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

В подразделе 2.4 справедливо указано, что всегда есть вероятность того, что уровень воды вдоль по реке превысит расчетную высоту дамб. Желаемый уровень безопасности выбирает общество. Если общество желает полной и всеобщей безопасности, то единственный способ достичь этого – выехать всем за пределы поймы. Для таких природных явлений, как ветер, дождь и расход воды в реке, не существует абсолютных верхних пределов. Поэтому нет никаких гарантий абсолютной безопасности; конечный риск затопления будет существовать всегда. Однако общество может обеспечить защиту в разумных пределах, подготовившись к событиям наводнений, превышающим расчетную способность любых имеющихся защитных сооружений. Контролируемое затопление на участках чрезвычайно быстрого подъема воды является одним из способов управления событиями наводнений, превышающих расчетные уровни воды.

Понятие риска наводнения учитывает как саму возможность затопления, так и неблагоприятные последствия этого события. Сведение к минимуму возможности затопления – это не единственно возможный вариант снижения риска. Уменьшение неблагоприятных последствий события также снижает риск. Эта идея, в частности, лежит в основе проектирования или расчета специальных участков чрезвычайно быстрого подъема уровней воды: лучше иметь контролируемое затопление с небольшим ущербом, чем не контролируемое наводнение с большим ущербом.

Политика управления рисками наводнений включает в себя следующие позиции:

качественное прогнозирование наводнений, вместо того, чтобы просто реагировать на них;

увеличение живого сечения и пространства для пропуска воды, а не только упование на технические меры, например, на увеличение высоты дамб;

предотвращение распространения наводнений вниз по течению путем задержания и накопления части стока.

Есть несколько способов для сохранения расчетных уровней воды при повышении расчетных расходов воды в Рейне:

удерживать воду на водосборной площади выше по течению от Нидерландов;

аккумулировать на территории Нидерландов избытки воды в Рейнских рукавах;

пропускать избытки воды через Рейнские рукава.

Первый вариант – это попытка добиться того, чтобы осадки, выпадающие на водосборе выше по течению, не приводили позже к более высоким расходам ниже по течению. Для этого нужны мероприятия на водосборе выше по течению, а именно, в Германии, например, изменения в землепользовании или задержание воды. Аналогичные меры в Нидерландах также могут помочь в уменьшении дополнительного стока из притоков и каналов в Рейнские рукава.

В Нидерландах могут быть применены варианты с аккумулированием и пропуском паводковых вод. Меры по аккумулированию речной воды (они подробно описаны в подразделе 2.4.1) на участках задержания стока Рейнских рукавов приводят к снижению пиков расходов, понижая уровни воды ниже участков задержания. А меры по увеличению пропускной способности речного русла (они описаны в подразделе 2.4.2), наоборот приводят к понижению уровней воды выше по течению. Примеры: удаление препятствий в русле, таких, как высоко расположенные участки, пандусы паромных переправ или опоры моста, земляные работы в поймах, уменьшение высоты бун или струенаправляющих дамб, дноуглубительные работы на пониженном участке русла и перенос дамб от русла. Некоторые из этих примеров показаны на рис.2.

Рис. 2. Альтернативные варианты увеличения пропускной способности рек без увеличения высоты дамб.

Если перенос или строительство дамбы оказываются малоэффективными, то тогда (см. подраздел 2.4.3) следует обратиться к альтернативному способу снижения уровней воды при наводнениях, который иногда называют «зеленая река». «Зеленая река» это часть поймы между двумя дамбами, которая затапливается только в периоды наводнений. «Зеленые реки» можно использовать для сельскохозяйственных целей или для природных резерватов и/ или зон отдыха. Это не исключает возможности строительства канала или водоема в такой зоне, например, для рекреационных целей. Разработка проекта «зеленой реки» зависит от местонахождения участка. На рис. 3 показан участок поймы, превращенный в «зеленую реку». «Зеленые реки» могут обеспечить существенное снижение уровней воды в месте их нахождения и выше по течению. Значит, на таких речных участках отпадает необходимость применения других мер, снижающих уровни воды при наводнениях.

Рис. 3. Реальная ситуация (слева) в пойме Рейна рядом с голландским городом Хафтен (Haaften) и взгляд художника (справа) на обустройство территории от «зеленой реки» к северу от города.

Выводы, сделанные авторами в заключении раздела 2 сводятся к следующему.

