CC BY
135
УДК 614.8:351.86+519.8
Защита населения и территорий от наводнений и подтоплений в Республике Саха (Якутия)
ISSN 1996-8493
© Технологии гражданской безопасности, 2014
С.А. Качанов, С.И. Козьминых, А.Б. Харкун
Аннотация
Статья посвящена борьбе с опасными природными наводнениями и подтоплениями, которые регулярно происходят в Республике Саха (Якутия). Приведены результаты анализа крупных наводнений, произошедших за последние 30 лет в Якутии. Выявлены причины и проведена оценка ущерба, причиненного в результате этих наводнений. Сделан вывод о необходимости комплексного подхода в решении проблемы снижения ущерба от наводнений и подтоплений на основе внедрения инновационных противопаводковых защитных сооружений и инженерных систем защиты населения и территорий от подтоплений.
Ключевые слова: наводнения; подтопления; Республика Саха (Якутия); ущерб; комплексный подход; противопаводковые защитные сооружения; система мониторинга чрезвычайных ситуаций; система оповещения населения о чрезвычайных ситуациях; окупаемость инвестиций; экономическое развитие региона.
Protection of Population and Territories Against Floods and Flooding in the Republic of Sakha (Yakutia)
ISSN 1996-8493
© Civil Security Technology, 2014
S. Kachanov, S. Kozminykh, A. Harkun
Abstract
The article deals with the problem of combating such dangerous natural phenomena like floods and flooding that regularly occur in the Republic of Sakha (Yakutia). In the article the analysis of observations of major floods that occurred over the last 30 years in Yakutia. Reasons and assess the damage caused by the floods. The conclusion of the need for an integrated approach in addressing the problem of reducing possible damage from floods and flooding through the introduction of innovative flood defence equipment and engineering systems of protection of the population and territories from flooding.
Key words: floods; waterlogging; Republic of Sakha (Yakutia); integrated approach; flood defenses; the disaster monitoring system; public address system on emergency situations; return on investment; the economic development of the region.
2013 год с полным правом можно назвать годом природных катаклизмов и катастроф. Смерчи, землетрясения, климатические аномалии, падение метеорита, крупномасштабные наводнения в Европе и на Дальнем Востоке и очередное наводнение в Республике Саха (Якутия). В связи с этим следует отметить, что если крупные наводнения в Европе и на Дальнем Востоке случаются один раз в сто лет, то Якутию затапливает практически ежегодно.
Крупные наводнения, произошедшие за последние 10—15 лет в Республике Саха (Якутия), заставляют уделять очень большое внимание и подходить ответственно к этому опасному природному явлению. Главным источником наводнений в Якутии является река Лена. Наводнения возникают по причине подъема уровня воды в результате сопротивления, которое водный поток встречает со стороны как движущегося, так и остановившегося льда (затора). Такие наводнения ранее имели локальный характер вследствие большой изменчивости толщины льда по длине реки и относительно малой водности в период весеннего ледохода.
Однако в конце XX и начале XXI века, наряду с локальными разливами р. Лены, происходят более обширные наводнения. Причина их кроется в изменении климата: увеличении количества зимних осадков и повышении температуры воздуха весной, что способствует возрастанию объемов половодья и расходов воды в его начальной фазе.
В настоящее время проблема наводнений стоит наиболее остро на участке Средней Лены, от устья р. Витим до устья р. Алдан. Протяженность этого участка составляет около 1500 км, а здесь, в речной долине, проживает почти треть населения Республики Саха (Якутия).
В результате анализа статистических данных и результатов наблюдений о наводнениях в 11 пунктах на данном участке за период 1940—2010 гг. были получены интересные результаты.
В качестве количественного критерия начала развития этого опасного явления были приняты превышения отметок наводнения в каждом пункте наблюдений с повторяемостью наивысших уровней менее 10 % (1 раз в 10 лет). В качестве второго критерия используется превышение отметок наводнения с повторяемостью наивысших уровней менее 5 % (1 раз в 20 лет). Если первый критерий позволяет зафиксировать по данным пунктов наблюдения факт начала наводнения, то второй косвенно характеризует его размеры.
