CC BY
63
ЭКОЛОГИЯ
удк 614.8(571.13) А. И. БОКАРЕВ
В. В. КОРБУТ А. Б. КОРЧАГИН В. Н. МАТВЕЕВ
Омский государственный технический университет
ГУ МЧС России по Омской области
СТЕПЕНЬ ОПАСНОСТИ НАВОДНЕНИЙ НА РЕКАХ ОМСКОЙ ОБЛАСТИ И ЦЕЛЕСООБРАЗНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ПО ЕЁ СНИЖЕНИЮ
Подъем уровня воды в реке в период наводнения определяет площадь и глубину затопления территории и величину социально-экономического ущерба. Разрешение проблемы по снижению или исключению социально-экономического ущерба заключается в обоснованном выборе эффективных способов инженерной защиты поселений от затопления при наводнениях. Одним из важнейших показателей для ее разрешения следует считать степень опасности наводнений. Содержание понятия «степень опасности наводнений» неразрывно связано с уровнем подъема воды в период наводнения. Уровень подъема воды в период наводнений непосредственно устанавливает степень их опасности для освоенных прибрежных территорий. Ключевые слова: наводнение, уровень подъема воды, степень опасности наводнений.
В связи с невозможностью предотвращения наводнений государственными органами власти и научными сообществами ряда субъектов РФ, в том числе и Омской области, периодически производится оценка последствий наводнений с целью раз-
работки эффективных мер, обеспечивающих снижение или исключение материального ущерба и гибели людей.
Статистические данные Росгидромета РФ свидетельствуют о том, что ежегодно в зоне затопления
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (118) 2013 ЭКОЛОГИЯ
ЭКОЛОГИЯ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (118) 2013
*
222
Рис. 1. Затопление частного сектора рп Усть-Ишим 31. 05. 2007
при наводнениях оказывается огромная часть территорий РФ — около 500 тыс. кв. км, включая Западную Сибирь. При этом под угрозой затопления оказывается более 300 городов РФ, десятки тысяч поселков и сел с населением около 4,6 млн человек и более 7 млн га сельхозугодий [1, 2].
Обобщающей характеристикой результата воздействия наводнения на освоенные прибрежные территории принято считать величину социальноэкономического ущерба, которая для практиков является мерой того, насколько наводнения опасны для освоенных прибрежных территорий.
Уровень подъема воды в реке в период наводнения определяет площадь и глубину затопления освоенной прибрежной территории, а значит, и величину социально-экономического ущерба. Имеется классификация наименований наводнений на реках в зависимости от уровня подъема воды (табл. 1). Низкие наводнения происходят почти ежегодно, высокие — часто, выдающиеся — редко и катастрофические — крайне редко. Если весной происходят низкие наводнения, то их, как правило, не замечают и о них не говорят, хотя они наносят определенный социально-экономический ущерб, который является значимым для поселений и муниципальных районов. Обоснование и использование эффективных способов по снижению или исключению социально-экономического ущерба, наносимого освоенным прибрежным территориям, составляет одну из проблем в области инженерной защиты населения и территорий от затопления при наводнениях.
Самыми эффективными способами снижения или исключения социально-экономического ущерба являются уменьшение уровня воды при наводнениях за счет отвода стока вод на естественные или искусственные водохранилища, а также обвалование затапливаемой территории или сплошная подсыпка до незатопляемых отметок.
Проблема снижения или исключения социальноэкономического ущерба явно прослеживается для поселений, расположенных на прибрежных территориях бассейна реки Иртыш в пределах Омской области. Бурное весеннее снеготаяние в течение короткого промежутка времени формирует значительный склонный сток талых вод в реку Иртыш и в ее крупные притоки, что приводит к повышению уровня воды в реках. Значения уровней подъема воды в реке Иртыш и в ее притоках за период 2003 — 2011 гг. приведены в табл. 2.
Согласно многолетним наблюдениям, при наводнениях на реке Иртыш и ее крупных притоках за-
тапливаются пойменные земли Усть-Ишимского, Тевризского, Знаменского, Тарского районов. В зонах затопления могут оказаться до 20 населенных пунктов Омской области. Данные о населенных пунктах, подверженных угрозе затопления при наводнениях на реках области, систематизированы (табл. 3).
Так, например, в конце мая 2007 года в ходе интенсивного стока талых вод в реку Иртыш на территории Усть-Ишимского муниципального района привело к подъему уровня воды до 776 см. В результате произошел перелив воды через дамбу в с. Усть-Ишим, что привело к затоплению семи домов и возникла угроза затопления 74 домов в частном секторе (рис. 1).
