Наводнения (стр. 2 из 6)
Причины наводнений многообразны, и каждой причине или группе причин соответствует свой вид наводнения. Ниже укажем четыре группы видов наводнений.
1. Наводнения, связанные с прохождением очень большого для данной реки расхода воды. Такие наводнения случаются в период весеннего снеготаяния, при выпадении обильных ливневых и дождевых осадков, в случае крушения плотин и при прорывах завальных озер.
2. Наводнения, вызванные в основном большим сопротивлением, которое водный поток встречает в реке. Это обычно происходит в начале и в конце зимы при зажорах и заторах льда.
3. Наводнения, обусловленные как прохождением больших расходов воды, так и значительным сопротивлением водному потоку. К нт1 относятся селевые потоки на горных реках и водно-снеговые потоки в балках, оврагах и ложбинах.
4. Наводнения, создаваемые ветровыми нагонами воды на крупных озерах и водохранилищах, а также в морских устьях рек.
В пределах Советского Союза преобладают наводнения первой группы (около 80 % всех случаев). Они встречаются на равнинных и горных реках, в северных и южных районах и т. д. Остальные виды наводнений имеют локальное распространение.
Климатические условия в различных районах страны весьма разнообразны. Еще более различаются метеорологические условия каждого конкретного года. По этой причине нет ни одного года, в течение которого не случилось бы наводнения то на одних, то на других реках. Есть годы в гидрологическом отношении сравнительно спокойные и, напротив, очень неспокойные.
2.2. Наводнения в период весеннего половодья
Весной 1970 г. выдающееся по высоте весеннее половодье отмечалось на реках бассейнов Десны, Оки, Верхнего Дона и Верхнего Днепра. Максимальные уровни и расходы воды оказались близкими к исторически наблюденным — такие уровни имеют повторяемость 1 раз в 50—100 лет. Необычайно высокие максимумы отмечались на гидрологических постах: р. Дон — г. Задонск; р. Сосна — г. Елец; р. Тускарь — г. Курск; р. Ока — г. Орел; р. Зуша — г. Мценск. Были частично затоплены десятки городов и многие сотни сельских населенных пунктов.
Весна 1979 г. ознаменовалась чрезвычайно высоким половодьем на реках обширной территории между Верхней и Средней Волгой на западе и Уралом на востоке (Белая, Чусовая, Уфа, Кострома, Унжа, Ветлуга, Вятка и др.). Особенно высоким оно было на р. Вятке, где оказался превзойденным исторический максимум за предшествующий период в 101 год. Хозяйству ряда областей был нанесен серьезный материальный ущерб.
Так, в Башкирии были частично или полностью затоплены 180 населенных пунктов, в Свердловской области — 210 населенных пунктов. В той или иной мере пострадали г. Киров на р. Вятке, г. Пермь на р. Каме, г. Красновишерск на р. Вишере, г. Кунгур на р. Сылве, г. Уфа на р. Уфе и т. д.
По приведенным выше данным нетрудно составить перечень переменных во времени основных факторов, обусловливающих высоту весеннего половодья:
— запас воды в снежном покрове перед началом весеннего таяния;
— атмосферные осадки в период снеготаяния и половодья;
— осенне-зимнее увлажнение почвы к началу весеннего снеготаяния;
— глубина промерзания почвы к началу снеготаяния;
— ледяная корка на почве;
— интенсивность снеготаяния;
— сочетание волн половодья крупных притоков бассейна.
Последние два фактора почти не влияют на объем весеннего половодья и учитываются лишь при прогнозе максимума половодья.
Какой бы ни была разнообразной комбинация обусловливающих факторов в том или ином году, все они в конечном счете находят отражение в водном балансе за половодье.
Главная трудность прогноза объема стока половодья как раз и состоит в том, чтобы в условиях данного года заранее оценить возможные потери стока по факторам, определяющим эти потери.
Рассмотрим далее каждый фактор, обусловливающий объем весеннего половодья, в отдельности. Это важно для понимания того, при каких условиях бывают наводнения, как составляется прогноз высоты и объема половодья и пр.
1. Запасы воды в снежном покрове.
Первый выпавший снег редко остается на зиму. Обычно в предзимье снег выпадает два-три раза и тут же тает. При этом увлажняется верхний слой почвы, что во многом определяет потери стока половодья.
