CC BY
76
-\-
УДК627.141
И.А-Г Сулейманов, Б.И. Сулейманов
БОРЬБА С НАВОДНЕНИЯМИ РЕКИ ТЕРЕК НА ТЕРРИТОРИИ ДАГЕСТАНА С ПОМОЩЬЮ НАЛИВНЫХ ВОДОХРАНИЛИЩ
Общие сведения о паводках на реке Терек. Большие наводнения в дельте реки в историческом плане. Большие наводнения в 2002 и 2005 годах. Народнохозяйственный ущерб от наводнений. Найдено решение по борьбе с наводнениями, путём создания на правом берегу реки Терек трёх наливных водохранилищ. Водохранилища можно создать на территории Республики Дагестан, на 7, 17 и 36 километрах от Каргалинского гидроузла. Границы водохранилищ устанавливаются в обход населённых пунктов. Водохранилища обваловываются. В паводки часть стока реки сбрасывается в три водохранилища. Приводятся данные по водохранилищам. Указывается, что они могут погасить паводки реки 1-й % обеспеченности в течение 10 и более суток. Приводятся технические параметры по трём водохранилищам, как: сбросные расходы, глубины, площади зеркала воды, объёмы, продолжительность наполнения и т.д.
Ключевые слова: река Терек, паводок, водохранилище, дамбы.
Площадь водосбора реки Терек 43,2 тыс. км2 , полное падение реки от главного Кавказского хребта до Каспийского моря составляет 3230 м, общая длина реки равна 623 км, из них 170 км приходится на равнинную часть, а последние 105 км приходятся на территорию Республики Дагестан (от Каргалинского гидроузла). Сток реки Терек влияет на экономику пяти национальных Республик Северного Кавказа и Ставрапольского края. В зоне влияния реки проживает более 3 млн. человек, орошается около 744 тыс. га сельскохозяйственных земель. Площадь дельтовой части реки вместе с Аграханским полуостровом и островом Чечень, ниже Каргалинского гидроузла, составляет более 13 тыс. км [1]. Практически вся эта территория приходится на Республику Дагестан.
История развития дельты р.Терек показывает, что в 16-20 веках, русло реки с периодичностью 50-70 лет приходит в неравновесное положение, которое завершается катастрофическим прорывом, с образованием нового русла и перемещением его в Юго -Восточном направлении. Последний такой прорыв произошёл в 1914 году в районе села Каргалинское, что сформировало современную дельтовую систему реки. К 1950-м годам, в дельте реки сформировались условия нового прорыва основного русла, но вмешательство человека не позволило этому случиться. После сильного паводка 1958 года, по решению правительства Дагестана, с помощью федеральных средств, река была обвалована дамбами (1959-1966 годы) по обоим берегам реки, с протяжённостью дамб на территории Дагестана более 200 км. Аналогичные работы были произведены и на территории Чеченской Республики.
Большие наводнения в дельте реки Терек наблюдались в 1812, 1881, 1900, 1914, 1931, 1939, 1946, 1958, 2002 и 2005 годах. По различным данным, паводки реки 1-но процентной обеспеченности оцениваются от 1650 до 1790 м /с, при среднегодовых расходах до 1970-х годов - 360 м3/с. В 1971-2002 годах большие паводки на реке не наблюдались, при среднегодовых расходах менее 250 м /с. С конца 1990-х годов наблюдается повышение водности рек Северного Кавказа, в том числе и реки Терек. В 2002 году по реке прошёл катастрофический паводок с расходами у Каргалинского гидроузла около 1600 м3/с. Особенность данного паводка заключается в том, что его пики наблюдались четыре раза на протяжении 16 суток, при средних расходах реки в этот период 1230 м3/с. Такого долгого по времени большого паводка на реке Терек ранее не наблюдали. В 2005 году по реке прошёл паводок, который по величине и продолжительности уступал паводку 2002 года, но среднегодовой расход реки в этот год
-I-5-
был наивысшим после 1965 года, он составил 364 м /с. При этом, годовой сток наносов составил более 18 млн. тонн, что в 2 раза превысил средние многолетние значения [1]. По данным Дагестанского Центра по гидрометеорологии и мониторингу природной среды, годовой сток наносов в 2002 году составил 53,4 млн. тонн!
