Факторы, влияющие на масштабы наводнения

Виды наводнений

Виды наводнения	Причины	Характер проявления
Половодье	Весеннее таяние снега на равнинах или весенне-летнее таяние снега и дождевые осадки в горах	Повторяются периодически в один тот же сезон. Значительный и длительный подъем уровней воды
Паводок	Интенсивные дожди и таяние снега при зимних оттепелях	Отсутствует четко выраженная периодичность. Интенсивный и сравнительно кратковременный подъем уровня воды
Заторные, зажорные (заторы, зажоры)	Большое сопротивление водному потоку, образующееся на отдельных участках русла реки возникающее при скоплении ледового материала в сужениях или излучинах реки во время ледостава (зажоры) или во время ледохода (заторы)	Заторные – в конце зимы или весны. Высокий и сравнительно кратковременный подъем уровня воды в реке. Зажорные – в начале зимы. Значительный (не менее чем при заторе) подъем уровня воды и более значительная по сравнению с заторами продолжительность
Нагонные (нагоны)	Ветровые нагоны воды в морских устьях рек и наветренных участках побережья морей, крупных озер, водохранилищ	В любое время года. Отсутствие периодичности и значительный подъем уровня воды
Затопления при прорыве плотин	Излив воды из водохранилища или водоема, образующийся при прорыве сооружений напорного фронта (плотины, дамбы и т. п.), при аварийном сбросе воды из водохранилища, при прорыве естественной плотины, создаваемой природой при землетрясениях, оползнях, обвалах, движении ледников	Образование волны прорыва, приводящей к затоплению больших территорий и к разрушению или повреждению встречающихся на пути объектов (зданий и сооружений и др.)

На территории Российской Федерации преобладают наводнения первых двух видов (около 70—80% всех случаев). Они встречаются на равнинных, предгорных и горных реках, в северных и южных, западных и восточных районах страны. Остальные три вида наводнений имеют локальное распространение.

Факторы, влияющие на максимальный подъем уровня во­ды при различных видах наводнений, приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Вид наводнения	Факторы, оказывающие влияние на величину максимального подъема уровней воды
Половодье	Запас воды в снежном покрове перед началом весеннего таяния; атмосферные осадки в период снеготаяния и половодья; осенне-зимнее увлажнение почвы к началу весеннего снеготаяния; ледяная корка на почве; интенсивность снеготаяния; сочетание волн половодья крупных притоков речного бассейна; озерность, заболоченность и лесистость бассейна; рельеф бассейна
Паводок	Количество осадков, их интенсивность, продолжительность, площадь охвата, предшествующее выпадение осадков, увлажненность и водопроницаемость почвы, рельеф бассейна, величина уклонов рек, наличие и глубина мерзлоты
Затор, зажор	Поверхностная скорость течения воды, наличие в русле сужений, излучин, мелей, крутых поворотов, островов и других русловых препятствий, температура воздуха в период ледостава (при зажоре) или в период ледохода (при заторе), рельеф местности
Нагон	Скорость, направление и продолжительность ветра, совпадение по времени с приливом или отливом, уклон водной поверхности и глубина реки, расстояние от морского побережья, средняя глубина и конфигурация водоема, рельеф местности
Затопления при прорывах плотин	Величина перепада уровня воды в створе плотины: объем, заполненный водой в водохранилище на момент прорыва; уклон дна водохранилища и реки; размеры и время образования прорана; расстояние от плотины, рельеф ме­стности

По исходным причинам наводнения делятся на нагонные, ливневые (дождевые), половодья (связаны с таянием снега и ледников),зажорные и заторные, завальные и прорывные.

Наводнения, проходящие по рекам, делят по высоте:

♦ низкие, или небольшие (затапливаются низкие поймы);

♦ средние (затапливаются высокие поймы, частично заселенные);

♦ сильные, или выдающиеся (частично затапливаются города, коммуникации, требуется эвакуация населения);

♦ катастрофические (существенно затапливаются города, требуются крупные аварийно-спасательные работы, массовая эвакуация).

Наводнения (не считая нагонных, которые сопровождают ураганы) занимают в мире первое место по числу создаваемых ими чрезвычайных ситуаций (около 40% всех ЧС), второе-третье место по числу жертв (7,5 тыс. в год в 1947—1970 гг.), место в первой тройке по средней многолетней и по максимальной разовой величине прямого экономического ущерба.

