CC BY
186
Волковская Н.П. Наводнения на реках Омской области // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. - 2017. -№1 (8) январь - март. - URL http://e-joumal.omgau.rU/index.php/2017/1/35-statya-2017-1/741-00271. -ISSN 2413-4066
УДК 556.166
Волковская Наталья Петровна
Начальник отдела гидрологических прогнозов ГМЦ ФГБУ «Обь-Иртышское УГМС», г. Омск [email protected]
Наводнения на реках Омской области
Аннотация. Основными природными катаклизмами в Омской области являются наводнения. Наводнения на реках области причиняют значительный материальный ущерб и наблюдаются во время весеннего половодья. Работа посвящена изучению особенностей условий формирования наводнений на реках Омской области. Для анализа использовались режимные гидрометеорологические данные за период 1891 - 2016 гг. На формирование наводнения на р. Иртыш до г. Тара оказывают влияние водохранилища Верхне-Иртышских ГЭС. С введением в эксплуатацию Верхне-Иртышских ГЭС водохранилищ количество весенних заторов льда сократилось у г. Омск и увеличилось на участке от Карташево до Тары. Осреднённый за многолетие максимальный годовой уровень снизился в сравнении с естественными условиями на 8-9 %, а у г. Омск - даже на 36 %. Коэффициенты вариации максимального уровня снизилась незначительно (со значений 0,11-0,22 до 0,10-0,19) у постов Черлак и Тара. У Омска коэффициент вариации претерпел значительные изменения, увеличившись от 0,24 до 0,31, что связано ещё и с местным антропогенным изменением. В статье описаны примеры катастрофического и выдающегося наводнений. Изучение факторов, влияющих на формирование наводнения, позволяет скорректировать методики гидрологических прогнозов. Изучение факторов, влияющих на формирование наводнений, позволяет сделать вывод, что только при совмещении факторов: переувлажнении почвы с осени (на 50-100 % от нормы), значительном запасе воды в снеге перед началом снеготаяния (превышающих норму на 20-140 % от нормы) и больше обычных весенних осадках (на 30100 % и более) в сочетании с интенсивным потеплением приводит к катастрофическим и значительным наводнениям на реках Омской области.
Ключевые слова: наводнение, Иртыш, весеннее половодье, гидрометеорологические факторы, зарегулированность режима реки, каскад водохранилищ.
Введение
Основными природными катаклизмами в Омской области являются наводнения. В пределах Омской области расположен бассейн одной из крупнейших рек России - Иртыша. Наводнения на реках причиняют значительный материальный ущерб и приводят к человеческим жертвам. В годы с высоким половодьем уровни воды на р. Иртыш и ее притоках поднимаются на 3-7 м. Каждый дополнительный метр подъёма уровня в условиях плоского рельефа приводит к затоплению обширных территорий, к ухудшению естественного дренирования, к увеличению заболачивания.
Целью статьи является изучение особенностей условий формирования наводнений на реках Омской области на основе данных наблюдений за многолетний период.
Объект и методы исследования
Объектом исследования стали реки Омской области. Особо подробно рассмотрены условия формирования наводнений на реке Иртыш, крупнейшей реке региона.
Для анализа наводнений использовались режимные гидрометеорологические данные за уровнями воды в реке для периода 1891-2016 гг., хранящиеся в фонде данных ФГБУ «Обь-Иртышское УГМС».
Река Иртыш зарегулирована Верхне-Иртышским каскадом водохранилищ. Поэтому из длительного ряда наблюдений за уровнями воды выбирались два периода: до строительства гидроузла с естественным водным режимом и после строительства с режимом в зарегулированных условиях.
Совместный анализ рядов максимальных уровней Иртыша по посту Омск производился для периода наблюдений 1924-2016 гг., со времени переноса гидрологического поста Омск на 7,3 км ниже впадения р. Омь от её устья в 1924 г.
Применялись методы математической статистики гидрологических рядов [1].
Анализ катастрофических и выдающихся половодий проведён в настоящее время на основе хранящихся в фонде данных ФГБУ «Обь-Иртышское УГМС» материалах: наблюдённых данных и рабочих материалов, в сравнении со среднеми за многолетние ряды гидрометеорологическими данными, принятыми для анализа при выпуске гидрологических прогнозов. Данные по материальному ущербу от наводнений приведены из каталога опасных гидрологических явлений хранящихся в ФГБУ «Обь-Иртышское УГМС».