В результате многолетних отложений наносов в дельтовой части, русло реки значительно поднялось. Этому способствовало и Каспийское море, уровень которого в 1980-1990-е годы поднялся более чем на 2 м, что создало дополнительный подпор реке Терек в устьевой части. Из-за заиления русла, пропускная способность реки значительно снизилась. При средних расходах в реке, уровни поверхности реки во многих местах стали выше прилегающих территорий на 1,5-3,5 м. В такой ситуации, напор воды во многих местах удерживают не берега реки, а земляные защитные дамбы. В результате, стало проблематичным прохождение по реке паводков с расходами более 700 м/с, особенно в районе острова Шавинский и ниже. В районе же гидропоста Аликазган (ниже острова Шавинский) вода выходит за пределы бровки русла при расходах в реке 450-500 м3/с. К этому необходимо добавить, что в момент окончания строительства Каргалинского гидроузла, три канала берущих начало от этого гидроузла, могли изъять из реки расходы воды до 230 м /с. В настоящее время, из-за заиления каналов, их пропускная способность уменьшилась до 120 м3/с. При таком положении дел в дельтовой части реки и произошли паводки 2002 и 2005 годов.
В результате, в паводок 2002 года, защитные дамбы были прорваны в пяти местах с образованием проранов длиной от 30 до 360 м. При этом было затоплено около 30 тыс. га прилегающих земель, включая несколько малых населённых пункта. По данным министерства чрезвычайных ситуаций, общий ущерб для народного хозяйства составил около 2,5 млрд. руб. (96,2 млн. долларов США), а сумма ущерба гидротехническим сооружениям составила около 173,4 млн. руб. (6,7 млн. долларов). В паводок 2005 года, при расходах реки 1170 м3/с, произошли прорывы дамб в нескольких местах (в том числе и выше Каргалинского гидроузла) общей длиной проранов более 400 м и дублирующих дамб более 200 м. В обоих случаях затопления территорий человеческих жертв удалось избежать. В последующем, для восстановления разрушенных гидротехнических сооружений на первоочередные противопаводковые мероприятия были выделены финансовые средства из федерального бюджета в размере: в 2002 году - 30,8 млн. руб (1,2 млн. дол.); в 2003 году - 111,2 млн. руб. (4,3 млн. дол.); в2004 году - 210,9 млн. руб. (8,1 млн. дол.); в 2005 году - 350,7 млн. руб. (13,5 млн.дол.). Для выполнения всех необходимых работ по обеспечению безаварийного пропуска максимальных паводков, потребовалось бы увеличить затраты как минимум в 2-3 раза [2].
Учитывая сложившуюся ситуацию, многие организации Дагестана, Северного Кавказа и Москвы были привлечены к решению различных вопросов связанных с большими паводками на реке Терек. К разработке методов борьбы с наводнениями от реки Терек были привлечены и авторы данной статьи Северокавказским отделением института прикладной экологии. Задача заключалась в оценке различных методов и способов защиты территорий и населения в дельтовой части р. Терек, ниже Каргалинского гидроузла. В результате, авторами статьи были рассмотрены семь возможных направлений решения данной проблемы, которые были опубликованы в работе [3]. В результате анализа этих направлений и их комбинаций, в качестве основного решения остановились на возможности перехвата паводков реки Терек с помощью наливных водохранилищ. Ниже приводятся основные результаты исследований по данному направлению.
Подробное изучение крупномасштабных карт, с установлением по ним достаточно низких водораздельных линий показало, что по правому берегу реки Терек, на территории Республики Дагестан, можно организовать как минимум три наливных водохранилища, с забором воды из реки Терек на 7 км, 17 км и 36 км. Границы водохранилищ устанавливались в обход населённых пунктов, постоянных оросительных и дренажных
-\-
каналов, по водораздельным линиям. Проведение границ по водораздельным линиям
(хотя и очень низким), позволяет делать дамбы обвалования по границам водохранилищ наименьшей высоты. В каждом из трёх возможных зон затопления оказалось по одному кутану, которые, в случае строительства водохранилищ подлежат переселению за пределы валов ограждения.