С наводнениями нагонного, ливневого и подпрудно-прорывного характера в заселенных районах юга Азии, Центральной и Южной Америки связаны различные легенды о всемирном потопе, за которыми скрываются действительные события, определявшие судьбу целых этносов.

Нагонные наводнения возникают на приморских территориях при прохождении глубоких циклонов, особенно ураганов (тайфунов).

Нагон воды представляет собой подъем ее уровня, вызванный воздействием ветра на водную поверхность. Нагоны, приводящие к наводнениям, бывают в морских устьях крупных рек, а также на больших озерах и водохранилищах.

Нагон возникает на наветренном берегу водоема за счет касательного напряжения на плоскости раздела вода–воздух. Вовлекаемые ветром в движение в сторону наветренного берега поверхностные слои воды испытывают лишь сопротивление нижних слоев воды. С образованием уклона водной поверхности под действием силы тяжести нижние слои начинают двигаться в противоположном направлении, уже испытывая гораздо большее сопротивление шероховатости дна. Из-за неравенства расходов воды, движущейся в противоположных направлениях, возникает подъем уровня у наветреннего берега водоема и спад у подветренного.

Ветровой нагон так же, как половодье, паводок, затор, зажор, является чрезвычайным, особо опасным гидрологическим явлением. Главным условием возникновения нагонных наводнений является сильный и продолжительный ветер.

Основной характеристикой, по которой можно судить о величине нагона, является нагонный подъем уровня воды, обычно измеряемый в метрах.

Другими величинами, характеризующими нагон, являются глубина распространения нагонной волны, площадь и продолжительность затопления.

На величину нагонного уровня в морских устьях рек влияют скорость и направление ветра. Для каждой местности, подверженной нагонным наводнениям, можно определить направление ветра над водоемом, при котором нагонные явления будут максимальными.

Общим для морских устьев рек является то, что нагон может совпасть по времени с приливом или отливом; соответственно он будет либо несколько большим, либо меньшим. Нагонная волна распространяется вверх по реке тем дальше, чем меньше уклон и больше глубина реки. Продолжительность затопления обычно составляет от нескольких часов до нескольких суток.

На величину подъема нагонного уровня воды крупных водоемов влияют: скорость и направление ветра; длина разгона ветра над водоемом; средняя глубина водоема по длине разгона; величина и конфигурация водоема.

Чем крупнее водоем, чем меньше его глубина, чем ближе его конфигурация к кругу или эллипсу, тем больших размеров достигают нагоны и сгоны воды.

Основные характеристики последствий от нагонных наводнений практически те же, что и при паводковых наводнениях.

К чрезвычайным ситуациям, связанным со среднеширотными и тропическими ураганами (сильные ветры, обильные осадки, снегозаносы, нагонные наводнения (сопровождаемые ураганами), морские штормы, вспышки абразии морских берегов, засоление почв на затапливаемых территориях), главную угрозу представляют наводнения. С ними связаны 90% жертв и львиная доля экономических потерь.

Нагонные наводнения (яп. – такашио) обусловлены: барическим поднятием уровня моря (обычно до 1 м, редко до 2,5 м); длинными волнами вследствие собственно нагона (высота до 8—12м); ветровыми короткими волнами. В итоге уровень воды может надолго подняться над нормальным: на 4—5 м на Охотском побережье; на 6—8 м на Атлантическом побережье Северной Америки; на 8—10 м в Японии, на Филиппинах, Гавайских островах; на 11—12 м в дельте Ганга, Бангладеш, на 12—13 м в Австралии.

В России основную угрозу на Дальнем Востоке создают экстремальные осадки, снегозаносы, ливневые наводнения, зона которых распространяется до Прибайкалья.

Ливневые (дождевые) наводнения – наиболее распространенный тип наводнений. Они возможны повсеместно (даже в пустынях), кроме Арктики и Антарктики, но наиболее часты и сильны в районах с муссонным климатом – между 40° с. ш. и 40° ю. ш.

