CC BY
33скиЕМеропеИшИЯ
НА РЕКАХ ЯКУТИИ: ОБОСНОВАННОМ
И ЭФФЕКТИВНОСТЬ
^ I-■
Никита Иванович Тананаев,
кандидат географических наук, заведующий Игарской геокриологической лабораторией Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН.
Якутию справедливо можно назвать страной великих рек. Одни из них восхищают нас своими размерами, мощью, другие - красотой берегов, тихим течением. Люди всегда тянутся к воде, поэтому так сложилось исторически, что большинство населённых пунктов республики расположены вблизи крупных и средних рек. Вокруг городов и посёлков осваиваются долины рек, пойменные территории: строятся дороги, жилые дома и производственные помещения, земли вовлечены в сельскохозяйственный оборот, вдоль берегов устраиваются водозаборы, причалы, склады, оборудуются набережные. Однако такое соседство не всегда даётся легко. Обычная жизнь реки - движение
Н. И.Тананаев
Река Амга лугами широка, И улыбается Красавица-Амга, Когда её касаются луга, Где на сто га Раскинулись стога.
Амге приятно это торжество, Она сама - живое существо.
Николай Глазков, 1938 г.
воды и наносов, смена фаз гидрологического режима, размыв берегов и изменение русла - становится опасной, когда область воздействия этих процессов пересекается со сферой хозяйственных интересов людей.
Вместе с освоением рек снижается безопасность жизнедеятельности, возрастают размеры прямого и косвенного ущерба от гидрологических процессов. Большое количество населённых пунктов периодически подвергается затоплению в период весеннего половодья, некоторые - почти каждый год. В отдельные годы гидрометеорологическая ситуация, иногда вкупе с неумелыми действиями людей, приводит к тому, что затоплению подвергаются участки долин,
На фото вверху - размыв берега р. Алдан в районе пос. Усть-Татта, 2007г.
Фото Ю. В .Штейна.
Уровень затопления поймы на р. Адыча в районе пос. Бетенгкёс (2008 г.).
деляют два основных направления гидротехнических мероприятий: активное, изменяющее воздействие на речной поток, и пассивное, ограждающее вмешательство в его работу. К первому направлению относится организация различных гидротехнических сооружений, выступающих в русло реки (дамбы, шпоры, полузапруды и плотины), спрямление излучин, выполнение дноуглубительных работ для изменения гидравлической структуры потока. Ко второму направлению можно отнести укрепление участков берега, наиболее подверженных размыву, строительство дамб-дорог. В выполнение гидротехнических мероприятий вкладываются значительные материальные ресурсы, поэтому они должны быть тщательно спроектированы и реализованы. Однако для принятия окончательного решения о выполнении этих мероприятий необходимо ответить на вопрос об оптимальности выбранного проекта, его способности решить поставленные задачи. В этой связи возрастает роль научно-практических разработок, позволяющих на основании натурных данных оценить как современное состояние реки, так и последствия инженерного вмешательства в гидравлику потока, и состояние берега. Научная экспертиза проектов гидротехнических мероприятий, их обоснование с точки зрения существующих научных и технических разработок позволяют оптимально спроектировать необходимые мероприятия, дать прогноз результатов их работы и возможных рисков.
Опыт анализа гидротехнического использования рек указывает на то, что ни одно сооружение, построенное без должного научно-технического обоснования, не выполняет предназначенные ему функции. Так, например, плотины, сооружённые на р. Татта (Центральная Якутия) с целью защиты от подтопления пос. Ытык-Кюёль, были спроектированы неверно, что привело к серии наводнений, крупнейшее из которых произошло в мае 2007 г Неправильная распиловка льда у приверха о. Батамайского в 2001 г. фактически привела кформи-
ранее не затапливавшиеся за весь период наблюдений. Большую роль в этом играют заторные явления, примеры неблагоприятного воздействия которых на слуху не только у жителей республики [1-2]. Процесс размыва рекой своих берегов, естественный по своей сути, становится опасным, когда угрожает береговым сооружениям. Высокая мутность воды ухудшает её качество, повышая затраты на водоподготовку. Донные наносы замывают оголовники водозаборов, заносят затоны и фарватеры, замывают дноуглубительные прорези, затрудняя судоходство.