Максимальный уровень поверхности воды в водохранилищах принят на уровне горизонта реки Терек при прохождении в нём паводка 1%-й обеспеченности, напротив каждого из трёх сбросов. Границы водохранилищ обваловываются. На предварительной стадии исследований, верх дамб обвалования принят на 1.5 м выше максимальных уровней воды в водохранилищах. На каждом из сбросов воды из реки Терек предусматривается низконапорная водосливная бетонная плотина. В первом сбросе (на 7 км) длина водосливной плотины равна 100 м. На втором сбросе (17 км), длина плотины принята равной 150 м и на третьем сбросе (36 км) - 80 м. Размеры водосливных плотин по длине учитывают аккумулирующую способность водохранилищ.
Уровни воды реки Терек 1%-й обеспеченности, в каждом рассматриваемом створе сброса, брались на основе исследований Московского государственного океанографического института, проведённых в 2006-2007 годах. Напротив каждого сброса были определены границы водохранилищ, их площади, объёмы и длины дамб обвалования. Затем были установлены высоты дамб обвалования на различных участках по их длине и средние высоты дамб по каждому из водохранилищ. Длины дамб обвалования, площади и объёмы водохранилищ были уточнены с помощью программного комплекса «AutoCAD» Объёмы водохранилищ определялись для двух случаев уровней воды в них: 1. На отметке гребня водослива бетонных водосливных плотин; 2. На уровне поверхности воды в реке Терек соответствующей расходу воды 1%-й обеспеченности. Полученные данные по трём возможным водохранилищам приводятся в таблице 1, где даются и их основные параметры. Отметки уровней воды и гребней водосливов в таблице даются в Балтийской системе высотных координат, принятой в России. Минусовые знаки означают, что данные отметки ниже нулевой отметки Балтийского моря.
Глубины воды на гребне бетонных водосливных плотин соответствуют максимальной разнице между отметками уровней воды в реке Терек при расходах 1 %-й обеспеченности и отметками гребней водослива. Для первых двух сбросов они равны 1,7 м , а для третьего сброса 1,2 м. Этим глубинам на гребне водосливов соответствуют максимальные удельные расходы, которые равны 4,4 и 2,6 кубическим метрам в секунду на погонный метр. Полные объёмы воды в водохранилищах даются на момент достижения их поверхностями максимальных отметок уровней воды в реке. Общие сбросные расходы из реки в водохранилища, даются по максимальным удельным расходам на гребнях водосливов. В реальных условиях прохождения паводков будут наблюдаться фазы подъёма и спада воды в реке, которые будут удлинять сроки наполнения и опорожнения водохранилищ.
С целью затопления наименьших площадей, создания более глубоких и объёмных бассейнов, отсечения мелководий, недопущения затопления населённых пунктов и перетоков воды в смежные территории, водохранилища обваловываются дамбами.
2 3
Площадь первого водохранилища равна12,1 км , при максимальном объёме 59,3 млн. м и длине дамб обвалования 16,7 км. Площадь второго водохранилища равна 35,4 км2 , при максимальном объёме 226,6 млн. м и длине дамб 37,2 км. Площадь третьего
2 3
водохранилища равна 19,4 км , максимальный объём - 74,7 млн. м , длина дамб - 23,5 км. Общий, максимальный объём всех трёх водохранилищ составляет 360,6 млн. м .
Расчёты показывают, что при максимальных расходах воды в реке, соответствующих 1 %-й обеспеченности, при максимальных сбросных расходах водосбросных плотин указанных в таблице 1, время заполнения первого водохранилища равно 1,6 суток, второго - 4,0 суток и третьего - 4,1 суток. В сумме получается, что при указанных выше расходах в реке, три водохранилища будут заполняться почти 10 суток.
