книги / Опасные природные процессы. Вводный курс

Гшва 10. Гидроюгичесние и гидрогеологические опасные природные процессы

пас воды в снеге. Половодье может принять катастрофический характер, если инфильтрационные свойства почв значительно уменьшились за счет перенасышенности ее влагой из-за обильных осенних дождей и глубокого промерзания в суровую зиму. К значительному увеличению половодья мо­ гут привести весенние дожди, когда пик половодья совпадает с пиком па­ водка. Подобной причиной было вызвано небывалое наводнение в бассейне Верхней Волги в 1908 г. Из-за чрезвычайно дружной весны снег, запасы во­ ды в котором превышали норму на 170—200%, сошел за очень короткий промежуток времени. Почва сильно промерзла за зиму. Положение усугуби­ лось еще тем, что в конце апреля в течение нескольких недель шли пролив­ ные дожди. В результате были затоплены десятки тысяч гектаров посевов, без кровли остались 50 тыс. человек. А вот другой пример из недавнего про­ шлого. В конце мая 1983 г. в США над Скалистыми горами прошел мощ­ ный циклон, сопровождавшийся сильнейшими снегопадами. Вслед за этим последовало внезапное потепление, и в период с 6 по 28 июня максималь­ ный сток составил около 210% нормы. Впервые за всю историю своего су­ ществования переполнились крупнейшие водохранилища на реках Коло­ радо-Мид и Поуэлл. а также другие 12 водохранилищ каскада. Система пришла в аварийное состояние и не смогла справиться с разбушевавшейся водой. Во время половодья были заражены колодцы, повреждены сотни до­ мов, разлившаяся вода стала причиной вылета множества москитов. Прези­ дент США Рональд Рейган объявил ряд районов в бассейне реки зонами бедствия. Только прямой ущерб от наводнения составил 80 млн долл.

Крупнейшие наводнения на Днепре произошли в 1128. 1655, 1684. 1789. 1931 гг. Весь бассейн Днепра — это сотни тысяч гектаров плодороднейших зе­ мель. Наводнения характерны также для Дуная, Тисы, Рейна, Эльбы. В США, на реке Колорадо, в 1983 г. половодье совпало с дождями, было эвакуирова­ но 2200 человек, ущерб составил 50 млн долл. Не спасли водохранилища и до­ полнительные запасные емкости (25%). Вся система пришла в аварийное со­ стояние и не смогла справиться.

Итак, что приводит к увеличению половодья? Это: весенние дожди;

уменьшение инфильтрационных свойств почв за счет перенасыщения влагой;

промерзание почв; совпадение пика весеннего половодья с пиком весеннего паводка.

Паводок — это фаза водного режима реки, сравнительно кратковремен­ ное и непериодическое поднятие уровня вод в реке, возникающее в результате быстрого таяния снега, ледников, обильных дождей. В отличие от половодья паводок может возникать в любое время года. Следующие последователь­ но один за другим паводки могут вызвать половодье. Значительный паво­ док может вызвать наводнение.

371

Гшва 10. Гидрологические и гидрогеоюгические опасные природные процессы

старому стилю) 1882 г., давший море воды, вырвал эту трубу, вымыл зем­ лю и образовал огромную подземную пещеру в насыпи, в глубину которой рухнул поезд. Два колена трубы, пудов по двести каждая, виднелись на дне долины в полуверсте от насыпи, такова были сила потока. Оторвался паро­ воз и первый вагон, оторвались три вагона в хвосте, и вся середина поезда, разбитого вдребезги... рухнула на дно пещеры, где их и залило наплывшей жидкой глиной и засыпало землей, перемешанной тоже с обломками ваго­ нов и трупами погибших людей».

До создания системы водохранилищ и строительства высоких гранитных набережных на Москве-реке нередки были летние ливневые паводки в столи­ це. Так, в конце июня 1924 г. в результате сильнейшего ливня под водой оказались центральные районы города, примыкающие к набережным Моск- вы-реки и Яузы, а некоторые улицы, в частности Неглинная, стали «судо­ ходными». Многих людей пришлось вывозить в безопасные места на лодках.

В конце июня 1924 г. в Москве в результате сильнейшего ливня под во­ дой оказались центральные районы — улица Неглинная, набережные Моск- вы-реки и Яузы. По улице Тверской в сторону Кремля неслась целая река. Пруды Зоологического сада вышли из берегов и слились с потоками на со­ седних улицах.

Особенно часто страдает Китай. Здесь бывают крупные наводнения 1 раз в 2 года. Во время наводнения 1931 г. в бассейне реки Янцзы под водой ока­ залось 300 тыс. км2. Погибло около 140 тыс. человек.