Расчетные значения уровней 10 % и 5 % хорошо согласуются с фактическими наблюдениями, когда отмечается начало выхода воды на пойму, затопление территорий и расположенных на них жилых и промышленных объектов.
Всего за рассматриваемый период выявлено 33 года, когда в пунктах наблюдений были превыше-
ны указанные критерии, то есть наблюдались крупные наводнения. Во время самого крупного наводнения уровни воды превысили критические отметки в 9 пунктах, из них значение первого критерия было превышено в 2 пунктах, а второго — в 7.
С учетом указанной связи размеров наводнений, их повторяемости и последствий, было осуществлено разделение половодий на четыре категории. Ущерб от наводнений может достигать:
IV категория — до 10 млрд руб.;
III категория — до 1 млрд руб.;
II категория — нескольких десятков млн руб.;
I категория — менее одного млн руб.
К III категории (крупные) относятся наводнения, наблюдавшиеся на Средней Лене в 1998, 1999 и 2011 гг., к IV категории (очень крупные) — в 1966, 2001 и 2010 гг. Наводнения II и I категории происходят практически ежегодно.
Подготовка и проведение мероприятий по снижению возможного ущерба от наводнений могут достичь желаемого эффекта в первую очередь при наличии надежного прогноза. Существующие методы прогноза представляют собой локальные (установленные для одного пункта наблюдений) эмпирические зависимости (графические) между предсказываемой величиной и главными обусловливающими факторами (толщина льда, водность реки в начальный период ледостава, температура воздуха и др.).
Для выявления подобных зависимостей необходимо располагать данными наблюдений на гидрологических постах за длительный период времени.
Указанные зависимости установлены и используются, например, для прогноза максимальных заторных уровней воды р. Лены у г. Ленска и г. Якутска. Заблаговременность прогноза составляет, как правило, от 1 до 3 суток. Краткосрочность прогноза наводнений обусловлена отсутствием надежного долгосрочного прогноза погоды. Ведь для образования мощного затора льда необходимо понижение температуры воздуха до отрицательных значений, а это невозможно точно определить при долгосрочном метеорологическом прогнозе.
Тем не менее, для р. Лены может применяться долгосрочный альтернативный метод фонового прогноза наводнений, разработанный еще в 1992 г. Его использование позволяет говорить о том, будет или не будет наблюдаться при ледоходе выход воды на пойму на каком-то конкретном участке. Недостатком этого метода является невозможность указать место образования ледового затора и абсолютный максимум опасного подъема уровня воды. Поэтому долгосрочный прогноз содержит сведения об общем фоне ожидаемого весеннего половодья и дает качественную оценку опасного явления, например: «Ожидается подъем уровня воды выше обычного и опасный характер ледохода (или образование затора льда) на участке с выходом воды на пойму».
Заблаговременность прогноза составляет 1—1,5 месяца, а точность — до 80 %. Так, наводнение на р. Лене у г. Ленска в 1998 г. не было предсказано, тогда как на вероятную катастрофу 2001 г. в долгосрочном прогнозе указывалось. Наводнение на р. Лене в пределах центральных районов Якутии также прогнозировалось. Несмотря лишь на качественную оценку ожидаемой ситуации, польза от такого долгосрочного прогноза все же ощутима. Если прогнозируется образование заторов на Средней Лене, то именно здесь сосредотачиваются основные усилия по превентивным противозаторным мероприятиям.