Обсуждение результатов исследования
Экстремально высокий уровень половодий вызывается сочетанием следующих условий: дождливая осень, суровая зима, большое снегонакопление, запоздалая холодная весна или же ранняя весна, но очень дружная с большим количеством осадков, резкое установление теплой погоды. В этом случае формируется наводнение в результате интенсивного притока талых и дождевых вод.
Иртыш течет в субмеридиональном направлении, в связи с чем увеличивается вероятность образования заторов льда. Вследствие более раннего наступления весны на юге, волна паводка, перемещаясь на север, взламывает прочный ледовый покров [2,3]. Часто заторы льда образуются на одних и тех же участках Иртыша, что связанно с геоморфологическими особенностями строения речного русла: наличием крутых излучин, островов, сужений, порогов. На притоках Иртыша по северу Омской области максимальные уровни воды часто наблюдаются уже после окончания ледохода и имеют снежно-дождевое происхождение.
Степень влияния каждого из перечисленных факторов формирования половодья варьирует по территории и во времени. Например, в одних случаях наводнения в основном связаны с накоплением в течение продолжительной сибирской зимы больших запасов воды в снежном покрове в сочетании с высоким предзимним увлажнением бассейна. В других случаях определяющее влияние оказывает выпадение обильных осадков в период снеготаяния, или дружная весна, когда интенсивно поступает талая вода в русла рек по еще промерзшей водонепроницаемой почве. При наличии большой толщины льда на Иртыше из-за продолжительной холодной зимы (или длительного бесснежного начала зимы) и ранней весны в верховьях, при разрушении ледяного покрова формируются заторы льда приводящие к резкому подъему уровня воды. Если совмещаются факторы, благоприятные для высокой водности и образования заторов льда, наблюдаются наводнения, попадающие в разряд катастрофических. По вероятности наступления события - максимального уровня воды -обычно выделяют наиболее редкие катастрофические наводнения с обеспеченностью менее 1 %, менее редкие выдающиеся наводнения с обеспеченностью от 1 до 10 %, и довольно часто встречающиеся высокие наводнения с обеспеченностью от 10 до 25 % [4].
Сильное влияние на наводнение оказывают водохранилища Верхне-Иртышских ГЭС, расположенные на территории Республики Казахстан и распространяющие свое влияние на
Иртыше до г. Тара. На р. Иртыш сток зарегулирован тремя водохранилищами: Бухтарминским (заполнение и пуск произведены в 1960-1966 гг.), Усть-Каменогорским (заполнено в 1952-1954 гг., выход на полную мощность в 1966 г.), Шульбинским (начало строительства - 1976 г., введено в эксплуатацию в 1987-1994 гг.). Так, при естественном режиме и до введения в эксплуатацию Бухтарминской и Усть-Каменогорской ГЭС с 1891 по 1968 гг. у г. Омск максимальные годовые уровни воды наблюдались во время вскрытия, с элементами заторов, в среднем один раз в 3-4 года, после - весенние заторы льда на данном участке больше не образуются. Ниже Омска по течению вероятность образования заторов существенно возрастает. На участке от Карташево до Тары с 1968 г. заторы льда весной стали наблюдаться в среднем один раз за 11 лет. Здесь наибольшую опасность представляют наводнения от талых вод при вскрытии с элементами затора с подъемом уровней на 3-4 м. а)
800
300 200 100 0
1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010
б)
0
1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010
в)
800
0
1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010
Рис. 1. Многолетний ход максимальных уровней воды Омск (уровни воды даны в сантиметрах над нулем водомерного поста).
Главная цель введения в эксплуатацию Шульбинской ГЭС - оптимизация попусков воды на Павлодарскую и Омскую поймы, у которых не обеспечиваются режимы продолжительности стояния воды и достижения необходимой площади затопления поймы. Поэтому регулирование стока со стороны Шульбинской ГЭС распространяется в основном только на период половодья [5]. За период регулярных наблюдений за уровнем воды в Иртыше у г. Омск наводнения относящиеся к разряду катастрофических и выдающихся наблюдались в 1891, 1892, 1898, 1902, 1903, 1913, 1914, 1919, 1928, 1931, 1937, 1941, 1948, 1957, 1958 гг., уровни поднимались до 486 - 638 см над отметкой нуля поста. С вводом в эксплуатацию Верхне-Иртышских ГЭС произошли существенные изменения высоты максимального уровня воды в фазу половодья. Так, максимальные уровни воды в зарегулированный период снизились до 458 см, что наглядно проявляется на хронологических графиках максимального уровня воды (рис. 1б). Ход максимальных годовых уровней воды на Иртыше у р.п. Черлак и у г. Тара также изменился (рис. 1а,в).
Таблица 1.
