О заторах, условиях их формирования и способе борьбы с наводнениями
Известно, что заторы присущи не всем рекам. Для их образования нужно сочетание определённых условий, а именно участие больших масс льда в ледоходе и наличие препятствий его движению. Перед вскрытием много льда имеется в руслах почти всех рек в районах с суровым климатом. Основными препятствиями для движения льда обычно являются большие по длине участки реки со сплошным и достаточно прочным ледяным покровом. Такие условия свойственны рекам, которые вскрываются сверху вниз по течению, то есть нашим сибирским рекам. А потому и заторы во время паводка на просторах Сибири – явление нередкое.
Катастрофа по расписанию
По характеру разрушения ледяного покрова и очищения реки ото льда выделяетcя три основных типа вскрытия рек.
Первый тип характеризуется разрушением ледяного покрова путём таяния льда под влиянием потоков тепла от солнечной радиации, воздуха и воды. В этом случае лёд тает на месте.
Второй тип вскрытия характеризуется взаимодействием двух процессов разрушения ледяного покрова в результате таяния и механического разрушения под воздействием динамических нагрузок со стороны водного потока и ветра. Такое вскрытие типично для малых и промерзающих до дна средних рек.
Для третьего типа вскрытия определяющим является механическое разрушение ледяного потока под воздействием паводочной волны. Такой тип вскрытия наблюдается на больших и средних реках при интенсивном развитии весеннего половодья.
На реке Томь наблюдается второй и третий типы вскрытия рек. И в том случае, когда вскрытие реки идёт преимущественно по третьему типу, формируются особенно мощные заторы льда с выходом воды на пойму со всеми вытекающими последствиями. При этом прорыв затора льда наблюдается в основном после повышения перепада уровней в заторе (между верхним и нижним бьефами, или кромками), то есть прорыв определяется гидростатическим давлением скопившейся воды, которая движется волной за сдвигаемым затором и затапливает окрестные пойменные территории.
По данным наблюдений на территории Томской области (от устья до 125 км Л.К. р. Томи 1990 г.в.) заторы могут устанавливаться на срок от полутора до 15 суток. Многолетняя повторяемость образования заторов в период весеннего ледохода, в среднем – один раз в пять лет.
Как с этим бороться?
Бытует устойчивое мнение: раз затор ледовый, значит, нужно бороться со льдом. И борьба с ледовым покровом, перед вскрытием реки, на практике проводилась разными способами: взрывали, распиливали, чернили и так далее. Самым эффективным способом воздействия на ледовые заторы могло бы быть уничтожение или ослабление ледового покрова на участках возможного заторообразования и ниже по течению таким образом, чтобы голова затора не имела препятствия в виде непроходимого поля льда.
В период 1970–90 годов на участке Томи вдоль городов Томска и Северска и ниже ледовый покров существенно ослабляли выпускаемые в русло тёплые воды. Так, в районе города Томска вдоль правого берега в Томь поступали тёплые стоки реки Ушайки, на участке острова Боятский в русло, а потом вдоль левого берега шли тёплые стоки из трубы Мясокомбината, а дополнительный слив тёплой воды от АЭС ниже областного центра и вовсе остановил естественный ритм заторов. В этот период заторных явлений в черте Томска и ниже по течению практически не было. Сегодня тепловой сток в Томь практически остановлен (остался выброс тёплых вод ниже села Орловка, но этого недостаточно) и заторные паводки вернулись.
В последние годы (особенно после катастрофического паводка 2010 года) администрация Томска и Томской области озаботилась проблемой ледовых заторов. Ежегодно перед вскрытием реки ото льда проводятся (и на это выделяются бюджетные деньги) мероприятия по ослаблению ледяного покрова вдоль Томска.
На участке Томи вдоль областного центра проводились различные виды мероприятий по ослаблению льда, это были и чернение льда, и распиливание ледяного поля, и прокапывание ледяной канавы для «пропуска воды вдоль будущего затора», и подрывы ледяного покрова на различных участках… К сожалению, площадь, на которой проводились эти действия, очень невелика и уже поэтому они малоэффективны. И всё же у населения и администраций республик, краёв и областей сформировался стереотип – лёд на реках необходимо взрывать для предупреждения заторообразования с последующим наводнением.
В интернете можно найти десятки сообщений о профилактических подрывах ледяного покрова и последующих бомбёжках заторов льда на разных реках. В этой работе ежегодно участвуют тысячи человек, затрачиваются огромные средства. Но всегда ли эти мероприятия приводят к положительным результатам? Изучение этого вопроса даёт отрицательный ответ. Более того, подрывы льда нередко приводят к увеличению высоты и продолжительности наводнений при образовании заторов.
К примеру, по оценкам специалистов-гидрологов, подрыв и бомбёжка затора льда при историческом наводнении в 2001 году на реке Лене у города Ленска не снизили, а наоборот, увеличили высоту уровня воды на два метра. В итоге пострадали больше 40 тысяч человек, имеются погибшие, а общая сумма ущерба, по оценке правительства Республики Саха (Якутия), составила 7,1 миллиарда рублей.
Заторное наводнение на реке Абакан у города Абаза весной 2007 года также сопровождалось необдуманными подрывами льда. Пострадали четыреста тридцать усадеб, где проживали тысяча двести человек, погибло множество домашнего скота и птицы, из воды подняли девять погибших.
И томское наводнение 2010 года тоже в этом ряду. Тогда в южной части города (водомерный пост «Гидроствор») уровень воды поднялся примерно на 10 метров, почти на два метра превысив критическую отметку. В зоне подтопления оказался пригородный посёлок Чёрная Речка (270 жилых домов, 1102 жителя) и практически все садовые участки вдоль правого и левого берегов Томи. По оценкам ряда авторов, ледо-взрывные работы в черте Томска 29 апреля привели к уплотнению затора и скачкообразному подъёму уровня воды в «хвосте» затора, что привело к дополнительному затоплению.
