Степень опасности наводнений

В XX в. во всех странах мира в мероприятия по защите территорий от наводнений вложены огромные средства. Казалось, еще немного - и эта проблема, по крайней мере в развитых странах, будет решена. Однако этого не произошло. Более того, ущербы от наводнений продолжают повсеместно расти. Это объясняется тем, что для организации эффективной системы защиты необходим глубокий анализ не только причин затопления местности, но и причин роста ущербов вследствие усиливающего воздействия человека на окружающую природную среду. Они обусловлены глобальным или локальным антропогенным воздействием на окружающую среду, ростом среднемноголетних расходов паводков и половодий, прохождением максимальных расходов при более высоких уровнях воды, интенсификацией русловых процессов.

Антропогенные воздействия на водосбор приводят к изменению факторов формирования стока: уменьшению слоя аккумулируемой воды на поверхности бассейна, замедлению инфильтрации воды в почву, сокращению времени добегания поверхностного стока до постоянной гидрографической сети и др. Все это снижает паводкорегулирующую способность водосборов, что проявляется в изменении режима рек. Наиболее неблагоприятное воздействие оказывают сведение лесов, переуплотнение почв при сельскохозяйственном использовании, урбанизация территорий, отдельные виды осушительных мелиорации и т. д.

Повышение уровней воды по сравнению с естественными нередко наблюдается при стеснении речных русл оградительными дамбами, насыпями дорог и мостами, при засыпке старичных проток, увеличении шероховатости русл и пойм вследствие их зарастания, засорения, обмеления.

Наводнения также возникают из-за разрушения объектов, находящихся вблизи береговой полосы, и стеснения русла из-за строительства мостов, трубопроводов, плотин, русловыправительных сооружений, карьеров в русле реки.

Значительную потенциальную опасность представляют глобальное потепление как результат «парникового эффекта» и связанный с ним рост температур и количества осадков в некоторых районах, усиливающий паводковый сток. По мнению ряда экспертов, катастрофические наводнения 1996 г. в Китае во многом объясняются именно этой причиной.

Причина роста ущербов от наводнений - все более широкое вовлечение в хозяйственный оборот приречных, пойменных территорий. Объективно освоение речных долин требует меньших капиталовложений, что обусловлено удобством создания транспортных и инженерных коммуникаций, легким составом грунтов, более высоким плодородием земель.

Статистика свидетельствует о более частой повторяемости ка­тастрофических наводнений в регионах позднего освоения. Например, в Сибири и на Дальнем Востоке, где у населения отсутствует многовековой опыт приспособления к гидрологическому режиму рек, ущерб причиняют даже паводки 20...30%-й обеспеченности.

Площадь территорий, подверженных наводнениям, на земном шаре составляет около 3 млн. км². На этих территориях проживает не менее 1 млрд. чел. За последние годы наибольшее число наводнений отмечалось в Азии (от 39 до 43 %).

В современной России наводнения угрожают нескольким де­сяткам городов и тысячам поселков и сельских населенных пунктов. На Урале - это Орск, Златоуст, в Западной Сибири - Омск, Тюмень, Тобольск, Кемерово. Наводнения на реках Дальнего Во­стока порой являются национальным бедствием. Суммарную площадь земель, периодически затапливаемых речными и озерными водами, оценивают в нашей стране более чем в 500 000 км², или около 4 % всей ее территории.

Долгое время мероприятия по предупреждению наводнений осуществляли, как правило, изолированно для одиночных населенных пунктов и территорий. Необходимы комплексные мероприятия, обеспечивающие сохранение природной среды и повышение экологического и социально-экономического потенциала больших территорий:

Адаптационные и компенсационные мероприятия:

- перенос населенных пунктов из зон затопления; реконструкция авто- и железнодорожных путей, расположенных в речных долинах, с заменой земляных насыпей эстакадами;

- совершенствование системы земледелия, повышение плодородия почв и интенсификация сельскохозяйственного производства;

- трансформация сельскохозяйственных угодий (замена пашни на сенокосы и луга) или вынос их из зон затопления;