Для проведения мероприятий по снижению ущерба и ликвидации социально-экономических последствий от наводнений на реке Иртыш и ее крупных притоках Правительство Омской области ежегодно выделяет значительные денежные средства.
Исследования по теме «Инженерная защита территорий Омской области от затопления при наводнениях на реках», проводимые в ОмГТУ, показывают, что одним из важнейших показателей для разрешения проблемы защиты населения и территорий от затопления при наводнениях наиболее целесообразно считать степень опасности наводнений.
Для решения указанной задачи рассмотрены важнейшие характеристики наводнений на реках, которые определяют их опасность [1 — 3].
Содержание понятия «степень опасности наводнений» неразрывно связано с уровнем подъема воды в реке в период наводнения, т. к. уровень подъема воды определяет площадь и глубину затопления и формирует, в конечном итоге, величину социально-экономического ущерба. Следовательно, уровень подъема воды в реке в период наводнения непосредственно устанавливает степень опасности наводнений для прибрежных территорий.
Уровень воды в реках, достигающий наивысшего значения в период наводнений (половодья или паводка), в гидрологии называется максимальным уровнем воды в период наводнения h . Влияние h на формирование степени опасности С. наво-
max 1 1 1 1
днений на реках ограничивается уровнем начала затопления. Наводнения представляют опасность для территорий, если hmax превышает отметку уровня начала их затопления.
Отметку уровня воды начала затопления территории в гидрологии называют критическим уровнем воды h .
^ крит
Сравнение h с h в период наводнений на ре-
max крит
ках или на этапе прогнозирования имеет большую практическую ценность, так как, во-первых, величина превышения h над h устанавливает степень
max крит
опасности С 1 наводнений для территорий, т.е. hmax — — h =А.^С. Только при условии h >h форми-
крит 1 1 max крит
руются площадь и глубина затопления, определяющие величину социально-экономического ущерба. Во-вторых, в связи с тем, что С зависит от достигнутого h и установленного h , степень опасности
max крит
наводнений для территорий можно уменьшать путем снижения h или увеличения h .
max крит
Теоретические исследования и практический отечественный опыт показывают, что снижение hmax достигается путем отвода стока поверхностных вод в период наводнения в естественные или искусственные водохранилища или на заливные луга для их естественного увлажнения; увеличение h до-
крит
стигается путем сплошной подсыпкой территории
Классификация наводнений на реках в зависимости от уровня подъема воды
Уровень подъема воды, м Вид наводнений Содержание социально-экономического ущерба
о сч ю низкие(малые) наносят незначительный материальный ущерб и почти не нарушают ритм жизни населения
о о сч средние(высокие) наносят ощутимый материальный и моральный ущерб и существенно нарушают хозяйственный и бытовой уклад населения, нередко приводят к частичной эвакуации населения
о ю“ о выдающиеся (крупные) наносят большой материальный ущерб и парализуют хозяйственную деятельность и бытовой уклад населения, приводят к массовой эвакуации населения и материальных ценностей
6,0...14,0 катастрофические наносят значительные материальный и моральный ущерб и приводят к гибели людей, полностью парализуется хозяйственный и бытовой уклад населения
Таблица 2
Уровни подъема воды в реке Иртыш и в ее притоках за период 2003-2011 гг.
Река Пункт замера уровня воды Критический уровень, см Уровни подъема воды в реках Омской области по годам, см
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
Иртыш рп Черлак 580 502 532 522 530 510 486 476 547 498
г. Омск 280 208 224 208 185 194 168 133 241 180
с. Карташево 730 585 586 568 534 595 526 497 617
г. Тара 320 437 433 390 348 504 376 341 469 389
рп Тевриз 910 876 899 870 810 1036 766 732 861 821
с. Усть-Ишим 710 543 568 594 439 776 436 390 509 488
Омь г. Калачинск 830 680 536 578 362 640 511 403 637 525
Тара с. Муромцево 750 714 430 495 386 765 524 481 649 581
Уй с. Седельниково 790 816 368 678 333 774 386 395 668 711
Шиш с. Васисс 830 818 730 845 429 862 633 648 839 834
Таблица 3
Населенные пункты, подверженные угрозе затопления при наводнениях на реках области
Наименование района области Наименование населённых пунктов Проживаемое население, тыс. чел. Возможное эвакуируемое население Площадь затопления, км2
всего (чел.) всего (чел.)
