Наводнения, механизм их образования и проявления. Приливно-отливные явления Что такое уровни грунтовых вод

В состав гидрологических изысканий входит большой комплекс таких полевых работ, как наблюдения за уровнями воды в реках, озёрах и искусственных водоёмах, определение уклонов рек, площадей живых сечений, скоростей течения, расходов воды, изучение речных наносов и многое другое.

Наблюдения за этими элементами водного режима ведутся на специально устраиваемых постоянных или временных водомерных постах и гидрологических станциях. В зависимости от поставленных задач, сроков наблюдений и объёма информации станции и посты (в системе ГУГМС) делятся на несколько разрядов. Гидрологические станции делятся на два разряда, речные водомерные посты – на три разряда. На постах III разряда ведутся наблюдения за колебаниями уровня, температурой воды и воздуха, за ледовыми явлениями. На постах II и I разрядов объём наблюдений дополнительно увеличивается за счёт определения расходов воды, расхода взвешенных и донных наносов.

При изысканиях для строительства инженерных сооружений ведомственные организации устраивают посты с ограниченным сроком их работы, хотя этот срок может составлять промежуток от нескольких месяцев до нескольких лет. Состав и сроки наблюдений на таких постах определяются кругом задач, решаемых в ходе проектирования инженерного сооружения. Поэтому, кроме своих прямых функций – давать информацию о водном режиме водотока, водомерные посты выполняют важную роль при русловых съёмках, при проведении работ по составлению продольного профиля реки и др.

Уровнем воды называют высоту положения свободной поверхности воды относительно постоянной горизонтальной плоскости отсчёта. Графики колебаний уровня дают возможность судить о динамике гидрологических явлений и соответственно о многолетнем и внутригодовом распределении стока, в том числе в период половодья и паводков. Для наблюдений за уровнями воды в реке применяются различные по устройству водомерные посты: реечные, свайные, смешанные, саморегистрирующие.

Реечные посты , как следует из названия, представляют собой рейку, укрепленную на надёжно забитой в грунт свае, на устое моста, облицовке набережной или естественной вертикальной береговой скале. Длина рейки, прикрепляемой к свае, 1¸2 м. Размер делений на рейке 1¸2 см. Отсчеты уровня воды по рейке берут глазомерно с округлением до 1 см (рис. 1). Фиксировать уровень текущей, а часто и волнующейся поверхности воды с более высокой точностью затруднительно, впрочем, для большинства инженерных задач такая точность вполне достаточна. Если требуется более высокая точность, то рейку помещают в небольшую заводь (ковш), устраиваемую в береге у уреза воды и соединённую канавой с рекой.

Рис. 1. Реечный водомерный пост

Реечные водомерные посты преимущественно используют для наблюдений уровней, когда колебания их сравнительно невелики. На реках с большой амплитудой колебаний уровней или в периоды половодий и паводков применяют свайные посты.

Свайный водомерный пост (рис. 2) состоит из ряда свай, располагаемых по створу перпендикулярно к течению реки. Сваи из сосны, дуба или железобетона диаметром 15¸20 см забивают в грунт берега и дно реки на глубину около 1,5 м; превышение между головками соседних свай должно быть около 0,5¸0,7 м, а если берег очень пологий, то 0,2¸0,5 м. На торцах свай краской подписывают их номера; самой верхней свае присваивают первый номер, последующие номера получают сваи, расположенные ниже.

Для фиксации уровня на свайных постах применяют небольшую переносную рейку с делениями через 1¸2 см; поперечное сечение рейки – ромбическое, при этом рейка лучше обтекается водой; на нижней части рейки имеется металлическая оковка, что позволяет уверенно фиксировать установку рейки на шляпке кованого гвоздя, забитого в торец сваи.

При отсчёте уровня наблюдатель ставит переносную рейку на ближайшую к берегу сваю, покрытую водой, и записывает в журнале отсчёт по рейке и номер сваи.

Из специальных средств для измерений уровней можно назвать рейки максимума и рейки минимума, т.е. простейшие устройства, позволяющие фиксировать наивысший или наинизший уровни за какой-то отрезок времени.

Рис. 2. Схема устройства наблюдательной вышки и свайного водомерного поста: 1 – вышка; 2 – теодолит; 3 – репер; 4 – свая; 5 – водомерная рейка (h – отсчёт по рейке); 6 – поплавок

Смешанные водомерные посты представляют собой комбинацию реечного поста со свайным. На таких постах фиксация высокого уровня делается по сваям, а низких уровней – по рейке.

Для непрерывной регистрации колебаний уровня применяются специальные приборы – лимниграфы, которые все изменения уровня записывают на ленту, приводимую в движение часовым механизмом. Водомерные посты с самописцами уровня воды имеют большое преимущество перед простыми водомерными постами. Они дают возможность регистрировать уровни непрерывно, но установка самописца требует устройства специальных сооружений, что значительно удорожает их применение.

Для постоянного контроля за устойчивостью рейки или свай вблизи водомерного поста устанавливают репер (рис. 1), обычно по створу свай водомерного поста, тогда он одновременно является постоянным началом (ПН) счёта расстояний, своеобразным началом пикетажа.

Отметку репера водомерного поста устанавливают в ходе нивелирных работ от реперов государственной нивелирной сети. Репер водомерного поста закладывают в грунт с соблюдением общих правил установки реперов, т.е. его монолит должен находиться ниже глубины максимального промерзания грунта, в месте, удобном для нивелирования, и обязательно вне зоны затопления паводковыми водами, т.е. выше горизонта высоких вод (ГВВ).

Как указано выше, на большинстве водомерных постов система высот условная. Началом счёта высот является нуль графика поста – высотная отметка, которая остаётся постоянной для всего периода существования поста. Эта условная горизонтальная плоскость располагается не менее чем на 0,5 м ниже самого низкого уровня воды, который можно ожидать в створе поста. На реечных водомерных постах нуль графика часто совмещают с нулем водомерной рейки.

