<<
>>

Обустройство территорий в целях защиты и снижения ущербов от наводнений

На протяжении всей истории развития обустройства хозяйственная деятельность постоянно находится в зависимости от природных условий, обусловливающих атмосферные и гидрологические процессы , под воздействием которых формируются циклические круговороты водных ресурсов как в рамках бассейновых геосистем, так в целом на Земле.

Наводнения, которые периодически происходят в рамках речных бассейновых геосистем, относятся к природным явлениям, вызывающим нарушение в процессах жизнедеятельности населения, животного и растительного миров на затапливаемых территориях.

При затоплении территорий в периоды наводнений, как правило, возникает множество проблем, связанных с обеспечением условий жизнедеятельности населения, домашних идиких животных, функционирования сельскохозяйственных угодий и промышленных предприятий, инженерных коммуникаций и транспортных дорог и т. п. Затоплениям в основном подвергаются пойменные земли, на которых исторически ведется интенсивное сельскохозяйственное производство, на прибрежных и пойменных участках размещаются урбанизированные территории городов, населенных пунктов, которые в определенной мере увеличивают негативность явления затопления на отдельном участке реки. Пойменные территории бассейновых геосистем использовались и будут интенсивно использоваться в хозяйственной деятельности. От наводнений их необходимо защищаться комплексом различных мероприятий, но не бороться с ними, исходя из самого определения наводнения. С природными явлениями, к каким относятся наводнения, «бороться» в большинстве случаев совершенно бессмысленно и принципиально ошибочно. Защита от наводнений ведется человечеством с древних времен. Примерами могут служить сохранившиеся холмы и свайные конструкции, на которых располагались и сейчас еще располагаются жилища людей на пойменных участках рек. В качестве запретных мероприятий от наводнений за долго до нашей эры в Месопотамии, Египте, Китае и других регионах суши земного шара строились водохранилишные гидроузлы, оградительно-защитные дамбы.

Так, в Египте в долине реки Нила около 2000 г. до н. э. в целях снижения уровня воды в нижнем течении реки выполнялось частичное регулирование стока путем направления паводковых вод в рельефные понижения (котлованы). При понижении уровня воды в Ниле, вода из котлована уходила обратно в русло реки.

В III тысячелетии до н. э. на р. Оран в Сирии была построена Хомская плотина с целью регулирования стока и защиты прибрежных территорий от затопления.

Наряду с водохранилищами и рельефным понижение м задолго до н. э. использовались оградительно-защитные дамбы, которые возводились из местных материалов вдоль берегов рек. По преданию, первым строителем земляных защигных дамб на пойменных реках был египетский царь Минос (около 3400 лет до н. э.). В Европе строительство защитных дамб берет начало с VIII века н. э. В настоящее время защитными дамбами обвалованы реки Дунай, Луара, Тиса, Рейн, По, Висла, Хуанхэ, Шахэ, Янцзы, Ганг, Брахмапутра и др. На территории России дамбами защищаются от наводнений в бассейнах рек Волга, Дон, Кубань, Терек и ряда других.

В основу государственной политики в области защиты населения и жизненно важных народнохозяйственных объектов должен быть принят принцип: «Лучше предупредить, чем разбираться с негативными последствиями выдающихся и катастрофических затоплений». В Российской Федерации государственными органами, осуществляющими защиту от наводнений, является Федеральная Служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Министерство природных ресурсов (МПР), а координацию действий по защите и ликвидации последствий от наводнений осуществляет Министерство по гражданской обороне и чрезвычайным ситуациям (МГО и ЧС). В периоды формирования и прохождения весенних половодий и летне-осенних паводков принимают активное участие местные организации гидрометеослужбы в лице бассейновых водохозяйственных упраатений и ГО и ЧС. Доля государственных капиталовложений в противопаводковые мероприятия состаатяет порядка 90 %, а оставшиеся 10 % капиталовложений приходится на местные органы.

По характеру воздействия на половодья и паводки все принимаемые противопаводковые меры делятся на две основные группы: экстенсивные и интенсивные.

К экстенсивным (расширяющимся) противопаводковым мероприятиям относятся организационно-хозяйственные мероприятия и оперативно-аварийные мероприятия, которые включают в себя: изучение гидрографической сети и водосборной территории бассейна рек; изменение характера хозяйственной деятельности на водосборной, пойменной и прибрежной территории, атакже непосредственно в руслах рек; вынос объектов затапливаемых территорий; проведение защитных работ в период прохождения половодий и паводков; эвакуация населения и материальных ценностей из зоны затопления; ликвидация последствий наводнений.