К сожалению, в настоящее время материальный ущерб от наводнений неизбежен, поскольку, например, объекты недвижимости невозможно быстро и оперативно переместить в безопасное место. Есть мнение, что наводнения часто происходят из-за неоправданно больших надежд на проводимые в последние годы масштабные мероприятия по ослаблению ледяного покрова (зачернение, распиловка льда). Поскольку заторы на р. Лене образуются не только у кромки сплошного ледяного покрова, но и в результате закупорки русла транзитным льдом, поступающим с верхних участков реки, то усилия, затраченные на борьбу с заторами такого происхождения, зачастую не приносят положительных результатов.
Кроме того, причиной наводнений и подтоплений могут быть обильные осадки в летний период и обильное таяние снега в весенний период и во время оттепелей. Эти факторы также необходимо учитывать при создании систем защиты населения и территорий от наводнений и подтоплений.
На основании проведенных исследований можно сделать выводы о необходимости комплексного подхода в решении проблемы снижения ущерба от наводнений и подтоплений в Республике Саха (Якутия), особенно в городе Якутске.
Основой этой комплексного подхода должны стать два основных направления:
1. Проектирование и строительство противопаводковых защитных сооружений и инженерных систем защиты населения и территорий от подтоплений.
2. Внедрение современных систем мониторинга чрезвычайных ситуаций (ЧС), а также систем оповещения населения о ЧС.
Для решения указанных задач главой г. Якутска и департаментом градостроительной политики Окружной администрации г. Якутска, помимо планирования работ по укреплению защитной дамбы, было принято решение о проведении научно-исследовательской работы по теме: «Разработка обоснования проекта инвестиций дренажных систем защиты городских территорий города Якутска от подтопления». В результате заключенного контракта с ООО «Научно-производственное объединение «Дорис
Проект» указанная работа была выполнена, отчет был представлен в трех томах.
Первый том работы посвящен научно-техническому обоснованию регулирования поверхностного и подземного стока и защите от подтопления окружающей территории г. Якутска. В этом томе представлены разработанные базовые модели регулирования поверхностного и подземного стока на территории г. Якутска, которые, по сути, представляют отдельное научное исследование. Приведена оценка термодинамического взаимодействия дренажных сооружений и многолетнемерзлых горных пород. Проведен подробный анализ существующих конструкций дренажных сооружений и систем. Проведен выбор конструкций, максимально соответствующих мерзлотно-грунтовым и климатическим условиям г. Якутска. Обоснованы нормы осушения и расчет объемов водоотведения по каждой из выделенных зон регулирования поверхностного и подземного стока. Разработаны защитные мероприятия по обеспечению работоспособности систем водоотведения в весенний и осенний периоды, также мероприятия по снижению негативного влияния циклов промерзания-оттаивания на работу дренажных сооружений. Предложен объемный перечень дренажных сооружений по выделенным зонам водоотведения (к принципиальной схеме размещения магистральных водоотводных лотков комбинированного типа, насосных, станций по выделенным зонам осушения). Разработаны меры обеспечения безопасных для населения условий строительства и эксплуатации дренажных систем, а также технология монтажа дренажных систем траншейного типа. Приведены нормативно-правовые документы по проектированию, строительству и эксплуатации отдельных типов дренажных и водоотводных сооружений.
Были сформированы следующие выводы и предложения:
1. Основой проектирования дренажно-осуши-тельных систем по выделенным зонам водоотведе-ния в г. Якутске должны стать разработанные базовые модели регулирования поверхностного и подземного стока, а также проведенный выбор конструкций, максимально соответствующих мерзлотно-грунтовым и климатическим условиям г. Якутска.
2. Для реализации проекта дренажно-осушитель-ных систем в г. Якутске необходимо использовать методику определения норм осушения по выделенным зонам водоотведения на основе расчета нормативной глубины сезонного оттаивания грунтов с учетом особенностей мерзлотно-грунтовых условий криолитозоны.
3. В качестве основного варианта при проектировании систем водоотведения целесообразно использовать конструкции дренажных сооружений, способных принимать как поверхностные (талые, дожде-
вые), так и грунтовые воды, то есть должны использоваться дренажные системы двойного назначения.
