Научная статья на тему 'Предотвращение вредного воздействия вод реки Лена: оценка рисков затопления и анализ ущербов на примере города Киренска Иркутской области'

Предотвращение вредного воздействия вод реки Лена: оценка рисков затопления и анализ ущербов на примере города Киренска Иркутской области Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
306
71
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СТОК / RUNOFF / РЕЧНЫЕ НАВОДНЕНИЯ / RIVER FLOODS / ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЦ ЗОН ЗАТОПЛЕНИЯ / DELIMITATION OF FLOOD ZONES / УЩЕРБЫ / DAMAGES

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Галахов Владимир Прокопьевич, Кошелева Евгения Дмитриевна, Вагнер Анна Александровна

В статье проведен анализ причин наводнений в г. Киренске. Рассчитаны зоны затоплений для наводнений различной обеспеченности. Сделано компьютерное моделирование наводнений. Предложены пути предотвращения вредного воздействия р. Лена.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Галахов Владимир Прокопьевич, Кошелева Евгения Дмитриевна, Вагнер Анна Александровна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PREVENTION OF LENA RIVER NEGATIVE EFFECTS: FLOOD RISK ASSESSMENT AND DAMAGE ANALYSIS (BY THE EXAMPLE OF KIRENSK, IRKUTSK OBLAST’)

The paper presents the cause analysis of floods in Kirensk town. Flooding zones for various flood probability are calculated. Computer-based modeling of floods is executed. Ways for prevention of harmful effects of Lena River are proposed.

Текст научной работы на тему «Предотвращение вредного воздействия вод реки Лена: оценка рисков затопления и анализ ущербов на примере города Киренска Иркутской области»

УДК 504.05

ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ВРЕДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВОД РЕКИ ЛЕНА: ОЦЕНКА РИСКОВ ЗАТОПЛЕНИЯ И АНАЛИЗ УЩЕРБОВ НА ПРИМЕРЕ ГОРОДА КИРЕНСКА ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ

В.П. Галахов, Е.Д. Кошелева, А.А. Вагнер

Институт водных и экологических проблем СО РАН, г. Барнаул E-mail: [email protected], [email protected], [email protected]

В статье проведен анализ причин наводнений в г. Киренске. Рассчитаны зоны затоплений для наводнений различной обеспеченности. Сделано компьютерное моделирование наводнений. Предложены пути предотвращения вредного воздействия р. Лена.

Ключевые слова: сток, речные наводнения, определение границ зон затопления, ущербы.

В 2001 г. в Республике Якутия от наводнения пострадали населенные пункты десяти административных районов, в том числе город Якутск и его пригородные поселки. Некоторые населенные пункты, такие как город Ленск, были затоплены полностью. Было разрушено 3489 домов, 704 сельскохозяйственных объектов, десятки мостов, более 4 тысяч объектов тепло-, водо-, электро-, нефте- и газоснабжения. Большие потери были зафиксированы в г. Киренск, где под водой оказались 1800 домов, две школы, аэропорт и другие объекты инфраструктуры.

В рамках государственного контракта «Исследование водного режима и русловых процессов реки Лена, разработка научно обоснованных рекомендаций и мероприятий по предотвращению вредного воздействия вод и противопаводковой защите» (2012-2014), выполняемого ИВЭП СО РАН, МГУ, ОАО «Госземкадастрсъемка», Иркутским УГМС, проведено рекогносцировочное обследование населенных пунктов и гидротехнических сооружений в пределах пойменно-руслового комплекса реки Лена, расположенных в 14-ти административных субъектах Иркутской области и Республики Саха (Якутия) [1].

Негативное воздействие вод Лены на 160 населенных пунктов было зафиксировано в 2013 г. специалистами инженерно-геодезических, гидрометрический изысканий и оценено ими с помощью разработанной А.С. Завадским (МГУ), И.М. Андросовым (Ленское БВУ, Якутск) 4-балльной шкалы степени опасности негативных явлений: от 0 (отсутствие опасности) до 3 (максимальная опасность) [2]. Для населенных пунктов учтено два вида угроз: затопление населенного пункта в период многоводной фазы водного режима и негативное воздействие русловых переформирований. Критерием степени опасности послужила частота данного события за определенный период для рассмотренных населенных пунктов (табл. 1).

В процессе проведения рекогносцировочных обследований были проинформированы местные органы власти и структуры МЧС о проводимых работах, а также об основных задачах данного исследования. Было получено комплексное представление о современных гидроэкологических и водохозяйственных проблемах в пределах пойменно-руслового комплекса реки Лена.

