МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ –

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ –
МСХА имени К.А. ТИМИРЯЗЕВА
ОПАСНЫЕ ЛЕДОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
НА РЕКАХ И ВОДОХРАНИЛИЩАХ
РОССИИ
Монография
Москва
Издательство РГАУ-МСХА
2015
ПРЕДИСЛОВИЕ
УДК 556.536:535.5
ББК 26.222.5
К
Козлов Д.В., Бузин В.А., Фролова Н.Л., Агафонова С.А., Бабурин В.Л., Банщикова Л.С., Горошкова Н.И., Завадский А.С., Крыленко И.Н., Савельев К.Л.,
Козлов К.Д., Бузина Л.Ф. Опасные ледовые явления на реках и водохранилищах России: Монография / Д.В. Козлов, В.А. Бузин, Н.Л. Фролова, С.А. Агафонова, В.Л. Бабурин, Л.С. Банщикова, Н.И. Горошкова, А.С. Завадский, И.Н. Крыленко,
К.Л. Савельев, К.Д. Козлов, Л.Ф. Бузина; Под общей ред. проф., д.т.н. Д.В. Козлова.М.:
Изд-во РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева. 2015. 348 с.: ил.
В книге изложены основные положения современной методологии изучения опасных ледовых явлений (в первую очередь – заторов и зажоров льда), анализируются
условия и особенности процессов заторо- и зажорообразования на реках и водохранилищах России. Представлены результаты районирования территории России по генезису ледовых явлений. Рассмотрены методы расчёта и прогноза зажоров и заторов льда
и возможности их использования в условиях наблюдающегося изменения климата. Выполнена оценка вероятных изменений повторяемости опасных ледовых явлений и высоты максимальных уровней воды, обусловленных заторами и зажорами льда. На примере отдельных рек показаны последствия антропогенного воздействия на процессы
зажоро- и заторообразования и эффективность противозаторных и противозажорных
мероприятий на водных объектах России. Даны рекомендации по оценке и уменьшению ущербов от наводнений, вызванных зажорами и заторами льда.
В монографии также рассмотрены вопросы организации натурных исследований
зажоров и заторов льда, лабораторного и математического моделирования процессов
зажоро- и заторообразования. Приведены рекомендации по составу, объему и уровню
детализации исходных данных для изучения процессов зажоро- и заторообразования,
а также принципиальные подходы к оценке гидроэкологической безопасности водопользования и районирования европейской территории России по степени опасности
ледовых явлений.
Результаты исследований получены в рамках выполнения работ по теме 12 фцп-М6–
02 «Создание методологии изучения гидроледотермических, ледотехнических и гидравлических процессов и явлений в природных и природно-технических системах водных
объектов суровой климатической зоны России» ФЦП «Развитие водохозяйственного
комплекса Российской Федерации в 2012–2020 годах» и предназначены, в первую очередь, для использования в решении задач снижения риска опасных ледовых явлений.
Издание предназначено для гидрологов и инженеров-гидротехников, а также может быть полезным для студентов и аспирантов высших учебных заведений.
Рецензенты:
доктор технических наук, профессор В.К. Дебольский (Институт водных проблем РАН);
доктор географических наук, профессор Н.И. Коренкевич (Институт географии РАН)
ISBN 978-5-9675-1204-9
© Козлов Д.В., Бузин В.А., Фролова Н.Л. и др., 2015
© РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, 2015
© Издательство РГАУ-МСХА, 2015
Холодные, а в отдельных районах суровые климатические условия России на подавляющей части ее территории, обуславливают зимой на реках и водохранилищах наличие ледяного покрова и сопровождающие его образование и разрушение процессы и явления, многие
из которых вызывают чрезвычайные ситуации в жизни населённых
пунктов и деятельности хозяйственных субъектов, расположенных
на берегах и вблизи водных объектов, а значит, потенциально опасны
для человека и его жизнедеятельности.
К опасным явлениям относятся явления природы, мешающие
хозяйственной деятельности человека, наносящие ему материальный ущерб и даже угрожающие его жизни. Явления считаются стихийными или особо опасными, если из-за своей интенсивности,
района распространения и продолжительности они наносят значительный ущерб. Среди ледовых явлений к опасным относятся [112,
113]:
– зажоры и заторы льда, при которых возможно затопление пониженных частей городов, населенных пунктов, посевов сельскохозяйственных культур, автомобильных дорог или повреждение льдом
сооружений и хозяйственных объектов в руслах рек, на их берегах
и в пойме;
– раннее замерзание и позднее вскрытие судоходной реки или водохранилища, повторяющиеся не чаще, чем 1 раз в 10 лет, что сокращает период навигации;
– внутриводный лед, забивающий водозаборные сооружения;
– появление льда, непроходимого для судов и ледоколов в период
навигации на судовых трассах;
– ледяной покров недостаточной грузоподъёмности при использовании его для зимних автодорог;
– наледи, слоистые ледяные массивы, приводящие к подпору воды
в реках и затоплению прилегающей территории холодной водой,
а также разрушающие различного рода сооружения путем статического и динамического давления льда на них;
– промерзание небольших рек, что приводит к нарушению
водоснабжения;
– интенсивный ледоход, угрожающий напором льда на речные гидротехнические сооружения и их разрушением.
Наиболее сложные ситуации на реках возникают чаще всего весной, когда при большой водности в них образуются заторы льда [21,
3
41, 48, 62, 70, 76, 94, 110], существенно уменьшающие пропускную
способность речного русла, что приводит к быстрому росту уровня воды выше очага скопления льдин, а с выходом воды на пойму – к затоплению расположенных в её пределах строений, дорог
и сельскохозяйственных угодий. На берегах и в пойме рек нагромождаются многометровые ледяные валы, разрушая построенные
здесь сооружения. Так, ущерб от ледового затора, имевшего место
весной 2001 г. на реке Лена у города Ленск в Якутии, составил около
7 млрд руб. [65, 66].
Убытки от других опасных ледовых явлений, как правило, значительно меньше, чем от заторов. На реках с порожистыми участками и большой осенней водностью, обусловленной дождевыми
паводками, интенсивным подземным питанием, регулированием
стока воды водохранилищем, чрезвычайные ситуации связаны
с зажорами льда, которые образуются в процессе замерзания рек.
Скопление льда в речном русле в начале зимы также иногда приводят к наводнениям [2], но меньшим, чем при заторах, поскольку
зажоры образуются всё же на фоне меньшей по сравнению с весенней водностью.
Нередко зажоры вызывают нарушения работы водозаборов
из-за забивки их решёток внутриводным льдом, шугой и резкого
снижения уровня воды ниже скопления льда, в результате которого
обсыхают оголовки водоприёмников. Зажоры в нижних бьефах гидроузлов, повышая уровнь воды, приводят к снижению выработки
электроэнергии на ГЭС. Подобные затруднения возникают также
в случае перемерзания водного объекта и образования наледи речных вод.
Специалистами-гидрологами и гидротехниками много сделано
для познания опасных ледовых явлений. Так, созданы теоретические модели заторов и зажоров льда, разработаны методы инженерных расчетов их характеристик, в Росгидромете функционирует
служба информации о ледовых явлениях на реках страны и их прогнозов. В 1978 г. был издан Каталог заторных и зажорных участков
рек СССР [64], в двух томах которого приведены характеристики заторов и зажоров льда на 2438 участках, расположенных на 1167 реках России и ближнего зарубежья. При его создании использованы
самые разнообразные источники и материалы: от данных наблюдений на гидрологической сети до разработок и обобщений научного
характера.
Необходимо отметить, что изучение таких явлений, как зажоры и заторы льда, сопряжено с немалыми трудностями. Это, как
правило, многофакторные явления, и роль конкретных факторов
в каждом отдельном случае неодинакова. Существующая сеть гидрологических постов, предназначенная в основном для режимного учета стока воды, к сожалению, не решает задачу мониторинга опасных ледовых явлений. Эти явления порой разыгрываются
на участках рек протяжённостью до 100 км, поэтому организованные наблюдения в отдельных точках не всегда показательны.
Наконец, для опасных ледовых явлений характерна чрезвычайная
динамичность процессов, а также существенная неопределенность
времени и места их наступления. Поэтому мощные зажоры и заторы льда нередко имеют неожиданный характер, что обуславливает значительные материальные потери и нередко человеческие
жертвы.
Важными аспектами проблемы противостояния опасным ледовым
явлениям на водных объектах в холодной климатической зоне России
являются расчёт их потенциального риска на планируемых для хозяйственного освоения территориях, их своевременный прогноз и наличие эффективных мер их предотвращения.
Методы расчёта и прогноза количественных характеристик того
или иного ледового явления могут быть разработаны, если хорошо
изучена физика этого явления, имеется его математическое описание,
наконец, если есть систематические данные о факторах, предопределяющих ледовое явление. К сожалению, не все опасные ледовые
явления достаточно хорошо изучены по причине отсутствия систематических наблюдений за ними, в частности, внутриводное ледообразование и наледи. На сегодня более или менее полно отвечают
перечисленным выше требованиям такие опасные ледовые явления,
как зажоры и заторы льда.
В настоящем научном издании выполнены обобщение, анализ и систематизация знаний о методах изучения процессов образования зажоров и заторов льда, представлено районирование
территории России по генезису ледовых явлений, изложены методы расчетов максимальных зажорных и заторных уровней воды
редкой повторяемости. Рассмотрены используемые в инженерной
практике методы прогнозов зажоров и заторов льда и обусловленных ими наводнений. Эти методы базируются в основном
на статистических зависимостях, установленных по данным гидрометеорологических наблюдений за многолетний период. Они
4
5
применимы, как правило, в условиях стационарности ряда наблюдений, которая нарушается при изменении климата и существенном изменении ледового режима реки в результате хозяйственной
деятельности человека.
Лёд является хорошим индикатором климатических изменений,
чутко реагируя на температурные условия его образования и существования. При этом влияние изменения климата на процессы зажоро- и заторообразования до сих пор практически не изучалось. Исследовалось в основном влияние современного потепления на сроки
замерзания и вскрытия рек [37].
Антропогенное воздействие на ледовый режим может быть различным: сброс тёплых промышленных вод в реку, отвод вод из русла,
выправление речного русла, выемка из русла песка и гравия, возведение в русле инженерных сооружений, наконец, реализация противозаторных и противозажорных мероприятий. С 30-х гг. XX в. исследуются и уже достаточно хорошо изучены к настоящему времени
последствия строительства в реках гидротехнических сооружений
и гидроэлектростанций [2]. Влияние других воздействий на ледовый
режим рек, особенно на процессы зажоро- и заторообразования, практически не исследовалось.
Одной из важнейших проблем социальной и экономической стабильности любого государства является готовность его соответствующих структур противостоять опасным природным явлениям, в том
числе и ледовым. При этом существенное значение имеет мониторинг опасных ледовых явлений, т.е. наблюдения за ними, их контроль
и своевременный прогноз, меры, принимаемые для их предотвращения, а также оценка последствий и эффективности противозажорных
и противозаторных мероприятий.
В монографии изложены результаты оценки климатических изменений и антропогенных воздействий на процессы образования
и развития зажоров и заторов льда на реках России, представлены
результаты совершенствования методологии изучения процессов
зажоро- и заторообразования, в том числе определена роль натурных исследований, лабораторного и математического моделирования этих опасных ледовых явлений, сформулированы рекомендации
по составу, объёму и уровню детализации исходных данных для
изучения процессов зажоро- заторообразования и решения задач
снижения риска их опасного развития, а также принципы оценки
гидроэкологической безопасности водопользования и районирования территорий по степени опасности ледовых явлений, которые
удалось получить в последних исследованиях по теме 12 фцп-М6–
02 «Создание методологии изучения гидроледотермических, ледотехнических и гидравлических процессов и явлений в природных
и природно-технических системах водных объектов суровой климатической зоны России» в рамках реализации НИОКР Федеральной
целевой программы «Развитие водохозяйственного комплекса Российской Федерации в 2012–2020 годах» коллективом специалистов
из ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства» (д.т.н. Д.В. Козлов, к.т.н. К.Л. Савельев, инж.
К.Д. Козлов), ФГБУ «Государственный гидрологический институт» (д.т.н. В.А. Бузин, к. геогр.н. Л.С. Банщикова, к.т.н. Н.И. Горошкова, инж. Л.Ф. Бузина) и географического факультета ФГБОУ
ВПО «Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова» (д. геогр.н. Н.Л. Фролова, к. геогр.н. С.А. Агафонова, к. геогр.н. И.Н. Крыленко, д. геогр.н. В.Л. Бабурин, к. геогр.н.
А.С. Завадский).
(К сожалению, Владимир Александрович Бузин не дожил до выхода книги в свет, но именно его научные взгляды и творческие
разработки составили основу нескольких разделов настоящей
монографии.)
6
7
ГЛАВА 1. ОПАСНЫЕ ЛЕДОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
НА РЕКАХ И ВОДОХРАНИЛИЩАХ
Все реки по характеру ледового режима делятся на три большие
группы: замерзающие, с неустойчивым ледоставом и незамерзающие.
Реки средних широт, как правило, зимой замерзают. На замерзающих
реках выделяют три характерных периода:
1) замерзание (осенние ледовые явления);
2) ледостав;
3) вскрытие (весенние ледовые явления).
В период осеннего ледохода русло реки может оказаться забитым
шугой и обломками льда – формируется зажор, сопровождающийся
подъемом уровня воды на вышерасположенном участке реки. Если
в процессе осеннего ледохода происходит закупорка русла плывущими льдинами, то имеет место формирование затора.
Под зажором понимается скопление шуги с включением мелкобитого льда в русле реки, вызывающее стеснение водного сечения
речного потока и связанный с этим подъем уровня воды выше, а спад
ниже места скопления. Зажоры образуются осенью при замерзании
рек в направлении снизу вверх по течению.
Зажоры свойственны шугоносным рекам, на которых формирование ледяного покрова происходит одним из двух путей:
перемещение ледяной кромки снизу вверх по течению реки и постепенное заполнение водной поверхности льдом, поступающим
с верхних участков;
1) образование отдельных ледяных перемычек и последующее
накопление и смерзание шуги между ними.
2) Зажоры образуются при интенсивном шугоходе на участках
с повышенными уклонами, где задерживается перемещение кромки,
а также в местах недостаточной ледопропускной способности русла:
в излучинах реки, в местах стеснения русла островами, где и образуются ледяные перемычки. Кроме того, зажоры формируются при
ледоставе в результате заноса шуги под ледяной покров в нижних
бьефах гидроэлектростанций (ГЭС).
Определены следующие условия образования и развития зажоров
[55, 56]:
1) отрицательная температура воздуха, при которой происходит
интенсивная теплоотдача с водной поверхности;
2) турбулентное течение в водотоке, способствующее переохлаждению водной массы и кристаллизации внутриводного льда;
3) наличие выше по течению участка с шугоходом (перекаты,
участки с повышенными скоростями, полыньи и проч.);
4) повышенная шугонасыщенность водного потока в целом с образованием в нем шуговых ковров при значительных силах внутреннего трения льда;
5) наличие особых морфологических особенностей русла реки,
способствующих задержанию ледяной массы (меандры, бифуркация
рек и т.п.), и других препятствий, в том числе элементов гидротехнических сооружений, а также изменение скоростей течения вследствие
выклинивания кривой подпора.
Р.В. Донченко [48] отмечает, что нужный для образования зажоров
ледяной материал – шуга – с одной стороны, должен интенсивно образовываться, но, с другой стороны, не должен смерзаться. Поэтому существует определенный диапазон температур воздуха, при котором формируются зажоры: –2…-10°C. На реках, где осенью похолодание очень
резкое и глубокое, больших зажоров не бывает – например, на р. Лене.
По гидрометеорологическим особенностям зажорообразования
[56] выделяются следующие группы рек:
1) реки в горных районах, подверженных снеговым обвалам (влияние атмосферных осадков: снега и снежуры, входящих в состав зажора);
2) реки в условиях резких устойчивых похолоданий в осенний
период;
3) реки в условиях изменчивой (по направлению теплового потока) теплоотдачи в осенне-зимний период;
4) реки с затяжной холодной зимой и быстрым наступлением весеннего половодья;
5) реки с непродолжительной мягкой зимой в условиях длительного весеннего половодья.
Наиболее благоприятная для зажорообразования скорость течения
воды составляет 0,5–1,6 м/с. При малой скорости течения река замерзает без зажоров путем смыкания быстро расширяющихся заберегов.
При очень большой скорости течения зажоров не бывает, так как внутриводный лед не может всплыть и сформировать скопления шуги.
Установлены [25] три режима движения шуги в зависимости
от скорости потока:
1) при v=0,7–0,8 м/с шуга движется по водной поверхности;
2) при v=1,2–1,8 м/с шуга заполняет русло до половины глубины;
3) при v=3 м/с все частицы шуги распределяются более или менее
равномерно по сечению речного потока.
8
9
1.1. Зажорные явления на реках
Выделяются [90] четыре диапазона скоростей течения v с характерными процессами шугообразования:
1. v≤v1 (v1=0,5 м/с);
2. v1≤v≤v2 (v2=0,7–0,067 Н, м/с; Н – глубина потока, м);
3. v2≤v≤v3 (v3=1,5 м/с);
4. v≥v3.
В первом диапазоне скоростей замерзание реки происходит спокойно путем образования поверхностного ледяного покрова. Значение v2 определяет границу скоростей, при которых шуговой ковер,
подходя к препятствию, не будет подныривать под кромку ледяного
покрова. В третьем диапазоне скоростей шуговой ковер распределяется по всему живому сечению потока, частично покрывая при сильном
шугообразовании и его поверхность. При скоростях течения, больших
1,5 м/с, происходит полное взвешивание шуги, и водная поверхность
свободна от шуговых образований.
Влияние морфологии русла на характер протекания шугового процесса и образование зажоров рассмотрено в работах [54, 55]. В работе
[55] дается классификация рек по этому признаку, влияющему также
и на скоростные условия. При этом выделяются следующие основные
типы речных систем:
1) равнинные реки с плавным профилем при уклоне создают
скорости v1<v<v2;
2) реки предгорного типа при уклонах, обуславливающих
скорости v2<v<v3;
3) горные реки с уклонами, обеспечивающими скорости v<v2;
4) слабоизвилистые реки равнинного типа с перекатами;
5) порожистые реки со ступенчатым профилем;
6) реки с поворотами и разветвленным руслом.
Помимо вышеперечисленных 1–6 типов, в работе [107] указываются в качестве морфологических условий, благоприятствующих образованию зажоров, места выклинивания подпора от водохранилищ
(см.п. 1.3 настоящего издания). Как следует из приведенного перечня
типов рек, в основу их классификации положены скорость течения
(типы 1–3) и сочетание скоростей на отдельных участках реки (типы
4 и 5). Причем типы 4 и 5 представляют, собственно, один тип, в котором процессы шугообразования протекают в различные по продолжительности периоды и с разной интенсивностью.
В работе [55] представлено, что объединяются типы рек 1–3 приведенной классификации по признаку уклона русла, определяющего скорости течения и типы 4–5, как выражающие по существу одну
и ту же морфологическую особенность: наличие порожистых участков на равнинной реке. С другой стороны, вводятся дополнительно
такие характеристики, как направление течения (с севера на юг или
с юга на север), озерность речных систем и наличие притоков.
В северном полушарии ледообразование на реках, текущих с севера на юг, начинается на верхних участках; образующаяся здесь
шуга может свободно проходить в низовья, не вызывая образования зажоров. При течении реки с юга на север шуга будет задерживаться в нижнем течении у кромки льда, что будет сопровождаться
зажорообразованием.
На процессы зажорообразования значительное влияние оказывает
наличие озер в речной системе. Озера оказывают отепляющее влияние на начальный участок реки, однако ниже нулевого профиля температуры в реке шугообразование и образование зажоров возможны.
Поступление льда из озера в реку в период, когда вода в реке еще
не переохлаждена, предохраняет ее от переохлаждения, создавая защитный ледяной покров. Отсюда важность организации ледорегулирующих сооружений в истоках реки (у озера).
Большую роль в зажорообразовании играет приточность рек.
Притоки при относительно большем уклоне, чем сама река, могут
выносить шуговые массы в реку, имеющую меньшую
шуготранзитную способность, что будет способствовать образованию
зажоров.
Классификация рек по морфологическому признаку согласно
А.М. Естифееву учитывает:
1) уклоны реки разбивкой их на группы в соответствии с четырьмя скоростными диапазонами, приведенными выше;
2) направление течения (с севера на юг и с юга на север);
3) впадение в реку шугоносных притоков;
4) резкое изменение уклонов (порожистые участки на равнинной
реке и места выклинивания кривых подпора);
5) наличие извилин русла, разветвлений, островов и т.п. (меандры и бифуркация рек);
6) озерность реки.
Если в верховьях реки имеется озеро, на ледовый процесс, и в том
числе на образование зажоров, влияет поступление поверхностного льда из озера или вышерасположенных притоков, что в значительной мере зависит от силы и направления ветра у истоков реки. Поэтому сочетание ветра и морфологии также существенно определяет
характер ледовых явлений, в том числе и зажорности. Кроме того,
10
11
Следовательно, необходимым условием зажорообразования является вовлечение шуговых скоплений под кромку, а это происходит
при значениях числа Фруда больше критических Frкр. Р.В. Донченко
определила критическое значение уклона, характеризующего место
образования зажора льда [51]:
ветер вызывает волнение, которое обуславливает незамерзание озера
и образование внутриводного льда.
Закономерности перемещения кромки льда [58] определяются
продольным профилем водной поверхности реки, а также местными
уклонами. На участках с небольшими уклонами водной поверхности
(менее 0,01%о) образуются перемычки за счет остановки и смерзания шуговых образований. На этих участках кромка ледяного покрова
перемещается со скоростью, превышающей 20 км/сут. С увеличением
уклонов водной поверхности наблюдается закономерное уменьшение
скорости перемещения кромки, а при подходе к участкам с уклонами
более 0,1%о непрерывное перемещение кромки льда прекращается.
Чтобы оно возобновилось, необходимо снижение скорости течения.
Вследствие образования скопления шуги, создающего дополнительное гидравлическое сопротивление, возникает подпор, поднимается уровень воды и снижается скорость течения. При прочих равных
условиях мощность зажора пропорциональна величине уклона и скорости течения в месте образования зажора. Под влиянием зажоров
водопропускная способность русел уменьшается, и на участке ниже
зажора происходит временный спад уровней воды. Выше зажора
наблюдается подъем уровней и образование подпора. Уменьшение
уклона и скорости течения на этом участке обеспечивает дальнейшее
перемещение кромки льда.
На некоторых реках (Ангара, Нева, Зея, Бурея и др.) вследствие
неоднородности морфологических характеристик по их длине формирование ледяного покрова сопровождается образованием каскада
зажоров различной мощности [14, 40, 51, 58]. Особенно сложные
ледовые условия наблюдаются в нижних бьефах ГЭС в зоне пульсации кромки льда [39, 46, 48]. На этих участках под влиянием суточного регулирования ГЭС происходит непрерывный процесс образования и разрушения ледяного покрова. В местах стабилизации
кромки льда наблюдаются зажорно-заторные явления, возникающие
в период значительных колебаний расходов воды и интенсивного
шугообразования в приплотинной полынье (см.п. 1.3 настоящего
издания).
В процессе формирования зажора Р.В. Донченко [48] выделяет
следующие стадии его развития:
1) вовлечение шуговых образований под кромку льда;
2) движение и отложение шуги под ледяным покровом;
3) перераспределение шуговых образований в зажоре и перемещение кромки льда вверх по реке.
где G1 – общее количество шуги, приносимой к кромке льда; G2 –
количество шуги, заносимое под кромку льда; B – ширина реки
в створе кромки.
При движении шуги в поверхностном слое величина
G2 незначительна.
Головная часть зажора формируется, как правило, непосредственно у кромки ледяного покрова. Характер движения и отложения шуговых образований под кромкой обусловлен гидравлическими характеристиками зажорного участка, размерами, формой скоплений
и физическими свойствами шуги. Исследования условий формирования зажоров на Ангаре и Енисее [14] показали, что поступающий
к кромке ледяной материал остается в пределах зажорного участка.
Убыль льда в процессе формирования зажора пренебрежимо мала
в сравнении с общим объемом зажора.
Колебания стока воды и погодных условий в процессе формирования зажора приводят к нарушению равновесия и устойчивости
зажорных скоплений. Начинаются подвижки, при которых шуговые
массы уплотняются, в отдельных местах увеличивается их толщина,
а в целом по длине зажорного участка происходит перераспределение
ледяного материала. При больших подвижках кромка льда отступает
на 1–2 км со скоростью 0,1–0,3 м/c. Число и размеры подвижек определяются изменением уклонов водной поверхности, влекущей силой
потока, давлением поступающих сверху масс льда и шуги, а также интенсивностью потепления воздушных масс. Наиболее мощные подвижки обычно наблюдаются в период быстрого подъема зажорного
уровня воды. На участках рек с уклонами водной поверхности во вре-
12
13
I £ gC 2Frêð ,
(1.1)
где С – коэффициент Шези. На участках реки с докритическими
значениями уклонов кромка льда непрерывно перемещается вверх
по течению со скоростью [15]:
vê =
G1 - G2
,
gø hø B
(1.2)
мя формирования зажора 1–2‰ происходит до десяти крупных подвижек. По данным исследований, на Ангаре [40] без подвижек и динамических уплотнений зажорных скоплений не может образоваться
ледяной покров на участках с большими уклонами. В процессе формирования зажора существенное воздействие на шуголедяной покров
оказывает ветер, под влиянием которого также возникают подвижки
зажорного скопления, и кромка льда отступает на несколько километров. Такое явление неоднократно наблюдалось и при формировании
зажоров на Неве, когда ветер со скоростью 10–15 м/с в направлении течения вызывал срыв кромки и отступление ее вниз по реке на 4–6 км.
При этом уплотнение зажорных скоплений приводило к дальнейшему
снижению пропускной способности русла на зажорном участке.
Мощность зажора характеризуется высотой подпора, зависящей
от скорости перемещения кромки льда на зажорном участке. В свою
очередь скорость перемещения кромки является комплексной характеристикой условий формирования зажора [51]. По данным исследований, на Ангаре, Волге, Неве, Днестре и других реках в этот
период уклоны водной поверхности изменяются в 3–4 раза и более.
Зависимость скорости движения кромки ледяного покрова при зажоре от уклонов водной поверхности характеризуется кривой:
– – средняя площадь поперечного сечения
где Qш – расход шуги; ω
на участке реки.
При одних и тех же уклонах изменение скорости движения кромки ледяного покрова находится в полном соответствии с изменением
расходов льда. Чем больше расходы шуги в процессе формирования
зажора, тем больше скорость перемещения кромки льда. Среднее
значение скорости перемещения кромки льда на зажорных участках
изменяется от 0,1 до 5 км/сут., при этом расходы шуги в среднем составляют 50–200 м3/с, а максимальные достигают 1000 м3/с.
Количество льда в зажоре определяется по данным измерений
расходов шуги, поступающей на зажорный участок с верхних участков реки за период формирования зажора, либо вычисляется по методу теплового баланса с учетом гидравлических характеристик потока
[86, 97, 103]. Кроме того, количество льда в зажоре может быть оценено гидравлическим методом с помощью опорных кривых по данным
измерений уровней воды в ряде створов зажора с учетом морфологических характеристик зажорного участка. На основе расчетных значений изменения водопропускной способности русла под влиянием зажорных скоплений оценивается толщина и количество льда в зажоре
[32, 50].
На Ангаре, Волге и других реках зашугованность русла на зажорных участках составляет 20–80%. В зависимости от глубины потока,
формы поперечного и продольного профиля русла толщина зажорных
скоплений изменяется от 2 до 10 м (в отдельных случаях достигает
12–15 м), а длина – от 3 до 5 км на средних реках и от 10 до 25 км –
на больших. Соответственно и объем шуги в зажорах изменяется
от 10 до 80 млн м3. Поверхность зажоров торосистая, высота торосов
достигает 3 м. Отмечаются навалы льда на берегах высотой 3–4 м.
Длительность образования зажора зависит от расхода и физических
характеристик льда и шуги, скорости их смерзания, а также от гидравлических характеристик потока на участке реки.
На реках северных районов зажорные скопления сохраняются
в течение всего зимнего периода и при вскрытии реки являются очагами заторообразования. При неустойчивых погодных условиях, особенно при потеплении, зажорные массы легко размываются потоком.
По данным исследований А.Н. Чижова [120], на горных реках зажоры
могут существовать только в состоянии динамического равновесия,
т.е. в период шугохода, когда отложения шути, переносимые потоком
под зажором, компенсируют его размыв. После окончания шугохода
зажорные скопления разрушаются, сохраняясь в отдельных местах
в виде «мостов» или ледяных валов.
Р.А. Нежиховский выделяет три типа зажоров в зависимости
от условий накопления шуги у кромки льда, скорости течения воды
и интенсивности теплопотерь с водной поверхности [26, 87].
Первый тип зажора характерен для больших участков рек, где замерзание происходит путем скачкообразного движения кромки ледяного покрова вверх по течению. Зажор возникает в том месте реки,
где перемещение кромки происходит при слабом для данной скорости
течения воды морозе. Особо мощные зажоры формируются в те годы
(периоды), когда после сильного мороза наступает повышение температуры воздуха. При этом во время мороза на реке образуется много
плавучего льда; при последующем повышении температуры воздуха
подплывающие к кромке большие ледяные массы плохо смерзаются,
и под напором текущей воды и льда происходят их торошение, подвижки и т.п. Величины зажорных подъемов уровней воды могут быть
14
15
vê =
Qø
,
-0,3 ù
é æ
êw ç1 - I çàæ ö÷÷ ú
ê ççç
ú
I 0 ÷ø÷ ú
êë è
û
(1.3)
самыми различными (от 0,5–10 до 5–6 м и более); все зависит от сочетания скорости течения воды, температуры и физико-механических
свойства плавучего ледяного материала. Для хода уровня характерен
период непродолжительного (0,5–3,0 сут.) подъема. Максимальный
уровень в пункте наблюдений наступает в момент прохождения у пункта перемещающейся снизу кромки ледяного покрова. Спад уровня
после максимума подъема обычно длится не более 10–15 сут.
Второй тип зажора наблюдается ниже незамерзающих участков
рек, например, порожистого участка с быстрым течением воды или полыньи в нижнем бьефе гидростанции. Местоположение такого зажора
довольно постоянно. Незамерзающий участок реки служит фабрикой,
где в течение продолжительного времени образуется шуга, сало, внутриводный лед и т.п. Если размеры участка таковы, что на нем образуется довольно много шуго-ледяного материала, то у верхнего края
нижерасположенного замерзшего участка реки формируется зажор.
В накоплении ледяного материала в русле реки при таком типе зажора
главная роль отводится заносу льда под кромку; роль подвижек и торошения гораздо меньшая. Диапазон колебания максимального зажорного подъема уровня воды примерно такой же, как и при первом типе
зажора льда, но ход уровня иной и представляет собой непрерывное
чередование подъема и спада самой различной продолжительности
и величины. Ход уровня в пункте наблюдений находится в сложной
зависимости от колебания расхода воды, температуры воздуха и длины льдообразующего участка. В случае стабильной длины льдообразующего участка с повышением температуры воздуха обычно уровни
воды в пределах зажорного участка снижаются, а с увеличением расхода воды, наоборот, повышаются. Максимальный зажорный уровень
наступает в первой половине зимнего периода.
Третий тип зажора характерен для рек, где в течение почти всего зимнего периода сохраняется множество небольших полыней,
приуроченных к порогам, выходам подземных источников, выпускам
бытовых и промышленных сточных вод. Внутриводный лед, сало
и шуга, образующиеся в этих полыньях, уносятся течением под ледяной покров и скапливаются обычно в верхних частях сравнительно
глубоких плесов, где скорость течения невелика. Для этого типа зажора характерно повышенное стояние уровня и плавное его изменение
в течение большей части зимнего периода. Максимум уровня воды
может наступить в любое время. Величина максимального зажорного подъема уровня сравнительно невелика. Обычно значительное
повышение температуры воздуха в зимний период вызывает размыв
зажорных скоплений и падение уровня воды. Понижение же температуры воздуха вначале приводит к повышению уровня воды, но в последующем, по мере замерзания одних полыней и сокращения размеров других, уровень начинает постепенно падать.
Закономерности подъема уровня воды, возникающего вследствие
уменьшения водопропускной способности русла, определяются режимом расходов воды, морфологическими особенностями зажорного
участка, толщиной, пористостью и коэффициентом шероховатости
зажорных скоплений [41, 57].
Появление зажора в русле реки сопровождается повышением
уровня воды не только вследствие стеснения водного сечения шугой, но и в результате дополнительного сопротивления движению
воды за счет удлинения смоченного периметра, повышенной шероховатости и специфической формы зажорных скоплений, создающих
особый режим водному потоку. Оно преодолевается потоком путем
увеличения глубины и уклона на участке реки. Высота подъема зажорного уровня воды является интегральной характеристикой мощности зажора. Она возрастает соответственно увеличению расходов
воды, необходимому для создания подпора, обеспечивающего продвижение кромки льда.
Задача определения подъема уровня воды при зажоре льда довольно сложная. В какой-то мере их можно оценить на основании теоретического анализа с привлечением данных специальных наблюдений
на зажорных участках [41], например, воспользовавшись связью между гидравлическими характеристиками открытого русла при наличии
скоплений шуги, установленной Р.В. Донченко [47]:
16
17
hçàæ = m ⋅ I Q0,3
⋅ hQçàæ ,
çàæ
(1.4)
где μ – коэффициент зажорности речного участка и формы русла,
примерно равный 27,6 и уточняемый по мере накопления данных
гидрометрических наблюдений; IQзаж и hQзаж – уклон и средняя глубина
реки на расчетном участке, соответствующие расходу Qзаж в условиях
открытого русла и равномерного режима потока.
Имея данные о глубине потока и уклоне водной поверхности при
расходе воды Qзаж, можно определить глубину у верхней кромки зажора hзаж и зажорный уровень в виде функции глубины у верхней
кромки скоплений Hзаж=f (hзаж).
С помощью зависимости (1.4) можно рассчитать зажорные уровни
для участков рек, не освещенных данными зимних наблюдений, и,
кроме того, ею можно воспользоваться при разработке методов прогноза, а также для обоснования эксплуатационного режима работы
гидротехнических сооружений в зимний период.
Количественные характеристики зажорных подъемов и зажорных
уровней воды на реках систематизированы и обобщены в «Каталоге
заторных и зажорных участков рек СССР» [64]. На основании данных наблюдений в 1030 пунктах, расположенных на реках азиатской
и европейской частей бывшего СССР, составлена карта зажоров льда
на реках [51], характеризующая расположение зажорных участков
по длине рек, повторяемость зажоров льда, зажорные уровни воды
и превышения их над уровнями весеннего половодья. В результате
выполненных исследований выявлены особенности процессов образования и распространения зажоров на реках.
1.2. Заторные явления на реках
Затор льда представляет собой скопление льда в русле реки во время ледохода, стесняющее живое сечение реки и вызывающее подъем
уровня воды в месте скопления льда и на некотором участке выше
него. В отличие от зажора затор льда наблюдается в весенний период
при вскрытии реки и состоит из крупно- и мелкобитых льдин. Явление это типично для текущих в северном направлении рек, носит
стихийный характер и вызывает затопление прилегающих к рекам
территорий. Заторы образуются весной при вскрытии рек.
Разрушение или прорыв затора льда могут происходить по разным причинам. В одном случае из-за увеличения расхода воды в реке
ледовые массы затора отрываются от берега и всплывают. В другом
случае под влиянием тепловых факторов (повышение температуры
воды и воздуха) и воздействия солнечной радиации силы сцепления
между льдинами затора ослабевают. Как правило, эти факторы действуют в совокупности и в конечном итоге приводят к нарушению
условия баланса сил, удерживающих затор в состоянии равновесия,
что вызывает прорыв затора. Если в заторе наблюдается большой перепад уровней, то его прорыв будет определяться в основном гидростатическим давлением воды, скопившейся выше затора. Скорость
движения льдин при прорыве затора достаточно велика и достигает
2–3 м/c и более.
При разрушении затора льда вниз по течению распространяется волна прорыва, под воздействием которой взламывается ледяной
покров на нижерасположенном участке реки. В результате пере-
18
мещения больших объемов воды и льда происходит резкий подъем уровней воды в реке и затопление поймы реки. Для определения
степени воздействия волны прорыва на вскрытие реки необходимо
определить высоту и скорость волны. Методика для определения
параметров волны прорыва затора дана в работах [17, 135], где использованы результаты наблюдений за скоростью и ускорением заторных масс.
Затор льда обычно является кратковременным событием; высокий уровень воды держится 0,5–1,5 сут., поскольку в период вскрытия
реки и образования затора интенсивно нарастает расход воды. Однако
прекращение роста расходов воды или их падение из-за похолоданий
могут существенно увеличить сроки существования затора. По данным наблюдений, на азиатской территории России в случаях возвратных холодов сроки стояния заторов могут достигать 12–15 сут.
Территориальное распространение заторов льда характеризуется
повышенной заторностью рек севера европейской и азиатской частей
России (рис. 1.1). Большая повторяемость заторов льда (70–100%),
высокие заторные уровни (10–25 м) и заторные подъемы (4–6 м) наблюдаются на больших реках Сибири вследствие больших расходов
весеннего половодья.
Рис. 1.1. Ледовый затор у моста перед г. Архангельском. (Видна
полынья с открытой водой, темный цвет) (http://www.scanex.ru)
19
Основное различие между зажором и затором заключается
во фракционном составе льда, слагающего скопление, и временем его
формирования. Вместе с тем есть и другие различия, связанные с направлением перемещения кромки льда, механизмом процесса формирования скопления, продолжительностью явления, водностью реки
и температурой воздуха в период формирования скопления. Если
скопление сформировалось в процессе неоднократного замерзания
и вскрытия участка реки, то можно говорить о зажорно-заторном явлении [46].
В конце 1960-х гг. отечественными гидрологами обобщались материалы наблюдений над заторами на стационарной сети гидрологических постов и авиаобследований заторов. В итоге труда большого
коллектива специалистов составлен каталог [64], в котором довольно полно представлены характеристики участков рек, где образуются заторы льда, и заторных уровней воды. Результаты систематизации и обобщения данных, представленных в каталоге, позволили
Р.В. Донченко [48] установить закономерности распространения заторов на реках России и стран ближнего зарубежья.
Заторы льда присущи далеко не всем рекам. Для их образования
нужно сочетание определенных условий, а именно: участие больших масс льда в ледоходе и наличие препятствий движению льда.
Перед вскрытием много льда имеется в руслах почти всех рек в районах с холодным и суровым климатом. Основным препятствием для
движения льда обычно являются большие по длине участки реки
со сплошным и достаточно прочным ледяным покровом. Такие участки свойственны рекам, которые вскрываются сверху вниз по течению.
В противном случае процесс вскрытия протекает сравнительно спокойно, хотя на отдельных участках общая его последовательность может нарушаться из-за изменения направления течения, неодинаковых
морфометрии и сопротивления русла по длине реки.
Последовательностью замерзания снизу вверх и вскрытия сверху
вниз по течению обладают разные реки:
а) крупные реки, текущие с юга на север (Енисей, Иртыш,
Северная Двина, Печора и др.);
б) реки, где за большим участком со значительной скоростью
течения следует участок с малой скоростью – например, реки, верховья
которых являются горными и полугорными, а низовья – равнинными
(Амур, Томь и др.);
в) малые и средние реки, где указанная последовательность
замерзания и вскрытия связана с особенностями формирования стока
воды в бассейне вследствие того, что, например, верхняя часть
бассейна безлесная, а нижняя – залесенная.
Последовательность замерзания и вскрытия – хотя и необходимое,
но недостаточное условие для образования зажоров и заторов [87].
Достаточные условия создаются тогда, когда скорость течения воды
в периоды замерзания и вскрытия реки значительна: 0,6 м/с и более.
Только при этом отмечаются подсовы льда под кромку ледяного покрова, торошение ледяных полей и пр.
Заторы образуются также при ограничениях в транспорте льда:
1) по глубине, если на речном участке hмн < 2,5hл, где hмн и hл – глубина
реки на перекатах и толщина льда при вскрытии реки соответственно;
2) по ширине, если hмн ≥ 2,5hл [67].
В последнем случае скопление льда образуется, когда расход льда
G, поступающий с ледосборного участка к нижнему его створу
20
21
G = B · Vл · mл · hл,
(1.5)
будет больше ледопропускной способности реки в этом створе G0,
равной
G0 = B0 · Vл · hл ·cosα,
(1.6)
где В – ширина реки в пределах ледосборного участка; Vл – скорость
перемещения льдин, близкая по значению к поверхностной скорости
течения воды; mл – коэффициент густоты ледохода; hл – толщина льдин;
В0 – ширина водного потока в створе с глубиной, большей 2,5hл; α –
угол между поперечным сечением реки на ледосборном участке
и в нижнем створе или направлением течения реки выше и ниже
рассматриваемого створа.
При G0/G≥1 скопление льда образоваться не может [42]. Опасность образования затора существует при G0/G<1. Если G0=0, то ледяное скопление формируется непосредственно у створа, где выполняется это равенство для G0. Величина G0 зависит от пространственных
координат и времени. Причины, приводящие к изменению G0, можно
разделить по генетическому признаку на следующие группы [42]:
а) ледовые,
вызывающие
уменьшение
G0
вследствие
сопротивления движению льдин из-за неподвижных ледяных
образований (ненарушенный ледяной покров, заклинившиеся ледяные
поля, наледи и проч.);
б) гидравлические, связанные с уменьшением кинетической
энергии потока и, следовательно, скорости Vл при уменьшении
воздухом, льдом и водой [26]. Взламывается ледяной покров под действием силы влечения со стороны водного потока, численным показателем которой является отношение расхода воды к квадрату ширины
реки Q/B2. Различному сочетанию ср·hл и Q/B2 соответствует определенная ледовая обстановка на участке реки: ледостав, затор, ледоход.
Очевидно, что затор формируется при расходе:
продольного уклона водной поверхности. Например, в месте выхода
реки из гор, в зоне выклинивания подпора водохранилища, в месте
слияния двух рек примерно одинаковой крупности или в устье реки,
где из-за недостатка энергии поток откладывает часть ледяного
материала;
в) аэрогидродинамические, вызывающие изменение величины и
направления вектора Vл по отношению к общему направлению потока
в результате действия центробежных сил на поворотах реки, ветрового
давления и т.п.;
г) морфометрические, ограничивающие В0 в сужениях и
разветвлениях русла, а также G0 на речных участках с перекатами и
мелями и глубиной водного потока, сопоставимой с толщиной льдин.
Благоприятствует образованию заторов сочетание нескольких видов русловых препятствий: крутого поворота с сужением русла, падения уклона с островами и т.п. Следует отметить, что протяженность
поворотов, участков с сужением русла и перекатов, как правило, меньше прямолинейных участков с последовательно уменьшающимся
уклоном. Поэтому скопления льда в таких местах менее устойчивы,
чем в местах уменьшения уклона. На однородных по морфометрическим особенностям участках реки место образования затора в конкретном году определяется гидрометеорологическими условиями
осеннего или весеннего периодов.
Факторы, оказывающие влияние на процессы формирования
скоплений льда, можно разделить на постоянные (морфометрические) и изменяющиеся от года к году (гидрометеорологические).
Мощность скоплений в том или ином году на конкретном участке
реки определяется сочетанием двух групп гидрометеорологических
факторов [21, 87]:
а) тепловых, которые определяют интенсивность образования и
таяния льда, его толщину и прочность;
б) механических, под действием которых происходит взлом и
нарушение целостности ледяного покрова, транспортирование льда
вниз по реке, торошение и подсовы льда у кромки.
Затор образуется, если речной поток испытывает недостаток кинетической энергии для взлома ледяного покрова, расположенного
ниже по течению участка. Характеристикой сопротивляемости ледяного покрова вскрытию может служить произведение относительной прочности льда (по отношению к прочности в начале периода
таяния льда) на толщину ледяного покрова или льдин ср·h л. Прочность льда находится в тесной зависимости от теплообмена между
где Qв и Qпр – значения расхода воды на моменты вскрытия реки
и прорыва затора льда, соответственно зависящие от толщины
и прочности льда. При этом чем больше значение р·h л, тем больше
затороформирующий расход воды и тем мощнее скопление льда.
Наиболее мощные заторы образуются после холодной зимы при
дружном формировании весеннего половодья и расходе воды, близком к максимальному расходу за половодье. Значительное влияние
на ход заторных явлений оказывает резкое понижение температуры
воздуха в период заторообразования, вызывая дополнительный подъем уровня воды за счет увеличения прочности льда.
На реках, текущих с юга на север, волна половодья продвигается быстрее весны, поэтому вниз по течению сокращается продолжительность подготовительного периода к вскрытию реки и речной
поток взламывает ледяной покров, мало тронутый тепловым разрушением. При этом, по мере того, как волна половодья нагоняет кромку льда, возрастает высота подъема воды при вскрытии реки и увеличивается затороформирующий расход, вследствие чего в низовьях
крупных рек, текущих на север (Северная Двина, Печора, Обь, Енисей, Лена), заторный максимум уровня и максимум весеннего половодья совпадают во времени. При интенсивном снеготаянии в тылу
фронта потепления создаются условия для формирования мощных
заторов льда.
Если потепление распространяется по реке относительно быстро,
то фронт таяния намного опережает в своем продвижении кромку ледяного покрова и прочность льда при вскрытии мала, а образующиеся
в процессе вскрытия заторы наблюдаются в начале половодья, обладают небольшой мощностью и продолжительностью.
Изменение интенсивности процесса заторообразования по длине
реки определяют также следующие факторы: боковой приток, последовательность вскрытия главной реки и ее притоков, наличие
на рассматриваемом участке сохранившихся до весны зажоров (зато-
22
23
(1.7)
ров льда, образующихся при замерзании водотока), заторообразование
на вышерасположенном участке реки, противозаторные мероприятия.
Значительный боковой приток воды обеспечивает одновременное
вскрытие реки на большом участке, при этом в ледоход вовлекается