Изучение гидрографической сети и водосборной территории бассейновой геосистемы являются весьма важным и неотъемлемым элементом в защите населения, хозяйственных объектов и инженерных коммуникаций от наводнений. При изучении гидрографической сети бассейновой геосистемы определяются возможные створы и участки рек, где потенциально могут возникать заторные и зажорные явления. Эти створы и участки рек отмечают на топографических картах М 1:10000 или 1:23000. В определении или уточнении створов и участков рек, где периодически наблюдаются заторные или зажорные явления большую помощь может оказывать местное население.

Используя данные гидрометрических наблюдений по расчетным створам речной сети бассейновой геосистемы выполняются гидрологические расчеты 50,20,10, 5, 3, 1 и 0,1 % обеспеченности и на топографической карте М 1:10000 или 1:25000 наносятся зоны затопления для каждой заданной обеспеченности.

Имея топографическую карту бассейновой геосистемы в целом и по ее отдельным участкам (протокам первого, второго и пр. порядков) с нанесенными зонами затопления заданной обеспеченности и створы участков рек, где потенциально могут возникать заторные или зажорные явления, можно принимать оперативные управленческие решения, направленные на защиту и снижение ущерба от наводнения.

Особое внимание уделяется урбанизированным территориям городского и сельского типа, жизненно важных инженерных коммуникаций, объектов и транспортных дорог, которые желательно иметь на топографической карте М 1:10000.

По результатам анализа водосборной территории бассейна реки разрабатываются рекомендации по изучению характера хозяйственной деятельности, выноса отдельных объектов, зданий и сооружений из зоны затопления.

На базе государственных бассейновых водохозяйственных управлений МПР РФ, региональных комитетов по делам ГО и ЧС и управлений гидрометеослужбы организуются центры по противопаводковым мероприятиям, которые способствуют более полной реализации разрабатываемых экстенсивных мероприятий.

К интенсивным мероприятиям относятся различные инженерные мероприятия, которые обеспечивают наиболее радикальное воздействие на регулирование поверхностным стоком, который формируется в рамках водосборных территорий.

К инженерным Амероприятиям по защите от наводнений исторически и традиционно относятся следующие: трансформация поверхностного стока на водосборной территории при помощи агротехнических мероприятий, несложных сооружений, лесомелиоративных мероприятий; перераспределение максимального стока водохранилищами; ограждение отдельных территорий защитными дамбами; увеличение пропускной способности на отдельных участках рек, входящих в речную сеть бассейновой геосистемы; повышение абсолютных отметок зехМной поверхности на отдельных участках затапливаемой территории; переброска стока в другой речной бассейн; использование специальных приемов, способствующих снижению уровня опасности наводнений.

Отечественный и мировой опыт защиты от наводнений свидетельствует о том, что строительство водохранилищ в речном бассейне в условиях многоцелевого их использования кардинально решает проблему наводнений как на отдельных участках, так и в целом бассейновых геосистем. Следует отметить, что для решения проблемы наводнений в рамках всей бассейновой геосистемы, к примеру, район реюг, необходимо создавать целую сеть водохранилищ по всей гидрографической сети.

Поэтому на практике проблему борьбы с наводнениями при помощи водохранилищ решают на отдельных участках бассейновой геосистемы. Характерным примером может служить водохранилище Юма- гузинского гидроузла на р. Белой в Республике Башкортостан. Для защиты 84 населенных пунктов и 5 промышленных городов (Мелеуз, Салават, Ишимбай, Кумертау, Стерлитамак), расположенных в среднем течении р. Белой, от часто повторяющихся наводнений строится Юма- гузинский гидроузел с водохранилищем емкостью 890 млн м3, которое трансформирует максимальные паводковые расходы на 60 % и попутно вырабатывает электрическую энергию на приплотинной ГЭС.

На речных бассейновых геосистемах Российской Федерации эксплуатируются более 30 тыс. гидроузлов с водохранилищами, из них объемом от 1 до 10 млн м3 — 2500, 215 водохранилищ объемом от 10 до 100 млн м3, 65 водохранилищ объемом от 100 млн м3, 41 водохранилище более 1000 млн м3 и основное количество составляют гидроузлы с малыми водохранилищами, имеющими объем менее 1 млн м3. По функциональному назначению 55 % водохранилищами выполняют одноцелевую задачу, 33 % — двухцелевую задачу, 8 % — трехцелевую задачу и только 5 % — многоцелевую задачу. Для защиты от наводнений используют около 60 % из числа эксплуатируемых водохранилищ.