Ливневые наводнения создаются обильными осадками и изменяются по характеру в зависимости от условий погоды и стока. Особенно резкое (до стократного) увеличение максимальных расходов относительно среднегодовых происходит в аридных районах (поскольку среднегодовые расходы малы) и в районах с малой водопоглощающей способностью грунтов – в горах с большой долей скальных поверхностей, в области распространения многолетней мерзлоты, в асфальтированных городах. Особо быстрое повышение расходов создается при относительно кратких грозовых ливнях, когда месячная норма осадков выливается за немногие часы. Но они охватывают относительно небольшие водосборы (площадь до 1000 км²) и опасны, в основном, для городов.

Более распространены наводнения, обусловленные длительными интенсивными фронтальными дождями. «Рекорд» по числу жертв от таких наводнений принадлежит Китаю, где сочетаются муссонный климат и плоский равнинный рельеф, причем часть рек в низовьях текут по ложу, приподнятому над освоенной поймой, например, ложе р. Хуанхэ приподнято на высоту до 12–15 м при том, что подъем уровня в ней может достигать 30 м. Катастрофические наводнения в Китае происходят в среднем один раз в 50 лет. Они усиливаются прорывом дамб, ограждающих реки, угрожая жизни десяткам миллионов человек, сотням тысяч квадратных километров территории, тысячам населенных пунктов, длятся по 2–4 месяца. Наводнение 1959 г. поставило мировой «рекорд» по числу жертв – 2 млн человек.

В США наводнениям подвержено 6% площади страны. Среди чрезвычайных ситуаций они занимают пятое место по числу жертв (в 1913–1986 гг. – в среднем 130 в год) и первое место по величине прямого экономического ущерба. При этом 70% ущерба приходится на длительные наводнения, а 80% жертв – на краткосрочные, быстро развивающиеся ливневые наводнения. Особо опасны наводнения, случающиеся при совпадении дождей с затянувшимся половодьем. В таком случае уровень воды в верховьях р. Миссури-Миссисипи может подняться до 17 м, и наводнение приобретает характер выдающегося или катастрофического.

В странах Западной Европы зоны вероятного затопления при катастрофических наводнениях занимают до 4% территории, в них проживает 1–4% населения. В 80-х годах сильные ливневые наводнения отмечались в Португалии, Испании, Франции, Бельгии, Великобритании, Германии, Швейцарии, Австрии и других странах. Повреждались населенные пункты, дороги, ЛЭП, сельскохозяйственные угодья.

В России ливневые наводнения наиболее часты на Дальнем Востоке с его муссонным климатом и западнее до Читинской области, куда достигает влияние тихоокеанских циклонов, а также на Украине, Северном Кавказе и в Закавказье. Уровень р. Амур и других рек на Дальнем Востоке может подниматься на 10 м и более. Гибнут посевы, пастбища, скот, повреждаются дороги, ЛЭП, населенные пункты, останавливаются предприятия. В июле 1990 г. при тайфуне в Приморье выпало более двух месячных норм осадков. В начале июля 1991 г. катастрофическое наводнение в Молдавии было вызвано ливневыми дождями (три месячные нормы осадков) и прорывом плотин прудов и мелких водохранилищ. Высота волны прорыва достигала 12,5 м, ливневый подъем воды в реках – более 3,5 м. Было повреждено и разрушено более 3 тысяч домов, 18 мостов и т. д.

Половодья и паводки снеготаяния распространены в областях, где бывает снежный покров приблизительно на 1/3 площади суши. Они наиболее распространены в Евразии и Северной Америке – на равнинах и в горноледниковых районах. На равнинах половодья длятся 15–20 дней на малых реках и до 2–3 месяцев на больших реках, в горах – все лето. Паводки – пики половодья – длятся до 15–35 дней. В северной части умеренного пояса и во внутриконтинентальных районах, где обильные ливни относительно редки, паводки снеготаяния могут быть главной причиной наводнений.

На территории России сильные (выдающиеся) наводнения этого типа происходят в среднем один раз в 10–25 лет. Они возможны при сочетании обильного осеннего увлажнения грунта и бурного снеготаяния (десятки миллиметров слоя воды в сутки), обеспечиваемого приходом масс теплого воздуха с дождями. При этом количество снега должно соответствовать количеству пришедшего тепла таким образом, чтобы в снежном покрове могли возникнуть озерки талой воды, дружно прорывающиеся под воздействием дождя. В оврагах и в холмистых местностях возникают водоснежные потоки (сели снеготаяния). Эффекты прорыва талых вод прогнозируются трудно.