Начинают измерения на посту после того, как назначена отметка нуля графика поста и нивелировкой определена отметка нуля площадок головок свай, а также определена разность отметок нуля графика поста и отметок головок свай. Эта разность отметок называется приводкой.

Частная система высот на водомерном посту позволяет решать подавляющее число задач по изучению водного режима реки. Однако для ряда задач проектирования сооружений требуется знать не только условные, но и абсолютные (балтийские) высоты уровней. Для этой цели водомерные посты, точнее реперы водомерных постов, привязывают к ближайшим реперам государственной нивелирной сети.

В состав наблюдений на водомерном посту, помимо наблюдений за уровнем, входят визуальные наблюдения за состоянием реки (ледостав, ледоход, чисто), состоянием погоды, за температурой воды, воздуха, осадками, толщиной льда.

Толщину льда измеряют специальной рейкой; температуру воздуха – термометром-пращом, а температуру воды – водяным термометром.

На постоянных водомерных постах наблюдения ведут ежесуточно в 8 ч. и 20 ч. Среднесуточный уровень определяют как среднее значение этих наблюдений. Если колебания уровня незначительны, то наблюдения можно вести один раз в сутки (8 ч.). При решении специальных задач, а также в периоды половодья или паводка фиксация уровня делается чаще, иногда через 2 ч.

Результаты наблюдений на водомерном посту заносят в журнал.

Первичная обработка водомерных наблюдений состоит из приведения отсчётов по рейке к нулю графика водомерного поста, составления сводки, где показывают ежедневные среднесуточные уровни, и построения графика ежедневных уровней, на котором условными значками показывают ледостав, ледоход и другие ледовые явления, имевшие место на реке.

Систематизированные результаты наблюдений уровней на всей сети водомерных постов данного речного бассейна периодически публикуются в гидрологических ежегодниках.

Для получения полноценных материалов наблюдений и гарантии сохранности водомерного поста на весь намеченный срок работы рекомендуется специально выбирать место для установки поста. При этом желательно, чтобы участок реки был прямолинейным, русло устойчивым от размыва или намыва, чтобы берег имел среднюю пологость и был защищён от ледохода; поблизости не должно быть речных причалов; на показания поста не должен влиять подпор от плотины или близрасположенного притока; постом удобней пользоваться, если он находится вблизи населённого пункта. Строго совмещать водомерный пост с осью будущего инженерного сооружения нет необходимости.

На гидрологических станциях, водомерных постах I и II разрядов, а также при ведомственных изысканиях разбивается гидрометрический створ, используемый для регулярных определений скоростей течения, расходов воды и наносов. На этом участке реки течение воды должно быть параллельноструйным, что обеспечивается его прямолинейностью и правильным – корытообразным профилем дна. Если предполагается на гидрометрическом створе вести регулярные и продолжительные наблюдения, то его оборудуют мостками, подвесными люльками или снабжают плавательными средствами (паромом или лодками).

Отметку репера водомерного поста устанавливают в ходе нивелирных работ от реперов государственной нивелирной сети, для периодического контроля устойчивости рейки или свай водомерного поста, при промерных работах, а также при создании высотного обоснования съёмок.

Репер водомерного поста закладывают в грунт с соблюдением общих правил установки реперов, т.е. его монолит должен находиться ниже глубины максимального промерзания грунта, в месте, удобном для нивелирования, и обязательно вне зоны затопления паводковыми водами, т.е. выше горизонта высоких вод.

На постоянно действующих водотоках наиболее характерными уровнями воды являются:

ВИУ – высокий исторический уровень, т.е. самый высокий уровень воды, когда-либо наблюдавшийся на данной реке и устанавливаемый по опросам старожилов или по визуальным следам на капитальных сооружениях;

УСВВ – уровень самых высоких вод за весь период наблюдения;

УВВ – уровень высоких вод как средний из всех высоких;

РУВВ – расчётный уровень высоких вод, который соответствует расчётному расходу воды и принят основным при проектировании сооружений;

РСУ – расчётный судоходный уровень, являющийся наивысшим уровнем воды в судоходный период, необходим при определении высотного положения элементов моста;

УМВ – уровень меженных вод соответствует уровню воды в период между паводками;

УСМ – уровень средней межени;

УНМ – уровень низкой межени;

УЛ – уровень ледостава;

УППЛ – уровень первой подвижки льда;

УНЛ – уровень наивысший ледохода.

Во время изысканий колебания уровней воды по всему участку могут достигать больших значений, поэтому для сопоставления глубин по поперечникам вводится срезочный уровень – единый мгновенный уровень для всего участка изысканий. Обычно за срезочный принимают мгновенный минимальный уровень на исследуемом участке реки за всё время измерений. Для этого необходимо нивелирным ходом определить отметки верха урезных кольев в каждом гидростворе.

Все результаты измерений приводятся к единому положению свободной поверхности реки, которое в дальнейшем считается нулевым для различных построений: поперечных и продольных профилей, плана реки в изобатах. При этом следует иметь в виду, что принятая поверхность отсчёта, соответствующая срезочному уровню, как всякая свободная поверхность реки, не горизонтальна.

Опасное гидрологическое явление - событие гидрологического происхождения или результат гидрологических процессов. Возникает под воздействием о различных природных или гидродинамических факторов или их сочетаний, оказывающих поражающее воздействие на людей, сельскохозяйственных животных и растения, объекты экономики и окружающую природную среду. К опасным гидрологическим явлениям следует отнести наводнения, половодья, паводки, за топления и т.п.

Наводнение - это значительное затопление водой местности, городов, населенных пунктов, сельскохозяйственных объектов, наносящее им ущерб.

Причиной наводнений могут быть как опасные гидрологические процессы, так и человек. Природными причинами являются: формирование половодий и паводков, продолжительные дожди и ливни, снеготаяние, в результате чего может происходить затопление значительных территорий.