1. Основным направлением в использовании Рейна в Нидерландах и выше по течению в настоящее время являются задачи смягчения наводнений и восстановления благоприятных экологических условий. Относительно небольшое внимание уделяется вопросам маловодья, которое может привести к ухудшению качества воды и условий судоходства.

2. До последнего времени стратегия предотвращения наводнений сводилась к наращиванию высоты дамб (обвалований) вдоль пойменных земель. В настоящее время эта стратегия столкнулась с социальным сопротивлением и критикой её негибкости, что недопустимо при неопределенном будущем. Альтернативные решения сосредоточены на понижении уровней воды при наводнениях путем создания вдоль Рейна в Германии аккумулирующих бассейнов (емкостей), а в Нидерландах – понижение поверхности поймы для увеличения пропускной способности живого сечения реки. В то же время, поймы, которые проектируются таким образом, больше соответствуют поймам, которые сформировались бы за счет естественных морфологических и экологических процессов.

3. В дельте Рейна, будущие адаптационные действия сосредоточены на дальнейшем расширении пойм и на планировании «зеленых рек». Эти «зеленые реки» будут затапливаться только в периоды наводнений. На участках выше по течению в Германии, внимание будет сосредоточенно на ландшафтном планировании, при котором вода будет стекать из поймы в реку, как можно более медленно.

3. Управление наводнениями на Миссисипи

В разделе 3 авторы обсуждают проблемы управления наводнениями на реке Миссисипи, крупнейшей реки Северной Америки и США. Длина реки – свыше 3700 км, она течет из северо-западной части штата Миннесота на юг, впадая в Мексиканский залив несколько ниже города Новый Орлеан. Площадь водосбора составляет 3,2 млн кв. км, или приблизительно 40% территории США. Миссисипи занимает 6-е место в мире по расходу воды; ее средний годовой расход равен 14000 м

/с, чему соответствует пресноводный сток в залив в объеме 580 км

/год. Это важнейшая транспортная артерия, вместе со своими крупными притоками (реками Миссури и Огайо), занимает третье место в мире среди речных транспортных систем.

Обычно в месте впадения р. Миссисипи в Мексиканский залив расход воды в разные сезоны года разный, с повышенным стоком в марте-мае и самым низким стоком в августе-октябре. Однако в августе и сентябре 1993 г. выпали очень сильные дожди. Средние месячные расходы в апреле и мае 1993 г. были приблизительно на 50% выше среднемесячных многолетних значений. В августе и сентябре 1993 г. расходы воды превысили максимальные значения, зафиксированные за последние 63 года наблюдений. Это вызвало катастрофическое наводнение.

Больше всего пострадали штаты Миннесота, Айова, Иллинойс и Миссури. В Сент-Луисе уровень воды в реке поднялся до отметки 15 м, примерно на 6 м выше расчетного уровня наводнения и почти на 2 метра выше прежнего максимального уровня, зафиксированного в 1973 году.

При наводнении 1993 г. уровень воды в течение 36 суток на 3 м или более превышал расчетный уровень наводнения, а отметку наводнения, повторяющегося один раз в 50 лет – в течение 23 суток; отметку наводнения, повторяющегося один раз в 100 лет – в течение 8 суток. За весь период наблюдений с 1861 г. до 1993 г. набралось всего 12 суток с таким или большим превышением расчетного уровня наводнения.

Работа транспорта и промышленности вдоль реки Миссисипи была нарушена на несколько месяцев. Наземным и речным перевозкам в этой зоне был нанесен самый крупный ущерб за всю историю США.

Свыше 1000 из 1300 дамб, спроектированных для задержки водных масс при наводнениях, были прорваны, хотя крупные города вдоль рек, такие как Сент-Луис, были защищены от затопления мощными противопаводковыми дамбами. Было эвакуировано более 70000 человек, повреждено или разрушено около 50000 домов и затоплено более, чем 31000 кв. км сельскохозяйственных земель. Погибли 52 человека. Ущерб оценивается в диапазоне от 12 до 20 млрд долл. США, различаясь в зависимости от числа учитываемых показателей.

Это наводнение явилось еще одним «спусковым крючком» для оценки схем существующих систем инженерной защиты и процедур управления режимами рек и пойм в бассейне Миссисипи. В то же время вопросы будущего использования рек и их пойм, особенно в контексте экономического развития в сочетании с улучшением экологической обстановки, стали важной политической проблемой.