Многолетние характеристики максимального уровня в естественных и зарегулированных условиях на р. Иртыш на постах Черлак, Омск, Тара
(*N - число наблюдений; Н - средний многолетний максимальный уровень воды; оХ -относительная погрешность выборочного среднего максимального уровня, о - среднее квадратическое отклонение ряда максимальных уровней; Су - коэффициент вариации выборочного максимального уровня; оСу - относительная погрешность коэффициента
вариации; АН - изменение максимального уровня
пост период ^ Н, см оХ, % о, см СУ оСу, % АН, см АН, %
Черлак Естественные условия (19241959 гг.) 31 595 2,01 66 0.11 0.13 -45 -8
Зарегулированные условия (1960-2016 гг.) 57 550 1,31 54 0.10 0.09
Омск Естественные условия (19291959 гг.) 36 403 4,08 99 0.24 0.12 -147 -36
Зарегулированные условия (1960-2016 гг.) 57 256 4,06 78 0.31 0.10
Тара Естественные условия (18911959 гг.) 65 507 2,73 112 0.22 0.09 -45 -9
Зарегулированные условия (1960-2016 гг.) 57 462 2,57 90 0.19 0.10
Среднее многолетнее значение максимального за год уровня снизилось в сравнении с естественными условиями на 8-9 % на постах в Черлаке и Таре, у Омска на 36 % (табл. 1). Вариация максимального уровня снизилась незначительно (с 0,11-0,22 до 0,10-0,19) у постов Черлак и Тара. У Омска коэффициент вариации претерпел значительные изменения, увеличившись от 0,24 до 0,31, что связано ещё и с местным антропогенным изменением -просадкой уровней воды из-за массовой добычи песка из русла. В 2010 г. начато строительство Омского гидроузла ниже г. Омск на 1813 км от устья Иртыша, одной из главных целей которого является создание благоприятных условий для работы речного транспорта и ликвидация просадки уровня воды в пределах зоны влияния руслового водохранилища [6].
Суммарный ущерб от наводнений увеличивается, если наводнения повторяются часто и охватывают одновременно обширную территорию из-за сочетания всех или большинства факторов, вызывающих наводнения. При этом наблюдаемые заторы льда в Иртыше создают неравномерность подъемов уровней воды на их общем высоком фоне. По этой причине на разных участках реки могут наблюдаться как высокие, так и выдающиеся, а так же катастрофические наводнения.
В качестве примера катастрофического и выдающегося наводнения, охватившего Иртыш с притоками в пределах Омской области, рассмотрим половодье 1941 года. Это наводнение охватило территории двух крупнейших бассейнов Сибири - Оби и Енисея [4]. На реках Омской области были отмечены экстремально высокие максимальные уровни воды. На реках Тара и Иртыш (на участке от с. Тевриз до с. Усть-Ишим) при прохождении весеннего половодья зафиксированы самые высокие уровни за период наблюдений с 1891 г. На Иртыше от Черлака до Тары наблюдались уровни обеспеченностью 3-10 %.
В Омской области наводнению предшествовала дождливая осень с количеством осадков выше нормы на 50-70 % по всей территории области, кроме северных районов. Зима характеризовалась как теплая с интенсивной циклонической деятельностью. Запасы воды в снеге перед началом снеготаяния достигали 150-240 % от нормы. Весна в отличие от зимы была холодной, и характеризовалась выпадением большого количества осадков (130200 % от нормы). В апреле преобладала антициклональная деятельность с резкой сменой погоды в центральной и северной частях области из-за вторжения циклонов. Синоптические процессы в мае отличались резкими изменениями погоды. Циклоническая деятельность арктического фронта сменилась антициклональной с выносом тёплых воздушных масс несколько раз. Переход температуры воздуха через 0 оС произошёл в поздние сроки (по центральным и северным районам в третьей декаде мая), потепление было интенсивным.
С мая по июнь 1941 г. в г. Омск были подтоплены жилые кварталы в Ленинск-Омском, луговая часть на правом берегу р. Оми, Ленинский проспект, левобережье р. Оми до улиц Новая и Республики, подтоплена городская ветка железной дороги, лесоперевалочная база железной дороги, пристани, частично бывшая крепость. В г. Тара подтопления жилых домов в набережной части города, пристани, складов, мастерских, Заготзерна, Заготсена, Нефтебазы отмечались с апреля по первую декаду июля. Наводнение привело к частичному, а для некоторых объектов и сооружений полному разрушению и затоплению.