Примером служит наводнение в Башкирии в апреле–мае 1990 г. Бурное снеготаяние сопровождалось проливными теплыми дождями, уровень рек поднялся на 9 м выше обычного (в р. Белой) и на 3 м выше прогнозируемого. Были затронуты более 130 населенных пунктов, включая г. Уфа, разрушено 90 мостов, 100 животноводческих ферм и т. д. Погибло 12 человек. Несколько позже, в конце мая, подобные события произошли в Эвенкии. Уровень воды в р. Нижней Тунгуске поднялся на 26 м, частично были затоплены г. Тура и ряд поселков.

Зажорные и заторные наводнения случаются в предгорных и равнинных участках рек, покрывающихся льдами. К ним относится большинство рек Евразии и Северной Америки севернее 35° с. ш. Зажоры представляют собой скопление шуги и мелкобитого льда, образующееся в зимнее время, заторы – скопления льдин во время весеннего ледохода. На территории бывшего СССР на 1100 реках насчитывается более 2400 зажорных и заторных участков. Толщина зажорных скоплений льда на Ангаре, Аму-Дарье достигает 10–15 м, длина – 25 км, сокращение площади сечения русла – до 80%. Продолжительность зажоров меняется в зависимости от обстановки – от нескольких дней до всей зимы. Глубина воды увеличивается иногда в 4–5 раз в сравнении с открытым руслом. Несмотря на малую водность рек в зимнее время, зажорный подъем уровня воды может превышать паводочный, т. е. создавать угрозу наводнений. Зажорный подъем уровня воды достигает 5–6 м на Северной Двине, Западной Двине, реках Алтая; 6–7 м на Ангаре и Енисее; до 12 м на р. Нарын. Вследствие зажоров во многих районах Сибири и гор Средней Азии создаются речные сезонные наледи – помеха дорогам.

Заторы характерны для рек, вскрытие которых ото льда начинается с верховьев и происходит механическим путем. Это все реки, текущие на север, прежде всего реки Сибири и севера европейской части России. В низовьях Лены длина заторов достигает 50–100 км. Продолжительность заторов – до 12–15 дней. Заторный подъем воды над максимальным уровнем половодья часто достигает 4–6 м, максимум – до 10 м – на многих крупных реках Сибири и Дальнего Востока, на Северной Двине, Печоре, Западной Двине, в верховьях Днестра. На территории России максимальная высота поднятия заторного уровня воды над меженным отмечена на Нижней Тунгуске в сужениях долины – до 35–40 м. Для образования заторов необходимо большое количество льда и дружное весеннее половодье. На крупных реках Сибири такие условия наблюдаются почти ежегодно, повторяемость заторов составляет 70–100%. Наиболее известны заторные наводнения на Северной Двине у Архангельска (повторяемость в среднем один раз в 4 года, высота уровня воды до 10 м); на Оби и ее притоках, где под постоянной угрозой находятся Тобольск, Кемерово и другие города; на Енисее и его притоках, где в XX в. произошло 6 катастрофических и много выдающихся наводнений в Красноярске, Енисейске и других городах.

Зажор льда бывает в начале зимы в период формирования ледяного покрова. Решающее значение при образовании зажора имеют поверхностная скорость течения воды (более 0,4 м/с), а также температура воздуха в период замерзания. Образованию зажоров способствуют различные русловые препятствия: острова, отмели, валуны, крутые повороты и сужения русла, участки в нижних бьефах гидроэлектростанций. Скопления шуги и другого рыхлого ледового материала, образующиеся на этих участках в результате непрерывного процесса образования внутриводного льда и разрушения ледяного покрова, вызывают стеснение водного сечения русла реки, следствием чего является подъем уровня воды выше по течению. Образование сплошного ледяного покрова в месте зажора задерживается.

Сходные характеристики зажорных и заторных наводнений отмечаются для рек Канады и Аляски. Менее часты, поэтому неожиданны и особо опасны наводнения этого типа на реках Западной Европы и США. В США ущерб от них составляет приблизительно 1/4 общего ущерба от наводнений.