Исторически значительное внимание уделялось решению проблем, связанных с особыми интересами водопользователей. В бассейне Миссисипи в их число входят: судоходство, гидроэнергетика, охрана природы и обеспечение некоторой безопасности при затоплении сельскохозяйственных, индустриальных и городских земель. В течении многих лет было выполнено большое число структурных и неструктурных мероприятий, которые внесли существенный вклад в экономику региона, обеспечение безопасности населения и охрану природных объектов. В то же время недостаточное внимание уделялось вопросам конкретной и приемлемой для большей части водопользователей перспективной политики или стратегии долгосрочного использования водных ресурсов всего бассейна Миссисипи.

Исследования Федерального межведомственного комитета по оценке управления поймами (более известного как комитет Гэллоуэя), позже поддержанные исследованиями Корпуса инженеров армии США (USACE), выполненными после крупных наводнений, внесли существенный вклад в обсуждение вариантов будущей стратегии управления реками. Были оценены различные альтернативные решения по управлению пойменными землями, но конкретные рабочие предложения не рассматривались и не вошли в этот комплекс исследований.

При рассмотрении перспективных направлений будущей стратегии управления реками возникают два вопроса:

Должна ли стратегия управления реками базироваться на продолжении исторической практики проведения инженерных работ на реках, использования водохранилищ и дамб обвалования для обеспечения определенного уровня безопасности при наводнениях в сочетании с дноуглубительными работами в интересах судоходства? Или эта будущая стратегия должна ориентироваться на использование речных русел и пойм, с целью повышения природоохранной деятельности, при которой одновременно уменьшаются потенциальные ущербы от наводнений?

Каким образом и в каких пределах ресурсы рек и их пойм могут быть использованы обществом в будущем для развития региональной и национальной экономики, не ставя под угрозу речные экосистемы?

Стратегия управления речными бассейнами требует решения еще двух дополнительных вопросов:

Как должны быть организованы федеральные и региональные структуры для эффективного управления речными бассейнами?

Каким образом должны быть реформированы структуры управления и планирования, для того, чтобы водопользователи (представители промышленности, экологические группы, фермеры, городское население и др.) были активно вовлечены в процесс управления?

В подразделе 3.1 приведены краткие обзоры общей истории развития водных ресурсов США, включая вопросы регулирования наводнений, управления поймами и развития водоснабжения, на протяжении прошлого столетия и истории управления наводнениями в верхнем течении Миссисипи.

В подразделе 3.3 обсуждаются проблемы взаимодействия между различными группами водопользователей. В условиях многоцелевого использования воды и поймы верхнего течения реки Миссисипи некоторые цели дополняют друг друга, а другие вступают в конфликт; то же самое относится и к различным группам пользователей или представителей заинтересованных сторон.

Таблица 1 дает общее представление о диапазонах некоторых потенциально наиболее конфликтных взаимодействий. В колонках таблицы указаны виды деятельности, в строках – влияние на конкретные виды деятельности. Баллы +1 и +2 указывают на взаимодополняемость и положительные взаимодействия, 0 – нейтралитет, а -1 и -2 – на конкуренцию или отрицательное взаимодействие. Объединенное планирование с участием всех заинтересованных сторон может помочь сдвинуть эти относительные показатели в положительную сторону, характеризуемую меньшей конфликтностью и более положительными взаимодействиями.

Существуют и другие важные виды водопользования, не упомянутые в табл. 1 по причине очевидности и прямого характера взаимодействий. В их числе, например, гидроэнергетика.

Некоторые из указанных в табл. 1 категорий конфликтов создают серьезные проблемы в бассейне верхней Миссисипи. Некоторые потенциально положительные взаимодействия развиты весьма слабо. По-видимому, самые острые конфликты возникают между экологами и специалистами сельского хозяйства, а также с теми, кто хотел бы развивать промышленные объекты посредством регулирования наводнений и увеличения объема речного судоходства, но находится под давлением законодательства, ограничивающего освоение пойменных земель.

Существуют серьезные конфликты по поводу степени и масштабов регулирования наводнений, того, как это должно быть обеспеченно и какие методы необходимо использовать. Между двумя крайностями есть немало возможностей: одни считают, что уровни защиты от наводнений следует существенно нарастить, в первую очередь, за счет увеличения высоты дамб обвалования вдоль всей реки; другие полагают, что следует активно отказываться от освоения поймы и сокращать те способы ее использования, которые ограничивают сток при наводнениях. Аргументы в пользу первого подхода в основном базируются на том, что экономическое развитие региона, особенно сельского хозяйства и промышленности, будет эффективно обслуживаться защитой от наводнений. Аргументы в пользу второго подхода в первую очередь основаны на том, что защита пойм и компенсация ущербов от затопления обходятся очень дорого и что нет веских доводов в пользу государственного субсидирования освоения пойм при наличии других мест для сельского хозяйства и промышленности за их пределами. Кроме того, меры по защите пойм от затопления зачастую оказывают не самое благоприятное воздействие на окружающую среду. Сокращение использования пойм позволит вернуться к более естественным условиям.

