государственному реестру почвенных структур Российской Федерации (ЕГРПР), для Аяно-Майского района Хабаровского Края присущи торфяные и торфянисто-подзолистые-глеевые почвы. Такие почвы занимают около 2% территории и распространены преимущественно в северной и средней тайге. Они формируются на породах глинистого и суглинистого состава. Такие почвы считаются переувлажненными. Их необходимо оставлять под естественной растительностью, так как в земледельческих условиях они нуждаются в регулировании теплового и водного режима, а также в известковании .
Наличие в грунте глины свидетельствует о плохом поглощении почвой влаги. При размокании грунт становится вязким, что затрудняет перемещение по нему людей, техники и т.д. Таким образом, при выпадении атмосферных осадков, особенно продолжительных по времени, вся влага остается на поверхности, что может повлечь за собой авиационные инциденты, связанные с продольным и боковым выкатыванием.
3. Материалы и методы
Для исследования режима осадков на рассматриваемом аэродроме были использованы фактические данные наблюдений за период с 2000 по 2024 гг., полученные из базы Всероссийского научно-исследовательского института гидрометеорологической информации — Мирового центра данных (ВНИГМИИ — МЦД) .
Для определения степени муссонности климата описываемого аэродрома, был рассчитан «Индекс муссонности» (J) с помощью Microsoft Equation.
Данные о повторяемости атмосферных осадков различной продолжительности были получены из архива наблюдений за явлениями погоды с электронного ресурса ВНИГМИИ — МЦД за период с 2019 по 2024 гг.
Обработка и статистический анализ полученной информации осуществлялись с помощью программного обеспечения Microsoft Excel.
4. Результаты и их обсуждение
Населенный пункт Аян находится между горным хребтом Джугджур и Охотским морем в зоне континентального климата с чертами муссонного. Для оценки степени влияния муссонов на метеорологические условия эксплуатации аэропорта Мунук был рассчитан индекс муссонности по формуле:
где: F1 — повторяемость преобладающих направлений ветра в январе, выраженная в процентах; F7 — повторяемость направлений ветра в июле, выраженная в процентах , .
Для населенного пункта Аян рассчитанный индекс муссонности (J) составил 58,5%, что подтверждает, что территория рассматриваемого аэропорта находится в зоне муссонного климата, который определяет период года, повторяемость, интенсивность и непрерывную продолжительность выпадения осадков.
Распределение рассчитанных годовых сумм осадков за 23-летний период представлен на рисунке 3. Как видно из рисунка, максимальное значение годовой суммы осадков составило 1709 мм (см. рисунок 3).
Рисунок 3 - Годовая сумма осадков за 2000 - 2024 гг
На рисунке черным цветом представлен линейный тренд, рассчитанный программным обеспечением Microsoft Excel, а красным — «скользящее среднее». Характер изменения линии тренда указывает на рост ежегодного числа осадков за упомянутый выше период и в перспективе, а «скользящего среднего» на цикличность периодов увеличения и уменьшения количества осадков. В среднем продолжительность одного цикла составляет 4 года. Так как аэропортовую инфраструктуру предполагается эксплуатировать в течении достаточно большого периода времени, очевидно, что тенденцию изменения количества осадков необходимо учитывать при их реконструкции и модернизации.
Для оценки степени влияния муссонной циркуляции на режим осадков в населенном пункте Аян было рассчитано количество осадков по месяцам за период с 2019 по 2024 гг. (см. таблицу 2).
Таблица 2 - Годовой ход количества осадков за 2019 – 2024 гг
В 2019 и 2020 гг. максимальные значения наблюдались в мае, в 2021 г — в июле, в 2022 г — в августе, а в 2023 и 2024 гг. — в сентябре и июле соответственно. Абсолютный максимум наблюдался в августе 2022 г и составил 574,6 мм. При этом количество осадков в этот период года распределялось по месяцам неравномерно. Только в 2020 году увеличение количества осадков отмечалось в течение всего летнего периода. В остальные годы увеличение количества осадков в переходные периоды и летом перемежается с их резким уменьшением в отдельные месяцы. Так, например, в 2021 г в июне и августе отмечалось 10,3 и 11,9 мм осадков соответственно, что характерно больше для холодного периода года.