Для решения перечисленных и других проблем применяются гидротехнические мероприятия. Их задачей является изменение естественного состояния участка русла реки или её долины, призванное обеспечить безопасность хозяйственных объектов и сохранение выгодности использования водных ресурсов. Вы-
Комплексная съёмка берегов р. Алдан (пос. Усть-Татта, 2008 г.).
рованию на этом участке затора на р. Лене и последующему затоплению г Ленска. Инженерное воздействие на русло Средней Лены между Таба-гинским мысом и истоком Городских проток (разработка траншей газопровода Хатассы - Павловск и последовавшая за этим интенсивная добыча песчано-гравийного материала) осложнили прохождение на этом участке ледохода весной 2010 г Это привело к затоплению селитебных и сельскохозяйственных территорий в Хангаласском улусе и формированию максимального за период наблюдений уровня в створе водомерного постаТабага [3].
Практика показывает, что перед планированием и реализацией гидротехнических мероприятий целесообразно проводить полноценные водно-технические изыскания, в том числе использование архивных данных, гидрологические расчёты и русловой анализ [2]. Систематизация информации позволяет подготовить рациональную технологию контроля гидрологических процессов, обобщить имеющийся опыт. Выполнение цикла натурных наблюдений, выработка регламента мониторинга состояния русла и его проведение являются необходимыми предпосылками для прогнозирования русловых деформаций и параметров затопления долины реки. Данные мониторинга являются базовыми для организации мероприятий по регулированию русла с целью закрепления его существующего или проектируемого положения. На их основе также должны составляться правила ведения хозяйственной деятельности в долинах рек. Наиболее современное и перспективное сред-
Проект берегозащитных мероприятий на р. Колыме в районе пос. Зырянка (2005 г.).
Полузапруды на р. Вилюй в районе г. Вилюйска (2009 г.).
ство анализа и прогноза гидрологических процессов - их компьютерное моделирование.
Оптимальным является разделение научной разработки проектов гидротехнических мероприятий на три этапа. Первым и основным звеном научного анализа является сбор натурных данных, получаемых непосредственно на участке реки. Состав полевых исследований может меняться в зависимости от характера реки и планируемых мероприятий, однако чаще всего он включает следующие виды работ.
1. Батиметрическая съёмка русла в бровках поймы. В практике современных изысканий используются программно-аппаратные комплексы, объединяющие спутниковый навигационный приёмник, гидрографический эхолот и портативный компьютер. Результатом съёмки являются карты руслового рельефа, характеризующие его структуру в определённых гидрологических условиях.
2. Комплексная съёмка берегов и участка долины проводится для создания модели рельефа участка долины реки, уточнения гидравлических и гидрогеологических характеристик поймы.
3. Гидрометрические работы включают в себя измерение скоростей течения, уровней и расходов воды, уклонов водной поверхности, определение мутности, характеристик стока взвешенных и влекомых наносов. При необходимости проводятся исследования химического состава речных вод, инструментальные наблюдения за прохождением ледохода.
Результатом первого полевого этапа работ является современная картина гидрологических процессов требуемой степени детальности.
Размыв берегового выступа земснарядом (р. Лена, пос. Табага, 2009 г).
На втором этапе выполняется комплексный гидроморфологический анализ состояния участка реки, обязательно с привлечением архивных материалов и результатов работ предшествующего полевого этапа. Комплекс гидрологических данных используется для определения долговременных и внутригодовых колебаний водности, их роли при проектировании гидротехнических мероприятий. Кроме того, многие строительные нормы содержат указания на предельные величины гидрологических характеристик, используемые для расчёта надёжности сооружений, их «запаса прочности». Основные тенденции развития русла, в свою очередь, могут быть выявлены путём сопоставления и анализа разновременных батиметрических съёмок. Поскольку основные закономерности развития русел в общих чертах известны [5], на базе полученных результатов анализа возможен прогноз реакции речного потока и русла на воздействие различных природных и антропогенных факторов.
