Защита территорий от затопления

Инженерная подготовка пойменных террас и других прибрежных территорий для градостроительных нужд связана с необходимостью защиты их от затопления, вызванного периодическим или постоянным повышением уровня воды в реках, водоемах и морских заливах. Для защиты от затопления используют методы, каждый из которых включает комплекс инженерных мероприятий. Состав и характер этих мероприятий определяют с учетом анализа причин затопления, его масштабов и последствий, связанных с ним.

Основные причины затопления территорий

Прибрежные территории оказываются затопленными, если уровни воды в реках или других крупных водоемах — озерах, водохранилищах, морях — периодически превышают отметки прибрежных территорий (рис. 6.1,а). Повышение уровней может быть вызвано весенним половодьем, дождевыми паводками, интенсивным таянием снегов и ледников в горах. Оно может быть следствием сильных волновых явлений в крупных озерах, водохранилищах и морских заливах, где часто возникают длинные волны, а на побережьях океанов и морей — периодических приливов. Территории, расположенные в устьях рек, впадающих в моря, могут быть затоплены в результате ветрового нагона воды с моря и подпора уровня рек.

Рис. 6.1. Схема затопления городских территорий и их защиты:

/ — защищаемая территория; 2 — разгрузочный канал; 3 — водохранилище; ГМВ — горизонт меженных вод; ГАВ —то же, высоких Затопление территорий происходит и в результате нагромождения в русле большого количества льда у естественных или искусственных препятствий, или зажоров от скопления в русле шуги. Причиной повышения уровня воды в реке может быть отложение наносов в русле при больших расходах твердого стока реки. На водотоках в районах вечной мерзлоты затопление территорий может быть вызвано образованием русловых наледей в период снеготаяния и рядом факторов.

Рассмотренные причины приводят к кратковременному затоплению территорий. Городские территории могут подвергаться постоянному затоплению, когда возводят подпорные гидротехнические сооружения и создают водохранилища ниже города по течению реки.

Воздействие водных масс на прибрежные территории проявляется не только в затоплении. Одновременно может происходить размыв берегов и дна водотока, отложение наносов и образование оползней, изменение трассы русла реки и размыв поверхности поймы. Иными словами, затопление сопровождается деформацией речных русел и пойм, переформированием берегов, характер и масштабы которых зависят не только от свойств водного потока, но и от особенностей рельефа долины реки и геологических условий прибрежной территории.

Следствием затопления может быть подтопление территории не только пойменной террасы, но и прилегающих к ней участков.

При проектировании защитных мероприятий за расчетный горизонт высоких вод водоема принимают отметку наивысшего уровня воды различной повторяемости. Расчетный период повторяемости зависит от характера градостроительного использования территории. Для районов застройки жилыми и общественными зданиями повторяемость принимают равной один раз в 100 лет (1%-ная обеспеченность), для парков и плоскостных сооружений — один раз в 10 лет (10%-ная обеспеченность). Если на защищаемой территории проектируют предприятия крупного народнохозяйственного значения, то за расчетный горизонт принимают отметку уровня 1%-ной обеспеченности. Для остальных промышленных предприятий 2%-ной, кроме производства с коротким сроком эксплуатации (менее 10 лет), для которых расчетным будет уровень 10%-ной обеспеченности.

Для решения задач инженерной подготовки пойменных территорий важна характеристика рек по величине максимального расхода, которая в свою очередь зависит от площади бассейна реки. В пределах нашей страны выделяют малые реки с площадью бассейна 1000…2000 км² и амплитудами уровней 2…4 м, средние реки, имеющие размеры бассейна 2000—50 000 км² и амплитуды уровней (5…8 м), и большие. Это реки Сибири и Дальнего Востока, имеющие площадь бассейна стока более 50 000 км² и амплитуду колебания уровня 15…30 м.

Достаточно распространенные и типичные случаи затопления территорий Советского Союза нельзя отнести к категории непредвиденных стихийных бедствий. Затопление можно объяснить естественной изменчивостью режима рек, а также режимом уровней водохранилищ, колебания уровней которых можно прогнозировать с достаточной точностью.

Эффективность защитных мероприятий во многом предопределяет правильный учет возможных масштабов повышения уровней в водотоках и водоемах рассматриваемого речного бассейна. Не случайно поэтому во многих странах мира имеются службы, прогнозирующие силу надвигающихся наводнений.

В отдельных районах удается дать также количественную оценку возможного аварийного расхода. Так, на регулируемых водотоках и реках с защитными противопаводковыми сооружениями можно прогнозировать ожидаемый объем и время поступления ливневых вод в водохранилище, а также различные стадии формирования пика уровня по длине русла. В ряде случаев такой прогноз позволяет лишь предупредить о надвигающейся опасности, но не предотвратить ее.

Методы прогноза основаны на оценке характеристик отмечавшихся ранее повторяемости и продолжительности стояния высоких вод, включая сбор и анализ данных о выпадении осадков и режиме водотоков, исследование геологических и физико-географических особенностей бассейна реки. Для разных частей речной системы используют свои методы прогноза.

В верховьях рек ранние прогнозы основывают на космических снимках и радарных наблюдениях, на анализе метеорологической обстановки, данных о количестве выпавших и ожидаемых осадков. Половодья, вызываемые таянием снега, также поддаются прогнозу. Так, количество воды, образованное в результате таяния снега, легко рассчитать. В последнее время успешно используют методы динамического анализа, рассчитывая с помощью ЭВМ гидрологические модели речных бассейнов и обеспечивая непрерывный прогноз режима реки. Для низовьев рек используют метод экстраполяции оценок, сделанных по отношению к верхним участкам бассейна. При этом учитывают объемы воды, сброшенной из водохранилищ, расположенных выше города в бассейне реки.

Таким образом, прогноз возможной силы наводнений позволяет решать ряд практических задач защиты от затопления. Можно заранее оценить общее количество осадков на площади бассейна в каждый период года, определить степень их воздействия на режим реки. При наличии защитных сооружений в городе можно подготовить их к работе в критических (сверхнормативных) условиях, обеспечив пропускную способность русла: поднять гребень недостаточно высоких дамб, укрепить их слабые участки, очистить сливные отверстия, обводные каналы.