Наступила долгожданная весна, и снова стала актуальной тема наводнений, их предупреждения и готовности соответствующих структур к встрече со стихией.
Несмотря на то что природные катаклизмы, связанные с повышением уровня воды в реках, случаются ежегодно, до сих пор постоянно путают формулировки — то говорят о паводках, то о наводнениях, то о половодье. Данная статья разграничивает эти понятия.
Прежде всего необходимо объяснить разницу между половодьем и паводком. Согласно современным научным представлениям, половодье — это наибольшая в году водность реки, регулярно повторяющаяся в одни и те же сезоны. На период половодья, как правило, приходится значительная часть годового стока реки, вплоть до 80 %. Антиподом половодья является межень — период самого низкого уровня воды в реке. В течение года у рек определенного типа питания и водного режима в соответствии с климатическими особенностями закономерно сменяются половодье и межень.
Явлением несколько другого порядка следует считать паводок , происходящий нерегулярно. Это случайно резкий и кратковременный подъем уровня воды, увеличение расхода воды в реке. В отличие от половодья, паводки могут случаться в любое время года. Они не связаны с закономерными процессами водного режима рек.
Таким образом, одно дело — ежегодно повторяющееся половодье на реках Русской равнины в весенний период, обусловленное таянием снега (для этих рек характерно снеговое питание), и совсем другое — резкий подъем воды на тех же реках, например, летом после неожиданно выпавших обильных дождей, который и следует называть паводком.
Сам факт подъема воды — ни закономерного, ни случайного — не называется еще наводнением. Это явление другого рода. Наводнение — это затопление водой местности, которое может произойти в результате подъема уровня воды в реке, озере или море и может быть вызвано как паводком, так и половодьем.
Важно, что наводнение — это уже стихийное бедствие, являющееся следствием подъема уровня воды в реке. Населенные пункты, поля, коммуникации страдают от затопления, т.е. наводнения. Вызывающий же его подъем воды в реке может быть классифицирован по-разному в зависимости от того, насколько закономерно и ожидаемо это явление.
Каждой весной в наших широтах актуализируется проблема борьбы с последствиями наводнений, обусловленных весенним половодьем — для рек умеренного климатического пояса характерно весеннее половодье, однако объясняется оно по-разному.
Реки , протекающие через тайгу, смешанные и широколиственные леса, лесостепи и разнотравные степи на территории европейской части России, характеризуются снеговым питанием. Половодье на них приходится на период наиболее активного таяния снегов (март — апрель), понемногу «продвигаясь» с юга на север.
Южнее, в сухих степях и полупустынях, следует говорить о дождевом питании. Однако пик осадков здесь приходится также на весенний период, так что половодье наступает примерно в то же время.
Восточнее Урала , в Сибири , в зонах континентального и резко континентального климата, простирающихся вплоть до хребта Джугджур на границе с Дальним Востоком , ситуация схожая. У рек преобладает снеговое питание и, следовательно, весеннее половодье. Местная особенность состоит в том, что обильное снеготаяние наступает позднее — как правило, в мае.
Специфическая ситуация сложилась на Дальнем Востоке. Здесь господствует муссонный климат умеренного пояса. Для него характерны: засушливая зима (с ветрами с суши на море) и влажное, дождливое лето (с ветрами с моря на сушу). В соответствии с особенностями климата для здешних рек свойственно дождевое питание с половодьем в летнее время.
Периодические колебания уровня вызываются проявлением периодических сил притяжения Луны и Солнца - так называемыми приливообразующими силами.
Приливно-отливные колебания уровня охватывают практически всё побережье Мирового океана, и для краткости их называют приливами. Таким образом, приливные явления представляют собой динамические процессы в водах морей и океанов (в том числе и колебания уровня).
Основные понятия, связанные с приливами, заключается в определениях полной и малой воды, величины прилива и отлива как разницы между полными соседними и малыми водами, продолжительности роста и спада уровня (фазы прилива и отлива), продолжительности приливоотливного цикла.
Предельный размах приливных колебаний уровня в каждом пункте заключается между наивысшими и наинизшими теоретическими уровнями, вычисляемыми расчётным путём.
В зависимости от продолжительности приливно-отливного цикла различают:
Полусуточные приливы (П) - с периодом приблизительно в половину суток, т.е. имеющие в продолжение суток две полные и малые воды; - суточные приливы (С) - имеющие в течение суток полную и малую воду;
Неправильные полусуточные (НП) - с заметной суточной разницей в значениях соответствующих экстремумов уровня;
Неправильные суточные (НС) - суточные приливы, которые при малых склонениях Луны становятся полусуточными при существенном уменьшении их величины;
Смешанные приливы - неправильные полусуточные и (или) неправильные суточные приливы.
Особо следует выделить аномальные приливы, которые по отдельным признакам отличаются от перечисленных выше основных видов приливов.
Например, влияние мелководья может быть столь значительно, что к общему названию прилива добавляется название “мелководный”. При этом изменяется продолжительность времени роста и падения уровня.
В устьевых участках рек прилив по времени менее продолжителен, чем отлив.
Иногда влияние мелководья становится столь значительным, что на кривой полусуточных приливов появляются дополнительные полные и малые воды. Такие приливы встречаются редко, в частности, они наблюдаются в пунктах Портленд, Саутгемптон (пролив Ла-Манш) или на Белом море (явление “маниха”).
Другим примером искажения приливов местными условиями может служить явление под названием “бор” (маскарэ, поророкам) и характеризующееся тем, что прилив продвигается вверх по реке в виде волны или ряда волн с очень резким подъемом уровня.
