Прогнозирование и оценка обстановки при наводнениях

Под наводнением понимается затопление водой прилегающей к реке, озеру или водохранилищу местности, которое причиняет материальный ущерб, наносит урон здоровью населения или приводит к гибели людей. Затопление же водой местности, не сопровождающееся ущербом, есть разлив реки, озера или водохранилища.

На территории России находятся сотни тысяч больших и маленьких рек, озер, водохранилищ.

Прогнозирование наводнений основывается на анализе и оценке количества таящего снега весной, скорости его таяния, глубины промерзания грунта на полях, наличие заторов и зажоров на реках. Наводнения могут возникнуть и за счет затяжных или ливневых дождей, а также за счет аварий и катастроф на гидротехнических сооружениях. Замечено, что природные наводнения носят циклический характер, что используется для долгосрочного прогнозирования.

Речной бассейн - территория суши, с которой талая и дождевая вода стекает в реку. Различают бассейн реки (или иначе водосбор реки), бассейн озера, водохранилища и т.д. Важнейшей числовой характеристикой является размер водосбора, называемый площадью бассейна.

Важнейшей характеристикой реки является ее водность, или сток воды, - объем воды, проходящий через поперечное сечение русла за определенный интервал времени (месяц, квартал, сезон, год). Объем стока в единицу времени называют расходом воды. Обычно расход воды обозначают буквой Q и измеряют в куб. м/с или л/с.

По данным ЮНЕСКО, за последнее столетие от наводнений погибло около 10 млн. человек (для сравнения: от землетрясений и ураганов ~ 2 млн. человек); убытки мировой экономики исчисляются десятками миллиардов долларов, достигая в некоторых странах 15 % валового продукта.

Наводнения в большей или меньшей степени периодически наблюдаются на большинстве рек России. По повторяемости, площади распространения и суммарному среднему годовому материальному ущербу в масштабах всей нашей страны наводнение занимает первое место в ряду стихийных бедствий. По человеческим жертвам и удельному материальному ущербу (т. е. ущербу, приходящемуся на единицу пораженной площади) наводнения занимают второе место после землетрясений. Ни в настоящем времени, ни в будущем наводнения как стихийное бедствие не могут быть целиком предотвращены. Их можно только ослабить и локализовать.

В России площадь паводкоопасных территорий составляет 400 тыс. км². Ежегодно подвергается затоплению около 50 тыс. км² территорий. Наводнениям с катастрофическими последствиями подвержена территория в 150 тыс. км², где расположены 300 городов, десятки тысяч населенных пунктов, большое количество хозяйственных объектов, более 7 млн. га сельхозугодий. Среднемноголетний ущерб от наводнений оценивается в 41,6 млрд, рублей в год (в ценах 2001 г.).

В зависимости от причин выделяются следующие группы наводнений:

• - наводнения, связанные в основном с максимальным стоком от весеннего таяния снега;
• - наводнения, формируемые интенсивными дождями, иногда таянием снега при зимних оттепелях;
• - наводнения, вызванные в основном большим сопротивлением, которое водный поток встречает в реке;
• - наводнения, создаваемые ветровыми нагонами воды на крупных озерах и водохранилищах, а также в морских устьях рек;
• - наводнения при прорыве плотин.

По размерам или масштабам и по наносимому суммарному ущербу наводнения делятся на следующие группы:

• - низкие (малые) наводнения. Затопляется при этом менее 10 % сельскохозяйственных угодий, расположенных в низких местах. Эти наводнения наносят незначительный материальный ущерб и почти не нарушают ритма жизни населения;
• - высокие наводнения. Сопровождаются значительным затоплением, охватывают сравнительно большие участки речных долин и иногда существенно нарушают хозяйственный и бытовой уклад населения;
• - выдающиеся наводнения. Такие наводнения охватывают целые речные бассейны. Они парализуют хозяйственную деятельность и резко нарушают бытовой уклад населения, наносят большой материальный и моральный ущерб. Выдающиеся наводнения повторяются примерно один раз в 50... 100 лет. Затапливается при этом 50...70 % сельскохозяйственных угодий;
• - катастрофические наводнения. Они вызывают затопления громадных территорий в пределах одной или нескольких речных систем. При этом в зоне затопления полностью парализована хозяйственная и производственная деятельность, временно изменяется жизненный уклад населения. Такие наводнения приводят к огромным материальным убыткам и гибели людей и случаются не чаще одного раза в 100...200 лет или еще реже.

Особенно опасные наводнения наблюдаются на реках дождевого и ледникового питания или при сочетании этих двух факторов.

Из поражающих факторов наводнений выделяют: гидродинамический - в виде потока (течения) воды; гидрохимический - обусловливающий загрязнение гидросферы, почв, грунтов, а также ускорение процессов коррозии, гниения и других химических и микробиологических процессов.