Страшные разрушения приносят ливни и в странах Западной Европы. В 1966 г. в результате многодневных ливневых дождей реки По и Арно вы­ шли из своих берегов. Уровень Арно поднялся на 11 м — а это на 6 м вы­ ше оградительных дамб и набережных. Воды Арно затопили города Фло­ ренцию и Пизу, а воды По — Ломбардскую низменность. Тот же мощный циклон вызвал штормовой нагон в Венеции. Но больше всех пострадала Флоренция. После схода воды город имел вид грязного болота. Материаль­ ный ущерб от этого наводнения, взятый в целом по долинам рек Арно и По, поистине огромен. Погибло 300 тыс. га посевов, 50 тыс. голов крупно­ го рогатого скота. Всего убытки составили 640 млн долл. Нанесен серьез­ ный урон мировой культуре: погибло 400 тыс. уникальных письменных ис­ точников, 2 тыс. редких книг, пострадали картинные галереи, росписи на стенах, другие исторические и художественные ценности.

Ежегодно над океаном формируется от 80 до 100 тропических циклонов. От вызванных ими ураганов и наводнений ежегодно гибнет около 250 тыс. человек, а экономический ущерб приближается к 7 млрд долл. Установлено, что от катастрофических последствий тропических циклонов постоянно стра­ дает население 50 стран. Так, в 1979 г. в Индии наблюдалось катастрофиче­ ское наводнение в пустыне Тар на северо-западе страны. После длительных и сильнейших ливней, вызванных приходом юго-западного муссона, обыч­ но пересыхающая в зимний период река Луни, протекающая в пустыне.

373

Раздел U. Опасные природные процессы

вышла из берегов. В штате Раджастхан погибло несколько сотен человек, бы­ ло разрушено более тысячи деревень, погибло 107 тыс. голов крупного рога­ того скота. Во время паводка на реке Янцзы в Китае в 1931 г. было затопле­ но свыше 300 тыс. км2 территории, что превышает плошадь Великобритании. Во время бедствия погибло более 140 тыс. человек, разрушено 4 млн домов. В некоторых городах вода держалась до 4 месяцев, а глубина разлива места­ ми достигала 6 м.

В горных районах в период снеготаяния особенно велика роль дож дей. Тут сказываются и дополнительное поступление тепла, и разрушительная ра­ бота дождевых капель, и энергия многочисленных мелких ручейков. Именно при подобной ситуации формируются выдающиеся паводки на горных реках Крыма, Кавказа, Карпат и других районов (рис. 10.3).

Реки, берущие начало в горах и текущие затем по пустыне, интенсив­ но насыщаются наносами. При больших расходах воды река то здесь, то там прорывает береговые валы и устремляется в низины.

Рис. 10.3. Распространенность выдающихся половодий и паводков на реках

СССР: 1 — год с обеспеченностью максимума 1%; 2 — год с обеспечением макси­ мума 1—5% (Нежиховский Р.А.. 1988]

Интересна в этом отношении история города Турткуль. В 1932 г. блуж­ дающая Амударья вплотную подошла к городу, но берег был спешно укре­ плен. Прошло 10 лет, и в одну из летних ночей 1942 г. река вновь повела наступление на город. Берег рушился на глазах у людей. Огромные куски

374

Глава 10. Гидрологические и гидрогеологические опасные природные процессы

земли один за другим с шумом падали в разбушевавшуюся реку и исчезали в водоворотах. Люди бросали в рек> мешки с песком, бревна, камни, вязан­ ки с хворостом и пр. Но ничто не помогало. Областной центр пришлось пе­ ренести в город Нукус.

Вотличие от половодий паводки могут повторяться несколько раз в году. Особую угрозу для населения представляют так называемые внезап­ ные паводки, связанные с кратковременными, но очень интенсивными ливнями. Паводки могут происходить и зимой в результате оттепелей при прохождении циклонов.

Дождевые паводки могут возникать по нескольку раз в год (это зависит от частоты дождей в осенне-весенний период или оттепелей зимой). Наибо­ лее мощные ливни (до 1000 мм в сутки) приносят тропические циклоны. Особенность таких паводков — неожиданность начала и конца, значитель­ ная интенсивность и кратковременность. Иногда суточное количество лив­ невых осадков достигает 1000 мм. Они дают паводки, образуют высокий слой поверхностного стока (дополнительно возникают сели и оползни в го­ рах), активизируют эрозионные процессы на равнинах. У нас от паводков страдают Дальний Восток (Амур и его притоки — Зея, Бурея, Уссури и Шипка; за последние 70 лет произошло 600 наводнений, из них 50 — ката­ строфические), Западная и Восточная Сибирь, Средняя Азия и Европейская часть. В 1973 г. в Бурятии на реке Витом уровень воды поднялся на 14 м (слу­ чается 1 раз в 100 лет), там же, но на реке Селенге за сутки от ливней оказа­ лась затопленной вся левобережная часть Улан-Удэ (3000 домов). Пришлось эвакуировать 18,5 тыс. жителей и 200 тыс. голов скота.