Приливам свойственны следующие неравенства:
суточные неравенства в высоте, представляющие собой разность высот двух последовательных полных или малых вод (для различных пунктов суточные неравенства имеют различные величины - от малозаметного различия в высотах смежных полных или малых вод до полного исчезновения одной полной и одной малой воды);
полумесячные неравенства в высотах и величинах приливов (полумесячное неравенство, зависящее от фазы Луны, наиболее ярко проявляется в приливах полусуточного характера). Во время полнолуния величина полусуточных приливов бывает максимальной - наступают так называемые сизигйные приливы. В первой и третьей четвертях приливы имеют наименьшую величину - наступают квадратурные приливы;
полумесячное неравенство, зависящее от склонений Луны и Солнца (тропическое неравенство) обычно является основным в суточных и неправильных суточных приливах, при больших склонениях Луны, приливы называются тропическими и отличаются большой величиной, во время прохождения Луны через экватор, приливы называются экваториальными и имеют малые величины;
месячное неравенство приливов (параллактическое) проявляется в зависимости от расстояния между Землёй и Луной (перигей). Минимальные значения величин приливов наблюдаются при наибольшем расстоянии между Землёй и Луной (апогей).
Нуль глубины" и "Поправка глубины".
Нулём глубин называется условная поверхность, от которой даются отметки глубин на мopcких навигационных картах.
Действительная глубина в любой точке может быть определена путём алгебраического суммирования глубины Нк, указанной на карте, с высотой h мгновенного приливного уровня моря, определённого по Таблицам приливов.
В большинстве случаев в качестве нулей глубин выбираются наинизшие уровни, но возможны случаи, когда действительная глубина окажется меньше отметки, показанной на карте. В Таблицах приливов на эти дни даются отрицательные высоты малых вод, которые и надо вычитать из отметок глубин на карте.
В Таблицах приливов и на отечественных морских картах на иностранные воды сохраняются те же нули глубин, какие приняты на соответствующих иностранных картах. Вследствие этого Таблицы приливов могут быть использованы при работе с любыми иностранными картами.
Основным навигационным пособием, содержащим предвычисленные уровни по Мировому океану, являются таблицы приливов. Различают таблицы приливов календарного типа, издаваемые ежегодно на календарные даты, и таблицы постоянного действия, рассчитанные на много лет. Предвычисленные уровни в таблицах приводятся для морей России относительно наинизшего теоретического уровня (НТУ), а по зарубежным водам относительно нулей глубин, какие приняты на иностранных картах
Определение причин переувлажнения, расположения зон подтопления земель является необходимым и значимым этапом в разработке системы водопонижения. На основании выявления причин переувлажнения возможна разработка эффективной и экономичной конструкции дренажей.
Следует отметить, что с практической точки зрения, классификация причин переувлажнения не является актуальной. Актуальной является задача схематизации условий водного питания объекта, определения приоритетов в причинах подтопления, что является основанием для разработки рациональной системы водопонижения.
Естественные причины подтопления
Среди естественных причин можно выделить локальные и региональные причины.
Региональной естественной причиной переувлажнения земель и подтопления территорий для Северо-Западного региона РФ является превышение суммарного количества осадков за год над суммарным испарением и транспирацией (потребления воды растениями).
Среди локальных причин можно выделить геологические, топографические, гидрологические причины переувлажнения.
Геологические причины переувлажнения – особенности геологического строения от поверхности до глубины 6-10м (применительно к ландшафтному строительству). Количество слоев грунта и водно-физические характеристики каждого слоя могут варьироваться в широком диапазоне.
Например, на Карельском перешейке (Ленинградская область) количество слоев в пределах глубин 6-10м может достигать 8-10; а коэффициенты фильтрации каждого слоя могут изменяться от 0,001 до 50 м/сут. При этом на расстоянии в несколько десятков метров геологические профили могут значительно отличаться.
Топографические причины переувлажнения – особенности рельефа территории строительства. Наличие холмов и возвышенных гряд, разделенных ложбинами и тальвегами, естественные террасы, замкнутые понижения и речные долины – все эти элементы рельефа придают особую привлекательность территории как объекту ландшафтного строительства (примером этого является Карельский перешеек), но при этом значительно возрастает сложность инженерного освоения территории. Задачи водопонижения и водоотведения особенно актуальны в пониженных частях рельефа, где концентрируется сток поверхностных и грунтовых вод.
Гидрологические причины переувлажнения – влияние естественной гидрографической сети (рек, ручьев, озер и т.д.) на водный режим прилегающей территории. В первую очередь – подпор грунтовых вод территории водами водоприемника.
Поскольку, с практической точки зрения, наиболее актуальной является задача схематизации природных условий, рассмотрим наиболее распространенные схемы образования зон подтопления под воздействием природных факторов, представленные на рисунке ниже.
Равнинные территории с минимальными уклонами поверхности земли и УГВ . При малых уклонах поверхности отсутствует поверхностный сток, как следствие, увеличение инфильтрации в грунт. При малых уклонах УГВ движение грунтовых вод практически отсутствует. В результате влияния двух этих факторов, даже при хорошо водопроницаемых грунтах, образуются зоны подтопления.
Обозначения к рисункам в этом материале:
Схемы образования зон подтопления территорий.
1 – поверхность земли;
2 – зона подтопления;
3 – слабоводопроницаемый грунт;
4 – хорошо водопроницаемый грунт;
5 – УГВ;
6 – УГВ «верховодки»;
7 – УГВ при повышенных уровнях воды в реке;
8 – УГВ при бытовом уровне воды в реке;
9 – уровень воды в реке в паводок;
10 – уровень воды в реке в межень;
11 – выпадение дождя;
12 – инфильтрация;
13 – движение потока грунтовых вод;
14 – движение вод «верховодки»;
15 – движение грунтово-напорных вод;
16 – движение поверхностных вод;
17 – планировочная отметка;
18 – УГВ до строительства.