- ограничение рубок главного пользования и сплошных рубок леса, а также лесовосстановление на водоразделах;

Защитные мероприятия:

- локальная защита городов, промышленных объектов, по­селков и крупных сельских населенных пунктов, включая системы водоснабжения и водоотведения в них, важных рекреационных объектов, а также сооружений транспорта и связи с учетом их расположения, гидрогеологических и других условий;

- локальная защита наиболее ценных сельскохозяйственных угодий в районах, обеспеченных трудовыми ресурсами; на реках, имеющих рыбохозяйственное значение, строительство защитных дамб должно быть исключено или сведено к минимуму;

- мелиорация сельскохозяйственных угодий, совершенствование системы земледелия и интенсификация сельскохозяйственного производства на защищаемых землях;

- регулирование стока и улучшение качества водных ресурсов путем создания водохранилищ, в том числе для водоснабжения населения, включающие создание и реконструкцию систем канализации, очистных сооружений, реконструкцию хвостохранилищ горнорудных и промышленных предприятий;

- уход за малыми реками: очистка от мусора, старых запруд и т. п.

Разработке конкретных мероприятий должно предшествовать эколого-экономическое и гидрологическое обоснование расчетных расходов уровней воды в реках на базе надежных материалов наблюдений. Наиболее распространенные защитные мероприятия: устройство дамб обвалования в районах пониженных участков речных пойм или всей поймы; спрямление извилин и меандр речных русл для повышения их пропускной способности; расчистка речных русл для повышения их пропускной способности; уменьшение расхода в обвалованном русле путем отвода части расхода по дополнительно построенным каналам (бифуркация русла). Радикальный способ защиты от наводнения - регулирование стока водохранилищами. Паводковые расходы при этом уменьшают, перераспределяя сток во времени.

Обвалование территорий - основная мера защиты от постоянного или временного (при наводнениях) затопления. Применяют две схемы обвалования: общую и по участкам.

При общем обвалованииустраивают одну дамбу, защищающую всю территорию от реки или водохранилища. Эту схему применяют при отсутствии на защищаемой территории водотоков, а также при наличии небольших водотоков, когда целесообразно принудительно перекачивать их сток через дамбу в водохранилище. Достоинство схемы общего обвалования - меньшая суммарная протяженность дамб обвалования.

Обвалование по участкамприменяют на территориях, пересекаемых большими оврагами или притоками с большим расходом воды, перекачка которой нецелесообразна.

Для защиты от затопления городских и промышленных территорий применяют только незатопляемые дамбы, исключающие перелив воды через их гребень.

При обваловании территорий оградительные дамбы работают в условиях, близких к условиям работы земляных плотин малого и среднего напора, поэтому проектируют и строят их, соблюдая нормы и технические условия на эти сооружения. Ширину дамб по гребню назначают не менее 4,5 м с учетом наличия проезжей дороги на гребне, которая служит для наблюдения за дамбой и проведения ремонтных работ в процессе эксплуатации. Заложение откосов дамб при напоре до 3 м принимают с учетом свойств грунтов тела дамб по табл.4.2.2

Таблица 4.2.2

Коэффициенты заложения откосов

Откосы дамб от разрушающего воздействия волнобоя, льда, дождя защищают, укрепляя защитной одеждой. Для верхового откоса используют железобетонные покрытия или покрытия в виде каменной наброски. Низовой откос во многих случаях одерновывают.

Превышение гребня дамб обвалования над расчетным уровнем воды водных объектов необходимо определять в зависимости от класса защитных сооружений, которые назначают, как правило, не ниже классов защищаемых объектов в зависимости от их хозяйственной значимости.

Все постоянные гидротехнические сооружения делятся на четыре класса. Класс основных гидротехнических сооружений водоподпорного типа принимают в соответствии со СНиП 33-01-2003 по наивысшему его значению. Если разрушение основного сооружения может вызвать катастрофу для городов, крупных промышленных предприятий, гидроузлов, транспортных магистралей, класс сооружения при надлежащем обосновании допускается повышать.

