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

В подразделах 4.1—4.4 описаны сравнительно простые инженерные модели для расчета противопаводковых объемов водохранилищ (подраздел 4.1), для расчета пропускной способности русла (подраздел 4.2), для оценки рисков прорыва дамб (подраздел 4.3) и для расчета ежегодного ожидаемого ущерба от прорыва дамбы (подраздел 4.4).

5. Поддержка принятия решений и прогноз

Весьма важным с позиции доступного понимания применения высокотехнологичного инструментария управления наводнениями является раздел 5. В этом разделе отмечается, что для лиц, принимающих решения, при оценке альтернативных вариантов решения проблем, встречающихся при интегрированном управлении рекой, при оповещении общественности об этих решениях и их последствиях, весьма полезными могут оказаться интерактивные компьютерные системы поддержки принятия решений (СППР). СППР могут включать современные данные о реке и пойме (с использованием географических информационных систем и баз данных) и динамические (прогностические) модели всей речной сети. Последние можно использовать для моделирования различных сценариев затопления, при этом ЛПР, а также ПЗС могут участвовать в планировании сценариев, обсуждении результатов расчетов и в принятии решений о том, что делать с учетом различных воздействий или последствий. Периодические упражнения в моделировании с помощью СППР напоминают общественности, особенно в засушливые годы, о том, что наводнения могут быть и будут, и при некоторых из них допустимы переливы воды через дамбы и причинение ущерба.

В подразделе 5.1, посвященному моделированию пойменных территорий, показано, что усилия по совершенствованию стратегии управления наводнениями почти всегда основываются на прогнозах (часто неточных) воздействий определенных структурных или неструктурных мероприятий. Эти прогнозы воздействий основываются на моделях и на их базах данных. Моделирование и передача полученных с помощью моделей результатов правительственным планирующим организациям, заинтересованным владельцам собственности и страховым компаниям становятся все более важными компонентами управления наводнениями.

При обеспечении требуемых исходных данных приходится иметь дело с неопределенностями. В исследованиях наводнений применяется экстраполяция параметров моделей и граничных условий для ситуаций, за которыми никогда не велось наблюдений. В связи с этим возникает вопрос о надежности современных процедур калибровки моделей. Качество полученных с помощью модели результатов в значительной степени зависит от имеющихся в наличии данных и их пригодности для будущего планирования. Двумерные (2D) модели требуют точных цифровых моделей рельефа (ЦМР). Сбор достаточно точных данных для исследований наводнений стал значительно дешевле благодаря использованию лазерной альтиметрии. Более того, начаты исследования по обеспечению данных о шероховатости поймы на основе комплексного анализа данных лазерной альтиметрии. Методы лазерной альтиметрии в настоящее время широко применяются для получения детальных данных об уровнях воды при наводнениях, которые могут в дальнейшем поддержать калибровку имитационных моделей наводнений. Новые методы сбора данных также дополняются гидравлическими лабораторными исследованиями для получения закономерностей и параметров, описывающих сопротивление потоку различных видов растительного покрова.

Для новых методов сбора данных также характерно заметное изменение типов данных, на которых базируются разработка и использование моделей. В целом наблюдается тенденция перехода от сбора данных в отдельных точках к получению пространственно-распределенных данных. В то время как расчетные гидрографы наводнений раньше использовались для того, чтобы формировать основу для исследований по регулированию наводнений, современные радарные данные об осадках, вместе с моделями водосборного бассейна реки позволяют разрабатывать прогностические модели штормовых ливней. Разработка двумерных моделей на базе цифровых моделей рельефа и карт шероховатости стала проще и рентабельнее, чем разработка одномерных моделей на основе точечных данных измерений в поперечниках, расположенных вдоль реки на заданных расстояниях.

В подразделе 5.2 обсуждаются технологические вопросы практически эффективного объединения одно- (1D) и двумерных моделей (2D) гидрологических и гидравлических систем для сценарных и прогностических расчетов наводнений. Эти вопросы мы подробно рассмотрим в разделе 3.3. нашего обзора.

6. Выводы

Общие выводы, сделанные в приложении D [81], представляются нам настолько важными, что, несмотря на формат синопсиса, воспроизведем их ниже в полном объеме.

«Вслед за необычно сильными наводнениями на реке Рейн и в верхнем течении Миссисипи в начале и середине 1990-х гг. и столь же сильными наводнениями во многих частях мира, включая Центральную Европу и Азию, случивимися в 2002 и 2004 гг., возникло нарастающее согласие по ряду проблем, включая следующие. Люди должны обеспечить пространство для размещения избытка воды при наводнениях тогда и там, где эти наводнения происходят и где наводнениями необходимо управлять лучше. Это не новая идея. Однако сегодня ясно, что единственный эффективный путь в условиях продолжающегося цикла нарастания ущербов от наводнений и увеличения стоимости защитных мероприятий – это восстановление естественных пойм, способных аккумулировать воды речных паводков. Наводнения привели к мысли, что целесообразнее не обваловывать реки дамбами, а восстанавливать их естественно-природное состояние. Многие из тех, кто традиционно поддерживал инженерные/структурные подходы к защите от затоплений, все больше проникаются идеей, что реки нуждаются в свободном пространстве для пропуска наводнений. Задачи защиты от затоплений в сочетании с потребностью в чистой питьевой воде и рекреации являются стимулом восстановления речных экосистем.