«Верховодка». При наличии вблизи от поверхности грунта линз из слабоводопроницаемых грунтов образуется «верховодка» – первый от поверхности горизонт грунтовых вод, который характеризуется локальным распространением (над линзой) и изменчивостью во времени (приурочено к многоводным периодам). В результате периодически (после снеготаяния или затяжных дождей) образуются локальные зоны подтопления с размерами по поверхности от десятков до сотен метров.
Территории у подножья склона . У подножья склона происходит замедление поверхностного стока, движущегося по склону с большой скоростью с вышележащей террасы, как следствие – большее количество воды впитывается в грунт, глубина потока грунтовых вод возрастает, УГВ приближается к поверхности земли. Одновременно происходит подпор потока грунтовых вод, движущегося с вышежащих территорий. В результате создаются условия образования зоны подтопления у подножья склона, вплоть до образования родников.
Зона подтопления на склоне . Особенности геологического строения – слой слабоводопроницаемого грунта располагается вблизи от дневной поверхности в средней части достаточно крутого склона. В результате УГВ, располагающийся над водоупорным слоем, приближается к дневной поверхности, вплоть до выхода на поверхность с образованием родников.
Напорные грунтовые воды . Водосбор, являющийся областью питания хорошо водопроницаемого слоя грунта (слой 4), располагается на высокорасположенных территориях. На нижележащих территориях в слое 4, заключенном между слоями 3 (слои с низкими фильтрационными свойствами), повышается давление воды – происходит образование напорных грунтовых вод.
На нижележащих территориях возможно образования вертикального движение воды из слоя 4 через слой 3 вверх к дневной поверхности земли. При уменьшении мощности слоя 3, интенсивность этого явления возрастает, вплоть до выхода на поверхность с образованием открытого зеркала воды. В этом случае говорят, что зона подтопления образовалась как следствие наличия напорных грунтовых вод.
Влияние уровня воды в естественных водотоках . На территориях прилегающих к естественным водотокам режим УГВ непосредственно зависит от режима уровней воды в водотоке. Повышение этих уровней, особенно продолжительное по времени, является причиной повышения УГВ и образования зоны подтопления на прибрежной территории.
Искусственные причины подтопления территорий
В этой группе причин можно выделить следующие: преобразование рельефа, создание сооружений на пути естественного движения поверхностных и грунтовых вод, влияние уровня воды в искусственных водоемах, утечки жидкости из трубопроводов и каналов.
Преобразование рельефа. В результате работ по организации рельефа и вертикальной планировке, предусматривающих значительное понижение проектных отметок по отношению к исходному рельефу, УГВ может оказаться на глубине меньшей, чем глубина соответствующая норме осушения.
Создание сооружений-преград на пути естественного движения поверхностных вод . До строительства сооружения поверхностный сток перемещался по поверхности склона с достаточно большой скоростью, обеспечивающей минимальное впитывание в грунт и подпитку УГВ. После строительства сооружения поверхностный сток концентрируется у верхней границы сооружения. В результате значительно увеличивается впитывание воды в грунт и происходит подъем УГВ под сооружением и ниже по склону.
Создание сооружений-преград на пути естественного движения грунтовых вод . После строительства сооружения с глубокой подземной частью (ниже естественного УГВ) поток грунтовых вод становится «подпертым подземной плотиной». В результате у верхней границы сооружения УГВ поднимается, создаются предпосылки для появления зоны подтопления.
Кроме образования зоны подтопления вдоль верхней границы сооружения создаются предпосылки для возникновения контактной фильтрации вдоль подземного контура сооружения, процесса суффозии.
Влияние уровня воды в искусственных водоемах
. Комментарии аналогичны соответствующему пункту, описывающему естественные причины. Отличие в том, что подъем уровня воды вызван строительством ниже по течению плотин, дамб, сооружений, сужение русла рек и каналов.
Утечки жидкости из трубопроводов
. Утечки воды из водопроводно-канализационных сооружений и водостоков может являться причиной повышения УГВ, особенно в городских условиях.
Данный материал является главой из книги Константина Криулина "Дренажные системы в коттеджном и ландшафтном строительстве"
. Книгу вы можете приобрести у нас в офисе.
Константин Криулин является ведущим преподавателем факультатива «Дренажи в ландшафтном строительстве». Посмотреть его страницу на нашем сайте вы можете
Грунтовых вод - обязательное исследование на густонаселенных территориях вблизи водоемов, рек, озер, морей. Любой человек, приобретающий или хозяйственных зданий, должен знать о глубине залегания грунтовых вод на участке. От этого зависит способ возведения фундамента, выбор материалов, величина затрат и даже человеческая жизнь.
Что такое уровни грунтовых вод?
Перед тем как определять уровни воды, следует знать, что это такое. Грунтовые воды - это первый водоносный подземный слой, который находится выше глинистого грунта (он не дает воде просачиваться, задерживает ее). У грунтовых вод есть источник. Как правило, это близлежащие водоемы, а также осадки, растаявший снег. Подъем уровня воды находится в прямой зависимости от времени года, мощности грунтовых ресурсов, то есть их объема. Эти факторы способствуют изменению глубины и расстояния до поверхности земли грунтовых вод. Весной их уровень повышается за счет таяния снегов, проливных дождей, обильного поступления влаги из других источников. Летом он понижается, а самый низкий уровень воды зафиксирован в зимнее время.