В связи с развитием в последние годы вычислительной техники и приёмов математического моделирования гидродинамических процессов третьим этапом исследований всё чаще становится компьютерное моделирование. Оно выполняется для различных условий реализации предлагаемых вариантов гидротехнических мероприятий. Гибкость методики позволяет эмулировать различные ситуации развития событий, связанных с неблагоприятными гидрологическими процессами, подбирать оптимальные варианты проектирования.
К настоящему времени в Республике Саха (Якутия) успешно реализован ряд гидротехнических мероприятий, являющихся примерами детально рассмотренного выше комплексного подхода к их научно-техническому обоснованию.
Использование полузапруд было обосновано для защиты территории г. Вилюйска от размыва береговой черты. При проектировании сооружений в Вилюйске, кроме полевых наблюдений и ретроспективного руслового анализа, было выполнено и компьютерное моделирование потока на участке реки. По его результатам рекомендовано строительство четырёх полузапруд, что поч-
ти полностью изолирует берег от действия потока. В настоящее время сооружения находятся в удовлетворительном техническом состоянии и выполняют свои функции. Однако, в связи с изменением руслового рельефа, необходимо строительство дополнительных шпор ниже по течению реки (для защиты от размыва берега у Вилюйской нефтебазы).
С научным обоснованием выполнены работы по проектированию и строительству берегозащитных мероприятий пос. Зырянка, практически оставшегося без своего Затонского района. Дважды (в 2003 и 2005 гг.) здесь выполнялись промерные работы, а для создания компьютерной модели проводились измерения уклонов водной поверхности. Был рассмотрен целый комплекс мероприятий и с помощью их проверки на модели выбран оптимальный вариант, реализация которого в настоящее время завершается.
Детальный научный анализ для целей проектирования берегозащитных мероприятий был выполнен на участке русла р. Лены в районе пос. Нижний Бестях. Поток реки здесь переваливает к правому коренному берегу, упираясь в высокую (до 30-40 м) надпойменную террасу, сложенную легкоразмываемыми песчаными отложениями. В результате размыв берега стал угрожать береговым строениям. Было принято решение с помощью серии шпор изолировать берег от потока. В настоящее время эти сооружения находятся в ненадлежащем состоянии, но пока выполняют свою функцию. Однако почти за 20 лет с момента их возведения очертания потока реки на данном участке изменились. Фронт размыва сместился вниз на 1,0 - 1,5 км и разрушает уступ низкой поймы. Выполнены исследования к новому проекту бере-гозащиты, включающему как восстановление ранее построенных сооружений, так и возведение новых. Эта задача приобретает дополнительную важность в связи с планами строительства в Нижнем Бестяхе крупного перевалочного порта с выходом на железнодорожную Амуро-Якутскую магистраль.
В связи с риском затопления строений пос. Берди-гестях после возможного разрушения защищающей посёлок плотины на р. Матта выполнены работы по расчёту такой опасности на основе компьютерной модели. Исследования показали, что необходима разработка мероприятий по защите затопляемых территорий посёлка либо строительство дополнительного (резервного) водосброса на пропуск расходов 70 - 80 м3/с при НПУ (нормальном подпорном уровне). Это обеспечит поддержание НПУ при расходах до 0,1% обеспеченности (раз в 1000 лет), исключит возможность переполнения водохранилища или необходимость длительной форсировки уровней.
После произошедшего в 2008 г. наводнения на р. Адыча, когда было практически полностью затоплено с. Бетенгкёс, выполнялись исследования для создания проекта инженерной защиты этого села от затоплений. На основе предварительных изысканий рассмотрено
влияние различных факторов на формирование необычно высокой волны летнего дождевого паводка, предложены меры по предотвращению экстремального подъёма уровня воды.
