CC BY
69
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: galahov@iwep.ru, edk@iwep.ru, wagner@iwep.ru
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: galahov@iwep.ru, edk@iwep.ru, 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.