Антропогенные причины наводнений - хозяйственная деятельность человека в речных бассейнах и руслах, строительство " плотин и дамб без учета возможных наводнений, строительство дорог без учета движения сточных вод и др.

Виды наводнений:

- низкие наводнения происходят на равнинной местности один раз в 5-10 лет;

- высокие наводнения - один раз в 20-26 лет, наносят большой ущерб;

- выдающиеся наводнения - один раз в 50-100 лет, охватывают целые речные бассейны, требуют массовой эвакуации людей, скота и имущества;

катастрофические наводнения - один раз в 100-200 лет, наносят огромный экономический ущерб, вызывают гибель большого числа людей и животных, экологические катастрофы.

Кик правило, наводнениям предшествуют половодья и паводки которые вызывают затопление территории и образуют зону затопления.

Зона затопления - территория, покрываемая водой в результате превышения притока воды по сравнению с пропускной способностью русла реки.

Зона катастрофического затопления - зона затопления, при которой произошла гибель людей, сельскохозяйственных животных и растений, повреждены или уничтожены материальные ценности, а также нанесен ущерб окружающей природной среде.

Половодье - увеличение водности рек весной за счет таяния снега. Оно начинается, когда среднесуточная температура становится положительной. Уровень воды в реках Республики Беларусь поднимается на 2-3 м, иногда более 5 м. Длится половодье 15-20 суток. Наивысший уровень воды обычно наблюдается через 6 суток после начала половодья.

Паводок - это фаза водного режима реки, характеризующаяся интенсивным, обычно кратковременным увеличением расхода воды, вызываемая дождями или снеготаянием во время оттепелей. Она может многократно повторяться в различные сезоны года. Наводнения весной часто вызываются заторами и зажорами на реках.

Затор - это скопление льда во время ледохода и закупоривание реки.

Зажор - это скопление шуги, которая представляет собой рыхлый лед, находящийся подо льдом. Зажор наблюдается в начале зимы, в то время как затор - в конце зимы и весной. Зажоры образуются в период формирования ледяного покрова. Они вызывают подъем воды выше по течению реки. Подъем воды в реках вызывают и нагоны.

Нагон - это подъем уровня воды, вызванный воздействием ветра на водную поверхность. Такие явления случаются в устьях крупных рек, на больших озерах и водохранилищах.

Подтопление - повышение уровня грунтовых вод, нарушающее нормальное использование территории, строительство и эксплуатацию расположенных на ней объектов. Оно также наноси; ущерб экономике и социальной сфере.

К основным характеристикам последствий наводнения относятся: численность населения, оказавшегося в зоне наводнения; количество населенных пунктов, предприятий, протяженность автомобильных и железных дорог, линий электропередач, связи и коммуникаций, оказавшихся в зоне затопления; количество погибших животных и разрушенных мостов.

Различают прямой и косвенный ущерб от наводнений.

Прямой ущерб составляют степень повреждения домов, показатели гибели скота, урожая и т.д.

Косвенный ущерб - это затраты на эвакуацию, на доставку продуктов питания пострадавшим, строительных материалов, на тушение возможных пожаров от коротких замыканий в электросистемах и т.д. Прямой и косвенный ущерб находятся, как правило, в соотношении 70:30.

Объект строительного обследования: Система канализации жилого дома и система центральной канализации.

Адрес проведения экспертизы: Белгород

Цель обследования: ответить на вопросы, поставленные в Определении суда по делу:

Каковы причины затопления цокольного этажа жилого дома:

• засор канализационной сети (центральной канализации)
• нарушения СНиП при проектировке и строительстве канализации жилого дома;
• другие причины?

Характеристика объекта: jбъект представляет собой жилое здание коттеджного типа с организованной дворовой канализационной сетью. Нижняя отметка цокольного этажа, пострадавшего во время затопления, -3150 мм от уровня земли. Канализационная сеть имеет уклон 0,008 и состоит из трех участков, начало и окончание которых ограничено смотровыми колодцами: от К-16 до К-17 протяженностью 10 м, от К-17 до К-18 протяженностью 36,5 м и от К-18 до врезки в центральный коллектор колодца К б\н уличной сети, протяженностью 35,0 м. Диаметр канализационных труб дворовой сети 150 мм. Колодцы дворовой канализации, на участке дома, высотой 1800 мм выполнены из бетонных колец, конструкция и исполнение соответствуют нормативным документам.

ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ

В ходе проведения экспертизы были обследованы: помещение домашнего кинотеатра, а также все три смотровых колодца дворовой сети и четыре колодца уличной.

Оценка строительного эксперта

В зависимости от количества дефектов и степени повреждения, техническое состояние строительных конструкций оценивается по следующим категориям (см. Гл. 3 «Термины и определения» СП 13-102-2003).

Экспертная оценка технического состояния конструкции - ограниченно работоспособное.

Смещение элементов конструкции, т.е. плита перекрытия с горловиной смещена по отношению к рабочей камере, нарушает ГОСТ 8020-90 КОНСТРУКЦИИ БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ДЛЯ КОЛОДЦЕВ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ, ВОДОПРОВОДНЫХ И ГАЗОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ:

Центральный коллектор имеет ограниченную пропускную способность по причине наличия предметов, которые могут привести к засору, заилистости труб, что является следствием низкого уровня обслуживания канализационной сети.

Согласно постановления ПРАВИТЕЛЬСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ от 12 февраля 1999 года N 167 «Об утверждении Правил пользования системами коммунального водоснабжения и канализации в Российской Федерации» (с изменениями на 23 мая 2006 года):

Организация водопроводно-канализационного хозяйства обязана:

• обеспечивать надлежащую эксплуатацию и функционирование систем водоснабжения и канализации в соответствии с требованиями нормативно-технической документации и договором, заключенным между собственником этих систем и организацией водопроводно-канализационного хозяйства;
• выдавать абоненту (заказчику) технические условия на присоединение к системам водоснабжения и канализации;
• заключать с абонентом (заказчиком) договор на отпуск (получение) питьевой воды и прием (сброс) сточных вод с учетом возможности систем водоснабжения и канализации;
• обеспечивать выполнение условий договора с абонентом и требований настоящих Правил;
• участвовать в приемке в эксплуатацию устройств и сооружений для присоединения к системам водоснабжения и канализации и узлов учета;
• принимать меры по сокращению утечек, потерь и нерационального использования питьевой воды;
• проводить производственный лабораторный контроль качества питьевой воды и сбрасываемых в водные объекты сточных вод;
• принимать меры по предотвращению самовольного присоединения к системам водоснабжения и канализации и самовольного пользования ими;
• предупреждать абонентов, органы местного самоуправления и соответствующие органы государственного надзора о прекращении (ограничении) отпуска питьевой воды и приема (сброса) сточных вод в порядке и случаях, предусмотренных настоящими Правилами;
• принимать необходимые меры по своевременной ликвидации аварий и повреждений на системах водоснабжения (канализации) в порядке и сроки, установленные нормативно-технической документацией, и возобновлению действия систем с соблюдением санитарных правил и норм;……

Абонент имеет право:

• …….требовать возмещения убытков, понесенных по вине организации водопроводно-канализационного хозяйства;

Организация водопроводно-канализационного хозяйства и абонент несут ответственность:

• за невыполнение договорных обязательств в соответствии с законодательством Российской Федерации и настоящими Правилами;
• за вред, причиненный утечками питьевой воды (сточных вод) из систем водоснабжения (канализации), находящихся в их собственности, хозяйственном ведении или аренде.

Организация водопроводно-канализационного хозяйства несет ответственность:

• за ущерб, причиненный абоненту;
• за качество подаваемой питьевой воды и соответствие его санитарным нормам и правилам.

Абонент несет ответственность:

• за вред, причиненный организации водопроводно-канализационного хозяйства или системам коммунального водоснабжения и канализации, в соответствии с законодательством Российской Федерации;
• за качество сточных вод, сбрасываемых в централизованную систему коммунальной канализации, которое должно соответствовать установленным нормативам;
• за достоверность информации по учету полученной питьевой воды и сброшенных сточных вод и загрязняющих веществ.

Лица, виновные в самовольном присоединении к системам коммунального водоснабжения и канализации и повреждении этих систем, которые могут повлечь за собой угрозу жизни и здоровью населения, несут ответственность в соответствии с законодательством Российской Федерации.

Выводы строительного эксперта:

• Обследованная система внутридворовой канализации на участке дома находится в работоспособном состоянии, пропуск канализационных стоков до сборного центрального коллектора поселка обеспечивается с очень большим запасом.
• Обнаруженные на стенках колодцев внутридворовой канализации следы от кратковременного подъема воды в колодце могут быть только от подтопления в результате подъема в колодцах сборного центрального коллектора поселка, куда подключена внутридворовая канализация дома.
• Глубина заложения пола подвальной части дома составляет согласно проекту 3,2 м, в то время как уровень дна колодца внутридворовой канализации составляет 1,8 м.
• С учетом этого при даже незначительном повышении уровня воды в колодце внутридворовой канализации возникает обратный ток воды, который приводит к затоплению подвальной части дома. Для борьбы с этим явлением применяется установка обратного клапана, который в проекте не предусмотрен.
• При обследовании колодцев центрального коллектора зафиксированы нарушения ГОСТ в части исполнения колодцев и СНиП по качеству их монтажа.
• При обследовании колодцев центрального коллектора зафиксированы наличие посторонних предметов и подпор, вызывающий подъем уровня воды в колодцах, что может вызывать затоплении подвальной части домов поселка.

Во избежание возникновения повторных затоплений потребителей, экспертами рекомендуется:

• всем потребителям произвести установку автоматических запорных клапанов, срабатывающих при повышении уровня жидкости и перекрывающих в аварийном порядке доступ сточных вод от уличной сети.

• ФГУП «Рублево-Успенский ЛОК», ответственного за содержание уличной системы канализации в исправном состоянии, организовать работу согласно постановления ПРАВИТЕЛЬСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ от 12 февраля 1999 года N 167 «Об утверждении Правил пользования системами коммунального водоснабжения и канализации в Российской Федерации» и прочих нормативных документов, неукоснительно соблюдать систему планово-предупредительного ремонта сетей.

Заключение строительного эксперта

При проведении диагностического обследования экспертам не была представлена проектная документация всей канализационной сети, в результате чего отсутствует информация о наличии и классификации промышленных и административных зданий, подключенных к данной сети. Произвести расчеты по проверке соответствия нормативам пропускной способности существующего коллектора диаметром 200 мм от всех потребителей в данном случае не представляется возможным, в результате чего анализ проектных решений в этой части не производился. Однако с учетом наличия подвальной части дома на отметке ниже уровня дна колодца необходимо было предусмотреть установку обратного клапана, чего в представленных проектных решениях не обнаружено. Колодцы (центральной канализации) выполнены с нарушениями действующих СНиП и ГОСТ. Расход сточных вод присоединенной дворовой сети дома, к уличной, проложенной по существующему проекту, крайне незначителен (0, 41 л/с). Ввиду чего к переполнению коллектора и подъему уровня сточных вод, создавшему подпор жидкости и повлекшему затопление колодцев сети, это привести не могло. Техническое состояние системы дворовой канализации оценивается как исправное. Техническое состояние системы канализации уличной сети оценивается как ограниченно работоспособное. Причиной затопления цокольного этажа жилого дом мог быть только засор центрального коллектора на участке, расположенном ниже от врезки в него дворовой сети по ходу течения сточных вод (в представленной экспертам проектной документации участки и колодцы уличной сети не нумерованы), в том числе и у поста охраны. Надо отметить, что это стало возможно также из-за отсутствия, не предусмотренного проектом обратного клапана в месте подключения внутренней канализации дома к внутридворовой канализации. СНиП 2.04.01-85* Внутренний водопровод и канализация зданий.