Для защиты от наводнений на реках России эксплуатируются более 200 систем обвалования с общей протяженностью защитных дамб более 10 тыс. км (польдеров).

Отечественный опыт показывает, что экономически оправданное снижение уровня опасности от наводнений достигает в определенном сочетании регулирующих емкостей водохранилищ, защитных дамб обвалования и руслорегулирующих мероприятий. Характерным примером оптимального сочетания выше отмеченных мероприятий может служить защита от наводнений в бассейне р. Кубань. Дамбами обвалования, протяженностью более 900 км, защищаются территории более около 7 тыс. км2, где проживает население более 300 тыс. человек. Водохранилище Краснодарского гидроузла трансформирует и перераспределяет максимальные паводковые расходы воды, которые формируются в зимне-весенние и летние периоды при таянии снега, ледников в горах и выпадения обильных дождей.

Несмотря на накопленный опыт и проводимые мероприятия по защите от наводнений в нашей стране, ущербы от них имеют устойчивую тенденцию к росту, что обусловливается увеличением хозяйственной деятельности как на водосборной территории, так и на пойменной и русловой частях рек. Хозяйственная деятельность на водосборной территории бассейна способствует увеличению модуля поверхностного стока, на базе которого формируются паводковые расходы воды на водостоках гидрографической сети бассейна.

Мировой опыт показывает,что в результате вырубки лесов на водосборной территории, осушения болот лесной зоны среднегодовой сток увеличивается на 15 %, а среднесуточный модуль стока весеннего половодья может увеличиться на 30 %. Уменьшение инфильтранионных свойств почв на урбанизированных территориях также способствует увеличению максимального стока с городских территорий.

Хозяйственная деятельность на поймах рек и непосредственно в их руслах в своем суммарном воздействии снижают пропускную способность для прохождения половодья и паводков. Дополнительные сопротивления потоку воды увеличивают высоту подъема уровней воды и соответственно площади затопления.

Исходя из мирового и отечественного опыта защиты от наводнений, для снижения ущербов от наводнений целесообразно подходить к решению данной проблемы комплексно и при этом учитывать ниже следующее: комплексное использование и охрана водных и земляных ресурсов должна предусматривать защиту территорий от наводнений; при разработке комплексных мероприятий по защите от наводнений необходимо рассматривать водосбор бассейновой геосистемы как открытую целостную систему, в которой функционируют и взаимодействуют природные и техногенные компоненты в своем динамическом развитии.

Инженерные, агротехнические, лесомелиоративные мероприятия для защиты территорий от наводнений должны базироваться на применении хорошо зарекомендовавших себя традиционных сооружений, средств, устройств и технологических способов, среди которых в качестве основных можно выделить следующие: регулирование стока водохранилищными гидроузлами, временными водоподпорными сооружениями, лиманами в рамках гидрографической сети бассейновой геосистемы; ограждение защищаемых урбанизированных, сельскохозяйственных и промышленных территорий, важных народнохозяйственных объектов, транспортных дорог и инженерных коммуникаций дамбами на рассчитываемую обеспеченность максимальных уровней воды; повышение пропускной способности речных русел на защищаемых от затопления участках; выполнение комплексных лесомелиоративных и агротехнических мероприятий на водосборной территории бассейновой геосистемы, направленных на снижение величины модуля стока в период половодья и дождевых паводков;

— искусственное повышение отметок земной поверхности на участках защищаемых территорий (в рамках городских территорий, промышленных площадок и т. п.).

В перспективе развитие водохозяйственной отрасли в области разработки и внедрения комплексных мероприятий по защите и снижению ущерба от наводнений должно ориентироваться в большей степени на водосборную территорию и в различной степени на гидрографическую сеть бассейновой геосистемы, где преимущественно имели место средние (gt; 100 м3) и больше (gt;100 м3) водохранилища.

Формирование количественных и качественных характеристик поверхностного и подземного стока происходит на водосборной территории, которой отводится место формирования i идрограф и ческой сетью. Отечественный и зарубежный опыт водохозяйственного строительства свидетельствует, что возведение крупных водохранилищ на равнинных реках в полной мере не всегда оправдан, если решать одноцелевые задачи.