При проектировании постоянных речных гидротехнических сооружений, в том числе дамб обвалования, расчетные максимальные расходы воды в соответствии со СНиП 33-01-2003 принимают, исходя из ежегодной вероятности превышения (обеспеченности), устанавливаемой в зависимости от класса сооружений для двух расчетных случаев - основного и поверочного (СНиП 33-01-2003). При этом расчетные гидрологические характеристики определяют по СПЗЗ-101-2003.

Пропуск расчетного расхода воды для основного расчетного случая должен обеспечиваться при нормальных условиях эксплуатации, а для поверочного расчетного случая -при чрезвычайных условиях эксплуатации (при допустимых уровнях воды). При этом, учитывая кратковременность прохождения пика паводка, допускают размывы, меньшую устойчивость креплений и другие последствия, не угрожающие разрушением основных сооружений и которые можно устранить после пропуска паводка.

Инженерные мероприятия, направленные на предупреждение затопления земель в паводок, осуществляемые без должного эколого-экономического обоснования, приводят к росту не только экологического, но и экономического ущерба. Это обусловлено несколькими причинами:

- инженерные сооружения (особенно дамбы) создают у собственников иллюзию надежной защиты и провоцируют быстрый рост стоимости объектов собственности на «защищенных» от затопления территориях. В то же время защитные сооружения всегда имеют определенный класс надежности и поэтому не исключают периодического затопления местности при прохождении катастрофических паводков. Ущерб в таких случаях оказывается значительно больше, чем при аналогичных условиях до строительства сооружений инженерной защиты;

- существующая практика экономического обоснования мероприятий по предупреждению затопления земель способствует тому, что для достижения нормативной экономической эффективности во многих проектах к предотвращаемому ущербу относят «ущерб от нерационального использования пойменных земель» - дополнительный чистый доход, который может быть получен с пойменных территорий при устранении опасности их затопления. Реализация таких проектов предусматривает хозяйственное развитие защищаемой территории и сопровождается ростом стоимости объектов собственности, что в свою очередь приводит к увеличению потенциальных ущербов;

- отсечение пойменных массивов дамбами обвалования провоцирует повышение максимальных уровней, следовательно, и площади затопления на других участках (выше по течению - в результате образования подпора, ниже - из-за уменьшения емкости поймы, регулировавшей максимальный сток);

- повышение пропускной способности речных русл за счет их расчистки и регулирования вызывает увеличение максимальных расходов на нижележащих участках в месте перелома продольного профиля русла, в междамбовом пространстве аккумулируются значительные объемы наносов, что ведет к подъему дна русла относительно прилегающих территорий и к возрастанию площадей, подверженных угрозе затопления при прорыве дамб.

Ущерб окружающей природной среде от инженерных мероприятий по предупреждению затопления земель обусловлен воздействием возводимых сооружений на речные и пойменные эко­системы. Отсутствие естественной влагозарядки и прекращение поступления питательных веществ с наилком вызывают изменение почвенных процессов и могут привести к деградации земель. Из-за уменьшения площадей затопления поймы в половодье сокращаются нерестовые площади, ухудшаются условия нагула рыб, что отрицательно сказывается на рыбопродуктивности рек. Регулирование русл, вызывающее понижение уровня грунтовых вод, влияет на условия существования и продуктивность фитоценозов и может привести к осуходоливанию пойм.

Для борьбы с затоплением и наводнениями применяют агролесомелиоративные мероприятия: посадку лесозащитных полос, распашку земли поперек склонов, сохранение прибрежных водоохранных полос древесной и кустарниковой растительности, террасирование склонов; регулируют приточность к реке, устраивая пруды, запани, копани и другие емкости в логах, балках и оврагах для перехвата талых и дождевых вод; строят противоселевые сооружения: селехранилища, селедуки, каскад водопроницаемых запруд. При застройке новых территорий иногда идут на подъем отметок поверхности путем отсыпки грунта. Однако этот прием редко экономически оправдан, так как стоимость этих работ будет в два-три раза больше стоимости строительства защитных дамб.