4. При устройстве фильтрующих обсыпок применять отсортированный по фракциям песчано-гра-вийный (щебнистый) состав смесей с размером 2—20 мм (в оптимальных соотношениях), повышающий эффективность работы дренажных сооружений.
5. Учитывая дефицит влажности атмосферного воздуха в г. Якутске, предусмотреть в проекте, по возможности, устройство прудов-накопителей и фонтанов, равномерно распределив их по территории города.
6. Проектные работы следует выполнять по отдельным зонам водоотведения г. Якутска в соответствии с требованиями, изложенными в научном отчете.
Во втором томе работы представлена: «Программа обеспечения комплексной безопасности населения и территории, защите от наводнений и подтоплений г. Якутска». Определены основные направления комплексного подхода в решении проблемы снижения возможного ущерба от наводнений и подтоплений. В соответствии с «Единой межведомственной методикой оценки ущерба от чрезвычайных ситуаций техногенного, природного и террористического характера, а также классификации и учета чрезвычайных ситуаций», разработанной ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ) МЧС России на основе многолетних исследований, проведен расчет среднего годового экономического ущерба, причиняемого наводнениями и подтоплениями в Республике Саха (Якутия), за последние 15 лет. Данные приведены в табл. 1.
Результаты расчета показали, что средний годовой экономический ущерб, причиняемый Республике Саха (Якутия) в результате наводнений и подтоплений, за последние 15 лет составляет 954 млн руб. С учетом неутешительных прогнозов, связанных с потеплением, эта сумма ущерба может за ближайшие 10 лет вырасти в 2—3 раза.
Затраты, связанные с предупреждением и ликвидацией ЧС, также следует относить к составляющим экономического ущерба от ЧС. Если же за среднюю величину затрат, связанных с предупреждением и ликвидацией ЧС, исходя из имеющегося опыта, взять 20 % от общей величины причиненного экономического ущерба, то средний годовой экономический ущерб, причиняемый Республике Саха (Якутия) в результате наводнений и подтоплений, составит:
954 млн руб. + 190,8 млн руб. (20 %) = 1144,8 млн руб.
Если учесть, что в г. Якутске проживает 40 % населения Республики Саха (Якутия) и сосредоточена большая часть промышленных и социально значимых объектов, средний годовой ущерб от наводнений и подтоплений на его территории может составить порядка 50 % среднего годового ущерба, причиняемого Республике Саха (Якутия), а это 572,4 млн руб.
На основании расчетов среднего годового ущерба от наводнений и подтоплений были разработаны предложения по созданию в г. Якутске современной локальной системы оповещения, что является весьма актуальным [1]. Доказательством необходимости создания такой системы служат последствия наво-
№ п/п Год Категория наводнения Общий экономический ущерб (в млн. рублей) Источники информации о величине ущерба
1 1998 III 872,5 По оценке руководства республики
2 1999 III 800 Данные расчетно-статистические
3 2000 III 652 Данные расчетно-статистические
4 2001 IV 6000 По оценке счетной палаты РФ
5 2002 II 50 Данные расчетно-статистические
6 2003 III 574 Данные расчетно-статистические
7 2004 III 846 Данные расчетно-статистические
8 2005 II 30 Данные расчетно-статистические
9 2006 III 652 Данные расчетно-статистические
10 2007 II 78 Данные расчетно-статистические
11 2008 III 865 Данные расчетно-статистические
12 2009 III 920 Данные расчетно-статистические
13 2010 IV 1600 По данным МЧС РФ
14 2011 III 780 По данным МЧС РФ
15 2012 III 500 По оценке руководства республики
Общий ущерб за последние 15 лет 14299,5
Средний годовой ущерб за последние 15 лет 954
Таблица 1
Расчет среднего годового экономического ущерба, причиняемого Республике Саха (Якутия) в результате
наводнений и подтоплений
днений в г. Крымске и на Дальнем Востоке. Если в первом случае системы оповещения отсутствовали, и это привело к многочисленным жертвам, то во втором случае грамотное оповещение населения затопляемых районов позволило полностью избежать человеческих жертв. Разработанные предложения содержат не только назначение и методы создания локальных систем оповещения, но и схему организации эксплуатационно-технического обслуживания, а также техническое задание на создание (реконструкцию) локальной системы оповещения г. Якутска.