Исходя из системного понимания процессов взаимодействия природных и техногенных компонентов в рамках бассейновой геосистемы и проблемы защиты территорий от наводнений более целесообразными являются мероприятия, проводимые на водосборной территории. Главным принципом в проведении этих мероприятий должна бьггь комплексность, такой подход к защите от наводнений позволяет выполнять регулирование стока на малых водотоках и овражно-балочной гидрографической сети путем возведения оптимального количества малых водохранилищ (м3) с защитным коэффициентом 2,5—3,0, т. е. на 1 га площади затопления водохранилищем обеспечивается защита от наводнения 2,5—3,0 га площади земель в нижнем бьефе.

Вследствие регулирования (трансформации) естественного стока водохранилищем за счет образования сливной призмы, или объема, заключенного между отметкой максимального подпорного уровня (МПУ) происходит уменьшение сбрасываемого расхода через водосбросное сооружение по сравнению с расходом который формируется на водосборной территории.

Уменьшение сбросного расхода определяется коэффициентом зарегулирования:

(5.10)

где Qm] — максимальный расход, сбрасываемый через водосбросное сооружение водохранилищного гидроузла, м3/с;

Qm — максимальный расход паводка, который формируется на водосборе, м3/с.

Таким образом,

(5.11)

Для определения максимального сбросного расхода водохранилища (пруда) требуется точно определить коэффициент зарегулирования исходя из конкретных условий. При схематизации гидрографов паводка по треугольнику Д. И. Кочереным предлагается следующая формула для определения коэффициента зарегулирования максимального расхода:

(5.12)

где W— объем сливной призмы;

— суммарный объем паводкового стока, который формируется на водосборной территории.

Следует отметить, что формы гидрографов весенних и ливневых паводков для небольших водосборов требуют изученности и обоснования.

Схематизируя гидрограф паводка в виде двух парабол, пересекающихся в точке максимума стока, при нелинейном изменении притока воды с водосбора и сбрасываемого расхода через сооружение, Д. Л. Соколовский предложил формулу для определения коэффициента зарегулирования :

(5.13)

где К=0,80-0,85.

Рис. 5.9. Значение

Для малых водосборов, когда уровень воды в водохранилище перед паводком стоит на отметке НПУ, можно пользоваться формулой Д. И. Коче- рина, которая в этом случае дает хорошие результаты. Значение коэффициента Нравно единице.

W J Формулу Д. Л. Соколовского можно применять для определения коэффициента зарегулирования при любом положении уровня воды в водохранилище. Коэффициент К в формуле (5.13) зависит от отношения объема сработки водохранилища W0 к объему сливной призмы IV; при Ж0 = 0, К= 1. С увеличением объема сработки водохранилища значение (А) уменьшается (рис. 5.9).

Когда отношение              , К= 0,9. Если объем сработки водохрани

лища в 2 раза превышает объем сливной призмы, К= 0,17. При дальнейшем увеличении отношения значение коэффициента К стремиться к нулю.

На формирование поверхностного ливневого стока в теплые периоды года большое влияние оказывают агротехнические мероприятия, определяющие собой различные способы обработки почвенного покрова. Обработка почвы сильно увеличивает водопроницаемость и водо-

регулирующую способность почвы. Так, максимальные расходы стока с обработанных (взрыхленных) сельхозугодий может уменьшиться на 60—40 % от значения максимального расхода стока, который формируется на необрабатываемых площадях (луга, степи не вспаханные). Таким образом, агротехнические мероприятия являются возможным элементом в комплексных мероприятиях по защите территорий от наводнений в весенне-летний период.

На величину коэффициента стока талых вод большое влияние оказывает мощность снежного покрова на водосборной территории. Мощ ный снежный покров защищает почву от промерзания и препятствует образованию ледяной корки на поверхности почвы при зимних оттепелях и тем самым увеличивает инфильтрационную способность почвы и соответственно уменьшает величину коэффициента стока. Поэтому мероприятия по снегозадержанию на водосборе способствуют уменьшению величины коэффициента стока и, следовательно, могут быть использованы для защиты от наводнений в периоды весеннего половодья.

На процессы трансформации поверхностного стока на водосборных территориях большое влияние оказывают лесные полосы, расположенные поперек склона. Лесные полосы, расположенные по направлению наибольшего склона, практически не обладают водорегулирующим действием на поверхностный сток.