Таблица 1

Балльная система оценки степени опасности негативного воздействия вод на населенные пункты [2] и сравнение опасности затопления с вероятностью события

Балл Затопление (подтопление) населенного пункта или его отдельных частей Русловые процессы: характеристика опасности

характеристика опасности вероятность события, %

0 отсутствует 0 отсутствует

1 2 3 редкое (1 раз в 10-20 лет) периодическое (1 раз в 3-10 лет) регулярное (1 раз в 1-3 года) 5-10 10-33,3 33,3-100 наличие потенциальной опасности развития негативных русловых деформаций в среднесрочной перспективе (до 25 лет) или существующий слабый (до 0,5 м/год) размыв берега в пределах селитебных территорий наличие реальной угрозы разрушения хозяйственных и жилых построек (коммуникаций) в ближайшие 5-10 лет, вызванной негативными русловыми деформациями в непосредственной близости от границ населенного пункта существующий интенсивный размыв берега (более 1 м/год) в пределах селитебных территорий, в настоящее время угрожающий жилым и хозяйственным постройкам (коммуникациям)

Для проведения мероприятий, направленных на минимизацию ущербов от последующих наводнений на р. Лена были выполнены научно-исследовательские работы в 160 населенных пунктов [3], включающие в себя:

- анализ прошедших наводнений для определения затапливаемых территорий;

- сбор гидрологической, морфомет-рической информации, сведения о застройке, инфраструктуре и других данных на затапливаемых территориях;

- компьютерное моделирование затопления территории при различных уровнях обеспеченности;

- расчет ущербов;

- выработка рекомендаций по проведению мероприятий, направленных на минимизацию ущербов от наводнений.

В качестве примера рассмотрен г. Киренск (Киренский район, Иркутская область). Это один из населенных пунктов в пределах пойменно-русло-вого комплекса реки Лена. Для него приведены результаты расчетов зон затопления, ущербов и анализ рисков. По результатам рекогносцировочного обследования Киренску была присвоена степень опасности затопления - 2 балла, т.е. периодическое затопление или под-

топление территории. Степень опасности негативного воздействия вод на русловые процессы для данного населенного пункта равна 1 баллу (см. табл. 1). Выполненное в 2014 г. ГИС-моделирование позволило с учетом топографии точно установить границы зон затопления, определить площади затопления и конкретные объемы жилого и хозяйственного фонда, подверженного воздействию при 1, 3 и 5 % значениях обеспеченности половодья.

Анализ причин наводнения в г. Киренске

Катастрофическое наводнение 2001 г. на р. Лена было вызвано совпадением нескольких природных явлений:

1. Температура воздуха зимой 20002001 гг. во многих районах Якутии достигала минус 60 °С и держалась длительное время. Это обусловило увеличение толщины льда в отдельных местах на р. Лене в 1,5-2 раза выше среднего значения, что впоследствии привело к многочисленным заторам льда.

2. Обильные мартовские осадки привели к увеличению запасов снега, которые местами превышали средне-многолетние значения почти в 3 раза.

3. В период начала половодья 9-11 мая на значительной территории бас-

сейна р. Лена наблюдались аномально жаркая погода с превышением значения +30 °С для дневных температур, что вызвало резкое увеличение поверхностного стока.

4. Вслед за жаркой погодой прошли обильные дожди, с превышением декадных норм осадков по некоторым районам до 7 раз, также значительно увеличившие поступление воды к началу пика паводка.

В условиях врезанного или адаптированного русла Лены, которое характерно для верхнего участка (в пределах Иркутской области), и части среднего течения (в пределах Республики Саха (Якутия)) исторически жилые поселения основывались на высоких пойменных ступенях, редко подвергаемых затоплению. Исключениями являются крупные населенные пункты, такие как Качуг, Усть-Кут, Киренск и др., которые в процессе роста числа жителей и расширения своих административных границ постепенно занимали хозяйственными и жилыми постройками более низкие гипсометрические уровни, подвергая тем самым большей угрозе районы новой застройки.

В Киренске 14 мая 2001 г. был зафиксирован уровень воды в 737 см водомерного поста (превышение опасной отметки на 167 см). На момент пика половодья около 80 % территории города находилось под водой, в том числе кроме жилых кварталов: аэропорт, нефтебаза и склад с запасами угля. Уровень воды 23 мая опустился ниже выхода на пойму (563 см), реки Лена и Киренга вошли в русло. До этого сильные наводнения в г. Киренске наблюдались в 1915, 1933, 1937, 1953, 1966, 1967, 1983, 1984 гг.