Наводнение - это временное затопление водой значительной части территории, прилегающей к реке, водохранилищу, озеру или морю, в результате подъема воды по причинам снеготаяния, ветровых нагонов, заторов и т.п.

В зависимости от причин возникновения различают шесть основных типов наводнений:

1) Половодье – периодически повторяющийся относительно продолжительный подъем уровня воды в реках, вызываемый обычно таянием снега на равнинах или дождевыми осадками, а также весенне-летним таянием снега в горах; его следствием является затопление низких участков местности.

2) Паводок – интенсивный периодический, сравнительно кратковременный подъем уровня воды в реке, вызываемый обильными дождями, ливнями, иногда быстрым таянием снега при зимних оттепелях.

3) Затор – нагромождение льдин во время весеннего ледохода в сужениях и излучинах русла реки, стесняющее движение и вызывающее подъем уровня воды в месте скопления льда и некоторых участках выше его.

4) Зажор – скопление рыхлого ледового материала во время ледостава (в начале зимы) в сужениях и излучинах русла реки, вызывающее подъем уровня воды на некоторых участках выше него.

5) Ветровой нагон – подъем уровня воды, вызванный воздействием ветра на водную поверхность, случающийся обычно в морских устьях крупных рек, а также на наветренном берегу больших озер, водохранилищ и морей.

6) Наводнения при прорыве плотин – это интенсивный, обычно значительный подъем уровня воды в реке (водотоке), вызванный прорывом плотины, дамбы или естественной природной преградой в горных районах при оползнях, обвалах горных пород, движении ледников и других экстремальных явлениях.

Сравнительно редко происходят наводнения вызванные подводными землетрясениями, извержениями подводных или островных вулканов. Они наблюдаются в основном на побережьях морей и океанов, в районах активной сейсмической деятельности. Примером такого явления является серия наводнений вызванных цунами в Бискайском заливе в конце 2004 года (Индонезия, Индия, Таиланд и др. государства).

Основным поражающим фактором наводнения является поток воды, характеризующийся высокими уровнями, а при прорывах плотин и паводках – также значительными скоростями течения.

Наводнение характеризуется основными параметрами водного режима реки – уровнем и расходом воды, а также объемом наводнения. Уровень воды отсчитывается от нуля поста или ординара.

Нуль поста – высота плоскости воды в реке (озере, водоеме и т.д.) на условной горизонтальной поверхностью сравнения. При организации поста эту плоскость выбирают таким образом, чтобы она была на 0,3-0,5 м ниже самого низкого возможного уровня.

Ординар – среднее за много лет наблюдений положение уровня воды в реках, заливах и отдельных пунктах морского побережья. Колебания уровня воды отсчитывается выше и ниже нуля в метрах и сантиметрах при помощи установки футштоков.

Футшток – рейка с делениями, устанавливаемая на водомерных постах рек, озер, морей для наблюдения за уровнем воды. Превышение поверхности воды в реке над поверхностью моря определяется в результате сложения уровня воды на посту с отметкой нуля поста по ординару и дает величину абсолютной отметки в метрах. В России исчисление абсолютных высот ведется от уровня Финского залива Балтийского моря у г. Кронштадта.

Расходом воды называется количество воды (сток воды), протекающей через замыкающий створ реки за секунду. Он выражается в кубических метрах за секунду.

Объем наводнения определяется посредством умножения средних суточных расходов воды за половодье (паводок) на коэффициент 0,0864 (число миллионов секунд в сутках).

Основным критерием наводнения является максимальный уровень воды за время его действия.

Для оценки наводнений используются следующие понятия:

уровень подъема воды – это показатель подъема воды относительно среднего многолетнего показателя уровня воды или нуля поста;

площадь затопления – размеры покрытой водой и прилегающей к реке местности;

продолжительность затопления – время с выхода воды на пойму и до входа в русло;

скорость подъёма уровня воды – величина характеризующая прирост уровня воды и процесса наводнения за определенное время по отношению к первоначальному уровню;

расход воды – количество воды (сток воды), протекающей через замыкающий створ реки за секунду;

объем воды – показатель количества воды, измеряемый в млн. куб. м;

скорость течения воды – скорость перемещения воды в единицу времени;

состав водного потока – перечень компонентов, находящихся в водном потоке;

критический уровень воды – уровень по ближайшему гидрологическому посту, с превышения которого начинается затопление территории;

карта затопления – крупномасштабная топографическая карта с указанием мест и значений.

При весеннем половодье величина максимального уровня и максимального расхода воды зависят от следующих факторов:

Запасов воды в снежном покрове перед началом весеннего таяния;

Количества атмосферных осадков в период снеготаяния и половодья;

Глубины промерзания почвы к началу снеготаяния;

Наличия и толщины ледяной корки на почве;

Интенсивности снеготаяния;

Сочетания половодья крупных притоков бассейна;

Озерности, заболоченности и лесистости бассейна.

Наводнение – это обилие разбушевавшейся воды, разрушительной, все сокрушающей на своем пути. По статистике ЮНЕСКО, только от речных наводнений за последние 20 лет погибло около 200 тыс. человек (не включая жертв наводнений, вызванных тропическими тайфунами, цунами). По мнению некоторых гидрологов, эта цифра сильно занижена. Вторичный ущерб при наводнениях еще более значителен. Наводнения влекут за собой болезни и голод, множество экологических проблем. Убытки составляют десятки млрд. долларов, достигая в некоторых странах 15% валового национального продукта. В последние годы все большую роль в увеличении частоты и разрушительной силы наводнений стали играть антропогенные факторы. Среди них в первую очередь следует назвать сведение лесов (максимальный поверхностный сток возрастает на 250-300%) и нерациональное ведение сельского хозяйства (в результате снижения инфильтрационных свойств почв резко увеличивается поверхностный сток и интенсивность паводков). Значительный вклад в усиление интенсивности паводков и половодий внесли: продольная распашка склонов, переуплотнение полей при использовании тяжелой техники, переполивы в результате нарушения норм орошения. Примерно втрое увеличился ущерб, наносимый паводками на урбанизированных территориях в связи с ростом водонепроницаемых покрытий и застройкой. Существенное увеличение максимального стока связано с хозяйственным освоением пойм, являющихся природными регуляторами стока. Помимо сказанного следует назвать еще несколько причин, непосредственно приводящих к формированию наводнений: неправильное осуществление паводкозащитных мер, ведущее к прорыву дамб, обвалование, разрушение искусственных плотин, аварийные сработки водохранилищ и др.