огромная масса льда, что увеличивает вероятность образования затора ниже по течению.
Влияние на процесс заторообразования последовательности
вскрытия реки и ее притоков сказывается в следующем. Раньше
вскрывающийся крупный приток сбрасывает в реку дополнительный
ледовый материал, который является причиной повышенного сопротивления водному потоку при вскрытии основной реки [8]. В месте
слияния двух рек образуется затор льда. В годы с более поздним
или одновременным с основной рекой вскрытием притока заторы
не образуются.
Наличие на участке реки сохранившихся с осени зажоров приводит к задержке вскрытия реки на данном участке. В зоне выклинивания подпора от скоплений шуги, как правило, образуются мощные
весенние заторы [21, 48].
С образованием затора на верхнем участке реки вероятность образования затора на нижнем участке уменьшается, так как к моменту
прорыва верхнего затора ледяной покров на нижнем участке успевает
в значительной степени разрушиться.
Мероприятия по нарушению целостности ледяного покрова (например, ледокольные работы) создают более благоприятные условия
для беззаторного пропуска льда [35, 37, 38, 39].
К началу 1970-х гг. были созданы основные классификации и типизации заторов льда по условиям их прогнозирования (Е.Г. Попов
[94], А.С. Руднев [103], А.Н. Чижов [120], Ю.А. Деев и А.Ф. Попов
[42]), что способствовало обобщению описательных представлений о процессе заторообразования и переходу к его количественным
характеристикам.
В 1958 г. Я.И. Марусенко [80] следующим образом классифицировал заторы:
а) по времени наступления – осенние (зажоры) и весенние
(заторы);
б) по генезису – естественные и искусственные;
в) по месту образования – русловые, пойменные, устьевые, проточные (продольные и поперечные) (рис. 1.2);
г) по продолжительности – кратковременные и продолжительные;
д) по последствиям – обычные и мощные.
Наиболее известна типизация заторов Е.Г. Попова по месту их
возникновения [94], которая включает в себя три типа:
- русловые заторы, образующиеся у кромки толстого и прочного
ледяного покрова или в местах всякого рода стеснения русла и резкого уменьшения продольного уклона водной поверхности, а также
скорости течения;
- устьевые заторы, возникающие в рукавах дельт и на устьевых участках рек, впадающих в озера или в более поздно вскрывающиеся реки;
- подпорные заторы, формирующиеся в зонах выклинивания
кривых подпора водохранилищ руслового типа.
Не лишена интереса региональная типизация заторов льда, составленная А.С. Рудневым [103] по материалам аэронаблюдений на реке
Лена с целью заблаговременной качественной оценки мощности затора
в начале его формирования. Положив в основу типизации критерий возможной мощности затора (высоты заторного подъёма уровня воды), выделяют три типа заторов: ледяной тупик (наиболее мощный затор), ледяная плотина (затор средней мощности) и ледяная пробка (слабый затор).
Экспериментально-теоретические исследования, выполненные
Ю.А. Деевым и А.Ф. Поповым [42], позволили им установить следующие типы заторов по механизму образования и форме тела:
а) неразвитые заторы при ограничении обеспеченности льдом
(отношение длины скопления льда к ширине реки меньше 6);
б) развитые заторы;
в) с низовым откосом в головной части;
г) без низового откоса;
д) со свободным перемещением головы, когда ниже затора река
свободна ото льда;
е) с защемленным основанием или упором в препятствие (заторы
на кромке прочного ледяного покрова или у сооружения).
По фильтрационным свойствам и особенностям формирования
подпорного уровня Ю.А. Деевым и А.Ф. Поповым заторы подразделяются следующим образом:
а) свободно фильтрующие с пористостью скопления льда, обеспечивающей среднюю скорость фильтрации, достаточную для
пропуска всего расхода воды даже при полном загромождении
русла льдинами;
б) слабо фильтрующие.
Рассмотренные типизации могут быть использованы для обнаружения слабых мест уже образовавшихся заторов, что важно для выработки тактики борьбы с ними [120]. Типизация [37], составленная
24
25
по материалам аэронаблюдений, позволяет также заблаговременно
оценить мощность затора в начале его формирования и высоту заторного подъёма уровня воды.
Естественные заторы формируются в руслах рек независимо от деятельности человека. Искусственные заторы образуются на участках,
где их раньше не было, а их причиной являются изменения режима
реки в результате строительства мостов или создания водохранилища.
Заторы образуются в отличие от зажоров, главным образом в процессе торошения ледяного покрова, потерявшего сплошность при
вскрытии реки. Подныривание льдин под кромку имеет второстепенное значение. Процесс торошения является сложным процессом, в котором можно различить следующие стадии:
1) сплочение и уплотнение льда, заключающееся в уничтожении
промежутков между льдинами;
2) разлом и дробление льдин на большие или меньшие обломки;
3) торосообразование, заключающееся в надвигании обломков льдин на лед и в набивании обломков под лед.
Обычно факторы, оказывающие влияние на процесс образования
заторов льда, подразделяют на постоянные климатические и морфометрические факторы и изменяющиеся от года к году гидрометеорологические факторы. Первые определяют вероятность образования
скопления льдин на данном участке реки в процессе ее вскрытия,
а вторые – мощность затора в том или ином году. Кроме морфометрических и гидрометеорологических факторов, имеется еще одна
группа факторов, оказывающих существенное влияние на процесс
заторообразования,– например, на р. Лена у г. Ленск. Это антропогенные факторы, связанные с созданием прорезей в ледяном покрове накануне вскрытия реки, его подрывами в местах малой ледопропускной способности и концентрации напряжений, разрушением
головы образовавшегося затора бомбометанием. В настоящее время
существуют различные мнения об эффективности вмешательства
человека в процесс заторообразования, как правило, не подтвержденные объективными статистическими данными, которые носят,
в основном, субъективный характер. В работе [65] также отмечается,
что активные воздействия при ледоставе (распиловка и зачернение
ледяного покрова) не могут повлиять на высоту максимального заторного уровня р. Лена в районе г. Ленск. Активные бомбежки заторов льда у Ленска и ниже города проводились в 1967, 1968, 1994,
1998 и 2001 гг. Их итоги свидетельствуют о возможности обратного
эффекта от бомбежек затора. Как отмечает В.В. Кильмянинов, под
воздействием взрывов происходит «встряхивание» скопления льдин.
При этом крупные льдины остаются у верхней поверхности, а мелкие укладываются ближе ко дну, что увеличивает плотность скопления льда по глубине, смещает вниз центр его тяжести и делает его
тем самым более устойчивым к опрокидыванию. В конечном итоге
это вызывает увеличение расхода воды и уклона водной поверхности
в пределах скопления льдин в ходе половодья. Бомбежки уже образовавшегося затора у о. Батамайский, согласно В.В. Кильмянинову [65],
следует производить с учетом ледовой обстановки на ниже расположенных участках у островов Сомнагас и Нюйский. Если русло реки
у этих островов также забито всторошенным льдом с образованием
цепочки заторов на 70–80-километровом участке ниже Ленска, то начинать подрыв нужно с головы нижнего затора в районе 70-го километра, продвигаясь вверх по течению реки.
Критерием продолжительности затора льда служит характер разрушения его, который отражается на уровневом режиме. Кратковременный затор разрушается на подъёме половодья напором воды
и льда. Гидродинамическое давление потока бывает больше удерживающей силы льда и сопротивления его у берегов, поэтому поток
прорывает затор. Уровень воды в реке нарастает и падает в течение
нескольких минут и выражен острым пиком. Такой затор льда менее
опасный, так как подпор распространяется недалеко, и зона затопления бывает весьма ограничена. Затор образуется в одном створе и состоит из одного звена.
Продолжительный затор состоит из нескольких звеньев и регрессивно распространяется на несколько десятков километров вверх
от места образования. Уровни растут и падают скачкообразно. Зона
затопления очень велика. Льдом загромождается всё русло и пойма.
Разрушается продолжительный затор не гидростатическим давлением, а собственным весом уже после спада воды. Пик половодья
проходит на 2–3 дня раньше разрушения затора. В отличие от кратковременного затора продолжительный затор не оказывает влияния
на процесс образования заторов и уровневый режим расположенных
ниже по течению участков.
Обычные заторы образуются ежегодно по всей длине реки почти
на каждом плесе. Заторные уровни невысокие, поэтому такие заторы
не причиняют ущерба. Мощные заторы образуются не каждый год
и не по всей длине реки. Они формируются при особых метеорологических и гидрологических условиях, обуславливают наводнения
и значительные материальные потери.
26
27
1.3. Зажоры и заторы льда на водохранилищах
и в нижних бьефах гидроузлов
1 – поперечный затор; 2 – боковой затор; 3 – затор в протоке; 4 – устьевой
затор, образованный за счет льда притока; 5 – устьевой затор, образованный
за счет льда главной реки; б – затор в водохранилище; а – вода;
6 – сплошной ледоход; в – затор
Своеобразием морфологических и гидрологических условий
определяется режим замерзания и вскрытия одиночных водохранилищ и водохранилищ, находящихся в верхнем звене каскада в местах
перехода от реки к водоему. Наличие перелома продольного профиля,
повышенные уклоны и скорости течения на речном участке в сочетании с колебаниями режима попусков ГЭС обуславливают развитие
зажорных явлений при образовании ледяного покрова и заторных явлений при его разрушении.
Верхний участок водохранилища замерзает раньше, чем река,
вследствие меньшей динамичности водных масс при одинаковом теплообмене водной поверхности с атмосферой. Поступающая из реки
шуга постепенно замедляет свое движение и останавливается у кромки льда. Под влиянием влекущего усилия потока и давления нарастающего шугового слоя происходит частичный взлом тонкого ледяного покрова, торошение шуговых образований и льдин, а также
увлечение шуги под кромку льда. Стеснение водного сечения льдинами увеличивается до тех пор, пока не установится подпор уровня
воды, необходимый для перемещения кромки льда вверх по течению.
На участках с большими уклонами ее перемещение сопровождается
образованием зажоров.
Мощность зажорных скоплений меняется в зависимости от водности реки и погодных условий осенне-зимнего периода. В условиях низкой отрицательной температуры воздуха и относительно
небольших расходов воды формируются зажоры небольшого объема,
но достаточно большой прочности в результате интенсивного образования и смерзания шуги. При больших расходах воды и сравнительно
теплой погоде (температура воздуха –3–6°C) формируются мощные
зажорные скопления, вызывающие большие подъемы уровня воды.
Чем больше объем зажорных скоплений, тем больше стеснение русла
шугой и выше зажорный уровень воды.
Зажорные подъемы уровня воды в среднем составляют 2–3 м,
но максимальные из них достигают 4–5 м, причем они превышают
зажорные подъемы уровня воды, наблюдавшиеся на речных участках
до зарегулирования стока. Увеличивается до 80–100% повторяемость
зажорных явлений вместо отмечавшейся ранее 60–80%.
Зажорные участки, как правило, являются очагами формирования
заторных скоплений при вскрытии реки даже в тех случаях, когда зона
28
29
Рис. 1.2. Виды заторов льда по месту образования [80]:
выклинивания подпора уровня смещается вниз по течению вследствие
зимней сработки уровня воды водохранилища [41, 70].
Условия образования заторов отличаются от бытовых условий заторообразования наличием предпаводочной сработки уровня воды
в целях предотвращения возможного затопления населенных пунктов
и промышленных объектов [41, 110].
Кроме того, в зоне выклинивания подпора завершается процесс
вскрытия речного участка, и здесь сосредотачивается вся масса льда,
пришедшая с верхних участков.
Заторы образуются большей частью после прорыва верхнего
по течению заторного скопления. Перемещение волны прорыва вместе с заторными скоплениями сопровождается взломом ледяного покрова и интенсивным торошением масс льда, обладающих различным запасом энергии. На зажорном участке вскрытие задерживается
из-за повышенной толщины ледяного покрова, а также более высокого гидравлического сопротивления оставшихся в русле зажорных
скоплений.
Дополнительное стеснение водного сечения льдом сопровождается интенсивным подъемом уровня воды и повышением уклонов в головной части затора. Максимальный заторный уровень воды зависит
от гидрометеорологических условий вскрытия, а также от условий
замерзания. При этом главными факторами заторообразования являются [62, 77, 78, 110]:
– задержка вскрытия, обусловленная повышенной потенциальной
сопротивляемостью ледяного покрова, связанной с увеличением его
толщины из-за снижения скорости течения воды и наличием сохранившихся с осени мощных скоплений льда зажорного происхождения;
– недостаточная льдо- и водопропускная способность русла, связанная с особенностями продольного профиля водной поверхности
и стеснением русла зажорными скоплениями льда;
– большие расходы воды в период весеннего половодья.
Поскольку первые два фактора относительно постоянны, то развитие заторных процессов в зоне выклинивания подпора уровня воды
водохранилища обусловлено в основном развитием весеннего половодья на водосборе выше этой зоны.
При исследованиях заторных уровней в зоне выклинивания подпора Новосибирского водохранилища [77] была выявлена связь
между уровнями замерзания и заторными подъемами, согласно которой с повышением уровня замерзания увеличиваются заторные
подъемы. Такая связь уровней прослеживается при анализе затор-
ных уровней в зоне выклинивания подпора и других водохранилищ
[41, 70].
Большое влияние на развитие процессов заторообразования
и подъемы уровня воды в зонах выклинивания подпора уровня воды
водохранилищ оказывают повторные зимние вскрытия, способствующие перераспределению льда в русле и формированию зажорнозаторных скоплений, являющихся очагами мощных заторов во время
весеннего вскрытия. Экспериментальные исследования параметров
затора в зоне выклинивания кривой подпора водохранилища [34],
а также натурные исследования на Плявинском водохранилище показали наличие зависимости заторных уровней воды от количества льда
перед вскрытием [17].
Поиски решений по расчету заторных уровней производились на
основе теоретических и лабораторных исследований с учетом
натурных наблюдений [17, 29, 47]. Одним из вариантов таких решений является метод расчета максимальных заторных уровней воды
в зоне выклинивания подпора уровня водохранилища [17].
Как отмечалось выше, формирование ледяного покрова в нижних
бьефах гидроузлов на участках с большими уклонами происходит путем образования зажоров. Морфологические особенности в сочетании с гидрометеорологическими условиями и режимом работы ГЭС
определяют интенсивность и последовательность развития зажорных
явлений по длине нижнего бьефа.
Местами образования зажоров, как и в бытовых условиях, являются участки с резким изломом продольного профиля (меняется уклон от большого к малому), крутыми поворотами, мелями
и другими препятствиями в руслах рек. Гидравлические условия
зажорных участков характеризуются значениями числа Фруда Fr
= νgh от 0,06 до 0,12 в зависимости от пористости шуговых образований. Согласно натурным исследованиям [21, 29, 39, 41, 46,
50], во время замерзания нижнего бьефа при подходе кромки льда
к участку с повышенными уклонами затрудняется образование ледяного покрова путем остановки, примыкания друг к другу и смерзания льдин, комьев шуги или венков. Подпор уровня воды, создаваемый однослойным ледяным полем, становится недостаточным
для дальнейшего перемещения кромки льда. При последующих
попусках неокрепший шуговой покров теряет устойчивость под
влиянием нарастания влекущего усилия потока и давления поступающего льда, возникают подвижки, в результате которых происходит утолщение ковра и уплотнение шуговых масс до тех пор,
30
31
пока не наступит новое состояние равновесия между действующими силами и внутренним сопротивлением образовавшегося зажорного скопления. Стеснение русла шугой и льдом вызывает подъем
уровня воды и дополнительный подпор, обеспечивающий дальнейшее перемещение кромки льда. В местах выклинивания подпора
уровня воды возможна остановка кромки и формирование второго зажорного скопления. Таким образом, на участках нижних бьефов с большими уклонами и скоростями течения образование ледяного покрова сопровождается формированием каскада зажоров
различной мощности. Иногда зажоры образуются в течение всей
зимы вследствие интенсивного шугообразования в приплотинной
полынье.
С увеличением объема и продолжительности попусков увеличивается мощность зажорных скоплений. Оценка количества льда на зажорных участках нижних бьефов гидроузлов производится на основании данных расчета и измерений. Для этой цели используется метод
теплового баланса с учетом гидрологических и морфологических характеристик зажорного участка [97]. По данным о стоке шуги и льда
за период формирования зажора определяется масса льда в зажоре.
Кроме того, для определения количества льда в зажорном скоплении
в качестве расчетного применяется метод, предложенный Б.В. Проскуряковым и В.П. Берденниковым. Этот метод, основанный на применении опорных кривых, по данным об уровнях и расходах воды
позволяет определять мощность шуговых скоплений, а также распределение льда в зажоре [48, 96, 97]. Опорные кривые представляют
собой семейство кривых, выражающих зависимость пропускной способности русла от уровня воды как для открытых, так и для закрытых льдом речных потоков.
В нижних бьефах волжских и ангарских ГЭС среднее количество льда в зажорных скоплениях составляет 5–10 млн т, а наибольшее достигает 24–28 млн т. Длина зажорных участков не превышает
10 км. Зашугованность русла составляет 50–70% [41, 50].
Уменьшение длины шугопроизводящего участка в нижнем бьефе
по сравнению с естественными условиями отражается на длительности формирования зажоров. После сооружения Иркутской ГЭС средние расходы льда, поступающего к Усть-Кудинскому зажору, уменьшились до 5 т/с вместо 12–50 т/с в естественных условиях. В связи
с этим длительность формирования зажора мощностью 7·106 т увеличилась примерно вдвое и составляет 3–6 сут. в зависимости от интенсивности теплообмена воды и льда с атмосферой.
Увеличилась также длительность формирования Боковского зажора, находящегося в 16 км от плотины Иркутской ГЭС [41]. Общее
количество льда в зажорных скоплениях в нижнем бьефе Иркутской ГЭС мало изменилось в связи с тем, что расходы воды в период зажорообразования почти не отличаются от расходов воды, наблюдавшихся в бытовых условиях. В то же время в нижних бьефах
Красноярской, Волжской и других ГЭС расходы воды в период зажорообразования увеличились в 2–3 раза по сравнению с естественными условиями, что привело к увеличению количества льда в зажорных скоплениях.
По данным непосредственных измерений на Волге и Ангаре,
мощные зажоры, как правило, формируются на участках рек с наибольшими уклонами. На участках Нижней Волги общий уклон водной поверхности относительно невелик (0,05–0,06‰), однако в ряде
мест уклоны достигают 0,2–0,5‰. В аналогичных случаях на Ангаре
уклоны изменяются от 0,6 до 2‰. Скорость перемещения кромки льда
на зажорных участках нижнего бьефа колеблется от 0,1 до 5 км/сут.
вместо 8–10 км/сут. в естественных условиях [49]. Минимальная скорость перемещения кромки льда отмечается при формировании зажоров на приплотинном участке нижнего бьефа.
В процессе формирования зажора колебания стока и погодных
условий приводят к нарушению равновесия и устойчивости зажорных скоплений. При недостаточной прочности льда возникают подвижки, в результате которых скопления либо разрушаются, либо
уплотняются, вызывая дополнительный подъем уровня воды. При
максимальных попусках в период мягких погодных условий происходит восстановление пропускной способности русла в течение некоторого промежутка времени вследствие повышения напора воды,
а также из-за размыва зажорных скоплений и отступления кромки
вниз по реке. Однако в условиях низкой отрицательной температуры воздуха в период зажорообразования отмечается промерзание зажорных скоплений, способствующее стеснению русла, под влиянием
которого пропускная способность в течение большей части зимнего
периода не восстанавливается [46, 50].
Закономерности зажорного подъема уровня воды определяются
режимом попусков, русловой вместимостью зажорного участка и интенсивностью шугообразования в нижних бьефах. Зажорные уровни
являются следствием стеснения русла ледяными образованиями.
Чем больше объем зажорных скоплений, тем выше подъем уровня
воды. Вместе с этим данный подъем увеличивается соответственно
32
33
увеличению объема и продолжительности попусков. Анализ данных натурных исследований показал, что в нижних бьефах волжских
ГЭС коэффициенты корреляции зависимостей зажорных уровней
от расходов воды имеют значение 0,94 и выше. На постах Светлый
Яр, Каменный Яр, Красноармейск при увеличении расходов воды
от 4000 до 8000 м3/с зажорный подъем уровня воды увеличивается
на 2,5–3,5 м. В нижнем бьефе Иркутской ГЭС при увеличении расходов попуска от 1500 до 2500 м зажорный подъем уровня воды увеличивается на 2,0–2,5 м.
В случае отсутствия данных гидрометрических измерений для
определения зажорного уровня воды в нижнем бьефе применяется зависимость его от глубины у верхней кромки зажора [47].
Изменение максимальных зажорных уровней воды в нижних бьефах по сравнению с естественными условиями не является однозначным для различных рек и зависит от того, как изменились расходы
воды в период замерзания. Так, в нижнем бьефе Иркутской ГЭС зажорные уровни воды почти не изменились, а в нижнем бьефе Волжской ГЭС они повысились на 150–250 см. Наибольшие превышения
естественных зажорных уровней наблюдаются в нижнем бьефе Красноярской ГЭС и составляют 250–580 см [41].
Введение ограниченных попусков на период замерзания нижних
бьефов способствует снижению зажорных подъемов воды в целях
предотвращения затопления территорий.
Развитие зажорно-заторных процессов в нижних бьефах происходит во время повышенных попусков в результате нарушения гидродинамической устойчивости и срыва кромки. В этих условиях число
Фруда, характеризующее гидродинамическую устойчивость кромки льда, больше критического [48].
Влияние волн попусков на устойчивость кромки льда определяется в зависимости от объема и продолжительности попуска. Как известно, на реках с относительно малыми попусками по сравнению
с русловой вместимостью распластывание волн происходит довольно
быстро, и наоборот, при относительно больших попусках волна распространяется на большое расстояние. Коэффициент распластывания
волн попуска существенно увеличивается при наличии ледяных образований в русле, особенно на зажорных участках нижнего бьефа. Соответственно изменению расходов воды в нижних бьефах происходит
и колебание уровня воды.
Под влиянием водного потока и ветра на участках разрушения
ледяных полей возникают подвижки и развиваются процессы торо-
шения и сжатия льдов. Происходит по существу переформирование
кромки ледяного покрова за счет динамического увеличения толщины льда в соответствии с морфологическими и гидравлическими
характеристиками участка, а также метеорологическими условиями
зимнего периода. Преобладают подвижки, приводящие к смещению
кромки ледяного покрова на небольшое расстояние.
Непосредственно у кромки ледяного покрова в процессе изменения гидродинамической устойчивости битого льда в результате
взаимодействия между льдом и потоком происходит подныривание,
торошение и нагромождение льдин, что приводит к формированию
заторного скопления. По мере накопления льда увеличивается давление сжатия, способствующее перераспределению масс льда в заторном скоплении. Кроме сил, действующих в направлении потока,
возникает распор, т.е. часть нагрузки начинает передаваться на берега. Сопротивление, оказываемое берегами, зависит от формы берегов
и крутизны склонов. На участках с пологими берегами поля разрушаются от изгиба или среза под действием вертикальных составляющих
контактных усилий. На участках с крутыми берегами наиболее вероятно разрушение кромки ледяного поля от среза. Подвижки сопровождаются навалами льда на берега. Устойчивость заторных скоплений
определяется в зависимости от максимальных расходов воды при попуске, морфометрических характеристик заторного участка, толщины
и прочности льда.
Устойчивость затора сохраняется до тех пор, пока не изменится
режим попусков. Форсирование попусков может привести к превышению напряжения сжатия над внутренним сопротивлением скопления льдин и вызвать либо разрушение скопления и отступление
кромки вниз по реке, либо упрочнение его путем увеличения толщины скоплений. Анализ данных многолетних наблюдений в нижнем
бьефе Волжской ГЭС показал, что в тех случаях, когда амплитуда
колебания уровня воды при попусках в 3–4 раза превышает толщину льда кромки, на участке нижнего бьефа образуются заторные
скопления. Кромка является устойчивой, если она формируется при
расходах воды и метеорологических условиях, обеспечивающих
необходимую толщину и прочность ледяных образований. В зависимости от погодных условий зимнего периода заторы формируются на различных участках по длине бьефа. В теплую зиму они
образуются при больших попусках в результате разрушения кромки ледяного покрова, находящейся на расстоянии 60–70 км от плотины ГЭС. В холодную зиму заторы образуются преимущественно
34
35
В существующих классификациях опасных гидрологических явлений ледовым явлениям на реках уделено скромное внимание [38,
100]. Классификации требуют очевидных дополнений в соответствии
с задачами учета особенностей этих явлений в разные периоды года,
негативными воздействиями ледовых явлений на безопасность природо- и водопользования [1]. Опасные ледовые явления и процессы
имеют ряд характерных особенностей, обусловленных как природными, так и техно-природными свойствами льда, а также погодными
условиями ледового периода.
Негативное проявление ледового режима рек и водохранилищ
выражается в формировании наводнений при образовании зажоров
и заторов льда, а также ледовых наледей; наличии ледовых нагрузок от ледяного покрова и ледовых образований при колебаниях
уровня воды или температуры воздуха, а также при ледоходе, шугоходе, заторах и зажорах; нарушении работы гидротехнических
и гидроэнергетических сооружений (ледовых переправ при образо-
вании трещин и полыней; водозаборов при образовании шуги и перемерзании русел; гидроэлектростанций при образовании шуги;
мостов и труб при речных наледях); затруднениях в работе водного
транспорта при аномально ранних датах начала осенних ледовых
явлений или поздних датах вскрытия и очищения водных объектов ото льда, осложняющихся низкими уровнями воды (табл. 1.1,
рис. 1.3–1.6).
Нередко классификация опасных ледовых явлений в рамках
одной фазы ледового режима водного объекта весьма условна, так
как одно ледовое явление переходит в другое. Например, густой ледоход на реках часто приводит к образованию затора льда, а после
разрушения последнего остаются навалы льда, в первую очередь –
вдоль береговой линии. Так, внутриводный лед, нарастая на водозаборных и других гидротехнических сооружениях, мешает их работе, поднимает со дна рек камни, электрические и другие кабели,
вытаскивает забитые в грунт сваи, а главное – провоцирует серьезные наводнения. Течение затягивает шугу и внутриводный лед под
кромку установившегося ледяного покрова, которые закрепляются
на нем снизу, уменьшая пропускную способность русла, что может
способствовать образованию осенью и зимой различных по мощности зажоров.
Проявления ледового режима водного объекта обычно считаются
опасными при обеспеченности 10% [100, 106]. Ранним замерзанием
и появлением льда считают события обеспеченностью 90% и более.
Раннее появление льда, особенно при низких уровнях воды в реке,
осложняет работы по завершению навигации. В некоторых случаях
это может привезти к вынужденной зимовке судов в неприспособленных местах [3, 4].
Промерзание рек приводит к сокращению стока до нуля, кроме
этого, является главной причиной образования наледей. Но нередко наледи возникают в местах выхода грунтовых вод и растекаются
по рекам длинными, иногда до нескольких километров, ледяными
языками. Низкая прочность и малая толщина льда приводят к сокращению сроков работы ледовых переправ. Низкая освоенность северных территорий, в том числе транспортная, приводит к большим
убыткам при сокращении периода достаточной прочности льда.
В период ледохода наиболее часто подвергаются воздействию откосы плотин, перемычек, дамб, опоры мостов и разделительные бычки
водосливных плотин, различные элементы ледосбросных сооружений [69].
36
37
на приплотинном участке вследствие резких попусков и малой толщины ледяного покрова.
Увеличение расходов воды в период формирования заторов
способствует перераспределению масс льда и увеличению мощности затора, что приводит к резкому снижению зимних коэффициентов [39]. Уменьшение водопропускной способности при стеснении
русла заторными скоплениями сопровождается подъемом уровня
воды. Наибольший заторный уровень воды находится в прямой зависимости от максимального расхода воды в период его формирования [48].
Таким образом, формирование заторов в нижних бьефах является
следствием динамического разрушения и срыва кромки льда при повышенных попусках на участке, в пределах которого при попусках
амплитуда колебания уровня воды в 3–4 раза больше толщины льда
кромки.
Заторы образуются на стыке ледяного покрова и раздробленного
поля под влиянием действия сил потока и давления ледяного поля,
превышающего сопротивление льда. Увеличение попусков в процессе развития заторных явлений способствует повышению мощности
затора и подъему уровня воды.
1.4. Опасные проявления ледового режима
рек и водохранилищ
Таблица 1.1
Опасные ледовые явления
Фаза ледового
режима
Замерзание
Ледостав
Вскрытие
Опасные
ледовые явления
Последствия действия
опасного ледового явления
Образование внутриводного льда и шуги
Зажоры
Раннее появление льда
и замерзание при низких уровнях воды
Промерзание рек
Наледи
Осложнение работы гидротехнических сооружений и ГЭС
Затопление территории
Осложнение работ по завершению
навигации
Сокращение стока
Осложнение при строительстве
и эксплуатации железных и автомобильных дорог, мостов, трубопроводов, зданий и других сооружений
в северных регионах
Сокращение сроков работы ледовых
Низкая прочность
и малая толщина льда переправ
Густой ледоход при вы- Повреждение гидротехнических
соких уровнях воды
сооружений и конструкций ГЭС
Заторы
Затопление, повреждение речных судов и гидротехнических сооружений,
задержка очищения рек ото льда
Навалы льда
Повреждение гидротехнических
сооружений и конструкций ГЭС
Осложнение работ по открытию
Позднее вскрытие
навигации
и очищение реки
ото льда, вскрытие при
низких уровнях воды
Рис. 1.3. Наледь на р. Белый Иркут, 23 июля 2013 г.
Заторы, сопровождающие вскрытие рек, текущих с юга на север,
и зажоры, образующиеся преимущественно в осенне-зимний период,
сопровождаются подъемом уровня воды и, при высокой водности рек,
приводят к наводнениям.
Опасными в зимний период являются также навалы льда – нагромождения льдин, усиленные «арматурой» из бревен и смерзшиеся в единый
монолит, на берегах и у гидротехнических сооружений, образующиеся
под влиянием ветра и течения в период ледохода и при заторах.
Поздним вскрытием и очищением считаются события обеспеченностью 10% и менее [100, 106]. Позднее очищение обычно происходит уже на спаде половодья, что обусловливает низкие уровни воды.
Рис. 1.4. Ледоход на р. Северная Двина, 27 апреля 2013 г.
38
39
Рис. 1.6. Затор на р. Сухона г. Великий Устюг, 27 апреля 2013 г.
Гидротехнические сооружения и водный транспорт испытывают
нагрузки при движении льда и шуги (при ледоходе, шугоходе, заторах и зажорах), а также от сплошного ледяного покрова при тепловом
расширении и от примерзшего к сооружению ледяного покрова при
изменении уровня воды [111]. Особо опасные условия наблюдаются
во время густого ледохода, а иногда и шугохода, при высоких уровнях
воды.
Кроме затопления территории и ледовых нагрузок, негативное
проявление ледового режима также выражается в нарушении режима
работы гидротехнических сооружений и ГЭС. К таким гидротехническим сооружениям относятся, например, ледовые переправы, которые
организуются взамен временно недействующего моста или паромной
переправы в зимний период. При толщине льда, меньше необходимой
для требуемых нагрузок, лед намораживают искусственно [91]. Однако частые оттепели могут ослабить ледяной покров, послужить причиной образования сквозных трещин, появления колеи, заполненной
водой. В этом случае эксплуатация переправы приостанавливается.
Тяжелые условия водозабора поверхностных вод возникают при
образовании ледяного покрова на реках зажорного типа, транзите
шуги под ледяным покровом в течение большей части зимы. Шуга
забивает входные отверстия водозаборных оголовков, в переохлажденной воде происходит их обмерзание [125]. На перемерзающих
водотоках при водозаборе возникает необходимость дополнительных
мероприятий, обеспечивающих бесперебойное водоснабжение, в том
числе регулирование стока [95].
Осложнения при образовании шуги также возникают в работе гидроэлектростанций. Шуга скапливается в верхних бьефах, много шуги
образуется из-за полыней нижних бьефов ГЭС, вызывая образование
зажоров и подпор уровня воды. Для малых гидроэлектростанций при
образовании коротких полыней подпор от кромки ледяного покрова
приводит к снижению напора и потерям в выработке электрической
энергии [61].
Негативное воздействие речных наледей на гидротехнические сооружения выражается, главным образом, в закупорке наледным льдом
отверстий мостов и труб, приводящей к подъему уровня воды, размыву дорожного полотна, разрушению мостов [43].
Ледовый режим рек определяет и режим работы водного транспорта на внутренних водных путях. Из-за низких уровней воды
в осенний период возможны случаи зимовки речного флота в неприспособленных для этого районах [45]. Весной открытие навигации
40
41
Рис. 1.5. Ледостав на р. Сухона г. Великий Устюг, 5 апреля 2012 г.
может задерживаться из-за заторов и навалов льда в русле или позднего очищения реки ото льда уже на спаде уровней воды. Это особенно
опасно на реках, где судоходство возможно лишь в короткий период
весеннего половодья.
Негативные проявления ледового режима могут быть обусловлены антропогенным влиянием, в первую очередь, тепловыми сбросами
сточных вод и особенностями эксплуатации гидроэлектростанций.
В нижних бьефах ГЭС и на участках сброса сточных вод образуются полыньи, которые являются очагами интенсивного образования
шуги. Кроме того, большие пространства свободной ото льда водной
поверхности при отрицательных температурах воздуха приводят
к образованию туманов, вызывающих рост пульмонологических заболеваний у местного населения. В верхних бьефах ГЭС из-за уменьшения уклона водной поверхности образуются заторы льда.
Определение критических значений характеристик опасных ледовых явлений требует детального изучения ледового режима конкретного водного объекта и его взаимодействия с хозяйственными и гидротехническими сооружениями.
__________________________
_____________________
______________
42
ГЛАВА 2. РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ РОССИИ
ПО ГЕНЕЗИСУ ЛЕДОВЫХ ЯВЛЕНИЙ
Каждое из ледовых явлений наблюдается при строго определённых условиях, поэтому климат, орография и прочие физикогеографические факторы, различные для отдельных регионов
России, накладывают свой отпечаток на ледовый режим рек и водохранилищ, обуславливая преимущественное проявление тех или
иных процессов [33, 48, 70, 73, 93]. Например, на быстротоках горных и возвышенных районов (Кольский полуостров, Урал, Алтай,
Саяны), где установление ледяного покрова затруднено, отмечается интенсивное образование внутриводного льда, шуги и зажоров. Зажорными являются и реки, вытекающие из больших озёр
(Нева – Ладожское озеро, Ангара – озеро Байкал). Меридиональное направление течения с юга на север больших равнинных рек,
впадающих в моря Северного Ледовитого океана,– существенный
фактор, обуславливающий их заторность. Типичны в этом отношении реки Северная Двина, Печора, Мезень, Обь, Енисей, Лена, Яна,
Индигирка и Колыма. Для районов с суровой и продолжительной
зимой (север Европейской территории России (ЕТР), Сибирь) характерно перемерзание небольших рек и озёр. На территории Восточной Сибири, в Забайкалье, где температура в начале зимы понижается очень быстро, образуются наледи речных и подземных
вод, не наблюдающиеся в Европейской части России и в Западной
Сибири.
Зависимость формирования тех или иных ледовых явлений
от физико-географических условий позволяет выделить районы страны по преобладающему и наиболее опасному явлению (рис. 2.1).
В таблице 2.1 даны условные названия этих районов и перечислены основные факторы явления, указаны типичные водные объекты,
а также прочие характерные для данного района опасные ледовые
явления, наносящие меньший ущерб, чем основное явление. Как следует из таблицы, все чрезвычайные ситуации на реках России в зимний период вызваны заторо- и зажорообразованием. На 30% речных
гидрологических постов страны максимальные уровни воды при наводнениях, обусловленные заторами и зажорами, отмечены как наивысшие за весь период наблюдений. В Сибири и на Дальнем Востоке
эта доля ещё больше: 45–50%.
В каждом из выделенных районов интенсивность процессов заторо- и зажорообразования, конечно, разная. Она зависит от вза-
43
44
Рис. 2.1. Карта районов опасных ледовых явлений на реках России
имодействия как постоянных местных факторов, определяющих
условия движения льда по реке, так и переменных факторов: теплового, с которым связана интенсивность образования и таяния льда,
его сопротивление воздействию внешних сил, и механического,
представляющего силу, которая действует на лёд со стороны воздушного и водного потоков. С увеличением доли механического
фактора, что имеет место на участках рек, замерзающих снизу
вверх по течению, а вскрывающихся сверху вниз, увеличивается
мощность скопления льда и вероятность значительного наводнения. Преобладание механического фактора характерно для нижних
течений всех больших рек севера ЕТР и Сибири (районы II, VIII
и IX), где на низких и широких поймах в ряде случаев располагаются городские строения (Северная Двина – г. Архангельск, Печора – г. Нарьян-Мар, Обь – г. Салехард, Енисей – г. Игарка), часто
затопляемые при заторах, что сопровождается большим материальным ущербом.
На средних и малых реках крайнего севера заторов нет, потому
что зимой осадков здесь выпадает относительно мало, температура воздуха низкая и большинство мелких рек промерзает до дна.
Весной талые воды поступают на верхнюю поверхность льда,
промывают во льду каналы, и лёд часто тает на месте, ледохода
не бывает.
Механический фактор преобладает и в возвышенных и в горных районах России (I, V, VII, XII). Заторы здесь небольшие из-за
малости водосборов и ледосборных участков. Однако зажоры достигают большой мощности, чему способствует значительное количество порожистых участков рек, которые являются своеобразными фабриками внутриводного льда и шуги. В районах I, V, VII
и XII имеется закономерное повышение зажорности с увеличением
уклона реки [93].
При выходе рек из среднегорных районов в низкогорные заторы и зажоры играют равнозначную роль. На реках пересечённых
равнин ЕТР (районы III, IV, VI), характеризующихся разнообразием
климатических и геоморфологических условий, интенсивность заторообразования зависит от взаимодействия механического и теплового факторов. В годы с большими весенней водностью, толщиной
и прочностью ледяного покрова интенсивный ледоход сопровождается заторами. Зажоры, формирующиеся осенью, служат очагами
заторов.
45
46
47
2
3
Кавказский
СевероСибирский
СевероВосточный
VIII
IX
5
Морфометрия
Дальнево- Заторы
сточный
Меридиональное направление течения
и орография
Меридиональное направление течения
и морфометрия
Зажоры Орография
Уральский, Заторы
Сибирский
и Дальневосточный
Южный
ЮжноЦентраль- Заторы
Европейский ный и
Южный
VI
VII
Уральский
V
4
Меридиональное направление течения
и морфометрия
Орография
и морфометрия
8
Количество
гидрологических постов
Типичные в районе, %,
водные объ- где наивысекты
ший уровень
воды отмечен
при ледовых
явлениях
7
8
7
6
0
33
50
21
20
Обь, Ени- 43
сей, Лена
в нижнем
течении
Терек,
Зеленчук
Кубань,
Дон
Механический Колыма,
фактор
Анадырь
Сочетание
механического
и теплового
факторов
Сочетание
механического
и теплового
факторов
Механический
фактор
Чусовая,
Уфа
Волга,
Кама
7
Зажоры
Зажоры,
промерзание
Заторы
9
Прочие
опасные
ледовые
явления
9
8
Промерзание
мелких
водотоков и водоёмов
Промерзание,
наледи
Заторы,
промерзание,
наледи
Зажоры
Зажоры
9
Продолжение табл. 2.1
Механический Северная 51
фактор
Двина,
Мезень,
Печора
Сочетание
Великая, 36
механического Ловать
и теплового
факторов
Сочетание
Нева, Выг, 61
механического Кемь
и теплового
факторов
6
Переменные
Регулирование Сочетание
стока воды
механического
и теплового
факторов
Уральский Зажоры Орография
Механический
фактор
3
Центрально- Централ- Заторы
Европейский ный и Приволжский
2
Заторы
IV
1
Западный
III
5
постоянные
5
6
Основные обусловливающие факторы
Зажоры Орография
и тип питания
4
Преобладающее
явление
4
Централь- Заторы
ный
СевероСевероЕвропейский Западный
3
СевероЗападный
II
2
СевероЗападный
I
1
Номер
района Наименование Федеральна рирайона
ный округ
сунке
1
Районы с ледовыми явлениями, приводящими к чрезвычайным ситуациям на реках России
Таблица 2.1
Зажоры,
промерзание,
наледи
30
Зажоры,
наледи
Наледи
42
Зажоры,
наледи
Зажоры,
промерзание
9
50
42
Лена
и Енисей
в среднем
течении,
Ангара
в нижнем
течении,
Витим
Механический Катунь,
Сибирский Зажоры Орография
Бия,
и тип питания фактор
Верхний
Енисей
СеленСибирский Заторы Орография
Сочетание
и Дальнеи морфометрия механического га, Зея,
восточный
и теплового
Шилка,
факторов
Верхний
Амур
Дальнево- Заторы Орография
Сочетание
Нижний
сточный
механического Амур,
и теплового
Уссури
факторов
АлтаеСаянский
ЗабайкалоАмурский
Дальневосточный
XII
XIII
XIV
Орография
Сочетание
и морфометрия механического
и теплового
факторов
Центрально- Сибирский Заторы
Сибирский и Дальневосточный
XI
7
6
Регулирование Сочетание
Обь, Ир- 47
стока воды
механического тыш, Томь
и морфометрия и теплового
факторов
5
4
УральЗаторы
ский и
Сибирский
3
2
ЗападноСибирский
1
X
Окончание табл. 2.1
8
48
Низовья рек центральной части ЕТР находятся в однородных
климатических и геоморфологических условиях. Они вскрываются
на ранней стадии весеннего половодья при небольшой прочности ледяного покрова, разрушение которого происходит, главным образом,
под воздействием тепла солнечной радиации. Заторы льда здесь почти не наблюдаются.
На реках бассейнов Оби и Иртыша мощность заторов увеличивается до выхода рек на Западно-Сибирскую низменность (район X),
которая имеет однородные климатические, геоморфологические и гидрологические условия. Реки, протекающие по ней, отличаются затяжным характером вскрытия, в результате чего значительно уменьшаются прочность ледяного покрова и интенсивность заторообразования.
Реки районов XI и XIII: Енисей, Ангара, Подкаменная Тунгуска,
Лена, Вилюй, Алдан, Селенга, Амур – протекают в суровых климатических условиях, поэтому в процессе заторообразования на этих
реках преобладает механический фактор. При интенсивном понижении температуры воздуха в начале зимы на многих реках формируются наледи, увеличивающие вероятность образования заторов.
Поэтому на реках районов XI и XIII почти ежегодно наблюдаются
мощные заторы льда. Особенно благоприятные условия образования заторов имеются на Лене при развитии волны половодья в ходе
дружной весны, и почти одновременном вскрытии главной реки и её
притоков.
Самой зажорной рекой России является Ангара. Зарегулированность её водного и теплового стоков Байкалом способствуют интенсивному образованию шуги при низкой температуре воздуха.
Анализируя закономерности территориального распространения
опасных ледовых явлений на российских реках, можно констатировать, что:
1. Наиболее опасными ледовыми явлениями на водных объектах
России являются заторы льда. Они наблюдаются на большинстве рек
европейской территории страны и на всех реках Сибири и Дальнего Востока (табл. 2.1). На реках возвышенностей и горных районов,
а также на реках, вытекающих из больших озёр (Нева, Ангара), наибольшие убытки экономике регионов приносят зажоры льда.
2. Заторные и зажорные явления в целом азональны, поскольку
существенно зависят от таких не связанных с зональностью факторов
как направление течения реки, морфометрия русла, наличие русловых препятствий для движения льда, рельефа и площади водосбора,
последовательности вскрытия притоков.
49
3. Заторность рек возрастает с запада на восток и с юга на север.
Наибольшее распространение заторы имеют на севере России (районы II, VIII и IX).
4. Заторы характерны для больших и средних рек (с площадью
водосбора более 5000 км2), и чем восточнее рассматриваемый район, тем эта особенность более заметна. Повторяемость заторов на реках с площадью водосбора более 100000 км2 в 3–4 раза больше, чем
на малых реках [53].
5. На реках с площадью водосбора более 10000 км2 заторы и зажоры чаще всего образуются при направлении течения с юга на север.
На реках с меньшими площадями водосбора вероятность образования
скоплений льда одинакова при любом направлении течения.
6. Зажоры характерны для шугоносных рек, отличающихся наличием большого количества порожистых участков со значительными
уклонами. Скопления шуги формируются в местах перелома продольного профиля водной поверхности реки.
7. Наиболее мощные и частые зажоры имеют место в районах
с неустойчивыми погодными условиями в период замерзания рек
(районы I и VII).
__________________________
_____________________
______________
50
ГЛАВА 3. ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ ЯВЛЕНИЯ,
ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ЗАТОРАМИ И ЗАЖОРАМИ ЛЬДА
НА РЕКАХ РОССИИ
3.1. Распространение заторов льда на реках России
Характеристикой мощности затора льда является величина подпора воды, а именно превышение максимального заторного уровня над уровнем, соответствующим затороформирующему расходу
воды при свободной ото льда реке. Количественные сведения о заторных подъемах воды (ΔНз) и повторяемости зажоров и заторов
(Рз) довольно полно представлены в Каталоге заторных и зажорных
участков рек [64], а в виде карт – схем эти сведения даны в работе
Р.В. Донченко [52].
Рассматривая изменения характеристик ΔНз и Рз по территории
России (рис. 3.1), можно заметить, что наибольшая повторяемость
заторов льда (70–100%) и значительные заторные подъемы уровня
воды (4–6 м) наблюдаются на больших реках севера ЕТР и Сибири
вследствие повышенной прочности ледяного покрова, значительной
интенсивности снеготаяния и больших расходов воды весеннего половодья [21, 66, 75, 76].
Особенно благоприятные условия формирования заторов весной
создаются, например, на Лене в результате не только интенсивного
развития половодной волны под влиянием дружной весны, но и почти
одновременного вскрытия главной реки и ее притоков [76]. Вскрытие Лены происходит снизу вверх по течению со скоростью в среднем 100 км/сут. В местах формирования заторов оно задерживается
на 5–6 сут. Почти одновременно вскрываются отдельные большие
участки (200–300 км), расположенные преимущественно ниже участков крупных заторных скоплений, после чего последние прорываются. Количество заторных участков уменьшается по длине реки, но их
размеры увеличиваются в 5–10 раз, достигая 100–150 км в низовье
реки. Наибольшей повторяемостью заторов, количеством заторных
участков и их размерами, а также мощностью скоплений льда отличается средняя часть реки. В районе коренного изменения направления
течения реки отмечается наибольший заторный подъем уровня воды
(10 м), соответствующий 4–5-кратной толщине льда перед вскрытием. Ниже по течению значение постепенно уменьшается (до 4–5 м),
за исключением устьевого участка, на котором образуются наиболее мощные заторные скопления вследствие повышенной прочности
51
52
53
8 0 – 100.
60 - 80
40 – 60
20- 40
80 -100
60 – 80
40 -60
80 – 100 20- 40
60 -80
40 – 60
– 40
12
>5
>5
11
10
>5
>5
9
8
3–5
3–5
7
6
3–5
–5
5