Завальные и прорывные наводнения менее регулярны, чем наводнения предшествующих типов. Они бывают в основном в горных районах и связаны с оползнями и обвалами (преимущественно сейсмогенными) и подвижками ледников. Встречается также прорыв искусственных плотин.

С 1910 г. такие события в мире случаются в среднем 10–15 раз в год (в том числе разрушения крупных плотин – раз в 2–3 года). В 1987 г. в Таджикистане, например, была прорвана плотина Саргазонского водохранилища.

Из последствий завалов в бывшем СССР наиболее известно Сарезское озеро глубиной до 500 м, возникшее на р. Мургаб на Памире вследствие землетрясения 1911 г. В США сходное озеро образовалось сейсмогенным оползнем в каньоне р. Мэдисон (штат Монтана) в 1959 г., но было искусственно спущено. С образованием подпрудного озера на Армянском нагорье, в верховьях бассейна р. Тигр, связана та часть легенды о всемирном потопе, которая говорит о Ноевом ковчеге у горы Арарат.

Более или менее регулярные подвижки ледников возможны во всех ледниковых районах мира. Около 5% горных ледников относятся к пульсирующим (с интервалом в годы – десятилетия). При подвижке они перекрывают водотоки и обеспечивают накопление временных, раньше или позже прорывающихся озер. Длительно существующие приледни-ковые озера также могут прорываться, если они подпружены рыхлым льдосодержащим моренным валом. Волны прорыва проходят вниз по долинам, принимая часто характер селей. Паводки такого рода случаются в горных долинах в среднем не реже одного раза в 10—20 лет, а по каждому горному району в целом один раз в 2—5 лет.

В Гималаях за последние 200 лет отмечено 35 катастрофических прорывных паводков.

Факт усиления наводнений подтверждается тем, что в 80-е годы по всему миру ливневые наводнения и паводки снеготаяния во многих районах побивали рекорды за 100 лет или за время наблюдений, а по расчетам некоторые из них отвечали повторяемости один раз в 300–400 лет (ливневые наводнения в Новой Зеландии, Великобритании, Португалии, упоминавшийся выше паводок снеготаяния в Башкирии). Некоторые специалисты связывают эту тенденцию с начавшимся антропогенным изменением климата. Но несомненными можно считать местные причины: антропогенные изменения геометрии русел рек, поверхностного стока в речных бассейнах, зимнего температурного режима водотоков, а также локального поля осадков и снеготаяния. Очевиден фактор роста числа искусственных водохранилищ и прорывных паводков.

Изменение русел рек, увеличивающее высоту наводнений, происходит путем их непреднамеренного антропогенного заиления и обмеления, а также при неправильных русловыправительных работах (чрезмерное сужение и спрямление). Изменение условий поверхностного стока происходит при осушении болот, сведении лесов, распашке, а в городах – при создании больших водонепроницаемых поверхностей. При осушении болот максимальный поверхностный сток возрастает в 1,5—2,5 раза; при сведении лесов и распашке – в 2–4 раза, а на малых водосборах – еще больше, что и способствует заилению, прежде всего, малых рек.

Увеличение площади водоупорных покрытий в городах ведет к такому же росту расхода ливневых паводков и к еще большему сокращению времени «добегания» паводковой волны, что резко увеличивает максимальные расходы.

Температурный режим рек умеренного более холодных поясов меняется при создании водохранилищ: у выхода реки из водохранилища зимой постоянно поддерживается полынья, что резко увеличивает повторяемость зажоров, а в некоторых случаях – и высоту зажорных уровней в сравнении с естественными (на нижнем бьефе Красноярской ГЭС – на 2,5 м и более). На верхнем бьефе водохранилищ происходит увеличение зажорности и заторности, а местами повышение уровня заторного поднятия над прежним максимальным уровнем весеннего паводка.

Локальные изменения полей осадков и снеготаяния происходят в крупных городах. Они создают над собой факелы запыленного и теплого воздуха, что существенно увеличивает повторяемость и интенсивность грозовых ливней, а в целом – рост осадков на величину до 20% в сравнении с окрестностями. Загрязнение снежного покрова вблизи городов меняет режим снеготаяния. Все эти изменения еще ожидают количественной оценки.

Дата добавления: 2015-06-28