Способ определения уровня воды
Для того чтобы правильно определить уровень воды на участке, потребует помощь геодезистов, но эту процедуру можно выполнить самостоятельно. Раньше его определяли, выкапывая колодцы. Сегодня существует несколько доступных способов. Первый - самый современный. Воспользоваться им помогут инструменты: садовый бур (его длина должна быть не меньше двух метров), металлический длинный прут (на нем следует сделать отметки, которые обозначают сантиметры).
Пробурите одну скважину на всю длину бура и не трогайте ее в течение суток. За двадцать четыре часа в скважине должна появиться вода. Затем опустите в отверстие прут, который будет служить мерой. Отметка покажет глубину расположения жидкости. Если прут стал мокрым на отметке десять сантиметров и ниже, то, зная глубину скважины, можно вычислить расстояние залегания грунтовых вод. Например, от двухсот сантиметров отнимите десять (измерения прутом). Итоговое число - это расстояние до грутовых вод. Проверять уровень жидкости следует в течение последующих дней. Если результат не изменится, он будет считаться грунтовым зеркалом. Если глубина залегания больше двух метров, воспользуйтесь ложковым буром. Специалисты советуют проводить определение уровня почвенных вод весной.
Народные методы
Для определения уровня воды раньше использовали метод наблюдения за растительностью, которая преобладает на определенной территории. Если почва влажная, то на участке растет лабазник, ольха, камыш лесной, верба, смородина, таволга вязолистная, щавель. Эти растения указывают на избыточную влажность почвы и высокое залегание. Обратите внимание на наклон кустарников и деревьев. Если кроны склонились в одну сторону, значит, рядом высокий грунтовый слой. Особенность в том, что трава и растительность на такой территории обильная, имеет сочный зеленый окрас.
Для чего это нужно
Определять уровни воды перед закладкой фундамента - важный этап любого строительства. Если уровень грунтовых вод высокий - это означает повышенную влажность почвы, которая обладает низкими несущими способностями. Объективно строить дом на таком участке нельзя. Если уровни воды высокие, она может заполнить вырытые котлованы и траншеи. В этом случае возводить фундамент не рекомендуется: сначала следует выкачать лишнюю воду и сделать гидроизоляцию. Но такие меры считаются временными, поскольку высокий уровень грунтовых вод вызывает подтопления. Если дом построен без учета этих факторов, то в подвале всегда будет стоять вода, а в самом доме появится плесень и грибок. Кроме этого, высокие отметки в населенных пунктах вызывают весенние паводки, наводнения. Например, уровни воды в Великом Устюге часто оказываются повышенными, из-за чего угроза наводнений на этой территории присутствует всегда.
Глубина залегания
Высокими уровни воды считаются, если они залегают на два метра и меньше. Такие уровни характерны для заболоченных территорий, низинных склонов, берегов рек, озер. Низким уровнем залегания считается нахождение грунтовых вод на глубине более двух метров. Это нормальный уровень залегания для строительства дома. Глубина протекания вод означает верхний подземный слой, формированию которого способствуют выпадение ежегодных осадков, реки и озера, расположенные рядом. От зависит не только строительство жилых зданий, но и организация ландшафта, посадка растений и деревьев. Если участок находится на территории высокого залегания, следует позаботиться о полноценном дренаже. Перед строительством, закладкой фундамента проведите исследование глубины.
Наводнения в Великом Устюге
Высокий уровень воды и, как следствие, угрожающие паводки, наводнения преследуют в Вологодской области с шестнадцатого века. Именно тогда в Великоустюгской летописи впервые упоминали о разрушениях, которые принесла вода.
Самое известное наводнение произошло в 1998 году. Высокие уровни воды в Великом Устюге привели к катастрофическим последствиям. Весной в начался резкий подъем уровня воды, которому поспособствовал интенсивный ледоход, приведший к заторам. Тогда зоной затопления стал город Великий Устюг и еще двадцать четыре населенных пункта.
Весной 2016 года в Вологодской области было затоплено более полутора тысяч домов. повышался за сутки на пятьдесят сантиметров.
В XX веке в Великом Устюге было зафиксирована двадцать одна чрезвычайная ситуация, связанная с повышением уровня вод.
Наводнение - это временное затопление водой значительной части территории, прилегающей к реке, водохранилищу, озеру или морю, в результате подъема воды по причинам снеготаяния, ветровых нагонов, заторов и т.п.
В зависимости от причин возникновения различают шесть основных типов наводнений:
1) Половодье – периодически повторяющийся относительно продолжительный подъем уровня воды в реках, вызываемый обычно таянием снега на равнинах или дождевыми осадками, а также весенне-летним таянием снега в горах; его следствием является затопление низких участков местности.
2) Паводок – интенсивный периодический, сравнительно кратковременный подъем уровня воды в реке, вызываемый обильными дождями, ливнями, иногда быстрым таянием снега при зимних оттепелях.
3) Затор – нагромождение льдин во время весеннего ледохода в сужениях и излучинах русла реки, стесняющее движение и вызывающее подъем уровня воды в месте скопления льда и некоторых участках выше его.
4) Зажор – скопление рыхлого ледового материала во время ледостава (в начале зимы) в сужениях и излучинах русла реки, вызывающее подъем уровня воды на некоторых участках выше него.
5) Ветровой нагон – подъем уровня воды, вызванный воздействием ветра на водную поверхность, случающийся обычно в морских устьях крупных рек, а также на наветренном берегу больших озер, водохранилищ и морей.