Рис. 3.1. Карта-схема характеристик заторных явлений на реках России [48, 52]
и большой толщины льда перед вскрытием (2,0–2,3 м). Естественно,
здесь отмечаются и самые большие заторные подъемы уровня воды
(9,0–10,5 м)
Часто заторы формируются на притоках Лены: Алдане, Витиме
и Олекме. Заторные подъёмы уровня воды на реке Олекма достигают
9,8 м.
На других реках Восточной Сибири (Индигирке, Колыме, Яне)
половодье формируется весьма интенсивно, чему способствует
дружный характер весны и наличие многолетней мерзлоты. Процесс
вскрытия этих рек происходит при большой сопротивляемости ледяного покрова, интенсивном заторообразовании и заторных подъемах
уровня воды от 2 до 5 м.
В отличие от рек бассейна Лены вскрытие Енисея и его притоков
(Ангары, Средней и Нижней Тунгуски и др.) происходит при менее
интенсивном формировании весеннего половодья. Процесс вскрытия
распространяется по длине р. Енисей со скоростью в среднем около
70 км/сут. Волна половодья, идущая по Енисею, взламывает ледяной
покров, создавая подпор и, тем самым, способствуя формированию
заторов на нижних участках притоков (Подкаменная Тунгуска, Нижняя Тунгуска).
Заторность на Енисее по частоте, мощности и размерам заторных
участков увеличивается от верховьев к устью реки. Наиболее мощные
заторные скопления имеют место у Туруханска, Игарки и Дудинки.
Не уступают им по мощности отдельные заторы льда в средней части
течения реки и даже в верховье, образующиеся на зажорных участках,
где заторные подъемы достигают 8–9 м.
Реки бассейна Оби отличаются более затяжным характером
вскрытия, под влиянием которого значительно снижается прочность
ледяного покрова и уменьшается заторность. Крупные заторы с повторяемостью 60–80% и заторными подъемами уровня 3–5 м наблюдаются на верхних участках Оби, Иртыша, Томи. На нижних участках
рек снижается количество заторных участков, уменьшаются заторные
подъемы до 1–2 м.
Значительной заторностью характеризуется вскрытие Амура благодаря своеобразию формирования весеннего половодья. Ледоход
проходит при низких уровнях, так как снежный покров в бассейне
реки невелик, а грунтовое питание в значительной мере задерживается мерзлотными процессами, поэтому весенними паводками не обеспечивается льдотранспортирующая способность потока, достаточная для свободного движения льда большой толщины и прочности.
Начинается вскрытие в средней части реки, отличающейся наибольшей приточностью, и распространяется отсюда вверх и вниз
по течению. Примерно в то же время начинается вскрытие верховьев. Соответственно распределению толщины льда по длине реки
наиболее мощные заторы льда образуются на Верхнем Амуре.
Значительное стеснение русла льдом обеспечивает здесь заторные
подъемы в 8–9 м. На Среднем Амуре заторы не отличаются мощностью и устойчивостью, кроме того, повторяемость их относительно
небольшая. Однако в отдельные годы заторные подъемы достигают
5 м. На Нижнем Амуре стеснение русла заторным льдом уменьшается, и соответственно снижаются заторные подъемы уровня, максимальные из них не превышают 3,5 м. Заторные явления отмечаются почти на всех реках бассейна Амура, однако наиболее мощные
имеют место на реках Шилке, Амгуни, Уссури. Заторные подъемы
на Уссури достигают 6 м.
В пределах Европейской территории России повышенная заторность характерна не только для северных рек Печоры, Северной Двины, Сухоны, Юга, но и для рек Северо-западного района: Великой,
Ловати, Мсты, Ояти.
Заторные явления – неотъемлемая составная часть процесса
вскрытия рек севера европейской территории России [21, 48, 52].
Значительный объем льда в речных руслах, направление течения
и развития волны весеннего половодья, большие скорости течения
воды (0,6 м/с и более), множество русловых препятствий для движения льдин в виде излучин, перекатов, островов – все это создает
достаточные условия для образования мощных скоплений льда при
вскрытии северных рек. Почти на всех крупных и средних реках севера ЕТР, как правило, наивысшим уровнем является уровень, наблюдавшийся при заторе.
Заторы льда на северных реках образуются ежегодно, нередко
обуславливая катастрофические наводнения, приносящие значительный материальный ущерб.
На Северной Двине отмечается закономерное увеличение заторности в направлении течения. В нижнем течении реки под влиянием
заторных скоплений, достигающих 3–4-кратной толщины ледяного
покрова перед вскрытием, происходит значительное стеснение льдом
русла, с заторным подъемом уровня воды на 3–6 м.
Северная Двина известна мощными заторами в районе дельты.
Так, в 1961 г. от мощного затора льда было затоплено около половины
города Архангельск. В 1966 г. за счет образования мощных заторов
на Печоре был частично подтоплен Нарьян-Мар. Серьезные проблемы заторы льда создают на реке Сухона у города Великий Устюг. Большие последние наводнения в городе случились весной 1998 и 2013 гг.
(рис. 1.6).
Повышенной заторностью характеризуются Печора и ее притоки
Ижма и Уса, особенно в средней части их течения, где заторные подъемы воды достигают 6–9 м.
На реках Северо-западного района и Кольского полуострова заторы образуются, главным образом – в устьях рек. Заторные участки небольшие, длиной преимущественно 3–5 км. Заторные подъемы
уровней достигают 5–8 м.
Вскрытие рек центра и восточных районов Европейской части
страны носит относительно бурный характер и происходит при подъёмах уровня, близких к пику половодья. Интенсивный ледоход нередко сопровождается заторами. Вследствие сравнительно небольшой
толщины и прочности ледяного покрова заторные подъемы на реках
бассейна Дона, Оки, Камы и Урала не превышают 2–3 м. Повторяемость заторов льда небольшая (20–30%).
Реки южных районов вскрываются на ранней стадии весеннего
половодья при относительно низких уровнях. Разрушение ледяного
покрова происходит здесь, главным образом, под воздействием тепла
солнечной радиации, и заторы льда почти не наблюдаются.
54
55
3.2. Опасность затопления пойм рек при заторах льда
С целью определения опасности возникновения и развития заторных наводнений был создан каталог характеристик затопления пойм
рек России при заторах льда (прил. А) и составлен перечень некоторых участков на реках России с проблемами, обусловленными их
ледовым режимом (прил. В). В указанном каталоге приводятся сведения только об участках средних и больших рек с поймой. Данные
наблюдений на малых реках не включены в каталог, поскольку заторы
на них небольшие из-за малости ледосборного участка. Незначительны и ущербы от них.
В каталоге приведены сведения о характеристиках затопления
пойм при заторах на 175 участках, расположенных на 204 реках России с площадью водосбора 2000 км2 и более. Из них 147 участков
расположены на 92 реках европейской части страны, остальные –
на азиатской части. Бассейны этих рек находятся в пределах районов
с различными физико-географическими условиями.
Каталог разделён на 6 частей, в которых материалы расположены
в порядке типичной гидрографической схемы, а именно:
1) реки бассейнов Белого и Баренцева морей
2) реки бассейна Балтийского моря
3) реки бассейнов Чёрного и Азовского морей
4) реки бассейна Каспийского моря
5) реки бассейна Северного Ледовитого океана
6) реки бассейна Тихого океана.
Каждая часть представлена в виде таблицы, состоящей из 9 граф.
Основными в ней являются сведения о высоте поймы над средним
меженным уровнем, повторяемости затопления последней при заторах льда и глубине затопления при максимальном заторном уровне
воды 1%-й обеспеченности.
Исходным материалом для составления таблицы послужили сведения, содержащиеся в фондовых таблицах ежегодных характерных
уровней воды, составленных региональными управлениями Росгидромета в ходе подготовки каталога [64]. По настоящее время они дополнены ежегодными данными о режиме и ресурсах поверхностных
вод суши Государственного водного кадастра.
Максимальные уровни 1%-й вероятности превышения и повторяемость затопления поймы при заторах льда определялись по кривым
вероятностей превышения ежегодных максимальных срочных уровней воды, а вероятность превышения – по формуле:
m
(3.1)

