Водохранилища-"ловушки" для защиты от наводнений

Колосов М. Водохранилища-"ловушки" для защиты от наводнений // Наука и жизнь. 2003 . №1. C. 140-141

Разрушительные наводнения лета 2002 года стали настоящим стихийным бедствием для Юга и Дальнего Востока России и некоторых стран Западной Европы. Достаточно вспомнить, что творилось под Краснодаром, на Ставрополье, в Карачаево-Черкессии, во многих землях Германии, Австрии, на юге Франции, в чешской столице - Праге. Наводнения нанесли огромный материальный ущерб, были и немалые человеческие жертвы. Основной причиной случившегося считают отсутствие надежного прогноза наводнений. Однако даже самый точный прогноз - это всего лишь предупреждение, он не может застраховать от тяжелых последствий надвигающегося бедствия. Чтобы избежать наводнений, в местах возможного затопления нужна надежная инженерная защита - система сооружений, которая исключала бы подтопление городов, поселков и сельскохозяйственных угодий.

Во все времена для защиты от наводнений строили системы дамб. Этот способ применялся еще в Древнем Египте и Китае, используется он и в большинстве современных проектов. Но не стоит забывать, что строительство дамбы (будь то земляная насыпь или бетонная стена) дело очень трудоемкое, дорогое и далеко не всегда эффективное.

Средством защиты от наводнений служат и крупные гидроузлы, где паводковая вода скапливается в водохранилищах, а затем либо используется для выработки электроэнергии, либо постепенно сбрасывается в реку. Этот способ применяется, например, в Китае (гидроузел "Три ущелья"), в Германии (гидроузлы на верхнем Рейне) и в России (Зейский гидроузел). Однако гидроузлы - тоже не лучший выход из положения. Чтобы их построить, нужны определенные топографические и географические условия, кроме того, под водохранилища отходят земли, которые могли бы использоваться более эффективно, и, наконец, гидроузлы спасают от наводнений только те земли, которые расположены в пойме реки ниже плотины, а все, что находится выше по течению, от водной стихии не защищено.

Многолетние наблюдения за гидрологическим режимом паводков показали, что мощь их год от года возрастает и случаются они все чаще. Специалисты связывают эту опасную тенденцию с вырубкой лесов, расчисткой рек и оврагов. Пока их не трогали, лесные массивы задерживали поверхностные стоки, а упавшие деревья и густые кустарники создавали мини-плотины в лесных ручьях и оврагах, которые препятствовали быстрому сбросу воды в русла рек. После вырубки лесов и распашки склонов поверхностные воды от выпавших осадков, не встречая препятствий, моментально сбрасываются в притоки, а оттуда - в основное русло реки. Из-за быстрого сброса воды, особенно в предгорьях, где уклон рек и их многочисленных притоков значительно больше, русло реки на равнине не может вместить в себя весь водный поток, река выходит из берегов и начинается наводнение.

Специалисты гидротехнического факультета Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций предлагают довольно простой, но значительно более экономичный способ борьбы с наводнениями: задерживать водные потоки, хотя бы на некоторое время, в зонах их образования, а затем постепенно, в дозированном режиме, сбрасывать в реки. Чтобы осуществить эту идею, надо строить на притоках, в оврагах и балках саморегулирующиеся плотины, образующие небольшие водохранилища-"ловушки". Такие сооружения способны задерживать сток, а затем постепенно сбрасывать скопившуюся воду.

Выбирая место для плотины, учитывают два фактора: наименьшие затраты на ее возведение и минимальный ущерб от временного подтопления "малого" водохранилища. Исходя из этого плотины целесообразно строить из местных материалов и в тех местах, где временное подтопление не разрушит почвенный покров и не нанесет ущерба природе. Такими участками могут быть заросли кустарников, пастбища, сенокосные угодья, где уже закончена уборка сена, или пахотные земли, оставленные под озимые посевы.

Что касается самой плотины, то к ней также предъявляются два основных требования: экономичность в строительстве и возможность дозированного сброса воды из водохранилища.

Строго дозированный поток воды можно пропускать через плотину, установив в насыпи трубы определенного размера. (Величину расхода воды определяют по известной из гидравлики формуле.) Однако при малом диаметре труб велик риск того, что они будут засоряться попавшими в реку ветвями и деревьями.

Пропускать через плотину дозированный поток можно и без водосброса. Для этого нужно строить ее в виде насыпи из камня, гравия или щебня. Сток будет проходить через такую плотину, как через фильтр. Величину фильтрационного расхода воды, проникающей через каменные насыпи, еще в 30-е годы прошлого века рассчитал профессор Санкт-Петербургского института путей сообщения Н.?П.?Пузыревский. Он определил значение коэффициента фильтрации для разных материалов. Используя камень, щебень или гравий, можно возводить противопаводковые плотины с заданной пропускной способностью. Если створ плотины имеет большую длину, то каменную наброску следует делать только в средней части, а насыпи, примыкающие к правому и левому берегам, строить из слабофильтрующих грунтов, например из супеси или суглинка.

Фильтрующие дамбы и насыпи успешно используются в строительной практике. На отдельных участках Мурманской железной дороги, например, рельсы уложены на каменную насыпь. Она надежна и в то же время пропускает ливневые и паводковые воды. Стабильно фильтруются водные потоки, проходящие через каменную наброску Маткожненской плотины на Беломорско-Балтийском канале.

Противопаводковый комплекс, включающий систему саморегулирующихся плотин и водохранилищ-"ловушек", можно формировать поэтапно, возводя плотины сначала на более крупных притоках рек, а затем на мелких ручейках и в овражках.