Весеннее половодье 2016 г. также является примером выдающегося события, которое сформировалось на всей территории Омской области повторно, после высокого весеннего половодья 2015 г., одновременно с территорией бассейна р. Тобола. На р. Ишим у с. Орехово максимальный уровень воды оказался наивысший за период наблюдений (с 1949 г.). На Иртыше от Тары до Усть-Ишима наблюдалось выдающиеся наводнение с уровнями воды обеспеченностью от 4 до 8 %, на реках Иртыш (на участке от Черлака до Омска), Тара, Шиш наблюдались высокое наводнение с обеспеченностью уровней 12-20%.
Наводнению предшествовала дождливая осень со значительным переувлажнением метрового слоя почвы (на 90-100 % больше нормы) по всей территории области, кроме северных районов. Теплая зима, с активной циклонической деятельностью в декабре и феврале, с большим количеством осадков. Запасы воды в снеге перед началом снеготаяния достигали 120-220 % от нормы. Весна выдалась ранняя и дождливая. Переход среднесуточной температуры воздуха через 0 оС в сторону повышения в большинстве районов области осуществился раньше на 2 недели, в центральных и юго-западных районах - на 3 недели раньше многолетних сроков. В период снеготаяния на большей территории области выпало осадков больше нормы (от 1 до 3,7 норм). В первой декаде апреля в северных районах выпало 3-7 декадных норм осадков.
В условиях дружного снеготаяния (снег сошел в основном за 10-16 дней) возникли благоприятные условия для поверхностного стока. Были подтоплены талыми водами пониженные участки рельефа в 17 районах Омской области. На реках севера области формирование максимума произошло раньше среднемноголетних дат до 24-х дней. Были размыты дороги, нарушено транспортное сообщение, затруднено передвижение по территории, отмечалось подтопление садовых участков и жилых домов.
В зону подтопления от рек Иртыш, Тара, Ишим попали сотни жилых домов и более тысячи приусадебных участков в 7-ми районах Омской области.
Во второй половине июня - июле наблюдался повторный подъем уровня воды в Иртыше на участке до г. Тара от увеличения объема попусков Верхне-Иртышских
водохранилищ, переполнившихся от выпавших в горах дождей. Поэтому на р. Иртыш у г. Тара вода с поймы сошла только во второй половине августа.
Наводнения, охватывающие отдельные участки рек или реки на ограниченной территории, на общем фоне средних или низких подъемов воды наблюдаются значительно чаще. Так, только с 2000 г. в Омской области высокие уровни достигались на следующих участках бассейна Иртыша. Весеннее половодье 2002 г было высоким на участке Иртыша у г. Тара и его притоках (Тара, Уй, Шиш). В 2007 и 2015 гг. повышения уровней отсечены по северу Омской области на реках Иртыш (на участке от Тевриза до Усть-Ишима), Оша, Тара, Уй, Шиш, Большой Аев, Ишим. На оз. Ик у с. Крутинка в 2007 г. высший уровень превысил максимумы за период наблюдений с 1950 г. В 2015 г. был превышен максимальный уровень за период наблюдений с 1957 г. на реке Шиш.
В летний период при формировании летне-осенней межени на реках Тара, Уй, Шиш, Туй, Большой Аёв наблюдаются дождевые паводки, отличающиеся локальностью территориального распределения. Дождевые паводки в отдельные годы вызывают значительный подъем уровней воды (до 2.5 м.) на р. Тара, но не превышают уровни весеннего половодья. На реках Уй, Большой Аёв, Шиш, Туй подъемы уровней воды от дождей достигают 0.7-7.2 м и в отдельные годы превышают максимум половодья. В 1962 году на реках Уй и Шиш и в 1992 году на р. Большой Аёв дождевые паводки наложились на спад уровней позднего затянувшегося весеннего половодья. При этом во всех случаях максимальные уровни не превышают осредненную за многолетний период или близки к ней.
Наводнения природно-антропогенного характера вызваны сбросами воды при ликвидации угрозы переполнения водохранилищ. В июне 2001 г. на участке Иртыша от с. Татарка до г. Омск из-за увеличения периода повышенных обводнительных попусков Шульбинской ГЭС от ранее запланированного, сформировались высокие уровни. В зоне подтопления оказался поселок Затон Черлакского района и садовые участки в г. Омск.
Летом 2016 г. после формирования максимума весеннего половодья на Иртыше для предотвращения переполнения Верхнее-Иртышских водохранилищ, вызванного дождями, были увеличены сбросы в нижние бьефы всех трёх плотин. По сведению Республиканского Государственного Предприятия Казгидромет причиной явилось интенсивное увеличение объемов воды, поступающей в р. Черный Иртыш со стороны КНР. С 21 июня по 5 июля сбросы Шульбинской ГЭС достигали 1920-3000 м3/с. Летний паводок 2016 г. в Омской области не привёл к подтоплениям. Подъем уровней воды составил 0,2-0,9 м на участке от с. Татарка до г. Тара и не достиг высоты весеннего половодья.