 100%,
n 1
где m – порядковый номер членов ряда максимумов уровня воды,
расположенных в убывающем порядке, n – общее число членов
ряда.
Кривые строились на клетчатке вероятности. Сглаживание и экстраполяция их производились графически с учётом морфометрии
речного русла и поймы.
Основной характеристикой затопления пойм в каталоге (приложение А) является превышение максимального заторного уровня 1%-й
обеспеченности над поймой:
где ,1% – максимальный заторный уровень 1% вероятности превы– средний
шения; Hn – отметка начала выхода воды на пойму:
меженный уровень воды над нулём графика гидрологического поста.

Значения ,1% 
и
представлены в графах 7, 9 каталога (прил. А).
Определяющее влияние на глубину затопления поймы (h ,1%) оказывает мощность затора, которая характеризуется заторным подъёмом уровня над уровнем, соответствующим на летней кривой расходов затороформирующему расходу воды, ( ), а также величиной
.
,1% 
Превышение заторного максимума уровня над отметкой выхода воды на пойму составляет на участках рек с узкой поймой
от 2,0 до 6,5 м, а на участках с широкой поймой – 0,5–2,0 м.
Глубина затопления поймы при заторе зависит от высоты поймы:
 , тем меньше ,1%  .
чем больше
В целом территориальное распространение заторных наводнений
обусловлено уменьшением интенсивности заторообразовательных
процессов к северу и востоку территории России. Выдающиеся наводнения при заторах с глубиной воды на затопляемой территории
более 1,5 м зафиксированы на 12% речных гидрологических постов.
Из сопоставления графы 9 каталога с графами 4, 5 и 6 (прил. А,
табл.А. 1) можно заметить, что наводнения, обусловленные заторами,
более присущи приустьевым участкам средних и больших рек, где
в полной мере выполняется необходимое для образования мощных
скоплений льда условие: наличие большого ледосборного участка
выше очага затора. Кроме того, этим участкам свойственны низкие
поймы и резкое уменьшение вниз по течению уклона водной поверхности, что благоприятствует образованию заторов. Выдающиеся заторные наводнения присущи рекам с уклонами меньше 0,3%0. Они
формируются при модулях стока от 30 до 70 л\сек. кв. км [21]. Такие
модули имеют место в нижних частях рек, текущих с юга на север,
благодаря закономерному увеличению отношения расхода воды при
заторе к максимальному расходу весеннего половодья [21]. Последнее объясняется тем, что волна половодья, продвигаясь вниз по течению, встречает на своём пути всё более толстый и прочный ледяной
покров, для взламывания и транспортировки которого необходима всё
большая удельная энергия водного потока.
Опасность заторных наводнений определяется не только глубиной затопления поймы, но и степенью неожиданности наводнения
(графа 8) (табл.А. 1, прил. А). Чем реже наводнение, тем больше его
опасность. Вероятность заторных наводнений зависит от повторяемости заторов, высоты поймы и наивысшего заторного уровня. При
низкой пойме и мощных заторах наводнения могут быть почти еже-
56
57
h ,1% 
,1%

(
,1%

)(

),
(3.2)
годно. В этом случае даже при высоких заторных уровнях воды их
опасность, как правило, невелика, поскольку они ожидаются. В зависимости от высоты поймы можно выделить:
1) участки с неопасными наводнениями при заторах льда, если
< 4 м;


2) участки с опасными заторными наводнениями, если
находится в пределах от 4 до 7 м;
3) участки чрезвычайных ситуаций по заторному наводнению,

> 7 м.
если
Выделение перечисленных участков хотя и носит на себе некоторый отпечаток условности, но позволяет в первом приближении оценить наводненческую опасность речного участка и риска хозяйственной деятельности вблизи него.
В гидрологической литературе, нередко термин «риск» употребляется как тождественный термину «опасность» и определяется как
возможность или вероятность факта или неблагоприятного события.
С учетом изложенного выше, в качестве индекса потенциального
риска заторных наводнений может быть рассмотрен параметр, учитывающий превышение заторного уровня воды над бровкой берега,
и вероятность наступления этого события
(3.3)
где Нз,1% – максимальный заторный уровень воды 1% – ной вероятности
превышения, Нп – отметка начала затопления поймы, Рп.з – вероятность
затопления поймы в долях от единицы.
Фактический, а не потенциальный риск, еще определяется степенью хозяйственной освоенности пойм, т.е.
R = к D,
(3.4)
где к – коэффициент хозяйственного освоения поймы, имеющий
размерность руб/м.
Как следует из формулы (3.3) при высоком уровне Нз,1% и высокой пойме потенциальный ущерб от затопления может быть очень велик (Рз, п → 0), но риск его как произведение вероятности затопления
на ущерб может быть не очень большой.
Карта-схема распространения потенциального риска заторных
наводнений по территории России представлена на рисунке 3.2.
Для построения этой карты использованы многолетние данные
наблюдений на 373 гидрологических постах. Индекс D рассчиты-
58
2100
1900
Уровень , с м
D = (Нз,1% – Нп) (1 – Рз.п),
вается достаточно точно для участков рек, где известна отметка
начала затопления поймы, а вероятность максимального заторного уровня достаточно точно определяется по данным многолетних
наблюдений.
Значение индекса D изменяется от 0 до 6,5. В силу структуры
формулы для вычисления индекса D его распределение близко к распределению частоты затопления пойменных участков. Максимальные значения индекса (D>5 и 4<D<5) имеют невысокую повторяемость: порядка 1%, значение D менее 4 и более 3–3%, 2<D<3–9%
и 1<D<2–36%. Наиболее часто на средних и больших реках России
повторяются случаи при 0<D<1 м. Доля минимального потенциального риска (0<D<2) составляет порядка 50% случаев от общего
числа.
Большие значения D характерны для верхнего и среднего течения
Лены, где в результате заторных наводнений затапливаются города
Усть-Кут, Киренск, Ленск и Якутск, а также в устьевых участках Куленги, Тутуры, Илги, Киреги, Тельмамы, Нюи, Бирюка, Олекмы, Наманы, Алдана, Маи, Ноторы и Амги.
Наибольшего значения величина D достигает на Лене у г. Ленск
(D = 5,25).
1700
1500
1300
1100
900
700
500
1925
1935
1945
1955
1965
1975
1985
1995
2005
Год
Рис. 3.3. Максимальные заторные уровни воды р. Лена у г. Ленск
(красная линия – уровень выхода воды на пойму)
59
Рис. 3.2. Карта-схема распространения потенциального риска ущерба
от заторных наводнений по территории России
Заторные наводнения на р. Лене у г. Ленска имеют редкую повторя=12 м), на которой расположен
емость из-за высокой поймы ( 
город. Последняя за период наблюдений с 1937 по 1997 гг. затапливалась только 7 раз (рис. 3.3). Самое большое из заторных наводнений
в этот период случилось в 1966 г., когда максимальный заторный уровень воды превысил критическую отметку начала затопления города
на 2,69 м. Следующим стало наводнение 1998 г. Оно было более значительным, чем наводнение 1966 года. Далее случилось наводнение
1999 г., а затем произошла катастрофа 2001 г. [65]. Наводнение весной
этого года было одним из самых значительных заторных наводнений
в России в ХХI в. Образовавшийся на реке Лена мощный затор ниже
города Ленска повлек настоящую беду. Город с 28-тысячным населением, несмотря на то, что он расположен на довольно высоком берегу,
ушел под воду. Значительный ущерб нанесен 59 населенным пунктам,
полностью разрушены с. Бордой в Томпонском улусе и с. Салдыкель
в Ленском улусе. Пострадало 38658 чел., 11876 семей, 8564 домов,
265 объектов соцкультбыта, 304 объекта коммунального хозяйства,
261 объектов транспорта, 45 объектов связи, 293 объекта промышленности, 320 объектов сельского хозяйства, 144 объекта энергетики,
152 объекта торговли. Разрушено и размыто 46 мостов, 52 гидротехнических сооружения, более 200 км линий электропередач. Погибло
552 гол. крупного рогатого скота, 42 гол. лошадей, 1363 гол. свиней.
Общая сумма ущерба составила 7080837,1 тыс. руб.
Многочисленные повреждения и разрушения сооружений в Ленске свидетельствуют о том, что значительные гидродинамические воздействия на них возникают в момент резкого спада уровня воды. В это
время появляется сильное течение, которое увлекает за собой различные строения и сооружения, находящиеся в затопленном состоянии.
3.3. Чрезвычайные явления на реках
и в нижних бьефах гидроузлов,
обусловленные зажорами льда
Наводнение в период замерзания реки, обусловленное зажором льда, явление крайне редкое, так как процесс зажорообразования
происходит на фоне низкой водности. Лишь на реках, где осенью расходы воды большие по причине зарегулированности стока крупным
озером или водохранилищем, зажорные наводнения довольно часты.
При этом они относятся всё же к категории небольших наводнений
[23]. Однако, несмотря на невысокие уровни зажорные наводнения
60
61
отличаются большой продолжительностью: до одного месяца, и это
при отрицательной температуре воздуха. Формирование зажора приводит также к существенному снижению расхода воды ниже скопления шуги.
Зажор льда – явление сходное с затором и ему присущи многие его
закономерности (см.п. 1.1). Однако в силу иных условий его формирования зажор обладает большим гидравлическим сопротивлением
водному потоку. При этом подъёмы уровня с выходом воды на пойму
могут иметь место в условиях малой водности реки и в большем диапазоне уклонов речных участков: от 0,1 до 05%0. Участок выше зажора – это, как правило, порожистый участок.
Большинство рек России с естественным режимом замерзает без
существенного изменения расхода воды, а чаще всего при уменьшении стока. В отдельные годы на больших реках европейской
территории страны, текущих с юга на север может складываться
такая ситуация, когда в нижней части реки стоит морозная погода,
а в верховье выпадают обильные обложные дожди. Тогда на участке
встречи паводка с перемещающейся вверх по течению реки кромкой
ледяного покрова расход воды увеличивается. Такая ситуация сложилась осенью 1978 г. на р. Северной Двине у д. Звоз, где в результате зажорного наводнения были уничтожены запасы сена в пойме,
подготовленные к зиме.
Количественные сведения о зажорах представлены в Каталоге
наибольших зажоров льда на реках России (прил. Б). Их анализ выполнен в работе Р.В. Донченко [51].
В пределах европейской части страны зажоры наблюдаются
на большинстве рек. Повышенной зажорностью характеризуются
реки бассейнов Белого и Баренцева морей: Северная Двина, Сухона,
Вычегда, Печора, Онега, Кемь, Тулома, Поной и др.
На Северной Двине и ее притоках (Сухоне, Пинеге, Вычегде)
повторяемость зажоров составляет 90–100%. Зажорные участки длиной 5–25 км расположены по всей реке от истока до устья.
Наибольшие зажорные подъемы уровня наблюдаются на нижних
участках Северной Двины – 5,1 м, Сухоне – 4,6 м, Вычегде – 3,3 м,
Пинеге – 2,6 м.
Мощные зажоры характерны для Печоры и ее притоков Ижмы,
Сулы, Цильмы, особенно в средней части рек. Зажорные подъемы уровня воды на Печоре достигают 3,5–4,2 м, а на притоках – 2,5–2,7 м.
Формирование зажоров большой мощности, вызывающее зимние
наводнения, наблюдается на реках Кольского полуострова и Неве.
Повторяемость зажоров на Неве составляет 100%. Максимальный зажорный подъем уровня составляет 3,4 м при толщине скоплений льда
6–7 м и их пористости 0,3–0,40.
Реки бассейнов Азовского и Каспийского морей характеризуются
меньшей зажорностью. Повторяемость зажоров и их мощность здесь
ниже, чем на реках северных районов. Зажоры имеют место также
на Дону и Северном Донце.
Формирование ледяного покрова сопровождается образованием
зажоров на реках бассейнов Волги и Урала.
На многих реках юга и юго-запада России, в том числе на Кубани,
Тереке и др., вследствие частой смены погодных условий имеют место повторные замерзания и вскрытия, сопровождающиеся зажорнозаторными явлениями. Эта особенность также свойственна нижним
бьефам зарегулированных рек, на которых под влиянием суточного
регулирования ГЭС происходит непрерывный процесс образования
и разрушения ледяного покрова. В местах стабилизации кромки льда
почти ежегодно наблюдается формирование зажоров из-за интенсивности шугообразования в приплотинной полынье, а также заторов
в период значительных колебаний расходов воды, вызывающих срыв
кромки льда.
На реках Сибири формирование ледяного покрова нередко сопровождается образованием зажоров. В Западной Сибири по интенсивности шугообразования и повторяемости зажорных явлений (80–100%)
выделяются Иртыш и реки Алтая: Бия, Катунь, Томь, Чулым. Максимальные зажорные подъемы уровней воды на этих реках превышают
3 м (Катунь – 3,6, Томь – 5,6 м). В отдельные годы зажорный характер
замерзания отмечается на участках повышенных уклонов Верхней
и Средней Оби.
Значительной зажорностью (рз=70–100%) характеризуется
Енисей вследствие морфологических особенностей русла и суровых погодных условий в период замерзания. Интенсивное шугообразование на участках с повышенными скоростями течения
способствует формированию скоплений толщиной 3–5 м в местах сосредоточенного падения. Максимальные зажорные подъемы в верховье реки достигают 6,3 м, в районе г. Енисейск – 6,5 м
и у с. Ярцеваь – 6,7 м.
Зажоры формируются также на притоках Енисея: реках Тубе,
Кане, Мане. Самой шугоносной из притоков является Ангара. Зашугованность русла отмечается по всей длине реки, причем на отдельных участках достигает 70–80%. Повторяемость зажоров на ней со-
62
63
ставляет 80–90%. Зажорные подъемы воды нередко достигают 3–4 м.
До строительства Иркутской, Братской и Усть-Илимской ГЭС зажорные скопления достигали толщины 5–10 м, а максимальные зажорные
подъемы уровня превышали 7 м. После создания ГЭС зажоры образуются в их нижних бьефах и в зоне выклинивания подпора уровня
водохранилищ.
На Лене и ее притоках развитие процессов зажорообразования
несколько ослаблено из-за низкой водности и интенсивного понижения температуры воздуха в период замерзания, способствующего
смерзанию шуги и формированию ледяного покрова. Однако в отдельные годы отмечается образование небольших зажоров у населённых пунктов Киренск, Ленск, Якутск и др. Образование зажоров отмечается на многих других реках этого района, но зажорные подъемы
уровня небольшие: 1,0–1,5 м.
Замерзание рек Забайкалья и Амурского бассейна сопровождается интенсивным шугообразованием и формированием зажоров на Селенге, Шилке, Аргуни, Амуре и его притоках Зее, Бурее, Амгуни и др.
Возникают они на суженных участках русла, в местах его разветвления на рукава, на перекатах. Зашугованность в отдельные годы превышает 40–50%. Зажорные подъемы уровня воды на Амуре достигают 3,5–4,4 м, а на других реках – 5–3,0 м.
Интенсивным шугообразованием и формированием зажоров в период замерзания характеризуются реки Сахалина и Камчатки. Зажорные подъемы здесь составляют 1,5–2,5 м. На многих участках рек
Камчатки максимальные зажорные уровни превосходят максимальные уровни весеннего половодья.
Зажоры льда более всего свойственны озёрным рекам,
которые сразу начинаются полноводным потоком. К моменту
замерзания расход воды в них намного больше, чем в других реках
такого же размера. По частоте зажорных наводнений и величине
зажорного подъёма уровня воды первенство принадлежит двум
самым крупным озёрным рекам – Ангаре и Неве. Зажоры на Неве
образуются почти ежегодно. Подъём уровня воды из-за стеснения
русла реки рыхлым льдом достигает иногда 3,0–3,5 м. На участке
рек выше Володарского моста при уровне выше 3 м БС (рис. 3.4)
подвергается затоплению и подтоплению прибрежная территория
Невы и её притоков: Ижоры, Славянки и Тосны, часть которой
плотно застроена. На этой территории находятся десятки
промышленных предприятий Санкт-Петербурга и Ленинградской
области. Продолжительность стояния высоких зажорных уровней
воды составляет от 1 до 30 дней и более. Формирование мощных
зажоров сопровождается подвижками льда, в процессе которых
повреждаются причалы, набережные, водозаборы, сносится вниз
по течению строительная техника, задействованная в ремонте
невских мостов и набережных.
Существенное влияние на процесс зажорообразования оказывает
строительство ГЭС [41]. После заполнения водохранилища в нижнем
бьефе гидроузла процесс зажорообразования активизируется. Происходит это по ряду причин. Во-первых, с помощью водохранилища
ГЭС регулирует сток воды, увеличивая водность реки в предзимний
и зимний периоды, на которые приходится внутригодовой пик электропотребления. Во-вторых, из-за сброса из придонных слоёв глубокого малопроточного водохранилища относительно тёплой воды (где
температура воды зимой достигает 4°С) и гидродинамических причин в нижнем бьефе образуется полынья. Она существует всю зиму,
изменяясь в размерах. В конце полыньи у кромки ледяного покрова
образуются зажоры, которые поднимают уровень воды в нижнем бьефе гидроузла и снижают тем самым напор и выработку электроэнергии на ГЭС. Затапливаются также населённые пункты, расположенные вдоль нижнего бьефа.
64
65
4,5
4
Уровень, м БС
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
1890
1910
1930
1950
1970
1990
Годы
Рис. 3.4. Максимальные зажорные уровни воды р. Нева
у Обуховского завода (з-да «Большевик»)
2010
Глубина и толщина скоплений льда, м
О возможных масштабах изменения ледового режима рек вообще
и процесса зажорообразования, в частности, можно судить по материалам наблюдений на Енисее. С возведением Красноярской ГЭС водность
Среднего Енисея в зимний период возросла в 3,5 раза. Из-за этого и сброса воды через ГЭС с температурой 3–4°С сроки замерзания у г. Енисейска изменились в сторону более поздних на 25 дней, у с. Казачинское –
на 35 дней. На протяжении значительной части нижнего бьефа река
вообще не замерзает. Расстояние от кромки ледяного покрова до плотины составляет от 105 км в суровую зиму (1976–77 гг.) и до 260 км в мягкую зиму (1980–81 гг.). Наивысшие зажорные уровни в начале ледостава
после постройки ГЭС повысились у с. Казачинское на 5,0 м, а у г. Енисейска на 2,6 м. В благоприятную для образования зажоров льда зиму
1984–85 гг. у г. Енисейска зажорный подъём воды составил 8,6 м. Оказались частично затопленными города Енисейск и Лесосибирск.
В результате выполненных расчетов по Новосибирской, Красноярской и Богучанской ГЭС установлены общие зависимости глубины
у верхней кромки зажора и толщины скоплений льда в нижнем бьефе высоконапорного гидроузла от удельного сбросного расхода воды
(рис. 3.5).
Для предотвращения зажорных наводнений в нижних бьефах ГЭС
на период замерзания реки уменьшают сбросные расходы воды, что
помогает сократить длину полыньи, где образуется шуга, формирующая зажор. Однако этот приём регулирования положения кромки
ледяного покрова относительно плотины часто не помогает. Именно
такая ситуация сложилась зимой 1996 г. на участке Енисея п. УстьАбакан – с. Подсинее, когда перемещение кромки ледяного покрова
вверх по течению, сопровождавшееся интенсивным зажорообразованием, не удалось остановить путём регулирования сбросных расходов Саяно-Шушенской ГЭС Майнским гидроузлом. В результате были подтоплены строящиеся сооружения инженерной защиты
г. Минусинска.
3.4. Прочие ледовые явления,
вызывающие трудности функционирования
хозяйственных объектов на берегах рек и водохранилищ
Рис. 3.5. Зависимости глубины у верхней кромки зажора
в нижнем бьефе ГЭС и толщины скоплений льда
от удельного сбросного расхода воды
Кроме заторов и зажоров льда, экономический ущерб регионам
также наносят:
– интенсивное ледообразование внутри водного потока вблизи
водозаборов;
– промерзание отдельных участков рек, речных проток, рукавов
рек, мелких водоёмов и отдельных частей акваторий озёр;
– образование речных наледей; сильное статическое и динамическое воздействие льда на сооружения, расположенные вдоль берегов
или пересекающие реки;
– очень ранние сроки замерзания и поздние сроки вскрытия судоходных рек.
Внутриводный лёд образуется в больших количествах на порожистых участках рек Кольского полуострова, Карелии, Урала, Алтая, а также в истоках рек, вытекающих из крупных озёр, и в самих
озёрах, где основным фактором интенсивного образования внутриводного льда является сильные ветер и волнение, перемешивающие
водные массы. Внутриводный лёд прочно примерзает к любым металлическим предметам, охлаждённым ниже температуры замерзания. Оградительные решётки водозаборов и турбин гидроэлектростанций могут полностью покрыться льдом за несколько минут.
Известны случаи, когда большое количество внутриводного льда
накапливалось на рабочем колесе турбины, что вело к прекращению
66
67
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
1
2
3
4
5
6
Расход воды, кв.м/сек
7
работы станций. В последние годы из-за теплового загрязнения рек
и, возможно, в связи с изменением климата на многих реках и водохранилищах России всё чаще наблюдается процесс замерзания,
в ходе которого ледообразование происходит в основном внутри водной массы, а доля льда поверхностного происхождения невелика.
По этой причине в ряде крупных городов (Санкт-Петербург, Петрозаводск, Хабаровск) имели место затруднения в работе водозаборных сооружений хозяйственных объектов (в основном ТЭЦ) в течение нескольких дней.
Промерзание всей толщи воды до дна на большом протяжении
реки или по всей площади водоёма – явление крайне редкое. Чаще
всего на реках наблюдается образование на отдельных участках реки
по всему живому сечению ледяных перемычек за счёт нарастания ледяного покрова до дна. На водоёмах обычно промерзают зоны с малыми глубинами (порядка 0,5–1,0 м). Причиной промерзания реки
является, кроме интенсивного нарастания льда, прекращение поступления воды в русло с водосбора. Чем меньше площадь водосбора
реки и эрозионный врез, тем меньше её дренирующая способность,
тем вероятнее наступление минимального подземного и руслового
стока. Поэтому явление промерзания свойственно малым и отчасти
средним рекам [80, 89].
На Кольском полуострове и севере ЕТР промерзают реки с площадью водосбора, меньшей 100 км2. Предельной величиной для этих
территорий может считаться площадь водосбора порядка 7000 км2.
В Западно-Сибирской низменности из-за сильной заболоченности
района, залегания грунтовых вод близко к земной поверхности промерзают лишь малые водотоки с площадью водосбора порядка 30–
100 км2. В бассейне Лены, Анабара, Колымы из-за суровых климатических условий ежегодно промерзают реки с площадью водосбора
6000 км2, а иногда даже 20000 км2. На территории Якутии период
от момента замерзания до полного промерзания для рек с площадью
водосбора от 30 до 600 км2 составляет порядка 20–45 дней, для рек
с площадью водосбора от 2000 до 6000 км2–70–90 дней. В Приморье и Приамурье промерзают из-за малой снежности зимы и наличия
островной многолетней мерзлоты ежегодно реки с площадью водосбора до 500 км2.
С промерзанием рек тесно связано явление наледообразования,
заключающееся в том, что в месте промерзания реки вода, текущая
выше в русле, выходит на лёд, послойно замерзая на верхней его поверхности. Толщина льда при этом достигает 3–4 м. Если вода из-
ливается на участке выше гидрологического поста, то уровень воды
на посту резко понижается, восстанавливаясь только через несколько
дней. В случае же, когда наледообразвание происходит ниже поста,
на нём отмечается рост и пик уровня.
Наледи речных вод образуются на участках с определённой шириной русла (Bмин) [121, 122]. Если B  B , то наблюдаются наледи только в устьях притоков, при B  B наледи сравнительно небольшой
мощности формируются на отдельных участках, B  B – на участках рек, протекающих в пределах котловин, режим наледообразования отличается значительной интенсивность в отдельные годы, при
B  B на полугорных и горных участках рек интенсивное наледообразование происходит ежегодно.
Основная опасность со стороны наледей – это затопление прилегающей территории водой. Зимой термическое расширение наледного льда в поймах рек при повышении температуры воздуха приводит
к сдвигу и опрокидыванию опор линий электропередач. Весной наледи обуславливают резкий подъем воды в период половодья и размыв
участков поймы вдоль границ наледи.
Зимой 1966–67 гг. сильные продолжительные морозы в декабреянваре в сочетании с малой высотой снежного покрова вызвали на Урале повсеместное промерзание малых рек и образование наледей, что
обусловило перебои в водообеспечении предприятий, затопление населённых пунктов, разрушение мостов, трудности в автотранспортных
перевозках в результате затопления дорог переохлажденной водой.
Чтобы прекратить наступление наледей и затопление жилых домов,
создавались временные перемычки, производились также взрывные
работы по созданию каналов для отвода воды, что по большей части
было малоэффективным.
Как правило, ледяной покров расширяется и сжимается в соответствии с изменением температуры воздуха и поэтому оказывает значительное давление на сооружения, с которыми соприкасается. Ледяное
поле длиной в 1 км расширяется примерно на 0,4 м с увеличением
температуры на 15°С. Давление, оказываемое расширяющимся ледяным покровом, ограничено его прочностью и увеличивается с ростом
последней.
В годы с прочным ледяным покровом реки вскрываются при высоких уровнях воды, и ледоход осуществляется по пойме. Во время
ледохода возможны разрушения прочным льдом или повреждения
береговых объектов и объектов, находящихся в пойме; линий связи
и электропередач, нефтяных скважин и т.п.
68
69
К неблагоприятным последствиям ледовых явлений следует отнести также сокращение периода навигации на реках и озёрах в результате очень ранних сроков замерзания и поздних сроков вскрытия [72], а также экологические последствия вмешательства человека
в ледовый режим рек [66, 70]. Изменение режима реки плотинами
гидроузлов оказывает влияние на микроклиматические характеристики прибрежной территории, на речную флору и фауну, зачастую
неблагоприятное. Примером может служить ситуация, сложившаяся
в нижнем бьефе Красноярского гидроузла, где образование полыньи
с туманами испарения привело к нежелательным микроклиматическим изменениям в г. Красноярске.
ГЛАВА 4. ОБРАЗОВАНИЕ ЗАЖОРОВ И ЗАТОРОВ ЛЬДА
В УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА
И АНТРОПОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
НА ЛЕДОВЫЙ РЕЖИМ РЕК
4.1. Формирование зажоров и заторов
в условиях изменения климата
______________
С конца 1970-х гг. в северном полушарии Земли наблюдается
серьезное потепление климата, сопровождающееся интенсивным
повышением средней годовой температуры воздуха (рис. 4.1), которое к 1995 г. составило около 1,5°С [92]. В последние годы эта
температура стабилизировалась, хотя существуют сценарии дальнейшего её увеличения [81]. Так, согласно резюме Второго оценочного доклада Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации (2014 г.) [150],
в отличие от глобальной ситуации на Земле изменение климата
России в целом (в среднем за год и по территории) следует охарактеризовать как продолжающееся потепление, отметив, что
тенденция замедления потепления пока, по данным наблюдений,
не прослеживается.
Повышение температуры зимой на территориях всех федеральных округов Российской Федерации, кроме Северо-Кавказского
и Южного, будет заметно превышать ее повышение в летний сезон. Следует также ожидать заметного смягчения температурного
режима в холодное время года, в основном из-за повышения наиболее низкой температуры воздуха на севере европейской части России. Изменение климата к концу первого десятилетия XXI в. привело к уменьшению несущей способности многолетней мерзлоты
по сравнению с 1970 гг. в среднем на 17%, а в отдельных регионах –
до 45%. Россия остается регионом мира, где потепление климата
в течение XXI в. будет существенно превышать среднее глобальное
потепление.
Изменение климата привело к тому, что с 1996 по 2012 гг. на территории России наблюдалось значительное увеличение числа опасных
явлений, в том числе нанесших значительный ущерб экономике и населению страны (рис. 4.2) [150]. Кроме того, изменение климата неизбежно приводит к изменениям в водном и, конечно, ледовом режимах
рек. Происходящие изменения связаны с изменением осенних сумм
атмосферных осадков и зимней температуры воздуха. В 1970–90-е гг.
70
71
__________________________
_____________________
произошло заметное повышение зимних температур воздуха (рис. 4.1,
5.4). Отклонение от нормы средних температур за октябрь-февраль
в эти годы в сторону повышения составило от 0,2 до 2,5°C. При изменении климата в сторону его потепления уменьшилась глубина
промерзания почв и продолжительность существования промерзшего слоя, возросло количество зимних оттепелей, увеличился зимний
сток рек [35].
Рис. 4.2. Суммарное за год число
гидрометеорологических опасных явлений
на территории России, нанесших значительный ущерб
экономике и населению, 1996–2012 гг.
Рис. 4.1. Осредненные аномалии
среднегодовой температуры воздуха в России, в Северном полушарии
и для Земного шара, 1901–2004 гг.
72
Увеличение температуры воздуха, водности рек в начале зимы и,
соответственно, теплозапаса воды и скорости течения в период, предшествующий началу ледообразования, привело к смещению сроков
появления льда и начала ледостава в сторону более поздних. Проведенные в Гидрометцентре РФ [37] и ГГИ [123] статистические оценки многолетних изменений сроков замерзания и вскрытия рек России
указывают на наличие заметных трендов, связанных с сокращением
длительности периода с ледовыми явлениями на многих реках. В результате изменения климата изменяются не только сроки, но и характер ледовых явлений.
Всё чаще при глобальном потеплении наблюдается процесс замерзания, в ходе которого ледообразование происходит в основном
внутри водной массы, а доля льда поверхностного происхождения
снижается. После ледостава длительное время сохраняются полыньи, являющиеся своеобразными фабриками шуги. В результате увеличения количества шуги и осенней водности рек в руслах послед-
73
Толщина ледяного покрова, см
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
Год
Рис. 4.3. Многолетние изменения и тренды максимальной
за зиму толщины ледяного покрова Сухоны у Великого Устюга
и Томи у Томска (пунктирная линия)
74
1600
1400
Расход, куб.м/сек
них чаще формируются зажоры, которые весной являются очагами
заторов льда.
Увеличение толщины ледяного покрова – фактор повышения вероятности образования заторов и их мощности. Однако в связи с повышением зимних температур воздуха толщина ледяного покрова
обнаруживает многолетнюю тенденцию уменьшения (рис. 4.3), что
приводит к уменьшению расхода воды, вскрывающего реку (рис. 4.4)
и увеличению частоты беззаторных вскрытий.
Менее всего последствия изменения климата наблюдаются в высоких широтах, а более всего – в низких. Фронт вскрытия на реках,
текущих на север, часто задерживается на широте 58–60 град. Здесь
весной наблюдается наибольший территориальный контраст температуры воздуха с переходом от аномалий с положительным знаком
за фронтом вскрытия (верховья рек) к аномалиям с противоположным знаком перед ним, что способствует образованию мощных заторов (рис. 4.5).
С начала 1970-х гг. произошли изменения в многолетнем разрезе
вкладов отдельных факторов в формирование максимальных заторных уровней воды рек России.
1200
1000
800
600
400
200
0
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
Год
Рис. 4.4. Многолетние изменения расхода воды Сухоны в первый день
ледохода у г. Тотьмы
Если в 1950–1970 гг. в формировании максимального заторного
уровня воды преобладали условия вскрытия реки, то в последующие
годы главным фактором, определяющим высоту максимального уровня, стала зашугованность речного русла (табл. 4.1, 4.2).
Таким образом, в последние три десятилетия происходят разнонаправленные изменения в ледовых процессах на северных реках,
связанные с изменением климата. Поэтому на фоне постепенного
многолетнего уменьшения максимальной за зиму толщины ледяного покрова, вызванного повышением зимних температур воздуха,
в последнее десятилетие ХХ в. и первое – XXI в.– всё же возникали мощные заторы льда на Сухоне (1998 и 2013 гг.), Лене (1998,
1999 и 2001 гг.) и Томи (2010 г.).
В целом климатические изменения оказывают незначительное
влияние на повторяемость и масштаб заторных наводнений, которые
по-прежнему определяются в основном естественной цикличностью
природных явлений. В условиях изменения климата ряды максимальных заторных уровней воды рек с естественным ледовым режимом
являются однородными (рис. 4.3, 4.5, 4.6), что подтверждают и результаты статистического анализа многолетней изменчивости максимальных заторных уровней воды на трёх затороопасных речных участках
с разным территориально-бассейновым расположением (табл. 4.1).
75