Кроме того, разработаны предложения по созданию структурированной системы мониторинга и управления инженерными системами защитных сооружений и системы мониторинга изменения состояния инженерно-технических конструкций защитных сооружений от подтоплений (наводнений) в г. Якутске [2, 3]. Перечисленные системы предлагается внедрить в целях обеспечения гарантированной устойчивости функционирования процессов жизнеобеспечения требуемого уровня на контролируемых территориях и объектах г. Якутска. Эти системы выступают как средство информационной поддержки принятия решения по предупреждению и ликвидации ЧС, в т.ч. вызванных катастрофическими подтоплениями (наводнениями). Реализация этих систем позволит своевременно обнаруживать и предупреждать ЧС, возникающие в случаях наводнений и подтоплений территорий г. Якутска. Это значительно снизит ущерб от наводнений и подтоплений, уменьшит социальную напряженность среди населения Республики Саха (Якутия).
Третий том работы посвящен оценке социальной значимости проекта инженерной защиты территории г. Якутска от подтопления, а также расчету экономической эффективности предлагаемых технических решений. В выводах по социальной значимости проекта вполне обоснованно отмечены важность разработки и реализации предложений по обеспечению комплексной безопасности населения и территории Якутска, необходимость использования геокриологи-
ческого, гидрогеологического и инженерно-геологического подходов к разработке и обоснованию защитных мероприятий по водоотведению. Обосновано, что с целью недопущения перерастания кризисного состояния проблемы водоотведения в Якутске в катастрофическое, необходимо в первоочередном порядке принять управленческие и организационно-технические решения для осуществления срочных мероприятий по осушению городских территорий.
Расчет экономической эффективности предлагаемых технических решений по инженерной защите территории г. Якутска от обводнения и подтопления содержит: общую характеристику социально-экономического состояния г. Якутска; расчет снижения удельных затрат на эксплуатацию водоотводных сооружений; экономическое обоснование увеличения срока службы и межремонтных сроков водоотводных сооружений и систем, снижение затрат на откачку регулярно подтапливаемых зданий малоэтажной и индивидуальной застройки. Положительный эффект достигается за счет снижения социальной напряженности в регулярно подтапливаемых районах города. В этом же разделе приведены и другие материалы, доказывающие экономическую эффективность реализации проекта в целом.
Кроме того, в работе проведен предварительный расчет инвестиций, необходимых для проектирования и строительства противопаводковых защитных сооружений и инженерных систем защиты населения и территорий от подтоплений для 7-й зоны г. Якутска и всего города в целом. Выполнен также предварительный расчет инвестиций, необходимых для внедрения систем мониторинга ЧС и систем оповещения о них населения. Расчет показал, что полная окупаемость от реализации предлагаемого проекта в целом может быть достигнута за 10—15 лет (табл. 2).