6) Наводнения при прорыве плотин – это интенсивный, обычно значительный подъем уровня воды в реке (водотоке), вызванный прорывом плотины, дамбы или естественной природной преградой в горных районах при оползнях, обвалах горных пород, движении ледников и других экстремальных явлениях.
Сравнительно редко происходят наводнения вызванные подводными землетрясениями, извержениями подводных или островных вулканов. Они наблюдаются в основном на побережьях морей и океанов, в районах активной сейсмической деятельности. Примером такого явления является серия наводнений вызванных цунами в Бискайском заливе в конце 2004 года (Индонезия, Индия, Таиланд и др. государства).
Основным поражающим фактором наводнения является поток воды, характеризующийся высокими уровнями, а при прорывах плотин и паводках – также значительными скоростями течения.
Наводнение характеризуется основными параметрами водного режима реки – уровнем и расходом воды, а также объемом наводнения. Уровень воды отсчитывается от нуля поста или ординара.
Нуль поста – высота плоскости воды в реке (озере, водоеме и т.д.) на условной горизонтальной поверхностью сравнения. При организации поста эту плоскость выбирают таким образом, чтобы она была на 0,3-0,5 м ниже самого низкого возможного уровня.
Ординар – среднее за много лет наблюдений положение уровня воды в реках, заливах и отдельных пунктах морского побережья. Колебания уровня воды отсчитывается выше и ниже нуля в метрах и сантиметрах при помощи установки футштоков.
Футшток – рейка с делениями, устанавливаемая на водомерных постах рек, озер, морей для наблюдения за уровнем воды. Превышение поверхности воды в реке над поверхностью моря определяется в результате сложения уровня воды на посту с отметкой нуля поста по ординару и дает величину абсолютной отметки в метрах. В России исчисление абсолютных высот ведется от уровня Финского залива Балтийского моря у г. Кронштадта.
Расходом воды называется количество воды (сток воды), протекающей через замыкающий створ реки за секунду. Он выражается в кубических метрах за секунду.
Объем наводнения определяется посредством умножения средних суточных расходов воды за половодье (паводок) на коэффициент 0,0864 (число миллионов секунд в сутках).
Основным критерием наводнения является максимальный уровень воды за время его действия.
Для оценки наводнений используются следующие понятия:
уровень подъема воды – это показатель подъема воды относительно среднего многолетнего показателя уровня воды или нуля поста;
площадь затопления – размеры покрытой водой и прилегающей к реке местности;
продолжительность затопления – время с выхода воды на пойму и до входа в русло;
скорость подъёма уровня воды – величина характеризующая прирост уровня воды и процесса наводнения за определенное время по отношению к первоначальному уровню;
расход воды – количество воды (сток воды), протекающей через замыкающий створ реки за секунду;
объем воды – показатель количества воды, измеряемый в млн. куб. м;
скорость течения воды – скорость перемещения воды в единицу времени;
состав водного потока – перечень компонентов, находящихся в водном потоке;
критический уровень воды – уровень по ближайшему гидрологическому посту, с превышения которого начинается затопление территории;
карта затопления – крупномасштабная топографическая карта с указанием мест и значений.
При весеннем половодье величина максимального уровня и максимального расхода воды зависят от следующих факторов:
Запасов воды в снежном покрове перед началом весеннего таяния;
Количества атмосферных осадков в период снеготаяния и половодья;
Глубины промерзания почвы к началу снеготаяния;
Наличия и толщины ледяной корки на почве;
Интенсивности снеготаяния;
Сочетания половодья крупных притоков бассейна;
Озерности, заболоченности и лесистости бассейна.
Наводнение – это обилие разбушевавшейся воды, разрушительной, все сокрушающей на своем пути. По статистике ЮНЕСКО, только от речных наводнений за последние 20 лет погибло около 200 тыс. человек (не включая жертв наводнений, вызванных тропическими тайфунами, цунами). По мнению некоторых гидрологов, эта цифра сильно занижена. Вторичный ущерб при наводнениях еще более значителен. Наводнения влекут за собой болезни и голод, множество экологических проблем. Убытки составляют десятки млрд. долларов, достигая в некоторых странах 15% валового национального продукта. В последние годы все большую роль в увеличении частоты и разрушительной силы наводнений стали играть антропогенные факторы. Среди них в первую очередь следует назвать сведение лесов (максимальный поверхностный сток возрастает на 250-300%) и нерациональное ведение сельского хозяйства (в результате снижения инфильтрационных свойств почв резко увеличивается поверхностный сток и интенсивность паводков). Значительный вклад в усиление интенсивности паводков и половодий внесли: продольная распашка склонов, переуплотнение полей при использовании тяжелой техники, переполивы в результате нарушения норм орошения. Примерно втрое увеличился ущерб, наносимый паводками на урбанизированных территориях в связи с ростом водонепроницаемых покрытий и застройкой. Существенное увеличение максимального стока связано с хозяйственным освоением пойм, являющихся природными регуляторами стока. Помимо сказанного следует назвать еще несколько причин, непосредственно приводящих к формированию наводнений: неправильное осуществление паводкозащитных мер, ведущее к прорыву дамб, обвалование, разрушение искусственных плотин, аварийные сработки водохранилищ и др.
Общеизвестно, что состояние и развитие как биосферы, так и человеческого общества находится в прямой зависимости от состояния водных ресурсов. В последние десятилетия все большее число специалистов и политических деятелей среди проблем, стоящих перед человечеством, под номером 1 называют проблему воды. Водные проблемы возникают в четырех случаях: когда воды нет или ее недостаточно, когда качество воды не отвечает социальным, экологическим и хозяйственным требованиям, когда режим водных объектов не соответствует оптимальному функционированию экосистем, а режим ее подачи потребителям не отвечает социальным и экономическим требованиям населения и, наконец, когда от избытка воды обжитые территории страдают от наводнений.