Àç
отношения  , где Àç – превышение наивысшего зажорного (заторÀî

ного) уровня воды над меженным уровнем, Àî – то же наивысшего
уровня, обусловленного наибольшим расходом воды при свободном
ото льда русле.
Также были построены графики связи между отно
À
шениями ç и средней многолетней зимней температурой воздуха
Àî
Рис. 4.5. Относительные отклонения температуры воздуха, °C,
от средних многолетних значений за вторую декаду мая 1998 г.
в бассейне рек Якутии и местоположение участков формирования
мощных заторов льда [66]:
1 – р. Нюя – с. Орто – Наахара, 2 – р. Лена – г. Ленск, 3 – р. Тяня – с. Тяня,
4 – р. Амга – с. Терють, 5 – р. Алдан – с. Учур, 6 – р. Алдан – с. Усть –
Миль, 7 – р. Алдан – с. Усть – Мая
Для оценки влияния климатического фактора на зажорные и заторные явления были рассчитаны для нескольких десятков речных
участков в разных регионах страны по данным каталога (прил. А, Б)
76
( qXII -II ) и графики связи повторяемости зажоров и заторов с температурой qXII -II . Полученные связи оказались недостаточно тесными: они представляют собой поле точек, в котором можно провести
верхние огибающие линии. Эти линии соответствуют участкам рек,
где климатический фактор оказал наибольшее влияние на зажорные
и заторные подъёмы уровня воды. Координаты огибающих линий
приведены в таблицах 4.3 и 4.4. Из приведённых в таблицах цифр
следует, что наибольшие изменения характеристик зажорных и заторных явлений в результате изменения климата должны наблюдаться в регионах России с высокой зимней температурой воздуха (т.е.
на ЕТР) и наименьшие изменения, наоборот, с низкой температурой
(Восточная Сибирь). Этот вывод подтверждается результатами расчётов предельно возможных изменений наивысших зажорных и заторных уровней и повторяемости зажоров и заторов, выполненных
для ряда рек, протекающих в разных гидролого-климатических регионах страны (табл. 4.5, 4.6).
Изменения характеристик зажоров и заторов в результате происходящего изменения климата разнонаправлены. В условиях потепления климата максимальные зажорные уровни растут, а повторяемость зажоров увеличивается. Наиболее интенсивность зажорных
явлений увеличивается в южных частях бассейнов Оби и Енисея,
где зажорные максимумы уровня на отдельных реках могут возрасти в ближайшие 10–20 лет на 0,8 м, а повторяемость зажоров увеличится на 20%.
Для заторов имеет место обратная картина. При этом все изменения невелики: в уровнях – от 0,1 до 0,8 м, а в повторяемости явлений –
до 20%. Наибольшие изменения интенсивности заторных явлений
в ходе потепления климата происходят в бассейне Волги. Максимальные заторные уровни воды на отдельных реках этого бассейна могут уменьшиться в ближайшие 10–20 лет на 2,5 м, а повторяемость
заторов – на 16%.
Следует также отметить, что структурно-функциональная схема процессов формирования и развития пресноводного льда [70]
77
(прил. Г, рис. П.Г. 1) может применяться как логическая диаграмма
для предсказания типа формирующегося льда и возможности появления опасного ледового явления (затора, зажора и др.) в зависимости
от метеоусловий (скорости ветра, температуры воздуха и осадков)
и скорости течения в реках и водохранилищах.
4.2. Многолетние изменения
максимальных зажорных и заторных уровней воды
78
Рис. 4.6. Зажор льда на Неве у моста Александра Невского
зимой 1966–1967 гг.
4,5
4
3,5
Уровень, м БС
Лёд является хорошим индикатором климатических изменений, чутко реагируя на температурные условия его образования
и существования. При этом влияние изменения климата на процессы зажоро- и заторообразования до сих пор не изучалось. Оно
должно проявляться в наличии трендов на графиках многолетних
изменений максимальных уровней воды, обусловленных зажорами
и заторами льда.
Ниже приводятся результаты анализа многолетней изменчивости
максимальных зажорных уровней воды р. Нева, а также максимальных заторных уровней воды на четырёх затороопасных речных участках с разным территориально-бассейновым расположением. Это узел
рек Сухона-Юг-Малая Северная Двина, нижнее течение реки Томь
и реки Лена у городов Ленск и Якутск.
Зажоры льда – наиболее опасные ледовые явления на Неве.
По мощности зажоров она занимает второе место после Ангары,
а по ущербу от них – первое. Основной интерес представляют зажоры, возникающие в нижней половине Невы (рис. 4.6). На этом участке при зажорных подъемах воды подвергаются подтоплению заводы
и жилые здания Санкт-Петербурга. При уровне 3,0 м БС создается
угроза подтопления ряда цехов завода «Большевик» (Обуховского завода), а при уровне у Усть-Ижоры выше 3,5 м подтапливаются жилые
здания и несколько заводов в этом районе.
У Обуховского завода гидрологические наблюдения ведутся
120 лет. При этом в 32% случаев максимальные зажорные уровни
превысили отметку 2,5 м БС. В 22% случаев они были в пределах
от 2,0 до 2,5 м, а в 20% случаев – от 1,5 до 2,0 м, и в 25% случаев
имели место зажорные уровни менее 1,5 м. Наивысший зажорный
уровень был зафиксирован 21 декабря 1928 г. (рис. 4.7) и составил
3,93 м БС.
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
1890
1910
1930
1950
1970
1990
2010
Годы
Рис. 4.7. Многолетние изменения максимальных зажорных уровней
воды р. Нева у Обуховского завода (з-да « Большевик»)
79
мости уровня воды, обусловленного затором от весенних факторов. Мощность заторов и максимальный заторный уровень воды р.
Томь у Томска наиболее тесно связаны с расходом воды в период
затора. Мощные заторы льда образуются здесь при расходе более
2000 м3/с.
Оценка статистической значимости многолетних изменений высоты максимальных зажорных уровней воды Невы производилась
по критериям Стьюдента (St) и Фишера (F) в соответствии с рекомендациями [83] по выборочным средним значениям и дисперсиям, рассчитанным по первой (до 1980 г.) и второй выборке рядов
наблюдений (с 1980 г. по настоящее время). Критические значения
критериев St и F определялись при уровне значимости 5%. По таблицам, приведенным в выше в указанных рекомендациях, выполненная оценка показала, что имеющиеся изменения статистически
незначимы.
Узел рек Сухона-Юг-Малая Северная Двина известен мощными
заторами [61]. Серьезные проблемы заторы льда создают на реках
Сухона и Малая Северная Двина у города Великий Устюг. За период с 1882 по 2011 гг. максимальные заторные уровни воды Сухоны
у города Великий Устюг изменялись от 277 до 980 см. Город периодически затапливается в прибрежной его части в результате заторных
наводнений. За XVIII–XIX вв. Великий Устюг пережил восемь катастрофических наводнений, а в ХХ в. город испытал воздействие уже
21 крупного наводнения. Как видим из рисунка 4.8, периоды 1945–
1960 гг. и 1979–1999 гг. характеризовались повышенными значениями
максимальных уровней относительно среднемноголетних значений.
В 1961–1978 гг., наоборот, практически отсутствовали катастрофические подъемы уровня. В дальнейшем наблюдалось постепенное увеличение максимумов уровня воды. Они достигли наивысшей отметки
в 1998 г., когда зафиксирован был максимальный уровень воды –
980 см. Несмотря на незначительную глубину воды на пойме (0,3 м),
из-за большой площади затопления экономический ущерб превысил
200 млн руб. Весной 2013 г. максимальный заторный уровень воды
у Великого Устюга достиг отметки 950 см. В климатическом отношении годы, когда отсутствовали заторы, характеризуются мягкими
зимами.
Заторы льда – самое опасное гидрологическое явление как на всем
протяжении Томи, так и у города Томска [64]. Постоянные места их
образования находятся на крутом повороте (53 км от устья) реки
и у острова Семейкина (68 км).
Заторы на р. Томь у Томска формируются из ледового материала на участке от Кемерово до Томска. Процесс заторообразования
на участке Томи от г. Кемерово до г. Томска имеет фоновый характер. Однообразные условия формирования заторов льда на участке
от Кемерово до Томска проявляются в преимущественной зависи-
До 1959 г. повторяемость заторов льда на Томи у города Томска
составляла 83%. Максимальный заторный уровень воды превышал
на 1,9 м уровень, соответствующий максимальному расходу весеннего половодья в условиях открытого русла. Пойма реки затапливалась
водой слоем до 2 м. С 1959 г., в связи с образованием в зимнее время
устойчивой полыньи взрывными работами и выемкой гравия из русла
наблюдаются ослабление заторов льда и уменьшение их повторяемости на 58% [79]. Тем не менее затор на р. Томь в 2010 г. стал катастрофическим природным явлением (рис. 4.9).
На хронологических графиках максимальных заторных уровней
на двух гидрологических постах (рис. 1.1, 4.10), расположенных
в г. Томске, отчетливо видна противоположная тенденция в многолетнем ходе максимальных заторных уровней: рост их на верхнем посту
(68 км от устья) и снижение на нижнем (61 км). Неоднородность ряда
максимальных заторных уровней воды Томи на 68 км определяется
антропогенными факторами.
80
81
1200
Уровень, см
1000
800
600
400
200
0
1880
1900
1920
1940
1960
1980
2000
Год
Рис. 4.8. Хронологический график максимальных
заторных уровней воды реки Сухона у города Великий Устюг
Формирование исключительно мощных заторов льда в процессе
вскрытия является отличительной чертой гидрологического режима одной
из крупнейших рек России – реки Лены. В конце XX в. частота наводнений на Лене, обусловленных заторами льда, увеличилась. Так, наводнения,
обусловленные заторами льда, на р. Лене у г. Ленска до 1998 г. имели редкую повторяемость из-за высокой поймы, на которой расположен город.
Последняя за период наблюдений с 1937 по 1997 гг. затапливалась только
7 раз. Самое большое из заторных наводнений в этот период случилось
в 1966 г., когда максимальный заторный уровень воды превысил критическую отметку начала затопления города на 2,69 м. Последующие годы
показали нерегулярность заторных наводнений и очевидную тенденцию
увеличения их масштаба (рис. 4.11). Следующим стало наводнение 1998 г.
Оно было более значительным, чем наводнение 1966 г. Далее случилось
наводнение 1999 г., а затем произошла катастрофа 2001 г. (рис. 4.12). Заторные наводнения на реке Лене у города Ленска в 1998 г., и особенно в 2001 г.,
нанесли огромный материальный ущерб экономике региона [65].
Анализ условий формирования катастрофических наводнений
на р. Лене показывает, что они являются результатом редкого сочетания факторов процесса заторообразования. Общими факторами всех
наводнений были значительная увлажненность водосбора реки осенью, большая толщина ледяного покрова, интенсивное снеготаяние
весной, избыточные осадки в период формирования половодья и, наконец, резкий контраст температур воздуха в месте заторообразования и в верхней части речного бассейна [66]. Для Лены возникновение подобных условий имеет невысокую вероятность.
Рис. 4.9. Затопление пригородных районов
г. Томска 29 апреля 2010 г.
1200
2100
1900
800
Уровень, см
Уровень, см
1000
600
400
200
0
1960
1700
1500
1300
1100
900
700
500
1970
1980
1990
Год
2000
2010
1925
1935
1945
1955
1965
1975
1985
1995
2005
Год
Рис. 4.10. Хронологический график хода максимальных
заторных уровней р. Томь – г. Томск (74 км от устья)
Рис. 4.11. Хронологический график хода
максимальных заторных уровней р. Лены у г. Ленска
82
83
350
300
;Уровень воды, см
250
200
150
100
y = 0,5649x + 157,06
50
19
37
-3
19 8
40
-4
19 1
43
-4
19 4
46
-4
19 7
49
-5
19 0
52
-5
19 3
55
-5
19 6
58
-5
19 9
61
-6
19 2
64
-6
19 5
67
-6
19 8
70
-7
19 1
73
-7
19 4
76
-7
19 7
79
-8
19 0
82
-8
19 3
85
-8
19 6
88
-8
19 9
91
-9
19 2
94
-9
19 5
97
-9
20 8
00
-0
20 1
03
-0
20 4
06
-0
20 7
09
-1
0
0
Год
Рис. 4.13. Тренд в многолетнем изменении
максимальных уровней воды
при замерзании реки Лены у г. Ленска
В связи с повышением зимних температур воздуха толщина ледяного покрова обнаруживает многолетнюю тенденцию уменьшения,
что приводит к уменьшению расхода воды, вскрывающего реку, и увеличению частоты беззаторных вскрытий. С другой стороны, происходящее увеличение температуры воздуха в начале зимы приводит
к увеличению водности рек и теплозапаса воды в период, предшествующий началу ледообразования, а также скорости течения воды,
результатом чего является смещение сроков появления льда и начала ледостава к более поздним срокам. Замерзание рек все чаще при
этом сопровождается образованием зажоров льда, увеличивающих
вероятность образования заторов весной. Даже река Лена всё чаще
стала замерзать по зажорному типу, для которого характерны большая
осенняя водность, медленное перемещение кромки ледяного покрова
вверх по течению, длительный шугоход и образование зажоров льда,
вызывающих большие подъемы уровня воды (рис. 4.13). Такой тип
замерзания для Лены несвойствен, но при отмеченных тенденциях
в изменении климата его вероятность увеличивается.
84
10
8
Число ОЯ, %
Рис. 4.12. Город Ленск 18 мая 2001 г.
Таким образом, в последние три десятилетия происходят разнонаправленные изменения в ледовых процессах на северных реках, связанные с изменением климата. Они оказывают незначительное влияние на повторяемость и масштаб заторных наводнений (рис. 4.14),
которые по-прежнему определяются естественной цикличностью
природных явлений.
6
4
2
0
1990
1995
2000
2005
Год
Рис. 4.14. Изменение числа опасных наводнений
во время заторов льда с ущербом за 1991–2010 гг. [109]
85
2010
На ледовый режим рек и водохранилищ оказывают существенное
влияние различные виды хозяйственной деятельности: русловые выправительные работы, направленные на улучшение судоходных путей; выемки песчано-гравийной смеси из русла для строительных целей; строительство мостов и других инженерных сооружений через
реки; сбросы тёплых промышленных вод в реки и водохранилища;
сооружение речных гидроузлов.
Наиболее существенно ледовый режим рек и, в частности, процессы зажоро- и заторообразования изменяются после создания водохранилищ ГЭС [41]. При этом выше ГЭС река приближается по режиму
к озеру. Степень этого приближения зависит от размеров и проточности водохранилища.
В верхнем бьефе гидроузлов создаются подпорные условия, характеризующиеся малыми скоростями течения, что способствует раннему
ледоставу в водохранилище. В зоне выклинивания подпора воды имеет
место перелом продольного профиля водной поверхности. Таким образом, в верхнем бьефе гидроузла появляются благоприятные условия
для формирования зажоров и заторов, даже если их раньше не было.
Заторный подъём уровня в наибольшей степени увеличивается в зоне
выклинивания подпора, где в начале зимы формируются мощные зажоры льда. Весной в хвосте их скапливается дополнительный лёд с верховьев рек, что приводит к значительным подъёмам уровней воды. В самом
водохранилище подъёмы могут быть меньше, чем в естественных условиях речного участка из-за недостаточной степени стеснения русла льдом
на больших глубинах. Повторяемость заторов увеличивается по сравнению с естественными условиями в пределах всего верхнего бьефа ГЭС.
Температура воды в зимний период в глубоком малопроточном водохранилище значительно выше, чем в реке. В придонных слоях она
достигает 3–4°С. Вследствие поступления зимой тёплой воды из водохранилища в нижний бьеф в последнем образуется полынья, которая
обусловлена ещё и гидродинамическими причинами. Эта полынья существует в течение всей зимы, постоянно изменяясь в своих размерах.
В конце полыньи у кромки ледяного покрова образуются зажоры, которые поднимают уровень воды в нижнем бьефе гидроузла и снижают тем
самым напор и выработку электроэнергии. Наивысшие зажорные уровни
зависят от объёма попусков, определяемых режимом работы ГЭС.
Таяние льда в нижнем бьефе ГЭС более спокойное и, как правило,
происходит без заторов. Оно происходит путём отступления кромки льда
под действием тёплой воды. Подобный характер вскрытия имеет место
также на участках с интенсивным сбросом тёплых промышленных вод.
После наполнения Красноярского водохранилища на Енисее в соответствии с изменением водности и ледового режима реки на участке
Казачинское – Подкаменная Тунгуска (рис. 4.15) произошло повышение
на 1,5–3,7 м высших зимних уровней воды. В начальный период ледостава (первые 5–10 дней) наиболее значительное повышение уровней
воды наблюдается на участке Ярцево – Назимово – 4–8 м, у Енисейска –
5–9 м, у Казачинского и на вышерасположенном участке – 4–6 м. Это
повышение обусловлено увеличением мощности зажоров льда у кромки ледостава. Особенно мощные зажоры образуются в годы с длительным периодом замерзания реки, когда установление ледостава происходит с подвижками льда или с возобновлением ледохода.
С вводом в эксплуатацию Красноярской ГЭС на Енисее, Иркутской, Братской, Усть-Илимской ГЭС на Ангаре, отмечается ежегодное
образование зажоров на участке среднего течения Енисея. В бытовых
условиях наибольшая повторяемость зажоров была только у Енисейска. Сдвинулись и сроки образования зажоров: они стали появляться
позднее – в декабре-январе, а ближе к плотине – в феврале. Высокие
подъемы уровней воды в периоды подвижек кромки ледяного покрова
приводят к затоплению территории населенных пунктов, дорог, складов древесины и т.п., нанося значительные ущербы экономике Красноярского края и населению. Чрезвычайные ситуации, обусловленные
образованием зажоров у кромки ледостава, наблюдались в зимнее время в г. Енисейск (1978, 1979, 1984, 1989, 1993, 2005–2007 гг.); в пос.
Стрелка (1981, 1984, 2007 гг.); в селах Казачинском и Галанино (1971,
1972, 1980 гг.); в с. Предивинск (1978, 1985 гг.), в затонах Кононово
(1974, 1977 гг.) и Павловщина (1990, 2004 гг.).
86
87
Результаты оценки статистической значимости изменений в многолетнем ряде максимальных заторных уровней воды Сухоны, Томи
и Лены подтвердили, что на реках с естественным ледовым режимом
изменения в многолетнем ряде максимальных эажорных и заторных
уровней воды незначимы (табл. 4.1). Никаких существенных трендов
к их росту не существует. Данная оценка была выполнена по критериям Стьюдента (St) и Фишера (F) и производилась по выборочным
средним значениям и дисперсиям, рассчитанным по двум выборкам
рядов наблюдений. Критические значения критериев St и F определялись при уровне значимости α = 5% [102].
4.3. Влияние антропогенных воздействий
на процессы зажоро- и заторообразования
88
89
612
Лена – г. Якутск 1941–1981 1982–2010 623
0,25
0,68
2,54
1,63
St
154
215
188
177
1
F
1
178 1,75 –4,36
311 2,09 –1,66
118 2,15 –9,02
A
7,75
9,74
–0,55
1,27
2
Лена – г. Якутск
Томь – г. Томск
(68 км от устья)
Северная Двина –
д. Медведки
Сухона –
г. Великий Устюг
Река – пункт
0,13
0,87
0,03
0,53
0,48
0,84
0,01
0,11
1973–2006 г.
1950–72 гг.
1973–2001 гг.
1950–77 гг.
1978–2008 гг.
1951–74 г. г
1975–2010 гг.
Ледоставный
уровень воды,
см
0,07
0,03
0,10
0,46
0,05
0
0
0,07
Характеризующие
весну
0,52
0,71
0
0
0,41
0,93
0,13
0,80
0,30
0,25
0,06
0,06
0,01
0,04
0
0
Расход (уровень)
Температура
воды
воздуха
при вскрытии реки при вскрытии реки
Аргументы
Максимальная
толщина
ледяного покрова
Характеризующие
осень-зиму
1950–72 гг.
Период
наблюдений,
по которому
установлена
зависимость
497
896
630
570
2
Таблица 4.2
715
1129
869
631
1
B
Коэффициенты уравнения тренда
137 1,67 0,450
2
Дисперсия
за период, см
Критерий
Фишера
Детерминированные вклады гидрометеорологических факторов в формирование
максимальных заторных уровней воды
1038
Лена – г. Ленск 1927–1982 1983–2010 1082
2
620
1
Томь – г. Томск
1936–1972 1973–2010 698
(68 км от устья)
2
601
1
Средние
за период, см
Критерий
Стьюдента
Сухона –
1882–1962 1963–2010 650
г. Великий Устюг
Река – пункт
Расчетные периоды
Наблюдений
Статические характеристики
Значения критериев Стьюдента и Фишера и коэффициентов линейных уравнений трендов
максимальных заторных уровней воды Сухоны, Томи и Лены
Таблица 4.1
Рз, %
qXII -II
°С
3
16
28
39
49
59
67
75
81
87
92
94
97
98
99
100
100
100
0,29
0,44
0,58
0,71
0,84
0,95
1,06
1,16
1,26
1,34
1,42
1,49
1,56
1,61
1,66
1,70
1,73
1,76
1,78
1,79
1,79
1,79