Таблица 1. Взаимодействия между потенциально конфликтными видами деятельности, связанными с рекой.

Проблемы разработки стратегии управления наводнениями обсуждаются в подразделе 3.4. При этом отмечается, что современный (до 2004 г.) подход к управлению стоком в верхнем и среднем течении реки Миссисипи является не столь интегрированным или хорошо сбалансированным, каким он мог бы быть. Подобная ситуация существует не только на этой реке, и некоторые из ее причин можно было бы устранить, изменив политику, ограничивающую всесторонние интегрированные подходы. Наводнение 1993 г. в бассейне верхней Миссисипи сфокусировало, по крайней мере на какое-то время, общенациональное внимание на этой проблеме. Вызванная этим наводнением озабоченность дала возможность провести повторную оценку и разработать стратегию интегрированного управления водными ресурсами. Одним из выводов комитета Гэллоуэя (1994 г.) был следующий: «Соединенным Штатам представилась редкая возможность изменить управление поймами. Ее не следует упустить».

Стратегия интегрированного управления водными ресурсами должна включать вопросы управления наводнениями (с учетом неопределенностей), например: как дамбы обвалования влияют на уровненный режим выше по течению, как увеличение высоты дамб или удаление их от русла влияет на уровни воды в других местах, как растительность в поймах, особенно деревья, влияют на уровни воды при наводнениях. Кроме того, должны быть определены безопасные уровни воды при наводнениях для различных видов землепользования на поймах. В отчете комитета Гэллоуэя (1994 г.) подчеркивается необходимость обеспечения гибкости и многовариантности систем защиты от наводнений. Требуют решения вопросы о том, какие уровни защиты от наводнений подходят для городских зон/промышленных объектов и сельскохозяйственных угодий, и как заключать соглашения по этим уровням.

В очень важном по смысловой нагрузке, подразделе 3.5 отмечается, что главные роли в управлении водными ресурсами, крупнейшего из речных бассейнов США, играют федеральные агентства и агентства штатов. Основные вопросы планирования или управления, а также реализации решаются с участием этих «структур – лидеров». Однако любое конкретное агентство действует в пределах своих компетенций. Это совершенно необходимо им для работы друг с другом и с частными неправительственными организациями (НПО и другими группами представителей заинтересованных сторон), когда требуется увязка плана интегрированного управления водными ресурсами или разработка стратегии. Если институциональные изменения могут облегчить этот процесс, то такие изменения должны быть рассмотрены. Могут оказаться эффективными независимые комиссии по речному бассейну, включающие представителей всех заинтересованных сторон и берущие на себя ответственность за интегрированное управление рекой, если их рекомендации вызывают интерес и их серьезно рассматривают в процессе принятия политических решений на высоком уровне.

Сбалансированный план развития бассейна верхней Миссисипи, который разрабатывается с широким участием всех заинтересованных сторон, будет способствовать лучшему пониманию сложных взаимосвязей между защитой окружающей среды, использованием ресурсов и освоением реки и поймы. Такой план развития не должен быть статическим, он должен стать основой для регулярного пересмотра с учетом новых достижений и представлений. Благодаря такой адаптации план может увеличить объем фактического использования речных ресурсов, а также сделать его более эффективным.

4. Снижение риска затопления

В разделе 4 отмечается, что существует два типа структурных альтернатив снижения рисков затоплений. Первая из них – это противопаводковая емкость водохранилищ, проектируемая для того, чтобы уменьшить пики расходов воды при наводнениях в нижнем бьефе водохранилищ. Другая альтернатива заключается в проведении работ по расширению русла и/или строительству защитных сооружений, которые позволят сдерживать пики расходов воды и уменьшать ущерб при наводнениях. В разделе 4 представлены методы моделирования обеих этих альтернатив для включения их в анализ «затраты-выгоды» или в анализ эффективности затрат. К последнему прибегают в ситуациях, когда значительную часть выгод от регулирования наводнений невозможно выразить деньгами, и цель заключается в обеспечении установленного уровня защиты при наводнениях при минимальных затратах.