Общеизвестно, что состояние и развитие как биосферы, так и человеческого общества находится в прямой зависимости от состояния водных ресурсов. В последние десятилетия все большее число специалистов и политических деятелей среди проблем, стоящих перед человечеством, под номером 1 называют проблему воды. Водные проблемы возникают в четырех случаях: когда воды нет или ее недостаточно, когда качество воды не отвечает социальным, экологическим и хозяйственным требованиям, когда режим водных объектов не соответствует оптимальному функционированию экосистем, а режим ее подачи потребителям не отвечает социальным и экономическим требованиям населения и, наконец, когда от избытка воды обжитые территории страдают от наводнений.

В глобальном аспекте первые три проблемы явились порождением уходящего века, а четвертая сопутствует человеческому обществу с древнейших времен. И как это ни парадоксально, на протяжении многих веков человечество, предпринимающее неимоверные усилия для защиты от наводнений, никак не может преуспеть в этом мероприятии. Наоборот, с каждым веком ущерб от наводнений продолжает расти. Особенно сильно, примерно в 10 раз, он возрос за вторую половину ушедшего века. По нашим расчетам, площадь паводкоопасных территорий составляет на Земном шаре примерно 3 млн. кв. км, на которых проживает около 1 миллиарда человек. Ежегодные убытки от наводнений в отдельные годы превышают 200 миллиардов долларов. Гибнут десятки и более тысяч людей. О наводнениях написано много статей и сотни книг. Но, к сожалению, в большинстве из них дается простая констатация о происшедших наводнениях, причиненном ими ущербе, или же рассматриваются отдельные аспекты этого феномена, такие как прогноз наводнений, причины, вызывающие наводнения, инженерные методы защиты от них. В последние десятилетия, особенно в США и в первую очередь усилиями Джильберта Уайта начали рассматривать возможности внедрения неинженерных методов для уменьшения бедствий, причиняемых наводнениями. В отечественной литературе в первую очередь следует назвать книги Р.А. Нежиховского "Наводнения на реках и озерах", А.А. Таратутина "Наводнения на территории Российской Федерации", а также специальные главы в работах о водных проблемах России, вышедших в 1996-1999 гг. в г. Екатеринбурге в издательствах "Виктор" и "Аэрокосмология" под ред. проф. А.М. Черняева.

Но до настоящего времени ни в одной из опубликованных работ не дается представления о наводнениях в масштабе Земного шара, не разработана классификация наводнений по масштабу социального и экологического ущерба, не разработаны научные основы рационального использования территорий, подверженных затоплению, не разработана системная концепция мероприятий, которые необходимо осуществить на паводкоопасных территориях в периоды: до, во время и после наводнения.

В настоящей главе даны представления о причинах наводнений, о крупнейших наводнениях, происшедших в прошлые века, о наводнениях в масштабе Земного шара в 1997-1999 годах, и о методах и способах защиты от наводнений.

Основными причинами наводнений являются: обильный и сосредоточенный приток воды при таянии снега и ледников, продолжительные ливни, ветровые нагоны в устья рек и на морское побережье, загромождение русла реки льдом или бревнами, при сплаве леса (заторы), закупоривание русла реки внутренним льдом (зажоры), цунами, прорыв гидротехнических сооружений, оползни и обвалы в долинах водотоков, внезапный выход на поверхность обильных грунтовых вод.

В большинстве районов Земного шара наводнения вызываются продолжительными, интенсивными дождями и ливнями в результате прохождения циклонов.

Наводнения на реках Северного полушария происходят также в связи с бурным таянием снегов, зажорами, заторами льда.

Предгорья и высокогорные долины подвергаются наводнениям, связанным с прорывами внутриледниковых и завальных озер.

В приморских районах при сильных ветрах нередки нагонные наводнения, а при подводных землетрясениях и извержениях вулканов наводнения, вызываемые волнами цунами.

Более 300 раз с момента основания подвергался наводнениям Санкт-Петербург. Одним из самых трагических по своим последствиям был штормовой нагон в 1824 г., когда уровень воды в устье Невы поднялся выше 4 метров. Это наводнение А.С. Пушкин увековечил в "Медном всаднике".

«…Нева вздувалась и ревела,

котлом клокоча и клубясь,

и вдруг, как зверь, остервенясь,

на город кинулась. Пред нею

все побежало, все вокруг

вдруг опустело – воды вдруг

втекли в подземные подвалы,

к решеткам хлынули каналы,

и всплыл Петрополь, как тритон,

по пояс в воду погружен»

В последние столетия, в особенности в ХХ веке, все большую роль в увеличении частоты и разрушительной силы наводнений играют антропогенные факторы. Среди них в первую очередь следует назвать сведение лесов (максимальный поверхностный сток возрастает на 250-300 %), нерациональное ведение сельского хозяйства (в результате снижения инфильтрационных свойств почв, по некоторым расчетам в центральных районах России с IX по XX век поверхностный сток увеличился в 4 раза и резко возросла интенсивность паводков). Значительный вклад в усиление интенсивности паводков и половодий внесли: продольная распашка склонов, переуплотнение полей при использовании тяжелой техники, переполивы в результате нарушения норм орошения. Примерно втрое увеличились средние расходы паводков на урбанизированных территориях в связи с ростом водонепроницаемых покрытий и застройкой. Существенное увеличение максимального стока связано с хозяйственным освоением пойм, являющихся природными регуляторами стока. Помимо сказанного следует назвать несколько причин, непосредственно приводящих к формированию наводнений: неправильное осуществление паводкозащитных мер, ведущее к прорыву дамб обвалования, разрушение искусственных плотин, аварийные сработки водохранилищ и др.