Àç

Àî
-32
-31
-30
-29
-28
-27
-26
-25
-24
-23
-22
-21
-20
-19
-18
-17
-16
-15
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
90
-11
-12
-13
-14
-15
-16
-17
-18
-19
-20
-21
-22
-23
-24
-25
-26
-27
-28
-29
-30
-31
-32
qXII -II
°С
Таблица 4.4
Координаты верхних огибающих линий полей точек связей
Àç
 = f (qxii -ii ) и Ð ç = f (qxii -ii ) для заторов
Àî
Рз,
%
Таблица 4.5
Àç
 = f (qxii -ii ) и Ð ç = f (qxii -ii ) для зажоров
Àî
Пункт
Норилка
пос. Валек
Сухона
д. Каликино
Сев. Двина
д. Березник
Паша
д. Дубровино
Обь
с. Александровское
Печора
д. Савинобор
Мама
пос. Конкудера
Ока
г. Муром
Клязьма
г. Владимир
Томь
г. Кемерово
Иртыш
г. Омск
Енисей
г. Кызыл
Селенга
г. Улан-Удэ
Амур
С. Иннокентьевка
Селемджа
с. Стойба
Тигиль
с. Тигиль
Река
1,69
1,69
1,68
1,68
1,67
1,67
1,66
1,66
1,65
1,65
1,64
1,64
1,63
1,63
1,62
1,62
1,61
1,60
1,59
1,58
1,56
1,53
1,46
1,37
1,27
1,14
1,00
0,83
1
4
4
4
5
5
6
10
10
11
11
12
12
13
13
15
-27,6
-12,8
-12,4
-8,8
-20,5
-16,5
-27,8
-10,3
-9,9
-17,1
-17,9
-31,2
-24,6
-13,0
-28,8
-16,8
Регион q
,
(рис. 2.1) XII -II
°С
1,50
4,10
5,80
2,10
4,60
3,40
1,70
2,80
2,40
3,20
3,20
2,80
2,20
3,70
1,06
2,90
м

Àî,
Координаты верхних огибающих линий полей точек связей
-0,40
-0,12
-0,06
0,00
-0,69
-0,24
-0,44
0,00
0,00
-0,29
-0,32
-0,84
-0,46
-0,11
-0,29
-0,26
-0,20
-0,04
0,00
0,00
-0,32
-0,10
-0,22
0,00
0,00
-0,13
-0,16
-0,42
-0,22
-0,04
-0,14
-0,12
0,17
0,00
0,00
0,00
0,32
0,10
0,19
0,00
0,00
0,10
0,13
0,39
0,22
0,00
0,14
0,09
0,3
0,00
0,00
0,00
0,55
0,17
0,37
0,00
0,00
0,19
0,22
0,76
0,40
0,00
0,25
0,26
-21
0
0
0
-7
-1
-21
0
0
-2
-2
-15
-16
0
-23
-2
-10
0
0
0
-2
0
-10
0
0
-1
-1
-13
-8
0
-11
-1
10
0
0
0
3
0
10
0
0
0
1
12
6
0
10
0
18
0
0
0
4
0
18
0
0
0
1
23
12
0
20
0
Изменение характеристик
наивысшего уровня, м,
Повторяемости, %,
при Dq °С
при Dq °С
-2
-1
+1
+2
-2
-1
+1
+2
Предельно возможные изменения характеристик зажоров
при изменении средней многолетней температуры воздуха зимнего периода

Àç

Àî
100
100
100
99
99
98
98
97
96
95
94
93
92
91
90
89
87
85
82
79
75
70
64
58
50
42
33
22
Таблица 4.3
91
92
93
местн. Воронцово
г. Средне-Колымск
пос. Ангуэма
д. Каликино
д. Березник
д. Савинобор
г. Тобольск
2
с. Преображенка
г. Якутск
пос. Ала-Чубук
пос. Удское
свх Снежное
с. Талон
г. Кашира
г. Старица
г. Омск
г. Кемерово
г. Улан-Удэ
г. Кызыл
г. Благовещенск
Индигирка
Колыма
Амгуэма
Сухона
Сев. Двина
Печора
Иртыш
1
Н. Тунгуска
Лена
Нера
Уда
Анадырь
Тауй
Ока
Волга
Иртыш
Томь
Селенга
Енисей
Амур
пос. Усть-Тарея
Пясина
факт. Кербо
2
1
Таймура
Пункт
Река
13
12
12
11
11
10
10
9
8
7
7
6
6
3
5
5
4
4
3
2
2
1
1
3
(рис. 2.1)
Регион
-21,6
-31,2
-24,6
-17,1
-17,9
-9,1
-9,4
-27,5
-24,6
-24,4
-32,3
-39,5
-27,3
4
-18,0
-16,5
-12,4
-12,8
-26,3
-35,7
-36,8
-32,6
-29,7
4
°С
qXII -II,
5,60
6,10
2,30
6,70
6,00
8,80
11,90
3,80
4,90
5,30
1,90
930
9,30
5
6,20
9,20
11,50
9,20
1,80
10,60
6,80
5,70
10,70
5
М