К основным характеристикам последствий наводнения относятся:

• - численность населения, оказавшегося в зоне, подверженной наводнению (здесь можно выделить число жертв, количество раненых, количество населения, оставшегося без крова, и т. п.);
• - количество населенных пунктов, попавших в зону, охваченную наводнением (здесь можно выделить города, поселки городского типа, сельские населенные пункты, полностью затопленные, частично затопленные, попавшие в зону подтопления, и т. п.);

• - количество объектов различных отраслей народного хозяйства, оказавшихся в зоне, охваченной наводнением;
• - протяженность железных и автомобильных дорог, линий электропередач, линий коммуникаций и связи, оказавшихся в зоне затопления;
• - количество мостов и тоннелей, затопленных, разрушенных и поврежденных в результате наводнения;
• - площадь сельскохозяйственных угодий, охваченных наводнением;
• - количество погибших сельскохозяйственных животных и т. п., а также такие обобщенные характеристики, как величины ущерба, наносимого наводнением различным отраслям народного хозяйства.

Наводнения иногда сопровождаются пожарами - вследствие обрывов и короткого замыкания электрических кабелей и проводов. Здания, периодически попадающие в зону затопления, теряют капитальность.

При подтоплении города из-за неравномерной осадки грунта происходят частые разрывы канализационных и водопроводных труб, электрических, телевизионных и телеграфных кабелей и т. п.

При прогнозировании последствий наводнений схематически сечение русла реки можно представить либо треугольным сечением (рис. 8.1, а), либо сечением трапецеидального вида (рис. 8.1, б).

Рис. 8.1. Расчетная схема сечения реки: треугольное сечение («); трапецеидальное сечение (б):

а₀ - ширина дна реки; b₀, b - ширина реки до и во время наводнения; h₀, h- глубина реки до и во время наводнения; /г_з - глубина затопления;

/?_м - высота места; т,п - углы наклона берегов реки

Расход воды в реке до наступления наводнения (паводка) Q₀, м³/с, равен:

где V₀ - скорость воды в реке до наступления паводка, м/с; S₀ - площадь сечения русла реки до паводка, м², равная:

Расход воды после выпадения осадков (таяния снега) и наступления половодья (паводка) Q_mdX, м³/с, равен:

где ./ - интенсивность осадков (таяния снега), мм/ч; F - площадь выпадения осадков (таяния снега), км².

Высота подъема воды в реке при прохождении паводка h, м, определяется из выражения:

Если не известна глубина реки h₀, но известны углы наклона берегов, то, например, для трапецеидального сечения:

Максимальная скорость потока воды при прохождении паводка V_max, м/с, равна

где S_max - площадь поперечного сечения потока при прохождении паводка, м², определяемая по формулам (8.9) и (8.10), в которые вместо /?₍₎ подставляется /?, а вместо Ь₀ подставляется b.

Поражающее действие паводка определяется глубиной затопления /г._{, м:

и максимальной скоростью потока затопления , м/с:

Параметр удаленности объекта от русла реки / определяется по табл. 8.8.

Таблица 8.8

Значения параметра /

Поражающее действие волны затопления паводка аналогично поражающему действию волны прорыва и может быть оценено по табл. 8.9.

Характеристика степени разрушений различных сооружений от действия волны прорыва

Таблица 8.9

Объекты	Сильные		Средние		Слабые
Сборные деревянные жилые дома	3,0	2,0	2,5	1,5	1,0	1,0
Деревянные дома (1-2 этажа)	3,5	2,0	2,5	1,5	1,0	1,0
Кирпичные малоэтажные дома (1-3 этажа)	4,0	2,5	3,0	2,0	2,0	2,0
Кирпичные дома средней этажности (> 4 этажа)	6,0	3,0	4,0	2,5	2,5	1,5
Промышленные здания с легким металлическим каркасом и здания бескаркасной постройки	5,0	2,5	3,5	2,0	2,0	1,5
Промышленные здания с тяжёлым металлическим или железобетонным каркасом (стены из керамзитовых панелей)	6,5	7,5	4,0	6,0	3,0	3,0
Корпуса цехов промышленных предприятий	7,5	4,0	6,0	7,5	4,0	6,0
Станочное оборудование цехов	3,0	2,0	2,0	2,0	1,0	1,0

Продолжение табл. 8.9

В отличие от волны прорыва наводнение и паводок оказывают более продолжительное действие, усугубляющее первоначальное разрушающее воздействие напорной волны (табл. 8.10).

Таблица 8.10

Доля поврежденных объектов (%) на затопленных площадях при крупных наводнениях (V₃ =3...4 м/с)

Продолжение табл. 8.10

Примечание. При V₃ =1,5...2,5 м/с приведенные в таблице значения необходимо умножить на 0,6; при V₃ = 4,5...5,5 м/с - умножить на 1,4.