-\-
Однако, опыт прохождения больших паводков на реке Терек и других реках показывает,
что пики максимальных паводков продолжаются в течении нескольких часов и не более 1 -2 суток. До пиков паводков и после них наблюдаются фазы подъёма и спада расходов воды в реке. Учитывая это, в таблице 1 время наполнения каждого водохранилища увеличено на 1 -2 суток. В результате, реальное время заполнения водохранилищ будет не менее 14-16 дней. Кстати, продолжительность самого длинного во времени паводка на реке Терек 2002 года, равно 16 суткам.
Таблица 1 Данные по водохранилищам приёма паводковых вод реки Терек
№ п/п Наименование показателей Водо хранилище № 1 Водо хранилище № 2 Водо хранилище № 3
1 Расстояние сброса от Каргалинского гидроузла, км 7 17 36
2 Длина сбросной части (канала) от реки до водохранилища, км 0,25 1 0,8
3 Отметки уровня реки 1%-ой обеспеченности,м: +0,7 -2,5 -10,1
4 Отметки гребня водосброса плотины, -1,0 -4,2 -11,3
5 Глубина воды на гребне водосброса, м 1,7 1,7 1,2
6 Удельные расходы на гребне водосброса, м3/с 4,4 4,4 2,6
7 Длина водослива плотины, м 100 150 80
8 Общие сбросные расходы при паводках 1%-ой обеспеченности, м3/с 440 660 210
9 Сред. глубины водохранилищ до отметки гребня водослива, м 3,2 4,7 2,65
10 Средние, максимальные глубины в водохранилищах до отметок уровня реки, м 4,9 6,4 3,85
11 Площади водохранилищ, км2 12,1 35,4 19,4
12 Объёмы водохранилищ, до отметки гребня водослива, млн. м3: 38,7 166,4 51,4
13 Общий объём водохранилищ до уровня воды в реке, млн. м3: 59,3 226,6 74,7
14 Время наполнения водохранилищ до отметки порогов водослива, суток 1 3,5 3,1.
15 Время наполнения водохранилищ до уровня воды в реке, суток 2-3 5-6 5-6
16 Длина дамб обвалования водохранилищ, км 16,7 37,2 23,5
17 Расход воды в реке после сброса, м3/с 1350 690 480
18 Удельные объёмы воды на 1 км дамбы обвалования, млн. м3 2,3 4,6 2,2
19 Объём воды водохранилищ приходящийся на 1 м3 грунта дамбы, м3 37.9 38.7 50.6
При принятии расхода паводка реки 1 %-й обеспеченности равной 1790 м/с и максимальных сбросных расходах через водосливные плотины в первое водохранилище
+
440 м /с, во второе -660 м/с и в третье - 210 м /с, расходы воды в реке после 36 км от Каргалинского гидроузла будут равны 480 м /с. При учёте расходов воды забираемых в три канала на Каргалинском гидроузле (120 м /с), о которых было сказано ранее, расходы воды в русле реки ниже 36 км, на подходе к острову Шавинский, будут около 360 м3/с, т.е. меньше чем критические на данном участке 450-500 м /с. Из приведённых сведений следует, что три указанных выше водохранилища, в случае их создания, решают все проблемы по исключению наводнений в нижнем течении реки Терек, ниже Каргалинского гидроузла.
Для определения эффективности указанных выше водохранилищ относительно друг друга, определены объёмы воды в них приходящиеся на 1 км дамбы обвалования. По п.18 таблицы видно, что наибольший объём приходится на 2-е водохранилище - 4.6 млн.
33
м . На втором месте 1-е водохранилище - 2.3 млн. м , а на третьем месте 3-е водохранилище -2.2 млн. м . По данному показателю, наиболее эффективной получается 2-е водохранилище. Для уточнения наиболее эффективного из трёх водохранилищ были также определены объёмы воды, приходящиеся на 1 м грунта дамбы. В результате установлено (по максимальным объёмам), что по 1 -му водохранилищу на 1 м3 грунта
3 3 3
дамбы приходится 37.9 м объёма воды, по 2-му - 38.7 ми по 3-му - 50.6 м . По данному показателю наиболее экономичной является 3 -е водохранилище, при примерно равных показателях по двум первым. Однако, при сравнении трёх водохранилищ, наиболее предпочтительной остаётся 2-е, как наиболее ёмкое. При строительстве всех трёх водохранилищ, указанные выше сравнения уходят на второй план, уступая место надёжности перехвата паводков.