Àî,
0,06
0,00
0,02
0,07
0,06
1,41
1,90
0,04
0,05
0,05
0,00
0,00
0,09
6
0,06
0,09
0,34
0,18
0,02
0,00
0,00
0,00
0,11
6
-2
0,06
0,00
0,00
0,00
0,06
0,79
1,07
0,04
0,00
0,05
0,00
0,00
0,00
7
0,06
0,09
0,23
0,09
0,02
0,00
0,00
0,00
0,11
7
-1
0,00
0,00
-0,02
-0,07
0,00
-0,88
-1,19
0,00
-0,05
0,00
0,00
0,00
-0,09
8
0,00
-0,09
-0,34
-0,18
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
8
+1
-0,06
0,00
-0,02
-0,13
-0,06
-2,02
-2,74
-0,04
-0,05
-0,05
0,00
0,00
-0,09
9
-0,06
-0,18
-1,15
-0,46
-0,02
0,00
0,00
0,00
-0,11
9
+2
наивысшего уровня, м,
при DqXII -II
1
2
4
3
1
0
0
0
0
11
-1
-1
-2
-5
-4
-1
0
0
0
0
12
+1
-3
-5
-11
-9
-2
0
0
0
0
13
+2
2
0
1
2
2
12
12
1
1
2
0
0
1
10
1
0
1
1
1
6
6
0
1
1
0
0
1
11
-1
0
-1
-2
-1
-8
-8
-1
-1
-1
0
0
0
12
-2
-1
-2
-4
-3
-16
-16
-1
-2
-2
0
0
-1
13
Окончание табл. 4.6
2
3
7
6
2
0
0
0
0
10
-2
Повторяемости, %,
при DqXII -II , %
Изменение характеристик
Таблица 4.6
Предельно возможные изменения характеристик заторов при изменении средней многолетней
температуры воздуха зимнего периода
Гидрологический режим Енисея на участке ниже створа Майнской
ГЭС, служащей контррегулятором Саяно-Шушенской ГЭС, также существенно изменился. За счет поступления относительно теплой воды
из водохранилища Саяно-Шушенского гидроузла в нижнем бьефе образуется полынья. Ее минимальные размеры в средние по метеоусловиям
зимы составляют 100–120 км, а в наиболее суровые – 60–65 км. Ледостав в большинстве случаев устанавливается ниже с. Шушенского.
За весь период наблюдений (с 1979 г.) ледостав непосредственно
в районе Шушенского наблюдался только 1 раз (в феврале 1982 г.).
Недельная неравномерность зимних попусков Майнской ГЭС осложняет условия замерзания реки, способствуя подвижкам неустойчивого ледяного покрова и формированию зажоров. Подвижки приводят
к дополнительным повышениям уровня воды на 0,5–1,0 м, при этом
наблюдается частичное подтопление хозяйственных объектов. Наиболее опасным участком нижнего бьефа Майнской ГЭС является участок инженерной защиты города Минусинска в районе острова Кузьминский, где расположены водозаборные сооружения города.
Наиболее существенное изменение зимнего режима Ангары на нижнем ее участке произошло после заполнения УстьИлимского водохранилища. Ледоставные подъемы уровней
над минимальными предледоставными горизонтами на участке
Кежма–Татарка увеличились по сравнению с бытовыми на 0,3–
1,8 м. Ледостав устанавливается с подвижками льда, срывом
кромки, повторным шугоходом и ледоходом, зажорами льда. Зажорные явления стали отмечаться у всех пунктов наблюдений
в 20–30% случаев, а у с. Татарка – в 45% случаев. Превышения
зажорных уровней над минимальными предледоставными увеличились до 1,6–3,6 м. В бытовых условиях зажорные явления отмечались редко, а максимальные превышения уровней над предледоставными не превышали 1,7–1,8 м. Максимальные зажорные
уровни в отдельные годы являются и максимальными зимними.
На участке от Богучан до Каменки в настоящее время наблюдаются зимние наводнения.
Рис. 4.16. Совмещенный график хода уровней воды на постах в нижнем
бьефе Новосибирской ГЭС зимой 1959–1960 гг.:
Рис. 4.15. Карта-схема р. Енисея от створа Красноярской ГЭС
до устья р. Подкаменная Тунгуска
94
1 – Нижний бьеф; 2 – Кривощеково; З – Новосибирск; 4 – Мочище;
5 – Бибиха; 6 – Почта; 7 – Дубровино
95
После создания водохранилища Новосибирского гидроузла в нижнем бьефе ГЭС самое значительное изменение уровней прослеживается на посту Нижний бьеф (рис. 4.16).
Колебания уровней воды при суточном регулировании ГЭС распространяются на участок 100–110 км. Так, при амплитуде колебаний уровня на посту Нижний бьеф 1,6 м амплитуда колебаний уровня
в районе с. Дубровино уже не превышает 8–10 см.
Особенностью зимней эксплуатации Новосибирской ГЭС является глубокая русловая эрозия, которая имеет место в нижнем
бьефе Новосибирского гидроузла [31]. Здесь на процесс деформации русла реки наложилось воздействие мощного техногенного фактора, такого, как крупномасштабные работы по выемке
аллювиальных (песчано-гравийных) отложений из русловых карьеров, расположенных в нижнем бьефе. В результате совместного
воздействия указанных факторов посадка уровня в нижнем бьефе Новосибирского гидроузла достигла, по различным оценкам,
180–200 см. Поэтому в настоящее время режим работы Новосибирской ГЭС определяется необходимостью поддержания уровня
воды в черте города Новосибирска на отметках, обеспечивающих
надёжную работу систем коммунального и промышленною водоснабжения. В годы с низким зимним стоком реки можно ожидать
возникновения острых ситуаций с обеспечением необходимых попусков в нижний бьеф Новосибирской ГЭС. Способ определения
величины требуемых попусков опирается на использование практического опыта эксплуатации водохранилища в 1980–2008 гг., показавшего возможность уменьшения расходов в зимнее время при
наличии ледяного покрова (этот период характеризуется затуханием процесса посадки уровня).
При рассмотрении средней величины попусков в осенне-зимний
период за последние три десятилетия выявляется тенденция увеличения объема попусков в зимний период. Например, объем попусков в 2001–2008 гг. за период с ноября по март увеличился на 8%
по сравнению с объемом попусков в 1970-е гг., а за период с января
по март – на 15,6%.
Выемки песчано-гравийной смеси из русла приводят также к существенному снижению заторных уровней воды, что можно наблюдать на примере р. Томь у Томска (рис. 4.5). Интенсивная русловая
добыча песка и гравия из русла Томи началась с 1950-х гг. К 1980 г.
понижение отметок дна на участке от Томска до устья составило около 2–2,5 м. При этом существенно снизились максимальные затор-
ные уровни воды (рис. 4.10). Сейчас русловая добыча песка и гравия
в Томи запрещена.
В начале 1950-х гг. в Томске строится Сибирский химический
комбинат с прямотоком и сбросом горячей воды в р. Томь. С 1959 г.
на городском участке реки из-за сброса тёплых промышленных вод
в зимнее время сохраняется устойчивая полынья, являющаяся своеобразной «фабрикой шуги». Ниже, на крутом повороте (53 км от устья)
и у острова Семейкина (68 км), формируются мощные скопления
шуги. Весной полынья в пределах города расширяется, и создаются условия для аккумуляции значительной части воды и транзитного льда при вскрытии реки, что снижает заторные уровни воды на речных участках выше по течению.
В 1970-е гг. строится мост в южной части Томска (73 км от устья)
с перекрытием долины и изменением пойменных водоёмов и водотоков. Часть островов и осередков в центре города ликвидируется.
В 1990-е гг. строится второй мост на границе Томска и Северска
(58,5 км от устья). Оба моста не отвечают требованиям беззаторного
пропуска льда:
96
97
bïð ³
hmsñìbîïl
,
V ë2B
где η – коэффициент местных условий ледохода, отражающий наличие
на участке реки островов, излучин, проток, зажорных скоплений льда,
полыней, ранее построенных мостов (ηср = 730);
m – коэффициент формы опоры моста, изменяющийся от 0,54
до 0,90;
σсм – предел прочности льда при смятии, МПа;
bоп – толщина опоры, м; l – линейный размер ледяного поля, м;
Vл – скорость перемещения ледяных полей, принимаемая 0,9
от поверхностной скорости течения в период весеннего ледохода,
м/с;
В – ширина реки в период ледохода, м.
Заторы, как правило, формируются у томских мостов, а задержка льда у них увеличивает продолжительность стояния высоких уровней воды при заторе.
Статистически значимые изменения зимнего уровенного режима наблюдаются на Малой Северной Двине у Котласа. Здесь
максимальные уровни, обусловленные заторами льда, как отчётливо видно на рисунке 4.17, снижаются с 1960 г. Причина постепенного снижения максимальных уровней воды Северной Дви-
ны после этого года определяется антропогенными причинами.
Основную роль в снижении максимумов заторных уровней играют развивающийся на этом речном участке русловой процесс,
русловыправительные работы, а также появившаяся после ввода
в строй Котласского ЦБК огромная полынья на реке у г. Котлас.
Перечисленные выше антропогенные факторы обуславливают наблюдающийся тренд в хронологическом ходе максимальных заторных уровней воды.
Таким образом, к существенному снижению максимальных заторных уровней воды в первую очередь приводят выемки песчаногравийной смеси из русла и сбросы тёплых промышленных вод в реку
у очагов заторов.
700
650
Уровень воды, см
600
550
500
450
400
350
300
250
200
1930
1950
1970
1990
2010
Год
Рис. 4.17. Хронологический график максимальных
заторных уровней воды р. Северная Двина
у города Котлас
98
ГЛАВА 5. МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ПРОГНОЗА
ХАРАКТЕРИСТИК ЗАЖОРОВ И ЗАТОРОВ
В УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЯЮЩЕГОСЯ
ЛЕДОВОГО РЕЖИМА РЕК
5.1. Расчёт наивысших уровней воды,
обусловленных зажорами и заторами
Главной характеристикой зажорных и заторных явлений, используемой при строительном проектировании, является наивысший уровень воды, обусловленный этими явлениями. Инженерный расчет
наивысших значений уровней воды в отличие от прогноза ежегодных
максимумов уровня исходит из неизменности в течение многолетнего
периода ледового режима рек и не приурочивается к определенному
моменту времени. Искомый уровень рассчитывается исходя из возможного сочетания благоприятных для его формирования условий
и заданной в соответствии со степенью капитальности того или иного
сооружения вероятности его превышения (Р).
Расчетные максимальные зажорные и заторные уровни воды при
наличии данных гидрометрических наблюдений достаточной продолжительности (25 лет и более) определяются согласно СП 33–
101–2003 [108] с помощью эмпирических кривых или аналитических функций распределения ежегодных вероятностей превышения
этих уровней.
Поскольку скопления льда формируются в ходе замерзания
и вскрытия рек не ежегодно, то статистические совокупности максимальных зажорных и заторных уровней воды часто ограничиваются
10–30 членами (годами наблюдений). Вместе с тем известно, что определение параметров кривых распределения по коротким статистическим рядам ведет к большим ошибкам. Поэтому при недостаточности
исходных данных ряды максимальных зажорных и заторных уровней
удлиняют, в первые включая максимальные уровни воды в начале ледостава, а во вторые – уровни при вскрытии реки.
Для экстраполяции кривых распределения вероятностей превышения максимальных уровней, обусловленных заторами льда, с выходом
воды на пойму, лучше пользоваться аналитическими функциями распределения вероятностей превышения площадей поперечного сечения,
соответствующих максимальным заторным уровням Нз. Параметры
кривой распределения wç = f (P ) можно определять графоаналитическим способом по трем опорным точкам, соответствующим с уче-
99
том усечённости кривой значениям вероятностей P1 =
100
⋅ 100% , Р2
n +1
= 0,5 (Р1+Р3) и Р3,, где n – число членов ряда максимальных заторных
уровней воды, а Р3 равно повторяемости заторов.
В условиях климатических изменений и антропогенного воздействия на ледовый режим ряды максимальных зажорных и заторных
уровней воды проверяются на однородность условий из формирования с помощью критериев однородности [83]: Стьюдента St (оценка
однородности средних значений) и Фишера F (оценка однородности
средних квадратических отклонений). Если ряд состоит из двух однородных рядов с числом членов n1 (до изменения ледовых условий)
и n2 (после изменения условий), то
St =
Í ç .1 - Í ç ,2
n s + n2s
2
1 1
2
2
n1n2 (n1 + n2 - 2)
,
n1 + n2
F =
s22
,
s12
(5.1)
(5.2)
где Í ç ,1 и Í ç ,2 – средние значения уровней в каждом ряде;
s1 и s2 – средние квадратические отклонения.
В случае неоднородности ряда (St и F больше критических значений), обусловленной изменением условий их формирования, при
расчёте наивысшего зажорного или заторного уровня воды ориентируются на период с наиболее сложным ледовым режимом, вызывающим высокие уровни воды. При этом строится составная кривая
максимальных уровней для всего периода наблюдений за ледовым
режимом и уровнями воды. Ежегодные вероятности превышения того
или иного максимального уровня на составной кривой определяются
по следующим формулам:
– при трёх однородных периодах формирования максимальных
уровней воды
n P + n2P2 + n3P3
,
P = 1 1
n1 + n2 + n3
(5.3)
n1P1 + n2P2
,
n1 + n2
1200
H см
1100
1000
900
800
700
600
500
400
1915
– при двух периодах
P =
по каждой однородной совокупности с числом членов n1, n2 и n3..
Вероятности ежегодного превышения в формулах (5.3) и (5.4) выражаются в процентах.
На рисунке 5.1 приведён хронологический график хода максимальных заторных уровней воды реки Томь у города Томска. Анализ
хода уровней указывает на их неоднородность во времени, что подтверждается проверкой с помощью статистических критериев Стьюдента и Фишера. В таблице 5.1 приведены количественные показатели этих критериев, которые указывают на то, что средние значения
максимальных уровней воды неоднородны, а дисперсия их многолетнего хода не изменилась. Начиная с 1950-х гг. происходит уменьшение максимальных уровней воды, а в 1980–1990-е гг. происходит
увеличение этих уровней.
В связи с неоднородностью в многолетнем ходе максимальных
уровней воды р. Томь представляется возможным использовать
в расчетах составные кривые вероятностей их превышения за периоды 1918–1950, 1950–1980 и 1980–2010 гг. Суммарная кривая
распределения вероятностей за период 1918–2010 гг. представлена
на рисунке 5.2.
1925
1935
1945
1955
(5.4)
1965
1975
1985
1995
2005
Год
где P1 , Р2 и Рз – вероятности превышения максимального уровня
Рис. 5.1. Хронологический график хода
наивысших уровней воды р. Томь, г. Томск (68 км от устья)
100
101
Определение расчетных значений максимальных зажорных
и заторных уровней при кратковременности (2–4 года) и отсутствии данных гидрометрических наблюдений на исследуемом речном участке предполагает выполнение инженерногидрометеорологических изысканий, которые необходимы для
выявления возможности формирования зажоров и заторов льда
на исследуемом участке.
Таблица 5.1
Оценка однородности максимальных уровней воды р. Томь,
г. Томск
Критерий
Эмпирическое
значение
Теоретическое
значение
Тренд
Стьюдента t
Фишера F
Годы
N лет
Средн.
9.3
1.15
1918–1950
34
899
6.84
2.03
1951–2010
59
673
+
-
– интенсивное снеготаяние и быстрый сброс воды в русловую
сеть, чему благоприятствуют большой уклон и малые залесенность,
заболоченность и озерность речного бассейна;
– наличие в пределах участка реки перелома продольного профиля водной поверхности, с резким уменьшением уклонов, и (или)
сужения русла, крутого поворота, островов и других русловых образований, стесняющих живое сечение реки и уменьшающих ледопропускную способность русла;
– большая толщина и прочность льда перед вскрытием, наличие
зажорных скоплений и наледей в пределах исследуемого участка, интенсивное поступление льда после вскрытия с расположенного выше
по течению участка реки, а также с раньше вскрывающихся крупных
притоков (Qпр/Q > 0,4).
При анализе условий замерзания учитывается, что возможность
образования зажоров определяют следующие признаки:
– замерзание, происходящее путем перемещения кромки ледяного
покрова снизу вверх по течению, что имеет место на реках, которые
текут с юга на север или с гор на равнину;
– наличие в пределах участка или непосредственно ниже его перелома продольного профиля реки с резким уменьшением к устью
уклонов (в 3 раза и более), сужений русла, крутого поворота, островов и других русловых образований, уменьшающих ледопропускную
способность русла;
– уклон водной поверхности выше очага зажорообразования, превышающий 0,05%о, при котором шуговые скопления начинают вовлекаться под кромку ледяного покрова;
– наличие шугохода с расположенного выше по течению участка
с интенсивностью (более 5 баллов) и длительностью (более 5 сут.);
– большая осенняя водность (модуль стока более 3 л/с. км 2).
Возможность формирования заторов определяют следующие
признаки:
– более позднее вскрытие участка реки, расположенного ниже
по течению, которое имеет место на реках, текущих с юга на север,
при выходе рек с гор на равнину и в устьях рек;
Для расчета максимальных зажорных и заторных уровней воды
при отсутствии данных многолетних гидрометрических наблюдений
в СП 33–101–2003 рекомендуется метод, основанный на учете соотношения гидравлических характеристик водного потока при наличии
102
103
Рис. 5.2. Составная кривая вероятностей превышения
максимальных заторных уровней воды Томи
у Томска
скоплений льда и при реке свободной от ледяных образований [48].
Расчетный уровень, обусловленный зажором или затором, вычисляется по формуле
Нз, р% = (μ I 0,3 Qз, р% – 1) h Qз, р% + H Qз, р%,
(5.5)
где μ – коэффициент зажорности или заторности речного участка;
IQз, р%;, h Qз, р% и H Qз, р% – уклон водной поверхности, средняя глубина реки
и уровень воды в расчетном створе при расходе QЗ, Р% и свободном
ото льда русле;
QЗ, Р% – расход воды в период зажоро- или заторообразования
с вероятностью превышения Р%.
Коэффициент μ определяется по таблице 5.2 в зависимости
от вида ледяного образования и приращения ширины реки в пределах
подъёма уровня от HQз, p% до НЗ, p%..
Расход воды QЗ, Р% при зажоре рассчитывается через модуль стока,
который определяется методом гидрологической аналогии. При заторе расход QЗ, Р% определяется через отношение его к максимальному
расходу весеннего половодья. Помимо обычных требований к рекеаналогу, по условиям формирования стока воды в данном случае принимается также во внимание:
– близость расположения в одном гидролого-климатическом регионе (рис. 5.3);
– однонаправленность течения;
– одни и те же факторы формирования осеннего (весеннего)
стока;
– равенство уклонов водной поверхности;
– подобие поперечных и плановых форм русла в пределах расчётных участков рек;
– отсутствие факторов, существенно искажающих естественное
развитие процессов образования зажоров и заторов.
Таблица 5.2
Коэффициент зажорности (заторности), μ
∆Β/ΒQз, p%.
Вид ледяного
образования
0
0,2
0,4
0,6
0,8
≥1,0
Зажор
Затор
Зажор+затор
27,1
17,3
22,2
22,2
14,2
18,2
18,2
11,6
14,9
14,9
9,5
12,2
12,2
7,8
10,0
10,0
6,4
8,2
104
Водохозяйственные объекты и гидротехнические сооружения рассчитываются, как правило, на 100-летний срок эксплуатации. В течение этого времени (на примере последних 100–110 лет) есть период
с относительно стабильным климатом до 1980 г. и период наблюдающегося потепления климата, поэтому при расчёте QЗ, Р% на рекеаналоге следует использовать метод составных кривых обеспеченности расходов QЗ. Точность изложенного метода характеризуется
ошибками расчета уровней, изменяющимися от 5 до 20% амплитуды
колебаний уровней воды. Ошибки расчета объясняются, прежде всего,
не учетом местоположения скопления льда относительно расчетного
створа. Следует заметить, что при оценке рассмотренного метода расчета не учитывалась точность расчёта расхода воды QЗ, Р%, поэтому
при практическом его использовании имеют место дополнительные
ошибки за счет неточности определения этого расхода.
5.2. Пример расчёта наивысшего заторного уровня
при отсутствии данных
многолетних гидрометрических наблюдений
Требуется произвести расчет максимального заторного уровня
воды 1% вероятности превышения для р. Холодной в створе проектируемого мостового перехода у с. Новое. Многолетние гидрометрические наблюдения не производились. Площадь водосбора равна
11900 км 2.
Исходные данные: в ходе полевых исследований установлено, что
заторы льда образуются в хвосте сохраняющихся до весны зажоров,
наибольший расход весеннего половодья 1% вероятности превышения,
рассчитанный по формуле при отсутствии данных наблюдений, равен
1800 м 3/с. На ближайших реках-аналогах отношение Qз,1% к максимальному расходу весеннего половодья 1% обеспеченности составляет 0,65.
Координаты кривых Q=f (H), B=f (H), h=f (H) и I=f (H), определенные
путем измерения расходов воды, промеров глубин, нивелирования береговых склонов и продольного уклона водной поверхности с последующим расчетом по формуле Шези, приведены ниже:
H, см
Q, м 3/с
B, м
h, м
I,‰
500
114
144
2,8
0,00001
600
399
160
3,4
0,00005
700
788
176
4,0
0,00013
105
800
1180
192
4,7
0,00024
900
1800
208
5,3
0,00034
По данным реки-аналога вычислим значение расхода воды, формирующего затор:
Рис. 5.3. Гидролого-климатические регионы в федеральных округах Российской Федерации
Qз1% =0,65·1800 = 1170 м 3/с.
Значению Qз,1%=1170 м 3/c соответствуют следующие значения бытового уровня, ширины реки, глубины и уклона водной
поверхности:
HQз = 800 см;
BQз= 192 м;
hQз= 4,7 м;
IQз= 0,00024.
Заторный максимум уровня воды рассчитывается по формуле
(5.5), сначала при ∆В/ВQз=0
Нз,1% = (μ I 0,3 Qз,1% – 1) h Qз,1% + H Qз,1% = (22,2 · 0,00024 0,3 –1) ·470 + 800 = 1186 см.
Рассчитанному значению уровня соответствует ширина реки, равная 265 м. Тогда при ∆В/ВQз=0,38 получается новое уточненное значение μ и Нз, р%, т. е.
Нз,1% = (15,2· 0,00024 0,3 –1) ·470 + 800 = 916 см.
Далее расчет ведется методом последовательного приближения
до тех пор, пока точка с координатами заданного В и вычисленного
Нз, р% не попадет на кривую B=f (H), что имеет место в рассматриваемом случае при В=230 м и ∆В/ВQз = 0,20:
Нз,1% = (18,2· 0,00024 0,3 –1) 470 + 800 = 1031 см.
106
107
-16
-28
1
-20
2
-20
-5
7
-25
-32
-15
-30
-24
-20
-36
-35
-28
-40
-32
-36
-44
1900 1920 1940 1960 1980 2000
-20
-4
4
-25
-40
-30
-45
-35
1900 1920 1940 1960 1980 2000
1900 1920 1940 1960 1980 2000
3
8
-10
-12
1900 1920 1940 1960 1980 2000
9
0
10
-24
-28
-16
-4
-20
-8
-24
-12
-8
-32
-36
-12
-40
-44
1900 1920 1940 1960 1980 2000
-20
-28
-16
1900 1920 1940 1960 1980 2000
5
-4
6
-16
1900 1920 1940 1960 1980 2000
0
1900 1920 1940 1960 1980 2000
11
-4
-24
-8
-4
-8
-28
-12
-8
-12
-32
-16
-12
-16
-36
-20
-16
-20
1900 1920 1940 1960 1980 2000
108
1900 1920 1940 1960 1980 2000
1900 1920 1940 1960 1980 2000
109
12
1900 1920 1940 1960 1980 2000
110
3,36
3,68
0,00
2,66
5,95
3,35
4,02
4,36
4,71
2004
2005
2006
111
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2,78
3,25
1,84
3,03
1,59
3,84
3,58
0,08
9
1,87
10
-0,56
4,78
4,01
1,08
3,98
3,18
3,93
1,06
4,76
-1,35 -1,49
2,97
0,18
5,61
0,72
2,41
0,07
2,04
3,33
3,20
3,07
3,85
5,06
3,35
1,78
1,84
1,89
2,79
2,13
4,70
-0,26
-0,03
0,20
1,21
-0,87
3,60
0,98
1,14
1,31
2,47
1,05
4,70
1,74
1,73
1,72
2,32
1,67
4,26
3,59
3,28
2,97
1,16
4,87
3,17
1,94
4,44
-0,22
-0,03
0,16
1,78
1,67
1,55
-0,89 -0,10
1,21
5,92
3,35
3,02
2,68
0,90
3,38
3,34
-1,33 -1,66 -0,76 -0,66 -0,94 -1,52 -3,34 -2,01 -0,76
3,20
2,32
2,03
3,13
8
1,93
11
0,98
0,66
-4,28
1,34
-1,40
12
0,65
0,05
-1,33
1,60
1,50
1,40
0,15
0,06
-0,03
-0,54 -0,77
3,08
2,41
1,09
-0,31 -1,03
0,58
0,32
1,53
-0,54 -4,72 -1,39 -3,27 -5,35 -1,62
-1,80 -2,10 -2,26 -2,04 -2,39 -1,41 -1,20
2,09
2,94
2,44
7
2003
2,15
3,17
3,76
6
0,90
4,43
4,94
5
2002
2,86
3,45
4
-0,09
3,58
3
2001
4,21
2
3,39
1
Регион на рисунке 5.3
2000
Год
2,09
13
0,40
14
2,78
1,12
1,10
1,09
0,35
2,51
1,22
0,02
0,76
1,50
1,80
3,33
3,03
2,73
2,58
1,52
3,83
2,57
2,38
2,20
1,57
3,44
-0,18 -0,47
-0,03
2,46
-0,11 -0,13 -1,29
3,54
2,04
15
Таблица 5.3
-1,77 -2,35
Аномалии средней зимней температуры воздуха в 2000–2012 гг.
Рис. 5.4. Многолетние изменения зимней температуры воздуха
в гидролого-климатических регионах страны:
1–15 – номера регионов на карте (рис. 5.3)
5.3. Определение повторяемости зажорных
и заторных явлений. Оценка толщины скоплений льда
ниже зоны подпора воды в зажорах и заторах
Повторяемость зажоров и заторов льда является важным показателем оценки направленности изменения условий процессов зажоро- и заторообразования в результате климатических изменений
и антропогенного воздействия на ледовый режим реки. При этом для
периодов с однородными рядами максимальных зажорных или заторных уровней реки определяются подъёмы уровня воды, обусловленные зажорами или заторами. Зажорным или заторным считается уровень при подпоре от скопления льда
DÍ ç = Í ç - Í Q p ,
(5.6)
3 м во всех случаях принималось, что ΔHз ≥ 1 м. На реках с амплитудой колебания уровня от 3 до 10 м минимальное ΔHз, соответственно,
составляло от 1 до 2 м, а при А >10 принималось равным 2 м. Более
значительными принимались минимальные ΔHз для зажоров. Для таких подъёмов у рек с амплитудой колебаний уровней от 3 до 10 м это
значение составляло от 1 до 3,5 м, а при А >10 принималось равным
3,5 м. По данным экспедиционных исследований, выполненных
ГГИ, толщина скоплений льда ниже зоны подпора воды в зажорах
, а в заторах t
.
t
0, 714
5.4. Прогнозы максимальных зажорных
и заторных уровней воды
где Нз – максимальный зажорный (заторный) уровень воды в том или
ином году;
НQз, – уровень, соответствующий по кривой Н=f (Q) расходу воды
в условиях свободного ото льда русла на день зажорного или заторного
максимума уровня;
hQз – глубина реки при отсутствии ледовых явлений, соответствующая
уровню НQз,;;
α – отношение коэффициента шероховатости нижней поверхности льда
к коэффициенту шероховатости русла;
tл – толщина льдин.
Коэффициент α вычисляется при nл = 0,030 осенью и nл = 0,015 весной. Эмпирическая вероятность превышения последнего члена ряда
максимальных ΔHз большим ΔH практически равна повторяемости
зажоров (заторов) льда.
Следует заметить, что при составлении каталога заторных и зажорных участков рек [64] использовался другой подход к определению повторяемости зажоров и заторов. Зажорным или заторным
считался подъём уровня ΔHз ≥ 0,5 м (для больших рек ΔHз ≥ 1 м).
Применялся также подход, в соответствии с которым минимальный
зажорный или заторный подъём уровня оценивался в зависимости
от многолетней амплитуды колебаний уровня (А). Для заторов при А ≤
Под прогнозом понимается предвидение во времени количественных характеристик явлений с учётом природных условий, слагающихся к моменту выпуска прогноза. В условиях изменения климата
или антропогенных воздействий на ледовый режим реки рассматриваются условия только с года, после которого начали происходить изменения этого режима.
Зажоры и заторы льда опасны, прежде всего, из-за наводнений,
к которым они приводят. О предстоящем наводнении судят по превышению прогнозируемого максимального зажорного или заторного
уровня воды над отметкой начала затопления застроенной территории. В настоящее время наводнения, обусловленные зажорами и заторами льда, прогнозируются преимущественно для тех речных участков, где скопления льда формируются ежегодно. Это участки резкого
уменьшения продольного уклона реки или сочетания нескольких видов русловых препятствий для движения льдин, например, крутого
поворота с конусом выноса. Для предсказания зажорных и заторных
максимумов уровня используются, как правило, эмпирические зависимости уровней от факторов, определяющих процессы зажоро- и заторообразования, которые устанавливаются по данным многолетних гидрометеорологических наблюдений [105]. Из-за разнообразия
местных условий зажоро- и заторообразования на реках для каждого
отдельного заторного речного участка методика прогноза индивидуальна, т. е. опирается на свой набор факторов, предопределяющих образование скопления льда.
Определяющие для данного речного участка показатели выявляются путем статистического анализа соответствующих данных
наблюдений с 1950 г., когда начались измерения толщины ледяного
112
113
превышающий подъём уровня при сплошном однослойном скоплении льдин, который рассчитывается по формуле
ΔH = hQз [(α 1,5 + 1) 0,4–1] + 0,9 tл
(5.7)
покрова. Детерминированные вклады предсказателей вычисляются
по формуле
ryxi ayxi
dx i =
R
s xi
sy
2
y
,
(5.8)
где ryx – коэффициент парной корреляции у и хi;
аi – коэффициент уравнения регрессии;
s xi
sy
– отношение средних квадратических отклонений от нормы
предсказателя хi и у;
Ry – полный коэффициент корреляции.
Если доля вклада какого-либо аргумента получается близкой или
меньше
2sRy
Ry
=
2 (1 - R 2 )
R n -1
, то аргумент хi считается неэффективным
и исключается из числа рассматриваемых предсказателей.
Прогностическая зависимость в виде линейного уравнения
n
y = ao + å ai xi
(5.9)
1
устанавливается статистическим путем.
В формуле (5.9) хi– независимые переменные (предсказатели или
предикторы);
y – функция этих переменных;
ао и аi – постоянные коэффициенты.
При разработке методик прогноза максимальных зажорных и заторных уровней воды используются срочные значения этой величины. Если таковые отсутствуют в некоторые годы, то строятся графики
связи срочных и средних суточных значений уровня, по которым восстанавливается ряд срочных значений.
Факт образования зажора или затора устанавливается в зависимости от высоты ожидаемого уровня (табл. 5.4).
Прогнозы максимальных зажорных уровней основываются на зависимостях этих уровней от трех показателей процесса замерзания рек:
а) расхода у перемещающейся вверх по течению кромки ледяного
покрова (Qкр);
б) длительности шугохода (Т);
в) средней за период замерзания температуры воздуха (θср), характеризующей интенсивность теплообмена воды с атмосферой.
114
Таблица 5.4
Минимальное значение максимума заторного уровня воды
Река
Пункт
Повторяемость
заторов льда,%
Уровень воды,
соответствующий
повторяемости, см
Сухона
Сухона
Юг
Северная Двина
д. Каликино
г. Великий Устюг
д. Гаврино
д. Медведки
г. Котлас
86
72
48
52
76
540
550
480
598
500
Так как величины Т и θср связаны между собой, то при прогнозе
максимальных зажорных уровней учитывается только одна из них.
Прогноз зажорного уровня Нз составляется в день начала ледовых явлений. На этот день по кривой Q=f (Н) по измеренному уровню воды
определяется расход в начале замерзания Qо. Расход воды Qкр прогнозируется по связи его с расходом Qо. При появлении первых осенних
ледяных образований река переходит на грунтовое питание, вследствие чего сток воды уменьшается. Если это уменьшение устойчивое,
то расход предвычисляется по формуле
Q
Q exp
k
,
(5.10)
где k – коэффициент, зависящий от погодных условий в период
замерзания, в частности, от θср.
Для рек, сток которых зарегулирован крупными озерами (Нева,
Ангара), можно получить удовлетворительные зависимости расхода от среднего уровня воды озера (или реки в истоке озера) в один
из предшествующих замерзанию месяцев. Такие зависимости обеспечивают большую заблаговременность прогноза, обычную для долгосрочных гидрологических прогнозов. В частности, для наиболее зажороопасного участка Невы у завода «Большевик» удалось выявить
достаточно тесные зависимости максимальных зажорных уровней
на этом речном участке от уровней воды в истоке Невы у ст. Петрокрепость в сентябре и октябре [25]:
Zмакс = 1,11 ZIX. Петр –2,70
(R=0,76);
(5.11)
Zмакс= 1,18 ZX. Петр –2,88
(R=0,82),
(5.12)
где уровни Zмакс, ZIX. Петр и ZX. Петр в м БС.
115
Краткосрочный прогноз толщины зажорных скоплений льда
и максимального зажорного уровня воды в нижних бьефах ГЭС выпускается в начале устойчивого перед ледоставом среднего и густого
ледохода (шугохода).
Исходные данные: удельный сбросной расход воды (qГЭС) на дату
выпуска прогноза с учетом времени добегания от ГЭС и температура
воздуха за период 5 сут. по метеопрогнозу. Расход воды на дату выпуска прогноза устанавливается по связи
qд. в.п.= f (qГЭС).
(5.13)
непосредственно на речном участке, для которого составляется прогноз [20]. Дата выпуска прогноза приурочивается ко дню выполнения
условия отрыва ледяного покрова от берегов.
На эту дату рассчитывается расход Qз в зависимости от интенсивности увеличения модуля стока воды
Qкр = Qо + 86,4 ∆τ iм F,
(5.14)
где Qо – расход воды накануне половодья (м 3/с);
∆τ – период от начала половодья до даты максимального заторного
уровня воды, зависящий от толщины ледяного покрова и интенсивности
увеличения модуля стока в расчетном створе (сутки);
iм – интенсивность увеличения модуля стока за период ∆τ, связанная
с его интенсивностью до даты выпуска прогноза, (л/с. км 2);
F – площадь водосбора (км 2).
Изложенное прогностическое решение дает возможность предсказывать образование затора и максимальный заторный уровень
воды любой реки с площадью водосбора от 8000 до 70000 км 2 с заблаговременностью на 4 сут. большей, чем по методу соответственных по ледовым фазам уровней (расходов) воды. Заблаговременность
прогноза на средних реках европейской территории России находится
в пределах от 1 до 10 сут., чего вполне достаточно для принятия мер
по снижению ущерба от предстоящего возможного наводнения.
Толщину скопления льда в зависимости от расхода Qз можно определить по уравнению, полученному на основе теоретической модели
затора [19]
Далее с помощью зависимости на рисунке 3.5 (установлена
по данным наблюдений в нижних бьефах Новосибирской, Красноярской и Богучанской ГЭС) по максимальному значению удельного
сбросного расхода прогнозируются толщина скоплений льда у кромки ледостава в нижнем бьефе ГЭС, глубина и максимальный зажорный уровень воды.
Максимальный уровень при заторе льда (Нз) прогнозируется, как
правило, по эмпирической зависимости уровня от комплекса факторов процесса заторообразования [127]. В качестве главного аргумента
прогностической зависимости используется интегральный фактор:
расход воды у кромки ледяного покрова на пути ее перемещения
вниз по течению в пределах ледосборного участка (Qкр). Этот расход
является характеристикой сил, развиваемых водным потоком в зоне
торошения льда.
На больших реках расход воды Qкр определяется по данным расположенного выше по течению гидрологического поста как средний
расход за период ледохода с густотой от1,0 до 0,3 [88]. Верхний (информационный) гидрологический пост выбирается с учетом необходимой точности и достаточной заблаговременности прогноза (обычно на расстоянии 70–200 км от створа, для которого дается прогноз).
Заблаговременность предсказания максимального заторного уровня
(Нз) уменьшается с увеличением расхода Qкр и изменяется на больших
реках от 1 до 10 сут.
Для прогноза Qкр на больших реках, текущих преимущественно
в широтном направлении, лишь отдельные участки которых вскрываются сверху вниз по течению, а также на средних реках с целью
увеличения заблаговременности прогноза (примерно на 5 сут.) используется информация об изменении количественных характеристик весеннего половодья и процесса подготовки реки к вскрытию
где В – ширина реки (м);
a – отношение коэффициента шероховатости нижней поверхности льда
к коэффициенту шероховатости русла (дна);
I o и wo – уклон водной поверхности и площадь поперечного сечения
русла, свободного ото льда, соответствующие максимальному расходу
воды в период заторообразования;
râ.и r ë – плотность воды и льда, кг/м 3.
Уравнение (5.14) даёт возможность рассчитать координаты связей tcr
(Qз), ≈ Qкр.
116
117
0,301t 2
0, 00512
1, 25
2
1 1
1, 25 Io
2
1
I o o,
(5.15)
1
3
2
1
При прогнозе максимальных заторных уровней воды необходимо
учитывать еще один важный показатель процесса заторообразования:
максимальный уровень в начале ледостава (Нлс), характеризующий
мощность скопления шуги в русле, у верхней границы которого весной формируется затор. Влияние данного фактора процесса заторообразования велико на реках, замерзающих по зажорному типу. Максимальные заторные уровни воды достаточно хорошо коррелируются
с уровнями в начале ледостава (табл. 5.5). На некоторых водотоках
(Амур, Ангара, Селенга, Сухона) имеют место настолько тесные связи
между Нз и Нлс, что они могут использоваться для долгосрочного прогноза заторного максимума уровня с заблаговременностью несколько
месяцев.
Следует заметить, что для рек, протекающих в районах с зимой, характеризующейся многократными оттепелями, в периоды
которых, с одной стороны, происходят подвижки льда, а с другой – скопления шуги интенсивно размываются, влияние зажорных явлений лучше оценивается через предпаводочный уровень
воды. При наличии за многолетний период данных ледомерных
съемок в зависимостях для прогноза заторных максимумов уровня
учитывается непосредственно объем льда на участке реки накануне вскрытия.
В большинстве случаев коэффициенты корреляции максимальных заторных уровней воды с их факторами, перечисленными выше, недостаточно значимы для установления надежных
прогностических зависимостей. Отклонения точек от линии связи с вкладом в формирование максимальных заторных уровней
воды факторов, обуславливающих погодные условия вскрытия
реки весной. В этом случае может быть составлен вероятностный альтернативный прогноз опасного наводнения (наличие или
отсутствие выхода воды на пойму), с опорой на один или два
наиболее информативных фактора процесса заторообразования.
Поскольку их изменение с большой заблаговременностью предсказать невозможно, то для прогноза уровня Н з можно использовать вероятностный подход, при котором разным значениям Нлс
соответствует разная вероятность превышения отметки начала
затопления территории (Р), что дает возможность построить график связи Р = f (Нлс). Такой график для Сухоны у Великого Устюга приведен на рисунке 5.5. По нему можно определить вероятность затопления города по максимальному зажорному уровню
воды текущей зимы.
Конечно, использование альтернативного прогноза отвечает
низкому уровню его полезности, так как существенно ограничивает
регламент принимаемых согласно ему решений. Однако полезность
его часто достаточно велика.
118
119
Таблица 5.5
Коэффициенты корреляции между максимальными
заторными уровнями воды рек севера ЕТР
и максимальными уровнями в начале ледостава
Река
Пункт
Сухона
Мезень
Печора
Вероятность наводнения в
городе, %
Значение коэффициента
д. Усть-Курье
д. Абрамково
с. Нижняя Тойма
д. Сидоровская
д. Звоз
с. Каликино
г. Великий Устюг
с. Дорогорское
д. Малонисогорская
с. Ермицы
с. Усть-Кожва
с. Усть-Уса
Северная Двина
0,63
0,62
0,55
0,51
0,58
0,65
0,64
0,48
0,42
0,33
0,52
0,52
60
50
40
30
20
10
0
280
300
320
340
360
380
400
420
440
460
Нлс, см
Рис. 5.5. Зависимость вероятности выхода воды р. Сухона из берегов
при заторе льда у г. Великий Устюг от максимального уровня
в начале ледостава
Для некоторых рек, замерзающих по зажорному типу, связи
между максимальным заторным уровнем воды (Нз) и максимальным
уровнем в начале ледостава (Нлс) можно дополнить запасом снега
на водосборе (tсн, мк) и толщиной ледяного покрова (tл, мк) в конце зимы.
Эти связи могут использоваться для прогноза заторного максимума
с заблаговременностью до 4-х мес.
Примерами могут служить прогностические зависимости для рек
Сухона у деревни Каликино
Нз = 284 + 0,793 Нл + 0,523 tл, мк
(5.16)
и Печора у села Усть-Кожва
Нз = 284 + 0,793 Нлс + 0,523 tсн, мк,
(5.17)
где tсн, мк (см) устанавливается по данным метеостанции урочище
Верхний Щугор.
Общие коэффициенты корреляции приведенных линейных зависимостей равны соответственно 0,75 и 0,78.
Кроме того, при прогнозе максимальных заторных уровней в зонах выклинивания кривых подпора воды в водохранилищах учитывается глубина их предпаводочной сработки. На ряде участков рек важным фактором является последовательность вскрытия основной реки
и её больших притоков выше по течению.
Наряду с изложенным выше подходом к прогнозу максимальных
заторных уровней воды существуют и другие подходы, разработанные в последние годы и расширяющие эти границы. По методу [24],
созданному с целью планирования противозаторных мероприятий
на реке Лене у города Ленск, прогнозируется ход уровня в период затора и продолжительность этого периода. Прогнозирование заторных
уровней воды у Ленска начинается с даты вскрытия реки у р. п. Пеледуй. Заторный уровень воды определяется суммированием заторного
подъема уровня, связанного с объемом воды, поступающей к затору
с расположенного выше по течению речного участка Wз = 86,4 10-6
(Q1 + Q2 + + Qn),
DÍ ç = 7,31W ç0,277
дений гидрологического поста Пеледуй, расположенного в 185 км
от Ленска. Ожидаемые заторные уровни воды прогнозируются, таким
образом, ежедневно до даты прорыва затора льда, которая находится
исходя из соотношения численных показателей теплового и гидродинамического факторов процесса заторообразования, а также продолжительности ледохода у Пеледуя.
Локальные методики прогнозов максимальных заторных уровней
воды существуют в настоящее время для 52 участков 9 рек, среди
которых – Северная Двина, Печора, Ока, Обь, Енисей, Лена и Амур.
Оправдываемость составленных по ним прогнозов находится в пределах от 70 до 92%, что больше природной обеспеченности прогноза
по норме на 10–30%.
В условиях изменения ледового режима прогноз не всегда возможен на основе эмпирических зависимостей. Ведь для установления их нужны многолетние наблюдения за гидрологическим режимом на расчетном участке реки, которые могут и отсутствовать при
редкой сети гидрологических постов в рассматриваемом регионе.
Кроме того, эти зависимости могут нарушиться из-за изменения состава факторов. В методе прогноза, разработанном для рек вне зависимости от их региональной принадлежности [20], ожидаемый заторный максимум уровня воды Нз оценивается не по эмпирической
зависимости, а по кривой расходов для летних условий через расход
воды QНз
QH 3 =
Q3
,
k3
(5.19)
где Qз – затороформирующий расход воды, который меньше Qкр
на величину расхода фильтрации через скопление льда;
kз – коэффициент для зимних условий в день Нз, который является
суммарным показателем, учитывающим в целом все местные условия
заторообразования, а также особенности поперечного сечения русла,
и определяется по следующей формуле:
kз = (1– а) kлс + а,
(5.20)
и бытового уровня НQз, соответствующего заторному расходу воды
в условиях свободной ото льда реки (Qз= Qкр),. Расходы воды в период затора находятся с заблаговременностью 2 сут., по данным наблю-
где kлс – зимний коэффициент на день ледостава Нлс;
а – отношение расходов воды при заторе и ледоставе.
Зависимости (5.19) и (5.20) являются расчетными. Для прогноза
по ним максимального заторного уровня необходимо заранее знать
расход воды. При наличии выше по течению бесприточного участка,
120
121
(5.18)
в верхнем створе которого ведутся стационарные гидрологические
наблюдения, прогноз составляется по формуле
Qкр.н = Q́кр.в kз.в Fн/Fв,
(5.21)
где Q́кр.в – расход воды в верхнем по течению створе, определенный
по летней кривой расходов при уровне Нз.в;
kз.в – зимний коэффициент в верхнем створе;
Fн и Fв – площадь водосбора соответственно в нижнем и верхнем
створах.
Заблаговременность прогнозов по формуле (5.21) для рек с площадью водосбора более 40000 км 2 изменяется от 1 до 8 сут.
Еще один метод прогноза максимального заторного уровня воды
рассчитан на использование сведений ледовых авиаразведок [22].
Ожидаемый максимум определяется с помощью зависимости заторного подъёма уровня воды от предполагаемой длины скопления льда
(рис. 5.6). Для определения превышения поймы над меженью используется формула
Àï = 2, 07 lg
F
Io
-a ,
Â
rt
n
åm
ë ,i
Lë,i B ë,i ,
(5.24)
i =1
где Lск, о – начальная длина скопления льда (м);
В – ширина реки на заторном участке;
rt – коэффициент упаковки льда, равный отношению толщины
скопления (tск) к толщине подплывающих к нему льдин (tл);
mл, i – густота ледохода на расположенных выше по течению участках
реки и ее притоков с ледотранзитом до затора;
Lл, i и Вл, i – длина и ширина участка реки с густотой ледохода mл, i.