ВИндии крупные наводнения произошли в 1978, 1979, 1980, 1982 гг.

В1978 г. в самом экономически развитом штате было затоплено 38 тыс. га посевов, пострадало 60 тыс. человек. В 1987 г. в Бангладеш потребовалась эвакуация сотен тысяч людей, погибло 700 человек, разрушено 2 млн до­ мов, потери зерновых составили 1,6 млн т. Из-за загрязнения питьевой во­ ды и продуктов возникли вспышки дизентерии и других инфекционных за­ болеваний, 2500 медицинских бригад боролись за жизнь 170 тыс. человек.

Величина ущерба, наносимого наводнениями, зависит от следующих па­ раметров:

1)высоты подъема:

2)скорости подъема уровня воды;

3)площади затопления;

4)своевременности прогноза;

5)наличия и состояния защитных сооружений;

6)степени заселенности и сельскохозяйственной освоенности речной долины;

7)длительности стояния паводковых вод;

8)частоты повторения наводнений (при повторных подъемах уровня воды ущерб меньше, чем при первоначальном).

375

Разде J II. Опасные природные процессы

Прохождение паводков (затопление сельскохозяйственных угодий) по­ сле сбора урожая приводит к меньшим ущербам, чем до уборки.

Тяжесть ЧС при русловых наводнениях зависит не столько от абсолют­ ного значения подъема уровня воды, сколько от его значения относительно высотного расположения населенных пунктов. В табл. ЮЛ приведена типи­ зация создаваемых наводнениями ЧС в России.

воды над средним паводочным, м

Типы ЧС, создаваемых наводнениями:

ЧС-1. Наводнения нет, так как наводнения длятся обычно более не­ скольких суток.

ЧС-2. Города: затопления, повреждения и разрушения отдельных по­ строек и сооружений потоками воды и плывущим льдом; зимой образование наледей на затопленных участках; доля пораженной площади менее 10%. Критический подъем воды 2—3 м. Урожай: уменьшение на 10—30% вследст­ вие сбоя режима полевых работ.

ЧС-3. Города: глубокие затопления, множественные разрушения на 10— 30% площади, подъем уровня воды на 4—5 м. Большой смыв длины полот­ на и мостов.

ЧС-4. Города: при подъеме воды более чем на 4—5 м особо скальные разрушения потоками воды более чем на 30% площади. Полный размыв дорог, эрозия почв, исключение из использования более 30% площади па­ хотных земель.

Антропогенные причины наводнений. Прямые причины связаны с прове­ дением различных гидротехнических мероприятий и разрушением плотин. Косвенные — сведение лесов, осушение болот, промышленная и жилищная застройка, это приводит к изменению гидрологического режима рек за счет увеличения поверхностной составляющей стока. Уменьшается инфильтрую-

376

Гwea 10. Гидрологические и гидрогео югические опасные природные процессы

щая способность почв и увеличивается интенсивность их смыва. Сокращает­ ся суммарное испарение из-за прекращения перехвата осадков лесной под­ стилкой и кронами деревьев. Если свести все леса, то максимальный сток мо­ жет возрасти до 300%. Сейчас на планете идет глобальное сокращение лесов (вырубка).

Осушение болот — естественных аккумуляторов стока увеличивает сток до 130—160%. Происходит уменьшение инфильтрации из-за роста водоне­ проницаемых покрытий и застроек. Рост водоупорных покрытий на урба­ низированной территории в 3 раза увеличивает паводки.

Хозяйственное освоение пойм увеличивает максимальный сток. 6 1959 г. во Франции рухнула плотина высотой 66 м из-за просадок грунта под ее ос­ нованием. Возникла огромная ударная волна. В 1973 г. плотина БуффалоКрик не выдержала напора из-за ливней, высота волны составила 6 м, погиб­ ло 118 человек, ущерб составил 65 млн долл. Плотины усиливают эндогенную деятельность (землетрясения). В 1963 г. в Италии в период заполнения водо­ хранилища сошел оползень (240 млн м1). Волна, возникшая от него, перехле­ стнула через плотину и затопила ряд городов. Погибло 3000 человек.

10.1.2

Исторические и современные меры защиты от наводнений

Исторический опыт борьбы с наводнениями. Перво­ начально люди строили постройки на сваях, затем возводили низкие валы вдоль рек для сохранения посевов.

Крупные противопаводковые гидротехнические сооружения возводили жители Месопотамии, Египта, Китая, Индии еще до нашей эры. В 3-м ты­ сячелетии до н.э. в Сирии была построена Холмская плотина. Она защити­ ла от затопления долину реки Оронт. В древнем Вавилоне для отвода па­ водковых вод реки Евфрат был сооружен специальный канал, по которому

впериод паводка воды крупнейшей реки Центральной Азии устремлялись

вестественную впадину Хаббания. После спада пиков паводков воду, на­ копленную в этом естественном резервуаре, использовали для орошения.