Лесные полосы, расположенные под углом к склону местности, оказывают водорегулирующее влияние на водосбор тем больше, чем меньше угол расположения лесной полосы к горизонталям местности. Коэффициент стока на водосборной территории при наличии лесных полос может уменьшиться до 10—25 %. Таким образом, облесение водосборных территорий малых рек, водотоков и овражно-балочной гидрографической сети изменяет поверхностный сток количественно и качественно, т. е. уменьшает коэффициент жидкого и твердого стока. Ширину водорегушгрующих и противоэрозионных лесных полос при ук лоне местности до 0,036 с расчетом полного задержания стока по рекомендациям И. П. Сухарова можно принимать в пределах 30—40 м. Расчет ширины лесной полосы для целей водорегулирования можно выполнять по формуле:

В=К

где В — ширина лесной полосы в м;

К — коэффициент, учитывающий обеспеченность стока и водопроницаемость почвы, который определяется в конкретных условиях водосборной территории;

/ — средний уклон местности выше лесной полосы;

L — расчетная длина склона выше лесной полосы.

Для бассейновых геосистем, расположенных в центрально-черноземном регионе России при обеспеченности 5, 10, 20, 30, 50 и 70 %, значение коэффициента К соответственно равно: 0,47; 0,44; 0,42; 0,38; 27 и 0,18.

Для повышения водорегулирующей способности лесных полос 11. Сурмаг( 1969) рекомендует сочетать их с простейшими гидротехническими устройствами в виде канав, водоудерживающих валов, что будет способствовать уменьшению коэффициента поверхностного стока и, соответственно, снижению значений максимальных расходов.

На водосборах малых водотоков и овражно-балочной гидрографической сети поэтапное проведение лесомелиоративных и агротехнических мероприятий позволит значительно уменьшить площадь затопления земель в нижнем бьефе малых водохранилищ.

Повышение пропускной способности русел на малых водотоках в нижнем бьефе и возведение защитных дамб обвалования в местах расположения населенных пунктов в суммарном эффекте обеспечит защиту и снизит ущерб от наводнения в рамках конкретных бассейнов малых рек водотоков, которые составляют значительную часть речных бассейновых геосистем.

В комплексе мероприятий по защите и снижению ущерба от наводнений внимание заслуживают отечественные конструктивные разработки временных водоподпорных гидротехнических сооружений с использованием высокопрочных синтетических тканевых материалов, а также хместных материалов (рис. 5.13). Основной функциональной задачей данных конструкций, является регулирование местного стока на малых реках, водотоках и овражно-балочной гидрографической сети бассейновой геосистемы.

Водоподпорные конструкции из тканевых материалов могут создавать напоры воды в верхнем бьефе до 4 м. По конструкгивному различию подразделяются на два типа:

Рис. 5.13. Схемы противопаводковых п,ютин

плотины наполняемого типа, которые представляют собой замкнутую цилиндрическую оболочку, закрепляемую к гибкому или жесткому основанию при помощи специальных устройств. Наполнение внутренней полости оболочки может производиться водой, воздухом и комбинированно (частично водой, частично воздухом) (рис. 5.13 а, б)\ плотины мембранного типа, представляют собой незамкнутую цилиндрическую оболочку, нижняя кромка которой закрепляется к основанию (гибкому, жесткому), а верхняя кромка к винтовой сетке, которая закрепляется свободными концами несущего каната (траса) к береговым анкерным устройствам. Перекрываемый пролет может достигать 60 метров (рис. 5.13 в, г).

Водоподпорные конструкции из местных материалов представляют собой плотины из грунтовых материалов. При 100 % зарегулировании поверхностного стока в расчетном створе малой реки, водотока или оврага, плотина выполняется глухой без водосбросного сооружения, имея при этом донный водовыпуск (рис. 5.13 д). При частичном регулировании поверхностного стока в напорном фронте плотины из грунтовых материалов выполняется конструктивное отверстие для пропуска определенного расхода вода, который составляет определенную часть от максимального расхода заданной обеспеченности (рис. 5.13 е). Принцип регулирования стока данной конструкции заключается в увеличении времени пропуска в нижний бьеф формирующегося расхода поверхностного стока на водосборной территории путем ограждения пропуска вода через отверстие в плотине. Строительство таких плотин снижает материальные затраты на 40—60 %, не требует больших затрат на эксплуатацию, но способствует эффективной защите территорий от затопления в период весенних половодий и дождевых паводков.

Только при комплексном решении проблемы защиты территорий от наводнений может быть принята иная конструкция водоподпорных плотин в зависимости от конкретных условий речной бассейновой геосистемы.

<< | >>
Источник: под общ. ред. И. С. Румянцева. Природообустройство: территории бассейновых геосистем : Учебное пособие. 2010

Еще по теме Обустройство территорий в целях защиты и снижения ущербов от наводнений:

  1. Обустройство территорий в целях защиты и снижения ущербов от наводнений
  2. Глава 8 ГОРОДА И СЕЛЬСКАЯ МЕСТНОСТЬ