В глобальном аспекте первые три проблемы явились порождением уходящего века, а четвертая сопутствует человеческому обществу с древнейших времен. И как это ни парадоксально, на протяжении многих веков человечество, предпринимающее неимоверные усилия для защиты от наводнений, никак не может преуспеть в этом мероприятии. Наоборот, с каждым веком ущерб от наводнений продолжает расти. Особенно сильно, примерно в 10 раз, он возрос за вторую половину ушедшего века. По нашим расчетам, площадь паводкоопасных территорий составляет на Земном шаре примерно 3 млн. кв. км, на которых проживает около 1 миллиарда человек. Ежегодные убытки от наводнений в отдельные годы превышают 200 миллиардов долларов. Гибнут десятки и более тысяч людей. О наводнениях написано много статей и сотни книг. Но, к сожалению, в большинстве из них дается простая констатация о происшедших наводнениях, причиненном ими ущербе, или же рассматриваются отдельные аспекты этого феномена, такие как прогноз наводнений, причины, вызывающие наводнения, инженерные методы защиты от них. В последние десятилетия, особенно в США и в первую очередь усилиями Джильберта Уайта начали рассматривать возможности внедрения неинженерных методов для уменьшения бедствий, причиняемых наводнениями. В отечественной литературе в первую очередь следует назвать книги Р.А. Нежиховского "Наводнения на реках и озерах", А.А. Таратутина "Наводнения на территории Российской Федерации", а также специальные главы в работах о водных проблемах России, вышедших в 1996-1999 гг. в г. Екатеринбурге в издательствах "Виктор" и "Аэрокосмология" под ред. проф. А.М. Черняева.
Но до настоящего времени ни в одной из опубликованных работ не дается представления о наводнениях в масштабе Земного шара, не разработана классификация наводнений по масштабу социального и экологического ущерба, не разработаны научные основы рационального использования территорий, подверженных затоплению, не разработана системная концепция мероприятий, которые необходимо осуществить на паводкоопасных территориях в периоды: до, во время и после наводнения.
В настоящей главе даны представления о причинах наводнений, о крупнейших наводнениях, происшедших в прошлые века, о наводнениях в масштабе Земного шара в 1997-1999 годах, и о методах и способах защиты от наводнений.
Основными причинами наводнений являются: обильный и сосредоточенный приток воды при таянии снега и ледников, продолжительные ливни, ветровые нагоны в устья рек и на морское побережье, загромождение русла реки льдом или бревнами, при сплаве леса (заторы), закупоривание русла реки внутренним льдом (зажоры), цунами, прорыв гидротехнических сооружений, оползни и обвалы в долинах водотоков, внезапный выход на поверхность обильных грунтовых вод.
В большинстве районов Земного шара наводнения вызываются продолжительными, интенсивными дождями и ливнями в результате прохождения циклонов.
Наводнения на реках Северного полушария происходят также в связи с бурным таянием снегов, зажорами, заторами льда.
Предгорья и высокогорные долины подвергаются наводнениям, связанным с прорывами внутриледниковых и завальных озер.
В приморских районах при сильных ветрах нередки нагонные наводнения, а при подводных землетрясениях и извержениях вулканов наводнения, вызываемые волнами цунами.
Более 300 раз с момента основания подвергался наводнениям Санкт-Петербург. Одним из самых трагических по своим последствиям был штормовой нагон в 1824 г., когда уровень воды в устье Невы поднялся выше 4 метров. Это наводнение А.С. Пушкин увековечил в "Медном всаднике".
«…Нева вздувалась и ревела,
котлом клокоча и клубясь,
и вдруг, как зверь, остервенясь,
на город кинулась. Пред нею
все побежало, все вокруг
вдруг опустело – воды вдруг
втекли в подземные подвалы,
к решеткам хлынули каналы,
и всплыл Петрополь, как тритон,
по пояс в воду погружен»
В последние столетия, в особенности в ХХ веке, все большую роль в увеличении частоты и разрушительной силы наводнений играют антропогенные факторы. Среди них в первую очередь следует назвать сведение лесов (максимальный поверхностный сток возрастает на 250-300 %), нерациональное ведение сельского хозяйства (в результате снижения инфильтрационных свойств почв, по некоторым расчетам в центральных районах России с IX по XX век поверхностный сток увеличился в 4 раза и резко возросла интенсивность паводков). Значительный вклад в усиление интенсивности паводков и половодий внесли: продольная распашка склонов, переуплотнение полей при использовании тяжелой техники, переполивы в результате нарушения норм орошения. Примерно втрое увеличились средние расходы паводков на урбанизированных территориях в связи с ростом водонепроницаемых покрытий и застройкой. Существенное увеличение максимального стока связано с хозяйственным освоением пойм, являющихся природными регуляторами стока. Помимо сказанного следует назвать несколько причин, непосредственно приводящих к формированию наводнений: неправильное осуществление паводкозащитных мер, ведущее к прорыву дамб обвалования, разрушение искусственных плотин, аварийные сработки водохранилищ и др.
Легенды о великом потопе, в котором погибло почти все человечество, распространены по всему миру. Многие исследователи полагают, что значительная часть преданий о потопе основывается на действительно происшедших катастрофах в разных районах Земного шара на протяжении нескольких последних тысячелетий.
