Наводнения: от защиты к управлению. Научные редакторы: член-корреспондент РАН В. Н. Лыкосов и профессор В. А. Земцов

1. Введение

2. Управление наводнениями в Нидерландах

2.1. Частота наводнений и защита от них

2.2. Бассейн реки Рейн

2.3. Проблемы и решения

2.4. Управление риском

2.4.1. Регулирование стока

2.4.2. Меры по увеличению пропускной способности реки

2.4.3. «Зеленые реки»

2.4.4. Использование существующей сети водотоков

2.4.5. Общая картина

2.5. Борьба с неопределенностями

2.6. Итоги

3. Управление наводнениями на Миссисипи

3.1. Общая история

3.2. Другие соображения

3.3. Взаимодействия между группами пользователей

3.4. Разработка стратегий управления наводнениями

3.5. Роль правительства и неправительственных организаций

4. Снижение риска затопления

4.1. Противопаводковая емкость водохранилища

4.2. Пропускная способность русла

4.3. Оценка риска разрушения дамб

4.4. Ежегодный ожидаемый ущерб от разрушения дамб

4.4.1. Анализы, основанные на рисках

5. Поддержка принятия решений и прогноз

5.1. Моделирование поймы

5.2. Интегрированное 1D – 2D моделирование

6. Выводы

7. Список литературы

В приложении D [81], состоящего из введения, 5 разделов, выводов и списка цитируемой литературы, обсуждаются вопросы эволюции методов и средств управления наводнениями в Нидерландах и США и подходы к управлению поймами, разработка которых в Европе и Северной Америке, была мотивированна событиями экстремальных наводнений в середине 1990-х и в начале 2000-х гг.

В преамбуле приложения D отмечается, что наводнения во всех случаях затрудняют освоение и развитие территорий речных пойм. Любое число защитных гидротехнических сооружений (ГТС) не исключает ущербов, наносимых потоками паводковых вод, а также связанных с ними наносов грязи, обломков и загрязняющих веществ. Следовательно, вызов заключается в том, что необходимо быть заранее готовым к управлению наводнениями и к смягчению результирующего ущерба, когда наводнения произойдут. Вкратце, это означает, что заранее должно быть подготовлено достаточное аккумулирующее пространство для приема избыточных вод, если наводнения произойдут, и это пространство должно оставаться доступным даже тогда, когда наводнений не будет. Проблема заключается в том, чтобы найти такое сочетание свободного пространства и хозяйственного использования пойменных земель, которое обеспечивает наибольшие результатирующие потенциальные финансовые, экологические и социальные выгоды, получаемые от такого сочетания.

1. Введение

Во введении авторы напоминают читателю, что «Наводнения – это природные события. Ущерб от наводнений обычно является результатом того, что люди и их строения размещаются на пространстве, необходимом для приема избытка воды. При наступлении наводнения, как это хорошо известно, происходит затопление объектов, построенных людьми. Чем больше объем этих объектов, занимающих пространство, необходимое наводнениям, тем выше будут уровни воды при наводнениях и тем больше будут затапливаемые площади. События наводнений происходят не так часто, чтобы постоянно напоминать людям, что пойменные земли могут быть и будут затоплены».

Далее во введении представлено краткое описание катастрофических наводнений 2002 г. в Центральной Европе, Азии и ряде стран Латинской Америки и Африки с указанием числа жертв и нанесенного ущерба. Важным представляется вывод авторов: «Несмотря на то, что во второй половине прошлого века были проведены значительные исследования и выработаны практические рекомендации по проблемам планирования и управления наводнениями и несмотря на увеличение средств, потраченных на защитные ГТС, ежегодный ущерб от наводнений возрастает почти повсеместно».

Сильнейшие за последнее десятилетие прошлого века наводнения имели место на р. Миссисипи и некоторых ее притоках в центральной части США (1993 г.) и на р. Рейн (1993 и 1995 гг.). Обе реки – крупнейшие водные пути многоцелевого назначения, которые используются, в том числе и для перевозок грузов на баржах, что имеет первостепенное значение для экономики регионов, где протекают эти реки.

В приложении D также обсуждаются подходы к управлению поймами в Нидерландах и в некоторых частях Соединенных Штатов. Цель в обоих случаях заключается в том, чтобы избежать возрастающих по непрерывной спирали расходов на защиту от наводнений и затем на возмещение нанесенного ими ущерба, когда защитные меры не срабатывают.

2. Управление наводнениями в Нидерландах

В разделе 2 описываются проблемы управления наводнениями в Нидерландах. Зафиксировано, что задача защиты от наводнений в Нидерландах несомненно имеет высший приоритет, поскольку значительная часть земной поверхности этой страны находится ниже уровня моря. В подразделе 2.1 отмечается, что важная с точки зрения экономики низменная часть Нидерландов (приблизительно западная половина страны) защищена дамбами обвалования. Расчетные уровни этих дамб привязаны к наступлению определенной стадии наводнения. Расчетная вероятность их наступления, или уровни риска, регламентируются парламентом Нидерландов.