ВДревнем Египте в 2000 г. до н.э. отвели часть максимального стока в ниж­ нем течении Нила по искусственно углубленному рукаву реки в Файюмскую котловину, расположенную в 60 км от Каира. В Европе строительство про­ тивопаводковых сооружений началось значительно позже — в XVIII в. бы­ ли построены первые противопаводковые дамбы вдоль берегов рек. Плано­ мерная борьба с наводнениями в нашей стране началась в 30-е годы.

377

Раздел //. Опасные природные процессы

Современный опыт борьбы с наводнениями. В СССР борьба с наводнени­ ями начала проводиться с 30-х годов XX в. На Волге от Дубны до Астрахани был сооружен каскад комплексных водохранилищ (Рыбинское, Горьковское, Куйбышевское, Саратовское, Волгоградское). Рыбинское водохранилище выровняло сток, и у Ярославля уровень весеннего половодья теперь не пре­ вышает 2—3 м. Водохранилища сыграли важную роль в защите Москвы от наводнений. После ввода Москворецкой системы водохранилищ на притоках Москвы-реки-Наре, Рузе, Истре — опасность высоких наводнений была практически ликвидирована.

Большое значение в экономике Украины имело создание днепровско­ го каскада водохранилищ. Однако цена этого мероприятия оказалась вы­ сокой, так как были затоплены тысячи гектаров плодороднейших земель. В то же время появилась возможность оросить сотни тысяч гектаров за­ сушливых земель в запорожских и херсонских степях, дать воду Крыму и снабжать крупнейшие промышленные районы страны в Кривом Роге и Донецке. Киевское водохранилище (верхнее в каскаде) снижает водность на 8—12%. Кременчугская ГЭС снижает водность для многоводного года на 22% и для маловодного — на 51%. Влияние каскада, в который входят водохранилища Каховской, Днепродзержинской и Каневской ГЭС, про­ явилось в снижении объема половодья в многоводные годы на 20—30% и в маловодные на 70—80%. В водохранилищах задерживается более 25 км3 вод половодий и паводков.

На Дальнем Востоке тоже были построены водохранилища. Зейское за­ топило 4000 га, но дает возможность вовлечь в оборот 80000 га плодородных земель. Водохранилище в 32 км3 на Зее, крупнейшем левом притоке Амура, избавило регион от наводнений.

С 1933 по 1983 г. пойма на Кубани затоплялась 46 раз. Земли в этом рай­ оне плодороднейшие. Построили дамбы на 900 км и защитили от наводне­ ний 6,5 тыс. км2 территории с 360 тыс. человек, однако между дамбами воз­ никали заторы и шло переполнение и разрушение дамб. Проблему решили, создав Краснодарское водохранилище объемом 3 км3.

ВКитае исторически основные методы борьбы с наводнениями своди­ лись к строительству дамб на берегах рек, плотин на реках и обваловыванию берегов рек. Водохранилища порой охватывают весь водосборный бассейн (рис. 10.4).

ВСША до 70-х годов шло интенсивное строительство противопаводко­ вых водохранилищ, а затем они переключились на применение неинженер­ ных (неструктурных) методов. Сейчас используется 2,5 тыс. водохранилищ, при этом затоплено 2 млн га, но защищено 5,2 млн га. На Миссури — целый каскад (более 100) водохранилищ. В нижнем течении Миссисипи создана си­ стема инженерной защиты от наводнений, состоящая из дамб обваловывания, отводных каналов и противопаводковых накопительных резервуаров, проведены русловыпрямительные работы.

378

Раздел II. Опасные природные процессы

Рис. 10.5. Прогноз наводнения и система оповещения в США (общая схема) [Ward R., 1978]

Несмотря на это, водохранилища продолжают создавать. Сейчас на тер­ ритории бывшего СССР 1100 водохранилищ. С образованием водохранилищ около 6 млн га ушло под воду, примерно 1 млн га подтоплено.

Водохранилища стали явлениями планетарного масштаба и привели к изменениям природной среды. В то же время они дают возможность допол­ нительного орошения, обеспечивают водой население, коммунальное хозяй­ ство и промышленность.

Вместо рек возникают водохранилища протяженностью 10—20 км и бо­ лее, глубина их на равнинах достигает 20—40 м, а в предгорьях 100—300 м. Образуется дополнительная нагрузка на земную кору, в результате в зоне водохранилищ возникают землетрясения. Изменяется также ландшафт ни­ же водохранилищ. В результате срезки «пиков» или полного прекращения

380