Исследованиями археологов, географов, историков и этнографов установлено, что в первой половине четвертого и третьем тысячелетии до нашей эры в Месопотамии произошли грандиозные наводнения. Населению, проживавшему в долине Тигра и Евфрата, обжитые ими районы между горами и пустыней представлялись целым миром. Поэтому катастрофические наводнения, в которых погибла большая часть жителей долины, у немногих оставшихся в живых ассоциировались с всемирным потопом. Высказываются предположения, что именно одно из этих наводнений, о котором говорится в Шумерской легенде, послужило основанием для рассказа о всемирном потопе в Ветхом завете.
Сейчас историками, археологами и другими специалистами проделана большая работа по исследованию сказаний о великом потопе в разных странах. Из перечня этих сказаний следует, что крупные наводнения, как и в наше время, происходили практически во всех районах Земного шара. Весьма впечатляет один лишь перечень сказаний о великом потопе: Вавилонское, Еврейское, Древнегреческое, Древнеиндийское, а также сказания о великом потопе в Восточной Азии, на островах Малайского архипелага, в Австралии, в Новой Гвинее и Меланезии, в Полинезии и Микронезии, в Южной Америке, в Центральной Америке и Мексике, в Северной Америке, в Африке.
С ростом населения, сведением лесов и многими другими видами деятельности человека наводнения, в том числе и разрушительные, стали происходить все чаще и чаще.
Так, на р. Хуанхэ в период с ХХI по ХVI век до нашей эры наводнения происходили примерно каждые 50 лет. В период с 206 года до нашей эры по 25 год нашей эры в правление династии Хэн было отмечено 12 наводнений с интервалом в 20 лет. С 618 по 907 год нашей эры в период правления династии Тэн произошло 31 наводнение с интервалом 9 лет. В период династии Кинг с 1644 по 1911 годы было отмечено 480 наводнений с интервалом 0,55 года.
Еще более поразительны цифры стремительного роста ущерба от наводнений. Если в начале ХХ века среднегодовой ущерб от наводнений в США составил 100 млн. долларов, то в его второй половине он превышал 1 млрд. долларов, а в отдельные годы последнего десятилетия - 10 млрд. долларов.
Многие наводнения живут в памяти людей столетия, поскольку причиненные ими разрушения и число погибших людей сопоставимы с самыми кровопролитными войнами. Одно из самых катастрофических наводнений произошло в 1332 г. на р. Хуанхэ в Китае. В результате его и свирепствовавшей в последующие годы "Черной смерти" (чумы) погибло 7 млн. человек. Не менее крупное наводнение произошло осенью 1887 г. Было затоплено 11 городов и 300 деревень. По официальным данным, наводнение унесло жизни 900 тыс. человек, а по данным неофициальных источников, жертвами наводнения стали от 2 до 6 млн. человек.
Немало наводнений, принесших неисчислимые бедствия людям, произошло и в 20-м столетии. Только в 1998 г. с 12 июня по 30 августа в Китае произошло 13 наводнений, которые затронули почти всю территорию страны. От наводнений пострадало 240 млн. человек, то есть в 1,5 раза больше, чем проживает в России. Свыше 56 млн. человек пришлось временно эвакуировать. Тысячи людей погибли.
Особенно страшны наводнения там, где высота дна реки, огороженной дамбами, превышает отметки прилегающей местности.
Китайская писательница Дин Лин в своем очерке "Наводнение" нарисовала картину двух прибрежных деревень во время ночного паводка: "Вода прибывала с громовым ревом, невидимыми во тьме бурными, страшными потоками. Обезумевшие люди кричали так, словно хотели взорвать своим криком этот проклятый мир. В диких воплях таяли голоса тех, кто не потерял голову и уговаривал прекратить панику, спасти дамбу… В плотине появлялись все новые и новые промоины. Небо оставалось бесчувственным, отчаяние охватило души этих, не знающих устали тружеников. Проклятия сотрясали небо и землю. Они могли бы заставить расплакаться самого дьявола... Внезапно раздался громовой удар - разом рухнул участок дамбы... Стена воды словно с самого неба обрушилась на людей, животных, дома, все сметая на своем пути. Крики постепенно смолкли. Вода овладела неоглядными просторами полей, похоронив сотни тружеников-крестьян вместе с их семьями".
Катастрофические наводнения происходят не только в долинах рек, но и на побережьях океанов и морей. Крупнейшее нагонное наводнение XX века произошло в дельте Ганга в 1970 г. 10-метровая морская волна, гонимая штормовым ветром, повернула вспять священную реку. Было затоплено около 20 тыс. кв. км территории. С лица земли были снесены десятки городов и сотни деревень. Погибло 1,5 млн. человек. Поскольку наводнением были уничтожены почти все колодцы, пострадавшие районы остались без воды. Сотни тысяч людей умерли от голода и вспыхнувших эпидемий холеры и тифа.
Самое катастрофическое наводнение в Европе в нашем столетии охватило территорию Нидерландов, Великобритании и Германии в 1953 г. При штормовом ветре необычайной силы на северное побережье Европы обрушились огромные волны. Они вызвали резкий подъем воды на 3 - 4 метра в эстуариях Рейна, Мааса, Шельды и других рек. Более всего пострадали Нидерланды. Вода проникла вглубь страны более чем на 100 км, затопив 8 процентов территории страны. Погибло 2 тысячи человек.
Описанием наводнений в разных странах мира, в результате которых гибли десятки и сотни тысяч человек, можно было бы заполнить многие тома книг. Но картины, дающей представление о наводнениях в масштабе Земного шара, нет ни в одном литературном источнике.