1. Усть-Ишимский рпУсть-Ишим 5,6 200 60 1,0
с. Кайсы 0,13 90 27 4,0
с. Орехово 0,3 120 36 0,5
с. Красноярка 0,14 100 30 90
2. Тевризский с. Тевриз 8,0 410 123 80
с. Бродниково 0,72 120 36 90
с. Кузнецово 0,91 300 90 50
с. Бородинка 0,65 200 60 30
с. Пискуны 0,2 120 36 70
3. Знаменский с. Усть-Шиш 0,21 120 36 0,5
рп Знаменка 9,8 2180 650 0,5
с. Пискуны 0,2 120 30 70
4. Тарский г. Тара 26,2 1080 300 120
с. Васисс 0,6 120 32 1,2
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (118) 2013 ЭКОЛОГИЯ
ЭКОЛОГИЯ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (118) 2013
*
Степени опасности наводнений на реках для поселений
Значение превышения A. максимального уровня воды h над критическим h max ^ L крит Степень опасности наводнений на реках для поселений. Содержание ущерба
1. A=h —h <0,3 м 1 max крит ' незначительно опасные наводнения. Они наносят незначительный материальный ущерб и не нарушают ритм жизни населения
2. A. = h —h =0,3...0,7 м 1 max крит малоопасные наводнения. Они наносят незначительный материальный ущерб и почти не нарушают ритм жизни населения
3. A. = h —h =0,8...1,4 м 1 max крит ' ' умеренно опасные наводнения. Они наносят ощутимый материальный и моральный ущерб и нарушают хозяйственный и бытовой уклад населения, нередко приводят к частичной эвакуации населения
4. A. = h —h =1,5..2,0 м 1 max крит опасные наводнения. Они наносят ощутимый материальный и моральный ущерб и существенно нарушают хозяйственный и бытовой уклад населения, приводят к частичной эвакуации населения
5. A. = h —h =2,1..3,2 м 1 max крит весьма опасные наводнения. Они наносят значительные материальный и моральный ущерб и приводят к гибели людей, парализуют хозяйственный и бытовой уклад населения, приводят к значительной эвакуации населения
6. A=h —h >3,2 м 1 max крит ' чрезвычайно опасные наводнения. Они наносят значительные материальный и моральный ущерб и приводят к гибели людей, полностью парализуется хозяйственный и бытовой уклад населения, приводят к массовой эвакуации населения
Таблица 5
Статистический ряд распределения частот наблюдаемых значений случайной величины Х
Интервалы наблюдаемых значений случайной величины Х ^тах) 133 — 223,3 223,3- 313,6 313,6- 403,9 403,9- 494,2 494,2- 584,5 584,5- 674,8 674,8- 765,1 765.1- 855,4 855,4- 945,7 945,7- 1036
Частота, т. 7 2 6 8 15 5 4 4 1
Середины интервала, х. 178,15 268,45 358,75 449,05 539,35 629,65 719,95 810,25 900,55 990,85
до незатопляемых отметок или обвалованием затапливаемой территории.
Согласно мнению ряда исследователей в области защиты населения и территорий от затопления при наводнениях на реках, по значению превышения A. = h — h устанавливаются степени опасности
1 max крит J
наводнений на реках для поселений (табл. 4).
Так, например, если hmax в период наводнения достиг 460 см, а h равен 320 см, то превышение со-
крит
ставит A1 = 460 — 320=140 см. Такое наводнение по максимальному уровню воды и степени опасности следует отнести к умеренно опасным и выдающимся (табл. 1).
На основе изложенного материала представляется возможным наводнения на реках Омской области квалифицировать по значениям максимального уровня воды и установить степень их опасности для поселений, а также предложить одно из направлений снижения степени опасности наводнений на реках Омской области и выбрать соответствующие инженерные способы [4, 5].
Задача 1. Установление классификации наводнений на реке Иртыш в пределах Омской области по уровню подъема воды.
Для определения классификации наводнений на реке Иртыш в пределах Омской области для поселений необходимо установить, какие уровни подъема воды в реке Иртыш достигались за последние 10 лет с наибольшей частотой.
Для решения данной задачи весь диапазон наблюдаемых значений подъема уровня воды в реке Иртыш разделен на 10 интервалов и представлен в виде статистического ряда распределения частот наблюдаемых значений случайной величины Х (табл. 5).
Длина интервала определяется по формуле (1): h=(X -X . )/10 = (1036—133)/10 = 90,3 см. (1)
' max mm' ' ’ ' ' '
Таким образом, первый интервал сформирован в пределах 133...223,3 см, второй — 223,3...313,6 см и т. д.
Превышение максимального уровня воды в реке Иртыш над критическим уровнем за период 2003 — 2011 гг. отражено в табл. 6, в результате получен статистический ряд распределения частот (табл. 7).