Легенды о великом потопе, в котором погибло почти все человечество, распространены по всему миру. Многие исследователи полагают, что значительная часть преданий о потопе основывается на действительно происшедших катастрофах в разных районах Земного шара на протяжении нескольких последних тысячелетий.

Исследованиями археологов, географов, историков и этнографов установлено, что в первой половине четвертого и третьем тысячелетии до нашей эры в Месопотамии произошли грандиозные наводнения. Населению, проживавшему в долине Тигра и Евфрата, обжитые ими районы между горами и пустыней представлялись целым миром. Поэтому катастрофические наводнения, в которых погибла большая часть жителей долины, у немногих оставшихся в живых ассоциировались с всемирным потопом. Высказываются предположения, что именно одно из этих наводнений, о котором говорится в Шумерской легенде, послужило основанием для рассказа о всемирном потопе в Ветхом завете.

Сейчас историками, археологами и другими специалистами проделана большая работа по исследованию сказаний о великом потопе в разных странах. Из перечня этих сказаний следует, что крупные наводнения, как и в наше время, происходили практически во всех районах Земного шара. Весьма впечатляет один лишь перечень сказаний о великом потопе: Вавилонское, Еврейское, Древнегреческое, Древнеиндийское, а также сказания о великом потопе в Восточной Азии, на островах Малайского архипелага, в Австралии, в Новой Гвинее и Меланезии, в Полинезии и Микронезии, в Южной Америке, в Центральной Америке и Мексике, в Северной Америке, в Африке.

С ростом населения, сведением лесов и многими другими видами деятельности человека наводнения, в том числе и разрушительные, стали происходить все чаще и чаще.

Так, на р. Хуанхэ в период с ХХI по ХVI век до нашей эры наводнения происходили примерно каждые 50 лет. В период с 206 года до нашей эры по 25 год нашей эры в правление династии Хэн было отмечено 12 наводнений с интервалом в 20 лет. С 618 по 907 год нашей эры в период правления династии Тэн произошло 31 наводнение с интервалом 9 лет. В период династии Кинг с 1644 по 1911 годы было отмечено 480 наводнений с интервалом 0,55 года.

Еще более поразительны цифры стремительного роста ущерба от наводнений. Если в начале ХХ века среднегодовой ущерб от наводнений в США составил 100 млн. долларов, то в его второй половине он превышал 1 млрд. долларов, а в отдельные годы последнего десятилетия - 10 млрд. долларов.

Многие наводнения живут в памяти людей столетия, поскольку причиненные ими разрушения и число погибших людей сопоставимы с самыми кровопролитными войнами. Одно из самых катастрофических наводнений произошло в 1332 г. на р. Хуанхэ в Китае. В результате его и свирепствовавшей в последующие годы "Черной смерти" (чумы) погибло 7 млн. человек. Не менее крупное наводнение произошло осенью 1887 г. Было затоплено 11 городов и 300 деревень. По официальным данным, наводнение унесло жизни 900 тыс. человек, а по данным неофициальных источников, жертвами наводнения стали от 2 до 6 млн. человек.

Немало наводнений, принесших неисчислимые бедствия людям, произошло и в 20-м столетии. Только в 1998 г. с 12 июня по 30 августа в Китае произошло 13 наводнений, которые затронули почти всю территорию страны. От наводнений пострадало 240 млн. человек, то есть в 1,5 раза больше, чем проживает в России. Свыше 56 млн. человек пришлось временно эвакуировать. Тысячи людей погибли.

Особенно страшны наводнения там, где высота дна реки, огороженной дамбами, превышает отметки прилегающей местности.

Китайская писательница Дин Лин в своем очерке "Наводнение" нарисовала картину двух прибрежных деревень во время ночного паводка: "Вода прибывала с громовым ревом, невидимыми во тьме бурными, страшными потоками. Обезумевшие люди кричали так, словно хотели взорвать своим криком этот проклятый мир. В диких воплях таяли голоса тех, кто не потерял голову и уговаривал прекратить панику, спасти дамбу… В плотине появлялись все новые и новые промоины. Небо оставалось бесчувственным, отчаяние охватило души этих, не знающих устали тружеников. Проклятия сотрясали небо и землю. Они могли бы заставить расплакаться самого дьявола... Внезапно раздался громовой удар - разом рухнул участок дамбы... Стена воды словно с самого неба обрушилась на людей, животных, дома, все сметая на своем пути. Крики постепенно смолкли. Вода овладела неоглядными просторами полей, похоронив сотни тружеников-крестьян вместе с их семьями".

Катастрофические наводнения происходят не только в долинах рек, но и на побережьях океанов и морей. Крупнейшее нагонное наводнение XX века произошло в дельте Ганга в 1970 г. 10-метровая морская волна, гонимая штормовым ветром, повернула вспять священную реку. Было затоплено около 20 тыс. кв. км территории. С лица земли были снесены десятки городов и сотни деревень. Погибло 1,5 млн. человек. Поскольку наводнением были уничтожены почти все колодцы, пострадавшие районы остались без воды. Сотни тысяч людей умерли от голода и вспыхнувших эпидемий холеры и тифа.

Самое катастрофическое наводнение в Европе в нашем столетии охватило территорию Нидерландов, Великобритании и Германии в 1953 г. При штормовом ветре необычайной силы на северное побережье Европы обрушились огромные волны. Они вызвали резкий подъем воды на 3 - 4 метра в эстуариях Рейна, Мааса, Шельды и других рек. Более всего пострадали Нидерланды. Вода проникла вглубь страны более чем на 100 км, затопив 8 процентов территории страны. Погибло 2 тысячи человек.