Особенности гидрологического режима р. Лена и морфологии в окрестностях г. Киренска

Центральная часть г. Киренска расположена на острове, представляющим собой останец 2-й надпойменной терра-

сы с примкнувшими к ней (в верхней и нижней частях) фрагментами пойменных массивов. На обширной Ленско-Киренгской пойме размещаются деревни Кривошапкино, Глины, Повороты, Коммуна и многочисленные постройки, относящиеся к Киренску, в т.ч. Хабарова и Балахня, аэропорт и ряд коммуникаций. На правом берегу Киренги и Лены расположены поселки Гарь и Сидорова, а ниже по течению - пос. Бубнов-ка (рис. 1).

Город находится на одном из самых морфологически сложных участков верхней Лены. Здесь впадает один из крупных правобережных притоков -река Киренга. Дно речной долины сначала расширяется до 6-7 км, а затем сужается до 1,2 км (в створе города). У острова Монастырского вновь происходит котловинообразное расширение долины до 2 км и ее последующее сужение у с. Бубновка до 1 км. Ширина русла в разветвлении у города достигает 2,5 км, включая острова. При длине 3 км разветвление имеет почти округлую форму в плане. Существование этого разветвления создает опасность возникновения затора льда.

Необходимо отметить, что к особенностям вскрытия Лены относится довольно быстрое продвижение волны вскрытия в среднем ее течении в случае затяжной весны в верховьях реки (1958, 1960) и, наоборот, при интенсивном формировании весеннего паводка в верховьях Лены (1946, 2001) происходит задержка вскрытия реки в ее среднем течении; движение кромки ледохода замедляется в связи с тем, что волна половодья встречает на своем пути все более прочный лед. Факты частого возникновения заторов у Киренска были учтены при расчете паводковых уровней.

В руслах Лены и Киренги с целью обеспечения судоходства проведены большие работы. Выше города (Балах-ня) у правого берега построена серия полузапруд, длина которых составляет 150-200 м.

Вдоль всего Ленского берега сооружена набережная, защищающая город от ледохода и потока. В разветвлении ниже по течению возведена дамба, соединяющая острова Монастырский и Игуменский, построены серии полузапруд вдоль берегов этих островов, а также продольная дамба в ухвостье острова Игуменского. На Киренге построены дамбы, ограждающие затон Стояно-вича. Строительство русловыправи-тельных полузапруд меженного регулирования оказывают большое сопротивление движению весеннего потока Лены, что приводит к дополнительному увеличению уровней воды при прохождении половодья.

Компьютерное моделирование наводнения в г. Киренске

Для расчета ущербов от наводнений и выработки мероприятий по их минимизации была создана компьютерная модель затопления территории г. Ки-ренска. Основными параметрами модели являются:

- значения уровней воды при половодьях 1, 3 и 5 % обеспеченности;

- цифровая модель рельефа затапливаемой территории;

- положение и параметры объектов, попадающих в зону затопления.

Расчет уровней воды при половодьях 1, 3 и 5 % обеспеченности был произведен с учетом возможных заторных явлений.

Основой информация о рельефе местности стали топографические карты масштаба 1:25 000 и 1:10 000 с шагом изолиний рельефа 1,25 м. На исследуемой территории рельеф был значительно трансформирован в результате антропогенной деятельности: были построены 7 противоледовых и противопаводковых заградительных дамб, несколько насыпей для автодорог и т.д. Для внесения этой информации в модель были проведены натурные исследования местности, а также использованы описания объектов с их пространственной привязкой к космическим снимкам высокого разрешения.

С помощью ГИС ArcView была построена цифровая модель рельефа затапливаемой территории и определены границы затопления при уровнях воды для половодий 1, 3 и 5 % обеспеченности. Площади земель г. Киренск в зоне затопления при уровнях различной обеспеченности приведены в таблице 2.

Основой информации о жилой и промышленной застройке, объектах инфраструктуры, лесных угодьях и других объектах, которым может быть причинен ущерб при наводнении, стали карты использования земель и планы городской застройки. Эти объекты были включены в модель в виде отдельных слоев ГИС для определения возможности их затопления при уровнях воды для половодья одно- трех- и пятипроцентной обеспеченности.

Таким образом, были получены количественные характеристики затапливаемых объектов для различных уровней обеспеченности. Всего в зону затопления г. Киренска при уровне воды, соответствующем расчетному уровню воды 1 % обеспеченности с учетом заторных явлений, попадает 177,2 га городской территории, на которой проживают около 60 % населения и расположены 1040 жилых домов, нефтебаза, угольный склад, приусадебные участки, аэропорт.