Правительства могут мотивировать более ответственное управление поймами. Национальные правительства могут принять на себя лидерство с тем, чтобы четко распределить обязанности и обеспечить финансовую поддержку при управлении наводнениями со стороны структур более низкого уровня. На примере опыта в бассейне верхней Миссисипи видно, что правительства могут:

обеспечивать помощь при переселении и выкупе собственности людей, проживающих на пойме;

прекратить выплаты пособий жертвам природных катастроф и субсидирование страхования от наводнений тех, кто продолжает жить на подверженных затоплению землях или застраивать их;

сделать обязательным страхование от наводнений, там где они происходят, указывая в полисе зависимость страховой премии от рисков наводнений;

строго следить за выполнением требований к строительству на пойменных землях.

В Соединенных Штатах программа управления наводнениями, разработанная Корпусом инженеров армии США, оказала существенное влияние на освоение пойменных земель. В настоящее время многие могут заявлять об отрицательных последствиях этой программы, но Корпус сделал то, о чем просили Конгресс и общество. Для защиты от затоплений были построены сотни плотин и тысячи километров дамб. В результате, и это следует признать, активизировалось дальнейшее развитие на паводкоопасных землях. Существующие объекты, построенные по проектам Корпуса, продолжают влиять на управление реками и их поймами, включая бассейны рек Миссисипи, Миссури, Огайо и Колумбии. Хотя в США принятие решений об использовании земель в конечном счете является ответственностью местной администрации, построенные Корпусом сооружения защиты от наводнений стимулируют развитие пойм.

Выполняемые Корпусом анализы выгод и затрат традиционно приводят к выводу о преимуществах проектов структурного управления наводнениями (т.е. с помощью ГТС). Строительство ГТС нравится инженерам. Однако в последнее время многие сотрудники Корпуса признают, что пришла пора рассмотреть и другие, более взвешенные подходы и позволить неструктурным (т.е. без ГТС) проектам управления наводнениями соперничать со структурными.

То же самое можно сказать и о Нидерландах. Здесь люди говорят: «Бог создал Землю, но голландцы создали Нидерланды». Без гидротехнических сооружений значительная часть территории страны постоянно была бы под водой. Однако здесь, как и во многих других странах, подверженных наводнениям, управление наводнениями должно стать частью интегрированного управления водными и земельными ресурсами. Запросы многочисленных пользователей и секторов экономики, а также интересы представителей заинтересованных сторон, должны учитываться при разработке планов и стратегий интегрированного управления водными ресурсами и землепользованием.

В число мер по управлению пойменными землями, которые могут осуществлять местные власти, входит зонирование при землепользовании. Зонирование должно основываться на интегрированных планах землепользования, которые определяют видение того, как сообщество должно развиваться, и где такое развитие не должно происходить. При этом землепользователи должны быть ориентированы как на получение прибылей, так и на возможность ясного понимая опасностей или рисков. Например, земли с риском затопления могут использоваться как парки, поля для гольфа, заповедники, заказники и другие подобные территории, совместимые с процессами природных затоплений.

Сохранение открытых пространств не должно ограничиваться поймами, поскольку некоторые участки водосбора (вне пойм) могут быть критическими в управлении поверхностным стоком, что обостряет проблему затоплений. Площади земель, которые должны сохраняться в естественном состоянии, следует вносить в специальные перечни программ (планов) совершенствования землепользования и инвестирования.

Зонирование и сохранение открытых пространств – это возможности оградить от рискованного развития, находящиеся под угрозой или уязвимые территории. Правила землепользования на поймах могут включать строительные регламенты, определяющие, что можно и что нельзя сооружать на пойме. С помощью этих правил можно предотвратить ущербы от затопления строений, дорог и других объектов и не допустить усугубления проблем затоплений при освоении пойм. Можно указать три наиболее распространенных вида регламентирующих документов для пойменных земель: постановления местных органов власти о районировании, решения о запретах на изменение состояния поймы, а также строительные нормы и правила.

Максимальный сток с водосбора ливневых или талых вод может быть уменьшен несколькими способами. Правила регулирования, задержания и накопления паводковых вод, обычно являющиеся частью постановлений местных органов власти, обязывают застройщиков сооружать водозадерживающие и водонакопительные водоемы для того, чтобы минимизировать нарастание поверхностного стока, связанного с созданием новых водонепроницаемых поверхностей (например, заасфальтированных) или новых дренажных систем. Лучшие практики управления уменьшают поступление загрязняющих веществ с поверхностным стоком в водотоки. Загрязняющие вещества в стоках могут включать удобрения для газонов, пестициды, сельскохозяйственные ядохимикаты и нефтепродукты, смытые с поверхностей улиц и промышленных территорий.