Неверно говорить, что река не прощает гидротехникам их ошибок. Река живёт своей жизнью, которую мы ещё не до конца научились предугадывать, а тем более изменять согласно своим понятиям и запросам. В настоящее время в Республике Саха (Якутия) планируются обширные гидротехнические мероприятия, разработка которых по принципу «и так сойдёт!» не только не предупредит возможные неблагоприятные эффекты, но и может стать причиной гораздо более пагубных последствий. Основные причины, по которым научные подходы с трудом приживаются, не оригинальны - это недостаток квалифицированных кадров, несистематичность деятельности отдельных ведомств в области предотвращения последствий опасных гидрологических процессов. Необходимо проводить целенаправленную политику по подготовке инженеров-гидрологов и гидротехников, например в Северо-Восточном федеральном университете им. М. К. Аммосова, развитие изыскательской и гидротехнической школы в Якутском институте водного транспорта. Кроме того, необходимо создать централизованную научно-техническую группу, возможно, при Якутском научном центре СО РАН, которая бы занималась научной экспертизой проектов гидротехнических мероприятий.
Эта статья посвящается памяти моего учителя и коллеги по работе на реках Республики Саха (Якутия), старшего научного сотрудника научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов им. Н. И. Маккавеева географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова, кандидата географических наук Александра Александровича Зайцева.
Список литературы
1. Кильмянинов, В. В. Заторы - ледовые монстры рек Якутии / В. В. Кильмянинов, В. М. Тазатинов, В. В. Шепелёв // Наука и техника в Якутии. - 2001. -№1.-С. 36-40.
2. Ноговицын, Д. Д. К вопросу о прогнозировании заторных явлений на р. Лене / Д. Д. Ноговицын, В. В. Кильмянинов//Наука и техника в Якутии. - 2007. -№1 (12).-С. 19-24.
3. Кильмянинов, В. В. О масштабах и прогнозах наводнений на р. Лене /В. В. Кильмянинов //Наука и техника в Якутии. -2011.-№1 (20). - С. 19-22.
4. Васильев, А. В. Водно-технические изыскания / А. В. Васильев, С. В. Шмидт. - Л. : Гидрометеоиздат, 1987.-357 с.
5. Чалов, Р. С. Русловедение: теория, география, практика/Р. С. Чалов. - М.: Изд-во ЛКИ, 2008. -Т. 1.608 с.
Алексеев Владимир. Мы живём на вечной мерзлоте: научно-популярное издание / Владимир Алексеев ; [отв. ред. Р. В. Чжан]; Рос. акад. наук, Сиб. отд-ние, Ин-т мерзлотоведения им. П. И. Мельникова. - Якутск : Изд-во Ин-та мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН.-36 с.: ил.-Библиогр.: с. 33-34.
Две трети территории России сложено многолетнемёрзлыми горными породами - вечной мерзлотой. Здесь холод - царь. Здесь, в горах и на равнинах, в тайге и тундре, трудно ходить, но легко дышится. Для любознательных людей - это мир сказок, тайн, загадок и открытий. Автор брошюры, известный сибирский географ, в увлекательной популярной форме рассказывает о характерных явлениях природы, с которыми ежедневно сталкиваются жители северных и восточных районов нашей страны.
Для широкого круга читателей.
Vladimir Alekseyev. We Live on Permafrost. Popular scientific publication. Title editor R.V. Zhang. - Yakutsk: Permafrost Institute SB RAS Press, 2011. -36 pp., 24 ills.
Two-thirds of Russia's territory are comprised of perennially frozen ground, i.e. permafrost. Icy cold rules here, it is the Tsar here, in the mountains and on the plains, in the taiga and tundra, where one has difficulty in walking but the atmosphere is more congenial for breathing here. For those with inquisitive mind, it is the world of fairy-tales, mysteries, riddles and discoveries. The author of this booklet is an eminent Siberian geographer; he offers his captivating narrative, written in apopularform, introducing the reader to intrinsic phenomena of nature which residents of this country's northern and eastern areas are experiencing every day.
For a wide range of readers.