Из выше сказанного следует, что на режим осадков в рассматриваемом регионе Хабаровского края кроме муссонной циркуляции оказывают влияние другие крупномасштабные синоптические процессы, перекрывающие действие муссонной циркуляции. В теплое время года погода и метеорологические условия полетов в районе населенного пункта Аян определяется циклонами, выходящими из акватории Охотского моря, что влияет как на преобладающее направление ветра в это время, так и на режим влажности и осадков.
Состояние грунтовых взлетно-посадочных полос во многом зависит как от количества выпадающих осадков, так и от их непрерывной продолжительности. В настоящей работе выполнен расчет непрерывной продолжительности обложных и ливневых жидких осадков за период с 2019 по 2024 гг. раздельно, так как количество выпавших осадков за разные периоды времени может быть равноценным.
В таблице 3 представлены данные о повторяемости непрерывной продолжительности дождя за исследуемый период с апреля по октябрь месяцы (см. таблицу 3).
Таблица 3 - Повторяемость (%) непрерывной продолжительности дождя по месяцам за 2019 – 2024 гг
В преимущественном большинстве случаев непрерывная продолжительность дождя колебалась в пределах от получаса до 6 часов. Вместе с тем, на наш взгляд, отмечалось достаточно большое количество дождей с максимальной продолжительностью 10 и более часов, при этом максимум приходится на июнь месяц (5%).
Что касается ливневых дождей, то в апреле не было отмечено ни одного случая, а в целом они наблюдались гораздо чаще, чем обложные и были более продолжительными (см. таблицу 4).
Таблица 4 - Повторяемость (%) непрерывной продолжительности ливневого дождя по месяцам за 2019 – 2024 гг
Проведенное исследование показывает, что физико-географическое расположение исследуемого аэродрома, близость местной реки и ее притоков, Охотского Моря, глинистая почва, а также влияние муссонной циркуляции на повторяемость, интенсивность и непрерывную продолжительность осадков могут привести к длительным перебоям в работе аэропорта из-за непригодности грунтовой ВПП к приему и выпуску воздушных судов или ее подтопления.
Следует отметить, что при планировании и строительстве аэропортовой инфраструктуры в настоящий момент, согласно , , , режим осадков учитывается как для искусственных, так и для грунтовых взлетно-посадочных полос в части гидрографии, разработки ее дренажной системы, а также при расчете несущей способности грунта. При этом в учитываются средние значения количества осадков отдельно для теплого и холодного времени года, рассчитанные за 20 лет до 2018 г. В отношении проектирования и строительства новых аэродромов с грунтовыми взлетно-посадочными полосами, а также модернизации имеющихся, в нормативно-технической документации подобную информацию следует рассматривать как устаревшую, что, на наш взгляд, требует её актуализации.
5. Заключение
Анализ данных о среднегодовом количестве осадков в аэропорту «Мунук» населенного пункта Аян за последние 24 года свидетельствует о тенденции их к увеличению. Периоды увеличения количества осадков и последующего их уменьшения составляют в среднем 4 года. Отмечается также и увеличение непрерывной продолжительности осадков, особенно ливневых в летний период года, что может привести к негативным последствиям для состояния грунтовой ВПП, ее подтоплению и, как следствие, нарушению работы аэропорта.
Такой режим осадков определяется, с одной стороны, физико-географическим расположением рассматриваемого аэродрома, муссонной циркуляцией, а с другой — особенностями синоптических процессов, характерных для Хабаровского края в целом. Негативное воздействие на эксплуатационную деятельность объектов авиационной инфраструктуры оказывают также гидрологический режим местной реки и характерные для территории аэропорта особенности почвы.
При проектировании новых и планируемой реконструкции и модернизации действующих аэродромов с грунтовыми ВПП, следует учитывать режим осадков, их количество, интенсивность, непрерывную продолжительность и тенденцию изменения в течении последующего продолжительного периода времени их бесперебойной эксплуатации, а также для обеспечения безопасности полетов.
Для достижения поставленной цели требуется обновить имеющуюся нормативно-техническую документацию путём актуализации текущей метеорологической информации о режиме осадков.