Болота фильтруют поверхностный сток и защищают от загрязнений озера, заливы и реки, а также множество источников питьевой воды. Они способны аккумулировать большие объемы паводкового стока, уменьшая расходы воды ниже по течению. Они могут предотвращать размыв береговой зоны. Они также служат источником многих видов ценных (для коммерческого и любительского лова) рыб, моллюсков и других водных обитателей.

Самый надежный и безопасный способ уменьшения риска затопления – это перемещение строений из паводкоопасной зоны на более высокие участки земли. Приобретение объектов собственности на паводкоопасных землях для их перемещения осуществляется государственными структурами, так что затраты по переносу не возлагаются на владельцев собственности. После переноса объектов с паводкоопасных территорий, земля обычно предоставляется для общественных нужд, например, для парков и мест отдыха, или может быть возвращена в естественно-природное состояние. Существуют различные программы субсидирования для поддержки местных проектов приобретения паводкоопасных земель. Так, например, после наводнения на Миссисипи в 1993 г. правительство США выкупило или перенесло более 8000 домов.

На основании уроков связанных с наводнениями и с усилиями по защите от них во всем мире можно сформулировать следующие принципиальные суждения.

Следует восстанавливать природные речные системы и их функции, что улучшит управление наводнениями, а время и труд, потраченные на восстановление естественных водотоков и их экосистем, позволят:

восстановить в разумных пределах естественную (историческую) пропускную способность речных русел и пойм для лучшего пропуска паводковых вод посредством переноса обвалований и дамб с целью расширения пути паводковых вод в русле реки;

увеличивать площадь болот и прибрежных лесов, расширяя тем самым речную зону;

увеличивать планируемое затопление поймы для уменьшения пиков наводнений ниже по течению;

укреплять существующие и обоснованно размещенные дамбы, защищающие дорогостоящие объекты, которые не могут быть вынесены с территории поймы;

пересмотреть правила эксплуатации водохранилищ и ГТС с целью обеспечения эффективного, надежного и безопасного использования систем управления наводнениями. В некоторых случаях плотины и сооружения инженерной защиты должны быть перестроены для улучшения их возможности регулировать расходы воды с целью предотвращения затоплений ниже по течению;

лучше использовать прогнозы погоды и мониторинг условий выше по течению для совершенствования систем раннего предупреждения о времени прихода волны наводнения.

Следует использовать пойменные земли таким образом, чтобы минимизировать расходы налогоплательщиков и максимизировать экологическое благополучие пойм, стремясь при этом:

предельно уменьшить стимулы и субсидии для освоения и развития самых опасных участков поймы. Не должно быть людей, которые выбирают такой ущербный путь развития;

реформировать программы картирования пойменных земель так, чтобы они точно отражали риски и последствия возможных наводнений. Обеспечить понимание людьми сути риска наводнения в тех местах, где они располагаются;

гарантировать наличие в проектах нового строительства на пойме мер по уменьшению ущерба от наводнений, прогнозируемых в обозримом будущем;

доводить до людей информацию о рисках проживания, работы или сельскохозяйственного производства на землях подверженных затоплениям, и точно знать готовы ли они нести соответствующую финансовую ответственность за свою деятельность на этих территориях;

стремиться переселить наиболее уязвимых людей и целые общины, которые добровольно согласны на переезд в безопасные места;

обеспечить готовность федеральных и местных органов власти, ответственных за использование пойменных земель, нести повышенную финансовую ответственность при ликвидации последствий затопления.

Следует управлять всем водосбором с целью наилучшей защиты от наводнений и достижения максимального природоохранного эффекта, стремясь при этом:

ограничивать хозяйственное освоение оставшихся заболоченных земель и пойм, которые действуют, как естественная «губка», впитывающая воду и ослабляющая сток усиливающий наводнения;

развивать программы выкупа или получения права использования заболоченных и пойменных владений для восстановления естественных условий на этих землях, являющихся элементом речных систем;

ограничивать вырубку лесов и строительство дорог на оползнеопасных участках;

по мере возможности заменять на склонах привнесенную однолетнюю растительность на природную многолетнюю для улучшения поглощения дождевой воды и уменьшения склоновой эрозии.

Современные технологии позволяют разрабатывать модели для изучения прохождения наводнений через поймы, прибрежные площади и урбанизированные территории. Они включают возможность использования средств дистанционной лазерной альтиметрии, что удешевляет и делает более точными модели земной поверхности. Кроме того, эти технологии обеспечивают определение параметров сопротивления потоку в моделях наводнений. Это, в свою очередь, весьма полезно при калибровке моделей на основе данных мониторинга уровней воды при прохождении волн паводков.

Имитационные возможности моделей наводнений были значительно расширены при неявном объединении 1D и 2D схематизаций. Объединенная 1D-2D модель динамики поверхностных и грунтовых вод может применяться в исследованиях затоплений пойм и городских территорий. Такое применение может привести к лучшему пониманию природы наводнений, более точному их прогнозированию и лучшему планированию противопаводковых мероприятий».

2.2. Концептуальный документ «Интегрированное управление наводнениями». Синопсис публикации ВМО, №1047, 2009 г.

Оглавление

1. Введение

2. Наводнения и процесс развития