Впервые удалось это сделать благодаря работе, проводимой коллективом Дартмутской обсерватории при Ганноверском колледже в США.
Сотрудники этой обсерватории с 1996 г. собирают данные о наводнениях, используя самые разные источники: официальные правительственные сообщения, данные метеорологических служб, телевизионные и радио новости, газетные и журнальные материалы.
Учитывая разнохарактерность и неполноту материала, полученного по отдельным странам из разных источников и основанного на различных методах расчета ущерба от наводнений, в настоящее время нет оснований утверждать, что обработанные материалы дают адекватную картину бедствий, причиненных наводнениями 1997-1999 гг. Но первые шаги в этом направлении, несомненно, сделаны. На основании данных, по 339 наводнениям, происшедшим в 1997-1999 гг. в мире, следует, что за три года от наводнений погибло более 170 тыс. человек, свыше 150 млн. были временно эвакуированы из своих жилищ, а общий ущерб от наводнений превысил 250 млрд. долларов. Очень важно, чтобы мировое сообщество не прекращало и год от года совершенствовало методику сбора данных о наводнениях в разных странах и выработку единой методики подсчета последствий ущерба от наводнений.
Обработка и анализ данных сотрудников обсерватории при Ганноверском колледже дают возможность с достаточной степенью достоверности утверждать о количестве наводнений, об их распределении по материкам, месяцам, о продолжительности наводнений. На диаграммах (рис. 7, 8) приведены сведения о количестве и продолжительности наводнений в 1997-1999 гг.
Рис. 7. Количество наводнений в 1997-1999 гг. по месяцам.
Рис. 8. Распределение наводнений в 1997-1999 гг. по их продолжительности в днях.
В России площадь паводкоопасных территорий составляет 400 тыс. кв. км. Ежегодно подвергается затоплению около 50 тыс. кв. км территорий. Наводнениям с катастрофическими последствиями подвержена территория в 150 тыс. кв. км, где расположены 300 городов, десятки тысяч населенных пунктов, большое количество хозяйственных объектов, более 7 млн. га сельхозугодий.
В России наиболее часто наводнения происходят на юге Приморского края, в бассейне Средней и Верхней Оки, Верхнего Дона, на реках бассейнов Кубани и Терека, в бассейне Тобола, на притоках Среднего Енисея и Средней Лены. Эти районы являются чрезвычайно опасными в отношении наводнений. Разливы воды наблюдаются здесь чаще, чем один раз в 2 года, а максимальные затопления прибрежных территорий могут превышать 3 м. В отдельные годы пойма затапливается здесь более чем на 90%.
Весьма опасными являются бассейны Уссури, Верхнего Енисея, Тавды, Конды, Средней и Нижней Лены, Колымы, Белой, Верхнего Днепра, рек Заволжья и Сахалина. Затопления прибрежных территорий в этих районах происходят довольно часто (1 раз в 3-5 лет), максимальные слои затопления поймы могут достигать 2.0-3.0 м. В период наводнений прибрежные территории могут быть затоплены на 75-90%.
Опасными считаются бассейны Верхней Волги, Суры, Вятки, рек северо-запада европейской части страны, притоков Дона и Верхнего Енисея, бассейны рек Верхней Оби, Среднего и Нижнего Амура, рек Юга Иркутской области. Наводнения в этих районах происходят 1 раз в 5-10 лет. Максимальные слои затопления поймы могут достигать 1,5-2,0 м, а площади затопления 60-75%.
Умеренно опасные районы – бассейны Северного Донца, Нижней Оки, северных притоков Волги, Верхней и Средней Печоры, Средней и Нижней Оби,Иртыша,Ишима, Ангары, рек Южного Урала, Забайкалья, верхнего течения Амура, Алдана, Зеи, рек Камчатского полуострова. Повторяемость наводнений в этих районах 1 раз в 10-12 лет; максимальные слои затопления поймы могут достигать 0.70-1.5 м, а площади затопления – 40-60%.
Мало опасные районы - бассейны Онеги, большая часть бассейна Северной Двины, Нижней Печоры, Мезени, Ветлуги, Камы, Низовья Терека, бассейн Аргуни. Повторяемость наводнений здесь 1 раз в 12-15 лет; максимальные слои затопления почвы составляют 0.30-0,70 м, площади затопления – 20-40%.
К незначительно опасным районам относятся бассейны рек Карелии, Кольского полуострова и Калмыкии. Здесь наводнения происходят реже, чем 1 раз в 15-20 лет; максимальные слои затопления поймы не превышают 0,30 м
Следует отметить, что приведенное районирование отражает лишь преобладающий тип процессов наводнений, что совершенно не исключает возникновения в том или ином районе и более опасного наводнения. Так в 1994 году в Калмыкии, относящейся к незначительно опасной в отношении наводнений территории, в период весеннего половодья произошло наводнение близкое к катастрофическому.
Обострение проблемы наводнений в России связано также с прогрессирующим старением основных фондов водного хозяйства вследствие постоянного уменьшения капиталовложений в водную отрасль в течение последних 10 лет. Ухудшение технического состояния напорных ГТС резко увеличивает риск их разрушений во время паводков и половодий.
Дополнительными факторами риска антропогенного характера является изменение характера стока на хозяйственно освоенных и подвергнутых трансформациям водосборных территориях; хозяйственное в нижних бьефах гидроузлов и размещение там хозяйственных объектов и жилья, стеснение живого сечения потока рек. Все это приводит к наводнениям с тяжелыми и катастрофическими последствиями, нанесению значительного ущерба объектам экономики, здоровью людей и к человеческим жертвам.