Выводы
Наводнения на реках Омской области наблюдаются во время весеннего половодья. Анализ наводнений показал, что степень влияния каждого из перечисленных факторов формирования половодья изменяется по территории и во времени. На правых притоках Иртыша (Шиш, Уй, Туй) возрастает роль дождевых паводков. На формирование наводнения на р. Иртыш оказывают влияние водохранилища Верхне-Иртышских ГЭС, расположенные на территории Республики Казахстан и распространяющие свое влияние на Иртыше до г. Тара. Количество весенних заторов сократилось у г. Омск и увеличилось на участке от Карташово до Тары. Осредненный за многолетие максимальный годовой уровень снизился в сравнении с естественными условиями на 8-9 %, а у г. Омск - даже на 36 %. Коэффициенты вариации максимального уровня снизились незначительно (со значений 0,11-0,22 до 0,100,19) у постов Черлак и Тара. У Омска коэффициент вариации претерпел значительные изменения, увеличившись от 0,24 до 0,31, что связано ещё и с местным антропогенным изменением. В статье описаны примеры катастрофического и выдающегося наводнений. Изучение факторов, влияющих на формирование наводнений, позволяет сделать вывод, что только при совмещении факторов: переувлажнении почвы с осени (на 50-100 % от нормы), значительном запасе воды в снеге перед началом снеготаяния (превышающих норму на 20140 % от нормы) и больше обычных весенних осадках (на 30-100 % и более) в сочетании с
интенсивным потеплением приводит к катастрофическим и значительным наводнениям на реках Омской области.
Ссылки на источники:
1. Рождественский А.В., Чеботарев А.И. Статистические методы в гидрологии. Л.; Гидро-метеоиздат, 1974. - 424 с.
2. Бузин В.А. Заторы льда и заторные наводнения на реках. Санкт-Петербург: Гидрометео-издат, 2005. 203 с.
3. Линслей Р., Колер М., Паулюс Д. Прикладная гидрология, - Л.: Гидрометеоиздат, 1962 -759 с.
4. Бураков Д.А., Авдеева Ю.В., Космакова В.Ф. Наводнения в бассейнах Сибири. Сборник трудов СибНИГМИ, 2006, вып. 105 «Гидрометеорология Сибири».
5. Романова Ю.А. Водохозяйственный комплекс бассейна реки Иртыш в условиях перераспределения речного стока выше трансграничных створов: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - М., 2013 - 25 с.
6. Инвестиционный паспорт омской области.URL.:http://invest.arvd.ru/project/4 (дата обращения 16.01.2017.6).
Natalya Volkovskaya
Head of hydrological forecasts HMC FGBI "Ob-Irtysh DHEM", Omsk
Flooding on the rivers of the Omsk region
Abstract. The main natural disasters in the Omsk region are floods. Floods in the rivers of the area are causing considerable material damage and observed during the spring flood. The research effort studies the characteristics of the formation conditions of the floods on the rivers of the Omsk region. Used for the analysis hydrometeorological data for the period of 1891-2016. The formation of floods on the river Irtysh to town Tara influence Reservoir Upper-Irtysh HPPs. With the commissioning of the Upper-Irtysh hydroelectric reservoirs number of spring congestion decreased in Omsk and has increased in the area from Kartasheva to Tara. Averaged over the multitude of years the maximum annual rate decreased in comparison with the natural conditions of 8-9%, and in Omsk - even at 36%. The maximum level of variation decreased slightly (from 0.11-0.22 to 0.100.19) in locality Cherlak and Tara. Coefficient of variation in Omsk has undergone significant changes, an increase from 0.24 to 0.31, which is associated more with local anthropogenic change. Described examples of catastrophic floods and outstanding. The study of the factors influencing the formation of the flood, leads to the conclusion that only when the combination of factors: overwetting the soil in the autumn of (on 50-100% of the norm), a significant stock of water in the snow before the snowmelt (exceeding the norm on 20-140% of normal ) and more normal spring precipitation (on 30-100% or more) in combination with intensive warming it leads to flooding in catastrophic and significant flooding in the rivers of the Omsk region.
Keywords: flood, Irtysh river, spring floods, hydrometeorological factors, the regulation regime of the river, the cascade of reservoirs.