Результаты ГИС-моделирования подтверждают и детализируют картину возможного затопления города при стоковых и заторных половодьях 1 -5 % обеспеченности (рис. 2-3). Для г. Киренска было рекомендовано провести реконструкцию существующих и строительство новых дамб, в целях защиты всей имеющейся жилой, промышленной и иной застройки, главных дорог,

Площадь подверженных

ЛЭП, аэропорта и иных важных объектов инфраструктуры. С помощью компьютерной модели наводнения были рассчитаны объемы необходимых работ:

- реконструкция 9 участков существующих дамб (протяженность 6,0 км);

- строительство 16 участков дамб (общая протяженность 23,5 км).

Рекомендованная высота дамб -258,1 м БС, что на 1 м выше расчетного уровня воды 1 % обеспеченности с учетом заторных явлений. С учетом скорости течения и прохождением льдин во время половодья необходимо осуществить крепление камнем откосов дамб.

Выводы

Анализ предыдущих наводнений на р. Лена у г. Киренск показал, что основную опасность представляют наводнения весной в период ледохода, когда вследствие загромождения русла льдом уровень воды может резко подняться на несколько метров в течение короткого промежутка времени.

Полученный картографический материал позволяет наглядно отобразить границы зон затопления г. Киренска при половодьях и паводках различной обеспеченности, в том числе вызванных заторными явлениями.

Выполнен анализ негативного воздействия вод на исследуемом участке р. Лена на территории Иркутской области и Республики Саха (Якутия) с привлечением результатов обследования и данных ГИС-моделирования границ зон затопления.

Карты зон затопления (рис. 2) являются основой для дальнейших исследований и отображают физический риск для населения и инфраструктуры в пределах поймы.

Таблица 2

ению земель, г. Киренск

Стоковое затопление Заторное затопление

Обеспечен- уровень воды, м площадь затоп- обеспечен- уровень воды, площадь затоп-

ность, % ления, га ность, % м ления, га

1 256,75 151,1 1 257,10 177,2

3 256,23 147,4 3 256,58 175,4

5 255,99 145,2 5 256,34 174,4

Рис. 2. Фрагмент карты зон стокового затопления, г. Киренск

стемы поддержки и принятия решений. Карты зон затопления можно рассматривать как основу при принятии управленческих решений по хозяйственной деятельности и рациональному использованию территорий.

Заключение

Результаты работ по определению территорий с высокой опасностью могут найти применение при экономическом планировании, планировании застройки города, в т.ч. для создания си-

Работа выполнена в рамках проекта по программе фундаментальных исследований СО РАН VIII.76.LL «Исследование процессов формирования стока и разработка информационно-моделирующих систем оперативного прогнозирования опасных гидрологических ситуаций для крупных речных систем Сибири».

Список литературы

1. Исследование водного режима и русловых процессов реки Лена на участке от деревни Чангур Иркутской области до села Жиганск Республики Саха (Якутия). Кн. 2 / Отчет ИВЭП СО РАН по теме «Исследование водного режима и русловых процессов реки Лена, разработка научно обоснованных рекомендаций и мероприятий по предотвращению вредного воздействия вод и противопаводковой защите»: Государственный контракт № НИР-12-05 от 21 сентября 2012 г. - Барнаул, 2014. - 363 с.

2. Андросов И.М., Завадский А.С. Оценка негативного воздействия вод реки Лены на населенные пункты республики Саха (Якутия) // Динамика и термина рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей: тр. VIII Междунар. научно-практ. конф., 24-27 ноября 2014 г. - М., 2014. - С. 5-16.

3. Разработка научно обоснованных рекомендаций и мероприятий по предотвращению негативного воздействия вод р. Лена и противопаводковой защите населенных пунктов на исследуемом участке. Кн. 3 / Отчет ИВЭП СО РАН по теме «Исследование водного режима и русловых процессов реки Лена, разработка научно обоснованных рекомендаций и мероприятий по предотвращению вредного воздействия вод и противопаводковой защите»: Государственный контракт № НИР-12-05 от 21 сентября 2012 г. - Барнаул, 2014. - 505 с.

PREVENTION OF LENA RIVER NEGATIVE EFFECTS: FLOOD RISK ASSESSMENT AND DAMAGE ANALYSIS (BY THE EXAMPLE OF KIRENSK, IRKUTSK OBLAST')

V.P. Galakhov, E.D. Kosheleva, A.A. Vagner

Institute for Water and Environmental Problems SB RAS, E-mail: [email protected], [email protected], wagner@iwep. ru

The paper presents the cause analysis of floods in Kirensk town. Flooding zones for various flood probability are calculated. Computer-based modeling of floods is executed. Ways for prevention of harmful effects of Lena River are proposed.

Keywords: runoff, river floods, delimitation offlood zones, damages.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.