Анализ данных табл. 7 показывает, что с наибольшей частотой, равной m.= 15, в интервале 494,2.584,5 см, достигаются уровни подъема воды от 498 до 581 см. При этом частота m ., объем выборки n = 53 и середина интервалов х. позволяют найти среднюю арифметическую величину h случайной-величины h max по формуле (2):
ю
hcp = Z(mixi)/n (2)
h=l
Расчет, выполненный по формуле (2), показывает, что h, =515,5 см и она попадает в интервал 494,2 ... 584,5 см.
Вывод 1. Полученные результаты позволяют отнести наводнения на реке Иртыш к выдающимся наводнениям (табл. 1). Следовательно, наводнения на реке Иртыш могут наносить большой материальный ущерб поселениям, нарушать хозяйственную и бытовую деятельность населения и приводить к массовой эвакуации населения и материальных ценностей (рис. 1).
Задача 2. Установление степени опасности наводнений на реке Иртыш для поселений в пределах Омской области.
Превышение максимального уровня воды в реке Иртыш над критическим уровнем за период 2003-2011 гг.
Река Пункт замера уровня воды Критический уровень, см Превышения (Д1) максимального уровни подъема воды в реке Иртыш над критическим уровнем по годам, см
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
Иртыш г. Тара 320 107 113 70 28 184 56 21 49 69
рп Тевриз 910 126
с. Усть-Ишим 710 66
Таблица 7
Статистический ряд распределения частот наблюдаемых значений случайной величины Х
Интервалы наблюдаемых значений случайной величины Х(Д.) 21—53,6 53,6 — 86,2 86,2 — 118,8 118,8—151,4 151,4—184
Частота, т. 3 4 2 1
Середины интервала, х. 37,3 69,9 102,5 135,1 167,7
Для установления степени опасности наводнений на реке Иртыш для поселений использованы сведения о превышении h над h (табл. 6).
max крит
Для решения данной задачи весь диапазон наблюдаемых значений превышения максимального уровня подъема воды в реке Иртыш над критическим уровнем разделен на 5 интервалов. Длина частичного интервала определяется по формуле (1):
h=(X —X . )/5=(184 — 21)/5 = 32,6 см.
max m1n
В этом случае первый интервал 21.53,6 см, второй — 53,6.86,2 см и т. д.
Шкалы интервалов и группировка исходных статистических данных сведены в, в результате получен статистический ряд распределения частот (табл. 7).
Анализ данных табл. 7 показывает, что с наибольшей частотой, равной m1 = 4, попадают превышения максимального уровня подъема воды hmax над критическим h от 66 до 70 см в интервал от 53,6.86,2 см.
крит
При этом частота m1, объем выборки n=11 и середина интервала х1 позволяют найти среднюю арифметическую величину A случайной величины A1 по формуле (2).
Выполненный расчет показывает, что A =
1 ' ср
= 81,71 см, и она попадает в интервал 53,6 .86,2 см.
Вывод 2. Полученные результаты позволяют отнести степень опасности наводнений на реке Иртыш к умеренно опасным (табл. 6). Следовательно, наводнения на реке Иртыш могут нанести большой материальный ущерб поселениям, парализовать хозяйственную и бытовую деятельность населения и могут привести к частичной эвакуации населения и материальных ценностей (рис. 1).
С учетом существующей умеренной опасности наводнений на реке Иртыш для прибрежных территорий целесообразно создание реестра населенных пунктов, подверженных частому затоплению с целью организации их инженерной защиты от затопления. При этом одним из направлений снижения умеренной степени опасности наводнений на реке Иртыш для прибрежных территорий является уменьшение h или увеличение h . Реализовать
max крит
данное направление можно за счет отвода стока вод на естественные или искусственные водохранили-
ща, что уменьшит hmax в период наводнений; сплошной подсыпкой до незатопляемых отметок или обвалование затапливаемой территории увеличит h .
крит
Таким образом, нанесение социально-экономического ущерба является сущностью наводнений на реках, и они определяют, насколько наводнения на реках опасны для освоенных прибрежных территорий.
На формирование величины социально-экономического ущерба от наводнений на реках ведущую роль играет превышение максимального уровня подъема воды над критическим уровнем. Так, наводнения представляют опасность, если h >h и
max крит
величина превышения устанавливает степень опасности С наводнений на реках для прибрежных территорий, т. е.
h —h =A,^C.
max крит 1 1
Обработка статистических данных за многолетний период наблюдений позволяет сказать, что наводнения на реке Иртыш в пределах Омской области следует отнести к выдающимся (крупным) наводнениям, а по степени опасности — к умеренно опасным. При этом умеренную степень опасности наводнений можно уменьшать снижением hmax или увеличением h .