Ситуация изложенная выше по трём водохранилищам, фактически является начальной стадией для поиска оптимального решения по площадям затопления, длине дамб обвалования, объёмам грунта в них, объёму воды в водоёмах и т. д.
Библиографический список:
1. Землянов И.В., Горелиц О.В., Поставик П.В. «Формирование новых гидрологических условий в устьевой области Терека». Федеральное агентство водных ресурсов. Западно-Каспийское бассейновое водное управление. Дагестанский государственный технический университет. Сб. статей «Минимизация вредного воздействия вод в период половодий и паводков, повышение эффективности ведения мониторинга водных объектов, водохозяйственных систем и сооружений». Махачкала, 2006, с. 9-15.
2. Арутюнян А.А. «Проблемы противопаводковой защиты в Республике Дагестан». Федеральное агентство водных ресурсов. Западно-Каспийское бассейновое водное управление. Дагестанский государственный технический университет. Сб. статей «Минимизация вредного воздействия вод в период половодий и паводков, повышение эффективности ведения мониторинга водных объектов, водохозяйственных систем и сооружений». Махачкала, 2006, с. 15-19.
3. Сулейманов И.А-Г., Сулейманов Б.И. «Перехват паводков реки Терек с помощью наливных водохранилищ». Западно-Каспийское бассейновое водное управление. Дагестанский государственный технический университет. Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия. Новочеркасская государственная мелиоративная академия. Сб. статей «Паводковые потоки и водные бассейны: Проблемы регулирования водотоков, безопасность и надёжность ГТС, мониторинг водных объектов и защита водоохранных зон». Нальчик-Махачкала, 2007, с.40-45.
J02
Вестник ДГТУ. Технические науки. № 15, 2009.
-\-
I.A.-G. Suleimanov, B. I. Suleimanov
Flood control of river terek on daghestan territory by means of storage lakes
The general data on high waters on the river Terek. The big flooding in 2002 and 2005 years national economy damage from flooding. The decision on struggle against flooding, by creation on the right coast of the Terek of three bulk water basins is found. Storage lakes can be created in the Republic Daghestan territory,on 7, 17 and 36 kilometres from Kargalinsky hydroknot. Borders of storage lakes are established bypassing settlements. Storage lakes walled. In high waters the part of a drain of the river is dumped in three storage lakes . Data on storage lakes are given. It is showed, that they can extinguish high waters of the river of the security of 1 % in a current of 10 and more days. Technical parameters on three storage lakes, as are resulted: waste expenses, depths, the areas of a mirror of water, volumes, duration of filling etc. Keywords: River Terek, high water, storage lake, dams.
Сулейманов Ильяс Абдулла-Гаджиевич (р. 1951) Заведующий кафедрой ГТС, профессор, кафедры ГТС Дагестанского государственного технического университета. Доктор технических наук (1993). Заслуженный деятель науки (1997). Окончил Дагестанский государственный технический университет (1974).
Основные направления научной деятельности: Теория фильтрационных расчетов в грунтовых сооружениях. Расчеты устойчивости грунтовых откосов. Конструкции и расчеты, технология возведения и организация строительства в области сборных бетонных плотин, Новые конструкции водозаборов горного типа для малых ГЭС. Берегозащитные сооружения. Решение проблем связанных с наводнениями. Автор 139 научных трудов.
Сулейманов Баркат Ильясович (р. 1975) Инженер-проектировщик 1-й категории ООО «Энергострой ЛТД». Окончил Дагестанский государственный технический университет (2001).
Основные направления научной деятельности: Водозаборные сооружения для малых ГЭС. Берегозащитные сооружения. Малые реки и плотины. Автор 20 научных трудов.
+