Есть причины, которые могут приводить к негативным последствиям подрыва ледяного покрова и бомбёжек заторов льда.
Первая из них – это форсирование ледохода на реке с ещё не ослабленной естественным путём прочностью льда.
Весной после перехода температуры воздуха к положительным значениям и схода снега со льда под воздействием солнечной радиации речной лёд очень быстро изменяет прочную вертикальную кристаллическую структуру. В нём начинается образование полостей, вертикальных капилляров и плёнок талой воды на границах кристаллов льда. В результате лёд приобретает ослабленную игольчатую структуру. Одновременно под действием тепла берегов и стекающей с них относительно тёплой воды образуются закраины – участки чистой воды у берегов. Чем дольше продолжается воздействие перечисленных естественных процессов, тем сильнее уменьшается прочность льда и снижается вероятность образования мощных заторов во время ледохода.
Взрывные работы, а также резание ледяного покрова и ледокольные работы, проводимые в значительных масштабах, сокращают период естественной подготовки реки к вскрытию и ускоряют начало ледохода на речном участке, где производятся эти работы. В результате ледоход начинается при прочной структуре льдин. Образующийся при взрывных работах взломанный лёд забивает сечение русла в нижней части участка. Таким образом, увеличивается вероятность образования затора льда ниже места их проведения и затопления населённых пунктов выше головы затора.
Исключением может быть ослабление взрывом льда до ледохода в районе мостовых переходов, чтобы уменьшить воздействие примёрзшего к сооружениям ледяного покрова, а также в местах зимних ледовых переправ, где толщина льда особенно значительна.
Чреватой последствиями может быть и «бомбёжка» сформировавшегося затора. Подрыв может привести к его разрушению при условии взрыва в передней части, «голове» затора, где расположены заклинивающие льдины, а также использования зарядов достаточной мощности, но при наличии ниже по течению большого участка реки с открытой водной поверхностью, на который может сплавляться лёд из разрушенного затора. Если ниже затора сохраняется ледяной покров, то ледяной материал формирует ещё более мощное скопление льда у кромки ледостава ниже по течению реки. На практике неоднократно имели место случаи, когда необоснованные подрывы приводили к катастрофическим ситуациям.
Накопленный опыт показывает, что массированные подрывы заторов приводят к образованию мелкобитого льда, который набивается между более крупными льдинами, и затор становится более плотным, что приводит к уменьшению пропуска воды через тело затора и резкому росту уровня воды в хвосте затора. Кроме того, под воздействием взрывов происходит встряхивание скоплений льда. При этом центр тяжести затора опускается, что делает его ещё более устойчивым.
Наблюдения показывают, что взрывные работы не приводят к снижению значений максимальных уровней воды (затопления поймы) при заторах, а ежегодное проведение ледовзрывных работ (как противозаторных мероприятий) требует больших денежных затрат.
Нужны время, деньги и волевые решения
Учитывая вышеизложенное, а также материалы предыдущих публикаций «о борьбе с заторами» автор статьи предлагает руководству города Томска и Томской области сконцентрироваться не на борьбе со льдом (в виде локальных подрывов отдельных участков, перекатов…), а постараться уменьшить вредоносное влияние высоких паводковых вод на критические центры инфраструктуры и заселённые территории, расположенные на пойме в зоне возможного затопления.
Для этого необходимо пересмотреть отношение к освоению поймы реки. Кроме поднятия до незатопляемых отметок вновь застраиваемых участков поселений нужно предусмотреть обвалование уже заселённых участков, потенциально попадающих в зону возможного затопления высокими паводковыми водами. Не менее важно также провести расчистку пойменных проток с расчётом прохождения по ним талых паводковых вод в обход формирующимся заторам и максимально быстрого освобождения пойменных участков, подвергшихся затоплению, от паводковых вод.
Вся эта работа возможна при детальном изучении (научно-практическом исследовании) взаимодействия русловых и пойменных процессов. Для этого необходимо создать рабочую группу с целью разработки нормативных документов, в том числе задания на проведение научно-практических исследований, с выходом на проектные работы. Важно включить в неё профессионалов, не связанных с теми ведомствами и организациями, которые получают от государства средства на осуществление ледовзрывных, русловыправительных, добычных (добыча песчано-гравийных материалов) и других подобных работ.
На основе проведённых исследований и моделирования процессов должны быть приняты проектные решения. Эти проектные решения будут не дешёвыми и потребуют и времени, и волевых решений, так как сегодня пойма реки Томи уже сильно застроена. Следовательно, создавать проточные каналы придётся поперёк уже существующей инфраструктуры. На участках полузаросших пойменных проток должны появиться каналы, а на месте закопанных под автострадами труб – мостовые переходы через каналы. Размеры каналов должны соответствовать требованию пропуска достаточного количества паводковых вод. И, что самое важное, – вложенные в эти проекты и сооружения средства будут иметь накопительный характер. Без этих мероприятий продолжающиеся наводнения будут грозить катастрофами и убытками каждые пять лет.
Как всегда «неожиданно» будут гибнуть постройки, приусадебные хозяйства, пойменная инфраструктура, скот, возможно, люди, несмотря на «активную» и не дешёвую борьбу с заторами в виде подрывов льда, расчистки русла и прочих в том же роде мероприятий.
Дмитрий Замараев,
главный маркшейдер ООО «Спецгеострой»