Определение истинной величины снегозапасов в бассейне сопряжено с немалыми трудностями. Ведь снег залегает на местности крайне неравномерно. Причина не только в том, что в разных местах выпадает неодинаковое количество твердых осадков, сколько в том, что ветер переносит выпавший снег с места на место. Перенос снега начинается уже при скорости ветра 5—7 м/с. Снег с открытых поверхностей сносится в различного рода понижения — лощины, балки, овраги, русла рек и ручьев. Снег отлагается и в зонах перехвата — на опушках леса, в лесозащитных полосах, в садах, у изгородей, около отдельных деревьев и кустов. Один буран в открытой степи может до неузнаваемости изменить рельеф снежного покрова. Некоторое влияние оказывают на него и зимние оттепели. При оттепелях снег тает преимущественно в поле и почти не тает в лесу. Соотношение между снегозапасами в поле, лесу, оврагах и пр. меняется от года к году. В среднем, например, в Центральных черноземных областях в узких оврагах снега в 2,5 раза больше, чем в поле, на опушках леса — в 2 раза, в лесу — в 1,3 раза, в лощинах, ложбинах и в руслах рек в 1,2 раза больше. В отдельные оттепельные и ветреные зимы соотношение может быть существенно иным. Так, в конце зимы 1951-52 г. в бассейне Дона снега в оврагах было в 5 раз больше, чем в поле. Заметим, что и лес лесу рознь — здесь имеют значение возраст, густота и состав леса. Почти всегда на 10 % площади снегозапасы в 2—4 раза больше средней величины и еще на 10% площади — в 1,5—2,0 раза меньше.
Ввиду всех этих обстоятельств снегосъемки производятся один раз в 5 дней вблизи метеорологических станций на характерных для данной местности маршрутах длиной 2 км в поле и 0,5 км в лесу и оврагах. Измерения осуществляются через каждые 10 м, причем на 5—10 измерений высоты приходится одно измерение плотности. Если высоту снежного покрова выразить в см, а плотность у в г/см3, то снегозапасы в мм составят: 5 == ЮснУ. Заметим, что ландшафтно-маршрутные снегосъемки выполняются с 1965—1966 гг. До этого в продолжение 25 лет (с 1940 г.) снегосъемки в поле производились по сторонам равнобедренного треугольника, сумма длин сторон которого составляет 1 км. До 1940 г. были иные методики снегосъемок. Поэтому данные о снегозапасах до и после 1965 — 1966 гг. не вполне однородны, и гидрологам при расчетах приходится вводить в данные разного рода поправки.
Средние снегозапасы бассейна вычисляются как средние взвешенные с учетом доли площади, занятой полем, лесом и овражко-балочной сетью. В свою очередь, средняя величина снегозапасов для поля, так же как для леса и овражно-балочной сети, определяется как средняя арифметическая из данных измерений. Обычно данных о снегозапасах в лесу в 3—5 раз меньше, чем в поле, и это отрицательным образом влияет на точность прогноза.
В декаду наибольшей высоты снежного покрова его плотность большей частью составляет: в Европейской части страны — 0,25 г/см3, в Сибири — 0,23 г/см3, на Дальнем Востоке — 0,20 г/см3.
Рис. 1. Наибольшие из максимальных за зимний период запасов воды в снежном покрове
Средняя многолетняя величина максимальных за зиму снегозапасов изменяется от 40—50 мм на юго-западе Украины и в Молдавии до 180—200 мм в Центральной Сибири (рис. 9). Еще более сильно выраженная территориальная изменчивость характерна для наибольших из максимальных снегозапасов: в Европейской части страны они колеблются от 60—80 мм до 300—350 мм (рис. 1).
2. Атмосферные осадки в период снеготаяния и половодья. Весенние осадки, являясь дополнительным источником питания рек, играют весьма важную роль в формировании максимума весеннего половодья. Можно выделить осадки периода снеготаяния и размерзания почвы, а также осадки последующего весеннего периода до конца половодья. Первые обращаются в сток с теми же потерями, что и снегозапасы, вторые — с несколько большими потерями. Если коэффициент стока снегозапасов и осадков принять за 1,0, то для осадков он составит 0,8 на севере в зоне избыточного увлажнения и 0,5 на юге в зоне недостаточного увлажнения.
Момент оттаивания почвы примерно совпадает с окончанием снеготаяния в лесу, а в безлесных районах оттаивание почвы начинается спустя 5—8 дней после схода снега.
3. Осенне-зимнее увлажнение почвы к началу весеннего снеготаяния.
Влажность верхнего слоя почвы толщиной 0,5—1,0 м —самый важный фактор потерь талых вод. Но именно влажность почвы и есть самая изменчивая во времени и в пространстве величина. В каждой низине влажность почвы больше, чем на возвышенных местах. Она существенно различается на песчаных и глинистых почвах, на распаханных и целинных участках, при наличии травяной или древесной растительности и т. д. По этой причине, а также потому, что измерение влажности почвы — дело трудоемкое и им начали заниматься сравнительно недавно (в лесу влажность почвы и сейчас не измеряется), при прогнозах широко используются разного рода косвенные характеристики. Самая распространенная из них — это разность между суммарными осадками (X) и суммарным испарением (Е} за 2,5—3,0 месяца до устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха через 0° С. Величина разности Х — Е примерно равна запасу продуктивной влаги в слое 0—50 см. Другая распространенная характеристика — суммарный сток реки за период октябрь — январь.