Следует отметить, что инвестиции на проектирование, строительство и внедрение в эксплуатацию дренажных систем, систем мониторинга ЧС, а также систем оповещения населения о ЧС для всего
№ п/п Назначение инвестиций Объем инвестиций, млн руб. Срок окупаемости инвестиций, лет Примечание
1. Проектирование дренажных систем, систем мониторинга ЧС, а также систем оповещения населения о ЧС для 7-й зоны г. Якутска 600—700 3 Точная стоимость работ определяется на стадии разработки технического задания на проектирование
2. Строительство и внедрение в эксплуатацию системы водоотведения, систем мониторинга ЧС, а также систем оповещения населения о ЧС для 7-й зоны г. Якутска 1500 — 2000 4—5 Точная стоимость работ определяется на стадии разработки технического задания на строительство и ввод в эксплуатацию
3. Строительство и внедрение в эксплуатацию системы водоотведения, систем мониторинга ЧС, а также систем оповещения населения о ЧС для всего г. Якутска 8000—10000 10—12 Точная стоимость работ определяется на стадии разработки технического задания на строительство и ввод в эксплуатацию
Таблица 2
Окупаемость инвестиций по инженерной защите территории г. Якутска от наводнений, подтопления, заболачивания и развития опасных криогенных процессов
г. Якутска значительно снижаются по сравнению с себестоимостью оборудования одной зоны. Это обеспечивается за счет использования типовых проектов, разработанных для 7-й зоны г. Якутска, а также создания единого центра мониторинга ЧС, стоимость которого входит в создание системы комплексной безопасности 7-й зоны г. Якутска.
Если учесть приведенные выше данные об ущербе от наводнений и подтоплений в г. Якутске и целиком в Республике Саха (Якутия), можно сделать вывод, что инвестиции, вложенные в проектирование и строительство защитных сооружений и инженерных систем защиты населения и территорий от подтоплений, а также внедрение систем мониторинга ЧС и систем оповещения населения о ЧС, окупятся в полном объеме. В дальнейшем это позволит значительно снизить ущерб от наводнений и подтоплений в Республике Саха (Якутия), а сэкономленные средства направить на социальное и экономическое развитие региона.
Литература
1. Качанов С.А., Агеев С.В., Иваненко А.О. О создании комплексной системы экстренного оповещения населения об угрозе возникновения или о возникновении чрезвычайных ситуаций // Технологии гражданской безопасности. М.: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2013. Т. 10. № 2 (36).
2. Качанов С.А., Нигметов Г.М. Мониторинг территорий, зданий и сооружений для повышения достоверности результатов при независимой оценке рисков // Технологии гражданской безопасности. М.: ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2009. Т. 6. № 3—4.
3. Качанов С.А., Махутов Н.А., Таранов С.А. Оптимизация мероприятий по повышению защищенности критически важных для национальной безопасности объектов Российской Федерации и населения от угроз техногенного, природного характера и террористических проявлений // Технологии гражданской безопасности. М.: ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2010. Т. 7. № 1—2.
Сведения об авторах
Качанов Сергей Алексеевич: д. т. н., ФГБУ ВНИИ ГОЧС
(ФЦ), зам. нач. ин-та.
121352, Москва, ул. Давыдковская, 7.
Тел.: (499) 445-44-65.
E-mail: [email protected]
Козьминых Сергей Игоревич, д. т. н., проф., Московский
университет МВД России.
125239, Москва, ул. Коптевская, 63.
Тел.: (495)156-91-04, (903)755-91-45.
E-mail: [email protected]
Харкун Андрей Борисович, ООО «НПО «Дорис Проект», ген. дир.
141069, Моск. обл., г. Королев, мкр Первомайский, ул. Советская, 24.
Тел.: (495) 515-74-70, (985) 765-97-14. E-mail: [email protected]
Information about authors
Kachanov Sergey A.: ScD (Technical Sc.), Federal Government Budget Institution "All-Russian Research Institute for Civil Defense and Emergencies" (Federal Center of Science and high technology), deputy head of the institute. 121352, Moscow, str. Davydkovskaya, 7. Tel.: (499) 445-44-65. E-mail: [email protected]
Kozminykh Sergey I.: ScD (Technical Sc.), professor, University of Moscow Russian Interior Ministry. 121352, Moscow, str. Koptevskaya, 63. Tel.: (495)156-91-04, (903)755-91-45. E-mail: [email protected]
Harkun Andrew B.: "NPO" Doris Project ", general manager. 141069, Korolev city, neighborhood Pervomaisky, str. Sovet-skaya.
Tel.: (495) 515-74-70, (985) 765-97-14. E-mail: [email protected]