Работа инженеров состоит в том, чтобы перевести эти риски в высоты дамб. Дамбы вдоль густонаселенного побережья и районов с развитой индустрией проектируются таким образом, чтобы обеспечить защиту от всех штормов, сила которых может быть превышена в среднем один раз в 10 000 лет. Для прибрежных районов с меньшей плотностью населения проектируемый уровень риска соответствует штормам, ожидаемым один раз в 4000 лет. Вдоль рек Рейн и Маасе частота наводнений составляет одно за 1250 лет, т.е. вероятность превышения в любой заданный год равна 0,0008. Эти, так называемые, проектные или расчетные наводнения также служат ограничениями во всех проектах ландшафтного планирования на пойме. Для проведения предлагаемых русловых работ с целью восстановления природных ресурсов, для добычи песка или для иных целей требуется официальное разрешение в соответствии с законом о реках.

В подразделе 2.2. дано краткое гидролого-климатическое описание бассейна реки Рейн, одной из крупнейших европейских рек протяженностью 1320 км, которая протекает по Швейцарии, Франции, Германии и Нидерландам. На территорию Нидерландов Рейн приходит в Лобите (Lobith) и примерно через 170 км впадает в Северное море. В настоящее время у Рейна смешанное питание, представленное дождевыми осадками и таянием снегов. Для зимы характерны наибольшие расходы воды из-за осадков в немецкой и французской частях бассейна. Летние расходы в основном обусловлены таянием снегов в Швейцарских Альпах, когда испарение превышает осадки в районе горных долин. Для современных климатических сценариев характерно повышение температуры воздуха в сочетании с увеличением дождевых осадков в бассейне в зимнее время года. В соответствии с этими сценариями река Рейн может от смешанного режима питания с таянием снегов и дождевыми осадками почти полностью перейти на режим питания за счет дождевых осадков. Если это произойдет, то периоды наводнений и засух станут более частыми.

Для соблюдения указанных выше стандартов безопасности при наводнениях потребуются дополнительные меры защиты от наводнений. В будущем снабжение водными ресурсами будет ограниченным именно тогда, когда такие ресурсы больше всего необходимы и периоды засух, вероятно, станут более частыми.

Для того, чтобы создать и сохранить условия, пригодные для заселения и освоения той части Нидерландов, которая находится ниже уровня моря, были построены дамбы. Начиная с середины XIV века, сложилась почти полностью взаимосвязанная система дамб, создавшая ландшафт Нидерландов в его нынешнем виде. С каждой стороны поймы располагаются по две дамбы – летняя и зимняя (для сезонных наводнений). Они показаны на рис. 1.

Рис. 1. Схема структур двухрядных обвалований и противопаводковых бун для защиты от наводнений вдоль рек в Нидерландах.[4 - Рисунок 1 и последующие в этом разделе адаптированы из [81]]

Нидерланды сумели достичь расцвета экономики отчасти благодаря своему расположению в дельте Рейна. Сельское хозяйство Нидерландов сумело извлечь выгоду из отложенных Рейном плодородных почв. Сильная экономическая позиция Нидерландов частично также связана с дамбами. В то же самое время дамбы стали для страны чем-то вроде «ахиллесовой пяты».

Значительная часть Нидерландов лежит ниже максимального уровня подъема воды при наводнениях на главных реках. В настоящее время уровень моря постепенно повышается в результате изменения глобального климата. Такие изменения климата совместно с изменениями в землепользовании на водосборной площади как внутри Нидерландов, так и выше по течению, могут привести к росту максимальных расходов воды Рейна и Мааса. Тем временем, земли, защищенные дамбами, опускаются вниз – главным образом, из-за оседания и окисления торфа, поскольку почва там хорошо дренируется. Это увеличивает перепад между уровнями воды на территории, защищенной дамбами, и за пределами этой территории.

Вместе с тем, существует разумный предел дальнейшему увеличению высоты дамб и их усилению. Общественность ясно высказалась против роста высоты дамб, поскольку в этой густонаселенной стране многие ощущают себя в ограниченном замкнутом пространстве. Сегодня идет поиск более естественного решения.

В подразделе 2.3 отмечается, что для сохранения нынешнего уровня защиты от наводнений необходимо возводить более высокие дамбы. Чем выше уровень воды в реке, тем тяжелее последствия в случае наступления сильного наводнения, превосходящего несущую способность дамбы. Однако в действительности более высокие противопаводковые дамбы превратятся в проблему, поскольку общественность ясно высказалась против такого решения. Возникает вопрос: «Как можно обеспечить дополнительную защиту, которая должна соответствовать расчетным или проектным критериям риска, установленным парламентом Голландии?»

Задача заключается в разработке и осуществлении мероприятий, которые, несмотря на больший расчетный расход воды, подлежащий пропуску по реке, не потребуют дополнительного увеличения высоты дамб. Этого можно добиться только путем создания большего пространства для пропуска паводковых вод при существующей высоте дамб. Это означает необходимость увеличения ширины или глубины рек или их пойм и обустройства зон перелива паводковых вод за пределы защищенной дамбами поймы, для их использования по мере того, как внутреннее пространство, защищенное дамбами, будет заполнено. К 2015 г. должны быть завершены специальные работы по планированию и проектированию поймы и другие мероприятия, с условием расчетного расхода воды, равного 16000 м

/с.