1.4.2. Наводнения

Наводнение – это значительное затопление местности в результате подъема уровня воды в реке, озере, прибрежном районе моря. В России наводнения занимают первое место среди других стихийных бедствий по площади распространения, повторяемости и суммарному среднему годовому ущербу.

Начиная с конца ХХ века, в возникновении наводнений все большее значение приобретают антропогенные факторы. Основные среди них –– вырубка лесов и нерациональное ведение сельского хозяйства. Исчезновение лесов приводит к росту максимального поверхностного стока в 2,5…3 раза. Использование тяжелой техники ведет к переуплотнению почвы полей и, следовательно, к снижению инфильтрационных свойств почвы и увеличению поверхностного стока. К этому же ведет и неправильная распашка полей.

Примерно в 3 раза увеличился ущерб от паводков на урбанизированных территориях, так как при этом растет площадь водонепроницаемых покрытий и застроек. Хозяйственное освоение пойм рек также ведет к нарушению природного регулирования водостока.

В России эти факторы усугубляются негативными последствиями процесса перестройки хозяйственной деятельности: резким старением основных фондов водного хозяйства из – за невложения средств, несогласованностью деятельности различных хозяйствующих субъектов на территориях, подверженных наводнениям, изменением размещения хозяйственных объектов и жилья людей на паводкоопасных территориях.

В зависимости от причины, вызвавшей подъем уровня воды, различают следующие виды наводнений: половодье, паводок, подпорное, нагонное, при действии подводного источника большой энергии, прорыва.

Первые пять видов явлений – это источники ЧС природного характера. Половодье, паводок и подпорное наводнение возникают на реках, нагонное – в прибрежных районах заливов морей, устьях рек. Подводные землетрясения и извержения вулканов могут сопровождаться образованием волн цунами, которые затапливают прибрежную местность.

Наводнение прорыва – источник техногенной ЧС, обусловлено гидродинамической аварией.

Наводнения в большей или меньшей степени периодически наблюдаются на большинстве рек России.

По размерам затапливаемой территории и наносимому материальному ущербу наводнения подразделяют на 4 группы:

– низкие (малые) – случаются раз в 5…10 лет и затапливается менее 10 % сельскохозяйственных угодий:

– высокие – существенно нарушают хозяйственную деятельность, нередко вызывают необходимость частичной эвакуации населения:

– выдающиеся – повторяются примерно раз в 50…100 лет, сопровождаются большим материальным ущербом, необходима массовая эвакуация населения;

– катастрофические – не чаще раза в 100…200 лет и реже, полностью парализуется хозяйственная деятельность, временно изменяется жизненный уклад населения, сопровождаются гибелью людей.

Половодье и паводок связаны с прохождением большего, чем обычно, объема воды по руслу реки.

Половодье – ежегодно повторяющееся в один и тот же сезон относительно длительное увеличение расхода воды (весеннее таяние снега, продолжительные дожди). Длится половодье от 15…20 дней до 2…3 месяцев, подъем воды до 2…5 метров на малых реках, до 10…20 метров – на больших.

Один из основных параметров течения реки – расход – это объем воды , проходящий через поперечное сечение русла в единицу времени:

,

(1.4)

где – средняя скорость потока в рассматриваемом поперечном сечении, м/с; – площадь этого сечения, м².

Средняя скорость потока находится по формуле Шези:

,

(1.5)

где – коэффициент Шези; – гидравлический радиус, м; – уклон дна реки. Для широких русел можно принять , где – глубина потока, м. Величина для открытых русел оценивается с помощью выражения , где – коэффициент шероховатости русла. Тогда средняя скорость потока:

.

(1.6)

Значения уклона дна реки:

– равнинные реки = (5·10^-5…5·10^-4);

– предгорные реки = (5·10^-4…5·10^-3);

– горные реки > 5·10^-3.

Средние значения коэффициента шероховатости для естественных русел зависят от засоренности русла, неправильности в рельефе дна, извилистости русла:

– = 0,025 для чистых прямых русел;

– = 0,033 для русел больших и средних рек равнинного типа в благоприятных условиях состояния ложа;

– = 0,040 для сравнительно чистых русел равнинных рек в обычных условиях;

– = 0,050 для русел больших и средних рек, значительно засоренных, извилистых и частично заросших;

– = 0,067 для значительно заросших, неровных русел с заводями;

– = 0,133 для рек болотистого типа.

Изменение расхода воды во времени (гидрограф) в период половодья показано на рис. 1.4, где – бытовой (обычный) расход, – максимальный расход. При половодье имеет место относительно медленное изменение параметров потока.

Наибольший подъем уровня воды в реке при половодье определяется максимальным расходом , который зависит от ряда факторов: запасов снежной массы в бассейне реки, температуры воздуха и скорости ее повышения, выпадения осадков, ускоряющих сход снежного покрова. Максимальный подъем уровня воды может быть рассчитан по формуле:

,

(1.7)

г де – бытовой расход; , , – соответственно площадь сечения, скорость потока, уровень воды в реке при бытовом расходе; – параметр, характеризующий форму русла. Для частных случаев (рис. 1.5): прямоугольное русло – , треугольное русло – , трапецеидальное русло – .

Скорость потока при максимальном подъеме уровня воды () рассчитывается по формуле (1.6):

.

(1.8)

Размеры зоны затопления зависят от подъема уровня воды в реке и топографических особенностей прилегающей к руслу местности (табл.1.3).

Т а б л и ц а 1.3