Описанием наводнений в разных странах мира, в результате которых гибли десятки и сотни тысяч человек, можно было бы заполнить многие тома книг. Но картины, дающей представление о наводнениях в масштабе Земного шара, нет ни в одном литературном источнике.

Впервые удалось это сделать благодаря работе, проводимой коллективом Дартмутской обсерватории при Ганноверском колледже в США.

Сотрудники этой обсерватории с 1996 г. собирают данные о наводнениях, используя самые разные источники: официальные правительственные сообщения, данные метеорологических служб, телевизионные и радио новости, газетные и журнальные материалы.

Учитывая разнохарактерность и неполноту материала, полученного по отдельным странам из разных источников и основанного на различных методах расчета ущерба от наводнений, в настоящее время нет оснований утверждать, что обработанные материалы дают адекватную картину бедствий, причиненных наводнениями 1997-1999 гг. Но первые шаги в этом направлении, несомненно, сделаны. На основании данных, по 339 наводнениям, происшедшим в 1997-1999 гг. в мире, следует, что за три года от наводнений погибло более 170 тыс. человек, свыше 150 млн. были временно эвакуированы из своих жилищ, а общий ущерб от наводнений превысил 250 млрд. долларов. Очень важно, чтобы мировое сообщество не прекращало и год от года совершенствовало методику сбора данных о наводнениях в разных странах и выработку единой методики подсчета последствий ущерба от наводнений.

Обработка и анализ данных сотрудников обсерватории при Ганноверском колледже дают возможность с достаточной степенью достоверности утверждать о количестве наводнений, об их распределении по материкам, месяцам, о продолжительности наводнений. На диаграммах (рис. 7, 8) приведены сведения о количестве и продолжительности наводнений в 1997-1999 гг.

Рис. 7. Количество наводнений в 1997-1999 гг. по месяцам.

Рис. 8. Распределение наводнений в 1997-1999 гг. по их продолжительности в днях.

В России площадь паводкоопасных территорий составляет 400 тыс. кв. км. Ежегодно подвергается затоплению около 50 тыс. кв. км территорий. Наводнениям с катастрофическими последствиями подвержена территория в 150 тыс. кв. км, где расположены 300 городов, десятки тысяч населенных пунктов, большое количество хозяйственных объектов, более 7 млн. га сельхозугодий.

В России наиболее часто наводнения происходят на юге Приморского края, в бассейне Средней и Верхней Оки, Верхнего Дона, на реках бассейнов Кубани и Терека, в бассейне Тобола, на притоках Среднего Енисея и Средней Лены. Эти районы являются чрезвычайно опасными в отношении наводнений. Разливы воды наблюдаются здесь чаще, чем один раз в 2 года, а максимальные затопления прибрежных территорий могут превышать 3 м. В отдельные годы пойма затапливается здесь более чем на 90%.

Весьма опасными являются бассейны Уссури, Верхнего Енисея, Тавды, Конды, Средней и Нижней Лены, Колымы, Белой, Верхнего Днепра, рек Заволжья и Сахалина. Затопления прибрежных территорий в этих районах происходят довольно часто (1 раз в 3-5 лет), максимальные слои затопления поймы могут достигать 2.0-3.0 м. В период наводнений прибрежные территории могут быть затоплены на 75-90%.

Опасными считаются бассейны Верхней Волги, Суры, Вятки, рек северо-запада европейской части страны, притоков Дона и Верхнего Енисея, бассейны рек Верхней Оби, Среднего и Нижнего Амура, рек Юга Иркутской области. Наводнения в этих районах происходят 1 раз в 5-10 лет. Максимальные слои затопления поймы могут достигать 1,5-2,0 м, а площади затопления 60-75%.

Умеренно опасные районы – бассейны Северного Донца, Нижней Оки, северных притоков Волги, Верхней и Средней Печоры, Средней и Нижней Оби,Иртыша,Ишима, Ангары, рек Южного Урала, Забайкалья, верхнего течения Амура, Алдана, Зеи, рек Камчатского полуострова. Повторяемость наводнений в этих районах 1 раз в 10-12 лет; максимальные слои затопления поймы могут достигать 0.70-1.5 м, а площади затопления – 40-60%.

Мало опасные районы - бассейны Онеги, большая часть бассейна Северной Двины, Нижней Печоры, Мезени, Ветлуги, Камы, Низовья Терека, бассейн Аргуни. Повторяемость наводнений здесь 1 раз в 12-15 лет; максимальные слои затопления почвы составляют 0.30-0,70 м, площади затопления – 20-40%.

К незначительно опасным районам относятся бассейны рек Карелии, Кольского полуострова и Калмыкии. Здесь наводнения происходят реже, чем 1 раз в 15-20 лет; максимальные слои затопления поймы не превышают 0,30 м

Следует отметить, что приведенное районирование отражает лишь преобладающий тип процессов наводнений, что совершенно не исключает возникновения в том или ином районе и более опасного наводнения. Так в 1994 году в Калмыкии, относящейся к незначительно опасной в отношении наводнений территории, в период весеннего половодья произошло наводнение близкое к катастрофическому.

Обострение проблемы наводнений в России связано также с прогрессирующим старением основных фондов водного хозяйства вследствие постоянного уменьшения капиталовложений в водную отрасль в течение последних 10 лет. Ухудшение технического состояния напорных ГТС резко увеличивает риск их разрушений во время паводков и половодий.

Дополнительными факторами риска антропогенного характера является изменение характера стока на хозяйственно освоенных и подвергнутых трансформациям водосборных территориях; хозяйственное в нижних бьефах гидроузлов и размещение там хозяйственных объектов и жилья, стеснение живого сечения потока рек. Все это приводит к наводнениям с тяжелыми и катастрофическими последствиями, нанесению значительного ущерба объектам экономики, здоровью людей и к человеческим жертвам.