крит
Снижение hmax достигается путем отвода стока вод на естественные или искусственные водохранилища, а увеличение h достигается сплошной подсыпкой до незатопляемых отметок или обвалованием затапливаемой территории.
Дальнейшее исследование по разрешению проблемы по снижению и исключению социальноэкономического ущерба при наводнениях на реках Омской области необходимы создание реестра населенных пунктов, подверженных частому затоплению, установление уровня инженерной защиты освоенных прибрежных территорий и разработка соответствующей концепции по их защите от затопления.
Библиографический список
1. Шульгин, В. Н. Инженерная защита населения и территорий в чрезвычайных ситуациях мирного и военного времени :
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (118) 2013 ЭКОЛОГИЯ
ЭКОЛОГИЯ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (118) 2013
*
учебник для вузов / В. Н. Шульгин // Под ред. В. А. Пучкова. — М. : Академический проект, Екатеринбург : Деловая книга, 2010. - 684 с.
2. Тенденция роста катастрофических наводнений на территории Российской Федерации / Г. М. Нигметов [и др.] // Технология гражданской безопасности : науч.-техн. журнал ФЦ ВНИИ ГОЧС. - 2003. - № 1-2. - С. 37-44.
3. Зонирование территории Российской Федерации по величине риска от наводнений / Г. М. Нигметов [и др.] // Технология гражданской безопасности : науч.-техн. журнал ФЦ ВНИИ ГОЧС. - 2003. -№ 1-2. - С. 30-35.
4. Герасимович, А. И. Математическая статистика / А. И Герасимович, Я. И. Матвеева. - Мн. : Высшая школа, 1978. -200 с.
5. СНиП 2.06.15-85. Инженерная защита территории от затопления и подтопления. - М. : Госстрой СССР, 1986. - 25 с.
БОКАРЕВ Александр Иванович, кандидат технических наук, доцент (Россия), профессор кафедры
«Безопасность жизнедеятельности» Омского государственного технического университета (ОмГТУ). КОРБУТ Владимир Валентинович, кандидат педагогических наук, начальник Главного управления Министерства по чрезвычайным ситуациям России по Омской области.
КОРЧАГИН Анатолий Борисович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности» ОмГТУ. МАТВЕЕВ Владимир Николаевич, доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности» ОмГТУ. Адрес для переписки: bgd@omgtu.
Статья поступила в редакцию 27.11.2012 г.
© А. И. Бокарев, В. В. Корбут, А. Б. Корчагин,
В. Н. Матвеев
уДК 624.136:627.152.153 А. И. БОКАРЕВ
В. Н. МАТВЕЕВ А. Б. КОРЧАГИН И. С. МАЗУР
Омский государственный технический университет
РАЦИОНАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ НАСЕЛЕННОГО ПУНКТА «ЗАТОН»
ОТ ЗАТОПЛЕНИЯ
ПРИ ВЕСЕННЕМ ПОЛОВОДЬЕ
НА РЕКЕ ИРТЫШ
Использование заградительных инженерных сооружений позволяет снизить или исключить материальный ущерб и защитить людей от гибели. В настоящее время для Омской области актуально формирование системы инженерной защиты населенных пунктов от затопления при прохождении весеннего половодья. Дамбы обвалования или водоналивные дамбы — наиболее рациональные средства инженерной защиты населенных пунктов от затопления. При оперативном устранении заторов используют взрывы.
Ключевые слова: заградительное инженерное сооружение, дамба обвалования, водоналивная дамба.
Последствия наводнений периодически оцениваются государственными организациями и научными сообществами с целью совершенствования систем инженерной защиты населенных пунктов от затопления и пойменных земель от деградации [1, 2].
Инженерная защита предполагает строительство (установку) и эксплуатацию заградительных инженерных сооружений, например, дамб обвалования, водоналивных дамб, ледяных плотин и т.д. [3, 4].
Использование заградительных инженерных сооружений может снизить или исключить материаль-
ный ущерб и гибель людей, а также снизить или исключить тенденцию деградации пойменных земель, несмотря на невозможность предотвращения наводнений, как и других чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.
Данное положение объясняется тем, что наводнения наносят значительный материальный ущерб населенным пунктам, во-первых, вследствие их затопления и, во-вторых, вследствие регулирования каскадом водохранилищ объема стока поверхностных вод на реках и ограничения объема воды для