(5.22)
где F – площадь водосбора (км 2);
Iо – уклон водной поверхности при свободной ото льда реке;
а – численный коэффициент, который для речных участков с низкой
поймой а ≥ 11,0, с поймой средней высоты 4.41< а < 11,0, с высокой
поймой и беспойменных участков а ≤ 4,41.
С помощью формулы (5.22) можно отнести участок реки, где формируется затор льда, к одной из трех категорий по высоте поймы.
В соответствии с этой категорией выбирается кривая на рисунке 5.6,
по которой можно установить ΔНз в зависимости от длины скопления льда, наблюдаемой с воздушного судна.
Для перехода от ΔНз к подъёму воды над меженным уровнем можно воспользоваться формулой
Аз = ΔНз/(0,418 + 1180 Iо).
Lñê = Lñê,î +
(5.23)
Рис. 5.6. Зависимость подъема уровня воды при заторе (ΔНз)
от длины скопления льда (Lск):
1 – речные участки с низкой поймой; 2 – с поймой средней высоты;
3 – с высокой поймой и участки без поймы
При этом коэффициент упаковки льдин (rt) находится из уравнения баланса льда у верхней кромки затора
rt = mл (Vл – Vск)/Vск (1 – ε),
(5.25)
Длина скопления предвычисляется по информации о характеристиках ледохода на расположенных выше по течению участках реки
и ее притоках, получаемой в ходе ледовых авиаразведок или с метеорологических и геофизических искусственных спутников Земли
где Vск – скорость перемещения вверх по течению верхней кромки
скопления льда;
tск и ε – толщина и пористость скопления льда.
122
123
Значения rt изменяются в большом диапазоне: от 2 до 20. При
этом пористость скопления льда изменяется незначительно и в среднем равна 0,4. Если принять во внимание, что затор формируется
в основном за счет среднего и густого ледохода, то значение mл можно принять равным 0,8. Таким образом, коэффициент rt определяется в основном соотношением скоростей Vск и Vл, которые могут
быть установлены в ходе регулярной аэрофотосъемки. Посредством
повторных аэрофотосъемок можно определить скорости перемещения вверх по реке верхней границы скопления льда (Vск) и смещения
вниз по реке верхней границы участка с густым и средним ледоходом (Vл). Снимки, полученные с метеорологических и геофизических искусственных спутников Земли, также могут быть использованы для оценки величин, входящих в формулы (5.24) и (5.25). Для
определения густоты ледохода и границы неподвижного и движущегося льда, конечно, нужно, чтобы эти снимки имели достаточно
высокое разрешение.
Если спрогнозировать развитие скопления льда во времени,
то можно предсказать подъем воды Аз с заблаговременностью, равной
периоду от даты выпуска прогноза до даты окончания формирования
затора. Эта дата обусловлена конечным объемом льда, подходящим
с верхних речных участков к затору.
Метод дает возможность составлять прогнозы наводнений, обусловленных заторами льда, для речных участков, не освещенных данными многолетних гидрометрических наблюдений. Оправдываемость
прогнозов, составленных в ходе проверки метода, превышает 70%.
Последние два вышеизложенных метода могут использоваться
и в условиях изменения климата.
прогноза, если в качестве ожидаемого уровня берется средний многолетний уровень или уровень, предвычисленный по формуле
Í ç = Í ¢ + DÍ ,
(5.26)
где DÍ – норма превышения максимального заторного уровня над
уровнем на дату выпуска прогноза (Í ¢).
Если
s
s
и
равны 0,5 и меньше, то методика является хороsH
sDH
шей. Если они находятся в пределах от 0,51 до 0,80, то методика являs
s
и
больше
ется удовлетворительной. Наконец, при значениях
sH
sDH
0,80 методика считается плохой.
Большинство существующих локальных методик прогнозов максимальных заторных уровней воды следует отнести к категории удовлетворительных при оценке по критерию как
s
s
, так и
. В поsH
sDH
Существующие методики краткосрочных прогнозов максимальных заторных уровней воды оцениваются по двум критериям: отношению средней квадратической ошибки прогноза (s) к природной
вариации предсказываемого уровня (σН) и отношению ошибки s к вариации изменения уровня за период заблаговременности прогноза
(σΔН). Для сопоставления с оправдываемостью прогнозов (Р) определяются также обеспеченности непревышения допустимой ошибки
следние годы погрешность прогнозов по ним увеличилась (табл. 5.5).
Причина, определяющая снижение качества гидрологических прогнозов, – это изменения в ледовом режиме рек, обусловленные изменением климата и антропогенным вмешательством.
Климатические изменения и антропогенные воздействия на процесс заторообразования обусловили изменение вкладов гидрометеорологических факторов в формирование максимальных заторных уровней
воды рек России. С конца 1970-х гг. главными факторами, определяющими мощность заторов и высоту заторных уровней воды, стали факторы, характеризующие объём льда в русле накануне вскрытия реки.
Климатическими изменениями обусловлен, по-видимому, и наблюдающийся с 1990 г. тренд в сторону завышения прогнозируемых
максимумов уровня воды Сухоны у города Великий Устюг (рис. 5.7).
Погрешность прогноза у Котласа (рис. 5.8) хорошо коррелирует с объёмом противозаторных мероприятий на Сухоне и Северной Двине.
Это, однако, вряд ли является свидетельством эффективности последних, направленных на снижение риска заторных наводнений у Великого Устюга. Имеющий место тренд погрешностей прогноза максимальных заторных уровней воды Северной Двины у города Котлас
связан с образованием огромной полыньи у Котласа, облегчающей
пропуск перемещающихся с Сухоны и Юга масс льда.
На погрешностях прогнозов максимумов заторных уровней воды
Томи (рис. 5.9) сильно проявилось аккумулирующее влияние полыньи
124
125
5.5. Влияние противозаторных мероприятий
на качество методик прогноза заторов льда
и заторных наводнений
250
200
Погрешность, см
150
100
50
0
-501950
300
Погрешность прогноза, см
и «посадки» уровней из-за добычи песчано-гравийной смеси из русла
с тенденцией к самовосстановлению русла в последние годы.
Несмотря на небольшое ухудшение оценок эффективности методик
в последние годы, связанное с изменением климата и антропогенным
воздействием на процесс заторообразования, их можно использовать,
ежегодно пересчитывая коэффициенты прогностических зависимостей.
200
100
0
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
-100
-200
-300
1960
1970
1980
1990
2000
2010
Год
-100
Рис. 5.9. Изменение погрешности прогноза максимальных заторных
уровней воды р. Томь на 68 км от устья
-150
-200
-250
Год
Рис. 5.7. Изменение погрешности прогноза максимального заторного
уровня воды Сухоны у Великого Устюга по годам
150
Погрешдность прогноза, см
d = àn + do ,
(5.27)
где а – коэффициент уравнения, описывающего линию тренда
погрешностей;
n – число лет с начала тренда;
dî – погрешность по уравнению в начале тренда.
200
100
50
0
1950
-50
Наличие тренда в изменении погрешности прогноза может быть
учтено путём внесения в прогноз следующей поправки:
1960
1970
1980
1990
2000
2010
1.5. Пример прогноза максимального заторного уровня воды
р. Лены у г. Ленска
Ниже приводится пример прогноза максимального заторного
уровня воды для случая катастрофического наводнения, случившегося весной 2001 г. в городе Ленске. Прогноз осуществляется по локальной методике [24]. Перед наводнением 1 апреля имелись следующие
данные: Нлс = 270 см, tл, Нюя = 186 см. Если по ним рассчитать сумму
-100
-150
-200
-250
Год
Нлс + 0,9 tл, Нюя = 270 + 0,9. 186 = 437 см,
Рис. 5.8. Изменение погрешности прогноза максимальных заторных
уровней воды Северной Двины у Котласа по годам
то ее значение оказывается больше критического значения (300 см),
что указывает на возможность выхода воды на пойму у Ленска при
126
127
соответствующих температурных и водных условиях вскрытия Лены.
Отсюда – необходимость выполнения работ по ослаблению ледяного
покрова.
Далее составляется прогноз по информации о развитии процесса
вскрытия в верховье реки (рис. 5.10).
11 мая 2001 г. вскрылся приток Лены, река Киренга у деревни Шорохово, а 12 мая –река Лена у города Киренска. Средний ледоход в этот
год закончился у Киренска 14 мая при уровне 698 см. На Киренге у Шорохово уровень воды в этот день (день выпуска прогноза) был равен
462 см при редком ледоходе, а на Витиме у Бодайбо – 582 см при густом
ледоходе. Перечисленным значениям уровней соответствуют расходы
Нз < Нпр, следовательно, 16 мая затор не прорывается; угроза наводнения подтверждается. Бомбить скопления льда нужно уже в первый
день его образования.
Qτ, Шорохово = 3450 м 3/с, Qτ, Киренск = 5880 м 3/с и Qτ, Бодайбо = 5240 м 3/с,
а сумма –
1,42 (Qτ, Киренск + Qτ, Шорохово) + 1.22 Qτ, Бодайбо= 1.42 (3450 + 5880) + 1,22. 5240 =
19642 м 3/с.
Рассчитанному значению суммы на рисунке 5.11 соответствует
ожидаемый через 6 сут. заторный максимум уровня воды у Ленска,
равный 1982 см, т. е. имеется явная угроза катастрофического наводнения, и надо быть готовым к подрыву затора.
Далее составляется ежедневный прогноз уровня с заблаговременностью 2 сут. Весной 2001 г. у Пеледуя река вскрылась 14 мая при
уровне 1164 см. В первый день вскрытия наблюдался густой ледоход.
Этим условиям через 2 сут. у Ленска будет соответствовать расход
воды в реке, равный 14700 м 3/с.
Средняя с начала таяния ледяного покрова температура воздуха
в Ленске к 16 мая оказалась равной 4,3 оС, а минимальная температура на ближайшие после этой даты дни прогнозировалась равной
5 оС. Таким образом, образование затора должно происходить при
умеренных температурных условиях (рис. 5.12).
Далее последовательно имеем: на первый день затора у Ленска
(16 мая)
НQз = 639 см, Нпр = 1558 см (рис. 5.12);
Рис. 5.10. Схема гидрографической сети,
расположения заторного участка и гидрологических постов,
данные которых используются для прогноза наводнений
на реке Лена у города Ленска:
а – заторный участок с островами Батамайский, Самнагас, Нюйский,
Глухой и Тинский; б – гидрологические посты (1 – Мача, 2 – Нюя,
3 – Ленск, 4 – Крестовский, 5 –Пеледуй, 6 – Киренск, 7 – Шорохово,
8 – Бодайбо, 9 – Неляты)
Wз = 86,4. 10-6 Q1 = 0,0000864. 14700 = 1,27 км 3;
по формуле (5.6) ΔНз = 762 см,
Нз = НQз + ΔНз = 639 + 762 = 1401 см;
128
129
При ежедневном нарастании уровня Нз максимальным является
уровень при прорыве затора льда, равный 1901 см. Фактический
заторный максимум уровня, наблюдавшийся 18 мая, был равен
2012 см. Даже при наличии дамбы, отметка верха которой равна
1760 см, город Ленск подвергся бы затоплению [101].
2500
2000
1500
1000
500
0
5000
1,42 (Q
10000
15000
20000
2500
) + 1,22 Q
Q
3
Рис. 5.11. Зависимость для прогноза максимального
заторного уровня воды р. Лена у г. Ленска с заблаговременностью 6 сут.
На второй день затора, 17 мая (прогноз составляется 15 мая),
НПеледуй = 1134 см при густом ледоходе;
Qз, Ленск = 17700 м /с;
3
НQз = 740 см;
Уровень воды, см
2000
1500
2
1
1000
500
Нпр = 1772 см;
Wз = 0,0000864 (14700 + 17700) = 2,80 км 3;
ΔНз = 964 см;
Нз = 1704 см;
Нз < Нпр, следовательно, 17 мая затор не прорывается.
На третий день затора, 18 мая (прогноз составляется 16 мая),
0
0
5000
10000
20000
25000
Р а с х о д в о д ы к у б .м /с
1 -т е п л ы й т и п з а т о р о о б р а з о в а н и я
2 - ум ере нны й
3 - холодны й
Рис. 5.12. Зависимость уровней от расходов воды
при прорыве затора льда на р. Лена у г. Ленск
НПеледуй = 1195 см при густом ледоходе;
Qз, Ленск = 19500 м 3/с;
НQз = 805 см;
Нпр = 1901 см;
Wз = 0,0000864 (14700 + 17700 + 19500) = 4,48 км 3;
ΔНз = 1118 см;
Нз = 1923 см;
Нз > Нпр, следовательно, 18 мая затор должен по прогнозу прорваться.
130
15000
131
ГЛАВА 6. ПРОТИВОЗАЖОРНЫЕ
И ПРОТИВОЗАТОРНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ.
ИХ ПОСЛЕДСТВИЯ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ
Как было сказано выше, зажор льда представляет собой скопление
рыхлого ледового материала (в первую очередь шуги) с включением
мелкобитого льда в русле реки, вызывающее стеснение водного сечения речного потока и связанный с этим подъем уровня воды выше
и спад ниже. Зажоры образуются, как правило, в начале зимы (в начальный период ледостава) при замерзании незарегулированных рек. Зажоры присущи большим рекам России, текущим с юга на север (Северная
Двина, Печора, Обь и их притоки); рекам, вытекающим из крупных
озер (Ангара, Нева и т. п.), и нижним бьефам гидроузлов. Зажоры характерны также для рек со значительной скоростью течения. На незарегулированных реках зажоры льда, как правило, достигают опасных
размеров в начале зимы, а в нижних бьефах гидроузлов и на горных реках максимальный зажорный уровень может произойти в любое время.
Зажорообразование сопровождается процессом шугообразования.
Факторы зажорообразования делятся на две группы:
• Факторы, способствующие образованию шуги (определяются
скоростным режимом потока и климатическими (температурными)
условиями).
• Факторы, способствующие остановке и смерзанию шуговых масс,
которые определяются морфометрическими особенностями участка реки
(повороты русла, переломы продольного профиля, острова и отмели).
Зажоры образуются, как правило, в тех же местах, где и заторы льда, если выше по течению происходят процессы интенсивного
образования шуговых масс.
В процессе формирования зажора выделяются три стадии его
развития:
• Вовлечение шуговых образований под кромку льда
• Движение и отложение шуги под ледяным покровом
• Перераспределение шуговых образований в теле зажора и перемещение кромки льда вверх по течению реки.
Борьба с зажорообразованием ведется двумя группами методов:
• мероприятия предупредительного характера;
• мероприятия, направленные на ликвидацию образовавшихся
зажоров.
При разработке мероприятий по предотвращению образования зажоров льда и борьбы с их развитием необходимо на основании анализа гидрометеорологических особенностей и характеристик прогнозировать места и время образования зажоров.
Учитывая, что основными факторами зажорообразования являются скорость течения, морфология русла и температурные условия,
воздействовать можно только на первые два фактора, а изменять термический режим потока, который зависит, главным образом, от метеорологических условий, можно лишь в ограниченных пределах.
Исходя из этого определены три группы методов борьбы с зажорами:
• гидравлические, создающие такие скоростные условия, при
которых не будет происходить шугообразование и отложение шуги
подо льдом;
• механические, связанные с ликвидацией уже образовавшихся зажоров взрывным и аэрогидродинамическим методами, артиллерийскоминометным обстрелом и т. п.;
• термические, основанные на внесении в поток дополнительного тепла, уменьшении теплоотдачи от воды, более рациональном использовании запасов тепла водотока или водоема.
Гидравлическое регулирование зажорообразования возможно, как
правило, на зарегулированных участках рек (т. е. при наличии водохранилищ гидроузлов и ГЭС) и предполагает выполнение следующих
мероприятий:
установление скорости течения в реке, при которой не происходит
образования шуги и (или) образования зажора;
• создание условий, при которых образуется зажор и шуга аккумулируется в неопасном месте;
• увеличение расхода (скорости течения) с целью прорыва или
размыва зажора льда или смещения его вниз по течению реки.
• Уменьшение скоростей течения в реке, достигаемое регулированием режимов работы ГЭС, способствует всплытию шуги и ускорению
образования сплошного ледяного покрова на реке, препятствующего
переохлаждению воды, образованию шуги и в целом уменьшению зашугованности русла.
Снижение скоростей течения в поверхностном слое речного потока можно осуществить также перекрытием русла льдинами, устройством запаней и задержанием движущейся шуги различными плавающими предметами (например, ветками деревьев), что приводит
к быстрому установлению ледостава и прекращению шугообразования в потоке.
132
133
6.1. Мероприятия по предупреждению
и ликвидации зажоров льда
В некоторых случаях, с целью уменьшения стока шуги в защищаемый район речного бассейна, целесообразно выше по течению
от этого участка создавать искусственный зажор или несколько зажоров путем уменьшения поверхностных скоростей и установки запаней или ряжей.
Увеличение скорости течения (до 1 м\с и более) в местах обычного образования опасного зажора обеспечивает условия беззажорного
движения шуги на нижележащие менее опасные участки реки. Такое
увеличение скорости может быть достигнуто увеличением расхода
на гидроузле (если он расположен выше рассматриваемого участка),
стеснением сечения русла (завалами или береговыми шпорами) и выправлением или очищением русла. Создание волны попуска на гидроузле может служить также средством ликвидации зажора вследствие
его всплытия, прорыва и частичного растопления.
Другим методом гидравлического регулирования, влияющим
на перераспределение температур в потоке, является возбуждение
в потоке вертикальной циркуляции, которая поднимает со дна более
теплые водные массы, уменьшая переохлаждение потока и способствуя растоплению скопившейся под зажором шуги.
Предотвратить образование зажора или ликвидировать его на зарегулированном участке реки (в зоне бьефов гидроузла) можно путем
проведения мероприятий по термическому регулированию водных
масс при использовании выпуска подогретой воды с сооружений ГЭС
или ТЭС.
При наличии зажоров или заторов для предотвращения затопления
территорий, расположенных в прибрежной зоне ниже плотин гидроузлов, при сработке водохранилищ необходимо правильно обосновывать и строго соблюдать режимы и объемы попусков в нижний бьеф.
При их осуществлении нельзя допускать попадание ледовых масс
в населенные пункты и на освоенные территории, расположенные
по берегам реки ниже гидроузла. К сожалению, это условие не всегда
выдерживается, что приводит к катастрофическим последствиям для
населения и прибрежной территории, как это было в январе 2002 г.
в низовьях р. Кубань.
Правильное маневрирование расходом воды через гидротехнические сооружения может быть эффективной мерой борьбы
с зажорами льда.
Основными мероприятиями по борьбе с шугоообразованием
в бьефах гидроузлов являются попуски воды из водохранилища, выпуски подогретых вод ТЭЦ и т. п., подъем с помощью специального
оборудования теплых глубинных вод, снижение теплоотдачи с водной
поверхности, ускорение образования ледяного покрова.
К мероприятиям по ликвидации образовавшихся зажоров
относятся:
• управление расходом воды на реках, зарегулированных водохранилищами;
• термическое регулирование путем подачи тепла в тело зажора;
• применение взрывов, которые при их индивидуальном использовании малоэффективны из-за плохой взрываемости вязкого и рыхлого
тела зажорной массы.
Поскольку зажоры льда формируются в период низкой водности
реки и отрицательной температуры воздуха, то они очень устойчивы,
и бороться с ними практически невозможно. Поэтому зажоры льда
необходимо ликвидировать своевременно, так как после формирования их очень трудно разрушить.
134
135
6.2. Мероприятия по предупреждению
и ликвидации заторов льда
Как было сказано выше, затор льда представляет собой многослойное скопление льдин в русле, образовавшееся в процессе вскрытия реки, стесняющее живое сечение и вызывающее подъем уровня
воды в месте скопления и на некотором участке выше.
Заторы менее устойчивы, чем зажоры льда, так как образуются
при больших расходах воды и положительной температуре воздуха.
Кроме того, наводнения, обусловленные ими, более опасны, чем наводнения при зажорах. Поэтому на сегодня в основном разработаны и применяются меры, направленные на предупреждение заторов
и борьбу с ними [84, 85].
По целевому назначению и общему направлению противозаторные мероприятия подразделяются на три группы:
1) предупредительные – предотвращение образования затора (мероприятия по регулированию поверхностного стока с водосборного
бассейна, русловыправительные, дноуглубительные и днорасчистительные работы на затороопасных участках; мероприятия по регулированию стока льда активным воздействием на процесс вскрытия
реки);
2) регуляционные – смещение места очага затора и искусственное образование скопления льда в заданном месте;
3) ликвидационные – разрушение образовавшегося затора.
Регулирование ледового режима рек с целью предупреждения заторов может осуществляться следующими способами:
• ослабление ледяного покрова путем зачернения поверхности льда, внесения химических реагентов, применения теплоизоляции для ограничения роста ледяного покрова;
• взламывание ледяного покрова механическим способом с использованием ледоколов, ледорезных машин (рис. 6.1, 6.14), взрывов
(осуществляемых подрывом снарядов, минометным обстрелом, авиационным бомбометанием и т. п.);
• искусственное заторообразование на участках реки выше защищаемого участка путем усиления ледяного покрова, намораживания льда и создания препятствий, обеспечивающих остановку или
задержку льда;
• новые современные способы.
Для предупреждения образования затора накануне вскрытия реки
ледяной покров ослабляют путём его зачернения угольной пылью,
разрезанием на блоки ледорезной машиной, подрывами льда и ледокольными работами.
Зачернение применяется в местах заторообразования, где задержка вскрытия происходит вследствие увеличения толщины и прочности ледяного покрова. Желаемый эффект от зачернения верхней
поверхности льда после перехода температуры воздуха к положительным значениям достигается лишь при солнечной ясной погоде, а в пасмурную погоду и при наличии снега на льду этот метод
малоэффективен.
Радиационно-химические методы ослабления ледового покрова
(зачернение сажей, измельченным угольным шлаком, химикалиями
и т. п.) имеют общие недостатки, связанные с их сложностью, высокой стоимостью (особенно на больших реках). Они наносят значительный экологический вред окружающей среде. Кроме того, происходит смыв зачерняющих и химических веществ со льда при таянии
снежного покрова, а также при выходе воды на лед. В естественном
состоянии под действием солнечной радиации после стаивания снега со льда (особенно при солнечной весне) лед очень быстро меняет
кристаллическую структуру на игольчатую – рассыпчатую и ослабленную. Но присутствие на льду слоя темного вещества (сажи и т. п.)
препятствует проникновению солнечной радиации в толщу льда,
а следовательно, препятствует ослаблению его прочности, что и является причиной неэффективности этого способа. В последние годы
от его применения практически отказались.
Взрывают ледяной покров на поворотах реки и вдоль береговой линии в местах концентрации касательных напряжений, возникающих во льду с начала подъема уровня воды в реке. Другое
направление взрывных работ состоит в оперативном разрушении
ледяных перемычек, образующихся при ледоходе и являющихся
потенциальными очагами скопления льда. Взрывы негативно сказываются на рыбном поголовье. В ряде случаев вышеупомянутые
работы все же уменьшали мощность заторов, но часто происходило
увеличение мощности заторов из-за закупорки живого сечения русла взломанным льдом на неподготовленном к вскрытию ниже расположенном участке. Дело в том, что ослабление льда и связанный
с этим преждевременный ледоход могут наблюдаться при прочной
структуре льдин, еще не успевших подвергнуться ослабляющему
действию солнечной радиации, что увеличивает вероятность образования заторов ниже по течению.
Аналогичное влияние на процесс заторообразования оказывает и механическое разрезание ледяного покрова накануне вскрытия
реки. Для этого сначала лед чистят от снега и наносят на него разметку в виде больших ромбов. Потом специальными пилами (барами)
пропиливают ледяной покров на 80% его толщины. Предполагается,
что когда начнется ледоход, лед будет ломаться значительно легче,
не вызывая заторов.
Достаточно эффективным мероприятием по предотвращению
заторов в устьях судоходных рек являются ледокольные работы
(рис. 6.1), которые сводятся к пробивке канала во льду и его расширению с целью увеличения ледопропускной способности русла. Результатом ледокольных работ, например, в устье Северной
Двины, является почти полное прекращение образования заторов
в главном рукаве дельты, повторяемость которых до этого составляла 50%. Этот эффект зависит от водности реки в период вскрытия. С уменьшением водности уменьшается эффект ледокольных
работ, но в годы с малой весенней водностью и заторы бывают
небольшими.
На значительных расстояниях в короткие сроки способны разрушать ледяной покров суда на воздушной подушке (СВП) с поддержанием давления более 2 МПа. Они разрушают ледяной покров
резонансным способом, в основе которого лежит использование
эффекта возбуждения изгибно-гравитационных волн во льду. Положительный опыт разрушения льда с помощью СВП имеется на реке
Припять [116].
136
137
заторные мероприятия, к сожалению, не в полной мере способствуют
уменьшению мощности заторов и вносят в природный процесс некоторый элемент случайности, что неблагоприятно сказывается на точности прогнозов максимальных заторных уровней воды.
Предупредительные противозаторные мероприятия достаточно
давно и широко применяются в Российской Федерации: например,
на реке Сухоне и Малой Северной Двине у Великого Устюга – с 1953 г.
В зимний период на этих реках образование затора предупреждают
путем предварительного ослабления ледяного покрова его разрезанием на блоки ледорезной машиной и подрывами льда. Причём объёмы
работ по борьбе с заторами в этом регионе год от года возрастают
(табл. 6.1). Если в 2000 г. ледорезные и взрывные работы проводились
на речных участках длиной соответственно 20 и 1,5 км, то в 2012 г. –
уже на участках длиной 90 и 30 км.
Таблица 6.1
Мероприятия по предупреждению и ликвидации заторов
на реках Сухона и Малая Северная Двина
за период 1999–2012 гг.
Рис. 6.1. Ликвидация заторного скопления льда ледоколами
на реке Юг в апреле 2008 г.
Год
Ослабление ледяного покрова путем зачернения, расчленение его
на блоки и подрывы дают ожидаемый результат, если их осуществлять
в очаге затора и ниже по течению на участке реки длиной L (км)
L
H
,
I
(6.1)
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
Превентивные мероприятия
Ледорезные работы, км
Взрывные работы, км
16,1
20,0
27,0
24,5
30,06
52,0
52,45
70,7
43,05
55,8
99,4
111,0
90,0
90,0
1,5
1,5
3,6
13,5
11,7
15,0
14,0
21,1
40,0
19,4
24,9
33,0
30,0
30,0
где ΔНз – заторный подъём уровня воды, м;
Iо – уклон водной поверхности при свободном ото льда русле,
промилли.
Например, при ΔНз = 5 м и IQз = 0,1%о, получаем L = 50 км. На участке такой длины в короткий период положительных температур воздуха ослабить ледяной покров толщиной более 0,5 м изложенными
выше способами практически невозможно.
Как правило, противозаторные мероприятия выполняются на речных участках значительно меньшей протяжённости и часто в условиях понижения температуры воздуха до отрицательных значений, которое приводит к смерзанию разрушенного ледяного покрова. Таким
образом, проводимые ежегодно в увеличивающемся объёме противо-
Выполняемые противозаторные мероприятия должны были привести к уменьшению в многолетнем ряду максимальных заторных
уровней воды, которые в принципе не должны быть выше высот-
138
139
ной отметки начала затопления городской территории. Однако, судя
по картине многолетних изменений максимального заторного уровня
воды (рис. 6.2), предотвратить заторообразование на Сухоне у Великого Устюга за счет проведения превентивных мероприятий по раздроблению сплошного поля льда на реке так и не удалось.
R = 0,780
1100
1000
900
800
Уровень
1200
1000
700
600
Уровень, см
500
800
400
300
600
200
500
400
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Расход
200
0
1880
Рис. 6.3. Связь максимальных заторных уровней
и расходов воды Сухоны у Великого Устюга за период 1950–1965 гг.
1900
1920
1940
1960
1980
2000
Год
R = 0,669
Рис. 6.2. Хронологический график максимальных
заторных уровней воды реки Сухона у города Великий Устюг
1000
В естественных условиях существует достаточно тесная связь
между максимальным заторным уровнем (Нз) и затороформирующим
расходом воды (Qз), являющимся характеристикой сил, развиваемых
водным потоком в зоне торошения льда и приводящим к прорыву затора. Любое антропогенное воздействие на процессы вскрытия реки
и заторообразования должно приводить к нарушению этой связи.
В период с 1966 по 2013 гг. накануне вскрытия Сухоны проводились
большие работы по ослаблению ледяного покрова (ледорезные и подрывные). На рисунках 6.3 и 6.4 представлены связи Нз=f (Qз) для
Сухоны у Великого Устюга, установленные по данным наблюдений
на гидрологическом посту за период 1950–1965 гг. и после 1965 г.
Как следует из рисунков, кривая Нз=f (Qз) для периода наблюдений после 1965 г. расположена немного ниже в зоне высоких уровней
воды, что свидетельствует всё же о некоторой эффективности противозаторных мероприятий.
800
140
Уровень
900
700
600
500
400
300
200
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Расход
Рис. 6.4. Связь максимальных заторных уровней
и расходов воды Сухоны у Великого Устюга после 1965 г.
141
С 2005 г. производят распиловку ледяного покрова в районе Северска. В 2010 г. во льду был проделан канал с началом возле старого коммунального моста протяжённостью 600 м и шириной 16 м, который должен был разгрузить реку ото льда, однако затор случился.
Была затоплена левобережная пойма с высотной отметкой начала затопления 77,7 м БС. Максимальный уровень воды был близок к отметкам гребня дамбы, защищающей город (80,2–81,0 м БС).
Опасность заторных наводнений в значительной мере можно снизить намораживанием ледяных перемычек и плотин выше заторного
участка, сооружением запаней. Перечисленные ледоудерживающие
сооружения уменьшают ледосборный участок и устраняют такой,
имеющий большое значение, фактор, как прорывающиеся сверху
компактные массы льда, создающие при остановке мощные заторы.
Кроме того, они изменяют места образования скоплений льда.
Во всех случаях разрушение формирующихся или уже сформировавшихся скоплений льда достигается взрывными работами, артиллерийским обстрелом и бомбометанием. Положительный эффект таких
работ достигается, если ниже затора имеется открытая водная поверх-
ность, а разрушение его производится снизу вверх по течению реки.
Для выявления мест подрыва – низовых откосов голов заторов – рекомендуется использовать радиолокатор, установленный на вертолете.
Взрывать затор льда лучше зарядами с плавильником. Производимый таким зарядом подледный взрыв имеет значительно больший
КПД, чем надледный взрыв. Единовременный подрыв тротила весом
менее 200–300 кг на поверхности льда не имеет смысла. Вместе с тем
заглубление зарядов под лед требует больших затрат времени и достаточно опасно в условиях затора.
Под воздействием взрывов происходит встряхивание скопления льда. При этом крупные льдины располагаются наверху, а мелкие – ближе ко дну. Центр тяжести скопления льда опускается, что
делает его более устойчивым как к опрокидыванию при увеличении
уклона водной поверхности с увеличением разности высот уровня
выше и ниже скопления, так и к активным воздействиям.
Для разрушения уже образовавшегося затора льда взрывами необходимым условием является возможность спуска взломанного льда,
т. е. наличие участков свободного ото льда русла ниже взрывных работ (затора), что далеко не всегда имеет место, особенно на реках текущих с юга на север. Сохранение не нарушенного ледяного покрова
ниже затора, усиление и стабилизация его при понижении температуры воздуха до отрицательных значений не благоприятствуют искусственному разрушению скопления льда.
Разрушение заторов льда в момент их образования даёт положительный эффект только при условии правильного определения места
взрыва – в передней части («голове») затора (заклинивающая льдина) – и с учетом ледовой обстановки ниже по течению. На практике
имели место случаи, когда необоснованные подрывы заторов приводили к катастрофическим ситуациям ниже по течению – с человеческими жертвами от «неожиданных» затоплений. Недостатками взрывных работ по разрушению образовавшихся заторов являются также
экологический ущерб, наносимый водным объектам.
Наряду с вышеописанными методами в России достаточно широко применяется метод авиационного бомбометания. Активные бомбежки заторов льда на реке Лена у Ленска и ниже города проводились
в 1967, 1968, 1994, 1998 и 2001 гг. К сожалению, они способствовали
повышению максимального заторного уровня воды (рис. 6.6), что обусловлено уже упомянутым эффектом встряхивания скопления льда,
а это сказывается на уменьшении его пористости [65]. В этом случае
часть расхода воды идет на увеличение подпорной призмы затора.
142
143
Другой пример: с заторами на реке Томь у Томска начали бороться
после наводнения 1947 г. в основном путём ледовзрывных работ в черте города и его пригорода Северска (рис. 6.5). Разрушаются взрывами прежде всего ледовые переправы. Объём взрывных работ на Томи
ежегодно возрастает. В 2010 г. взрывов было в 2–2,5 раза больше, чем
обычно: проведено 125 взрывов (25 серий по 5 взрывов каждая). В общей сложности израсходовано более 9,8 т взрывчатки.
Рис. 6.5. Разрушение ледяного покрова реки Томь у Томска взрывами
накануне вскрытия реки
За последнее десятилетие в России были предложены и прошли испытание новые средства борьбы с заторами. В частности, для
разрушения скоплений льда на участках рек, где заторы образуются
ежегодно в одном и том же месте, может использоваться импульсная
подача под лед сжатого воздуха, который подается от компрессора
в уложенные на дне реки перфорированные отверстиями трубопроводы. Этот способ борьбы с заторами, безусловно, более экологичен
по сравнению со взрывами и бомбометанием.
Заторы и зажоры льда могут привести к событиям с катастрофическими экономическими, экологическими и социальными последствиями. В общем случае можно рассматривать три типа угроз из-за
возникновения заторов и зажоров льда:
• Материальным ценностям (потерю которых можно оценить в денежном выражении).
• Экологическим, культурным и духовным ценностям (для которых угрозу не всегда можно выразить количественно).
• Социальным ценностям – жизни или здоровью людей.
С заторами и зажорами льда связаны многие опасности, порождающие риск. Под опасностью следует понимать любую ситуацию,
которая может привести к возникновению вышеуказанных угроз.
Противозажорные и противозаторные мероприятия могут оказать
негативное воздействие на окружающую среду. Поэтому рассматривать эффективность противозажорных и противозаторных мероприятий следует не только с точки зрения надежности конкретного способа предотвращения зажоро- или заторообразования при наименьших
издержках, но и с учетом экологических факторов и последствий,
а также некоторых рисков.
В специальной литературе термин «риск» трактуется по-разному,
и в него часто вкладывается разный смысл [36]. Специалисты в области страхования используют понятие «риск» для обозначения предмета страхования, страховой суммы или страхового случая. Экономисты понимают термин «риск» как меру возможных неблагоприятных
последствий, которые проявятся в определенный момент в будущем.
Нередко под «риском» понимается ожидаемая частота возникновения
или же размер ущерба, или же некоторая комбинация этих величин.
Адаптация понятия «риск» в водном хозяйстве и гидротехнике может основываться на общей для всех вышеуказанных представлений
идеи, что с точки зрения теории управления рисками, «риск (Risk)»
рассматривается как возможная опасность (ГОСТ Р 52551–2006) какого либо неблагоприятного исхода (например, возникновения наводнения вследствие развития ледового затора или зажора). С другой
стороны, риск – это вероятность причинения вреда жизни или здоровью граждан, имуществу физических или юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, окружающей среде,
жизни или здоровью животных и растений с учетом тяжести этого
вреда (ст. 2 Федерального закона РФ «О техническом регулировании»
№ 184-ФЗ от 27 декабря 2002 г.). Данное определение интегрирует
несколько разноплановых понятий о риске (причинение вреда здоровью граждан, причинение вреда окружающей среде, повреждение
имущества и т. п.), что соответствует совокупному риску.
В зависимости от ожидаемых последствий наступления расчетных событий или состояний возможны несколько интерпретаций
риска: вероятностная, вероятностно-экономическая, вероятностноэкологическая и вероятностно-социальная.
Риск нанесения ущерба – это комплексный показатель, характеризующий вероятность возникновения ущерба за нормированный период времени и его величину. Риск получения ущерба присутствует
144
145
Уровен ь воды, см
2100
1900
1
1700
2
1500
1300
1100
900
700
500
0
5000
10000
15000
20000
25000
Расх од воды, к у б.м /с
Рис. 6.6. Зависимость максимальных заторных уровней и расходов
воды реки Лена у Ленска при бомбёжке затора (1) и без неё (2)
1.3. Эффективность мероприятий по предупреждению
и ликвидации заторов и зажоров льда
во многих сферах жизни, независимо от того, осознается его наличие
или нет, учитывается или игнорируется он при выборе решений.
Допустимый риск нанесения ущерба – это риск нанесения ущерба, который в конкретной области деятельности признается допустимым при возникновении определенной опасной ситуации.
Анализ риска (risk analysis) – процесс управления ситуациями,
когда популяции или экосистемы могут подвергаться опасности
(Guidelines, 1998), или это комплекс мероприятий по оценке риска реализации нежелательных событий и состояний для водного объекта,
населения и (или) окружающей среды и управления риском.
По частоте реализации риска различают:
• высокие риски, для которых характерна высокая частота (вероятность) реализации риска (наступления ущерба);
• средние риски, для которых характерна средняя частота (вероятность) реализации риска;
• малые риски, для которых характерна малая частота (вероятность) реализации риска.
По размеру возможного ущерба риски делятся на катастрофические, большие, средние и малые.
По частоте реализации риска и размеру возможного ущерба риски
делятся:
• на однородные, имеющие примерно одинаковые значения частоты реализации риска и размера возможного ущерба;
• на неоднородные, имеющие разные их значения.
Экологические риски – это риски, связанные с нанесением ущерба
окружающей среде, а также здоровью, жизни и имуществу населения.
Необходимо отметить, что экологические риски имеют как ближайшие последствия (непосредственный ущерб зданиям, сооружениям,
загрязнение территорий, травмы и гибель людей), так и отдаленные
последствия (долговременное загрязнение природных ресурсов, воздействующее на здоровье людей, приводящее к повышенной заболеваемости и смертности). Или экологический риск – это вероятностная
мера неблагоприятных экологических последствий реализации опасностей определенного класса для водного объекта, населения и (или)
окружающей среды.
Чистые риски означают получение нулевого или отрицательного
результата и представляют собой вероятность получения ущерба в результате некоторого события. Для чистых рисков характерно наличие
двух возможных исходов при наступлении определенного события:
отрицательный результат и сохранение ситуации в прежнем состоя-
нии. К категории чистых рисков относятся, например, природные явления и стихийные бедствия (риски наводнения, землетрясения, пожара, смещения земной коры).
Параметрами чистых экономических рисков являются:
1. Частота реализации риска (вероятность риска или шанс возникновения убытков). Шанс возникновения убытков (chance of
loss) – это вероятность возникновения убытков; он может быть оценен дробью, в числителе которой – действительное (или ожидаемое)
число убытков, а в знаменателе – число максимально возможных
убытков. Шанс возникновения убытков может быть известен или
неизвестен до того, как произойдут убытки. Если оценивается шанс
(вероятность) возникновения убытков до их наступления, эта дробь
называется ожидаемым шансом (вероятностью) возникновения
убытка (a priori chance of loss). Если же оценивается вероятность
убытков после их наступления, то эта величина называется действительным шансом (вероятностью) возникновения убытков (ex post
chance of loss).
2. Тяжесть, или размер риска (severity), – количественная оценка
величины последующего ущерба или размера убытков.
Анализируя различные определения риска, следует отметить, что
они включают в себя множество других понятий, ключевыми из которых являются опасность и ущерб, которые, в свою очередь, включают
в себя совокупность дополнительных понятий и сопутствующих им
определений. Таким образом, риск, являясь наиболее емким интегрирующим понятием, фактически служит мерой осознаваемой человеком опасности в его жизни и деятельности. Так, в толковом словаре
С. И. Ожегова риск трактуется как «возможная опасность».
Опасность, являясь основной посылкой при рассмотрении проблемы безопасности, обычно рассматривается как объективно существующая возможность негативного воздействия на общество,
личность, природную среду, в результате которого им может быть
причинен какой-либо ущерб, вред, ухудшающий состояние, придающий их развитию нежелательную динамику или параметры (темпы,
формы и т. д.).
Понятие риска тесно связано с понятием ущерба. Под ущербами понимаются фактические или возможные (вероятные) техникоэкономические, социальные и экологические потери, возникающие
или которые могут возникнуть в результате событий (заторо- и зажорообразования) и состояний, и в том числе вызванных ими изменений
окружающей среды.
146
147
зажоров основывается на анализе местных гидрологических условий
формирования скоплений льда, а также на сравнении ожидаемого
ущерба со стоимостью противозаторного (противозажорного) мероприятия при учете имеющихся технических возможностей. Понятно, что ежегодное проведение противозаторных и противозажорных
мероприятий требует больших денежных затрат. Так, для разрушения льда взрывами и ледорезными машинами на площади 90000 м 2
требуются затраты в размере примерно 34 млн руб. Затраты на бомбометание на той же площади льда составляют около 85 млн руб.
Использование при планировании противозаторных мероприятий
данных гидрологического прогноза может существенно сократить затраты на их проведение. Их можно не проводить, если
С позиции теории надежности риск можно трактовать как «вероятность потери или же ущерба для людей и имущества». Объективное
существование риска получения ущерба обуславливают вероятностная сущность многих природных и прочих процессов, многовариантность экономических и социальных отношений, в которые вступают
экономические субъекты, наличие множества непредвиденных, случайных обстоятельств.
Если обозначить через Н ожидаемые отрицательные последствия
в результате реализации опасности понести тот или иной ущерб,
то получается классическое определение риска в виде логического
произведения ожидаемого ущерба на вероятность его реализации
Р (Н): R = H · P (H).
Отсутствие опасностей и угроз, связанных с возможностью нанесения ущерба природной среде, или положение, при котором отсутствует риск нанесения ущерба природной среде и, соответственно,
здоровью населения, это и есть природная безопасность.
В общем случае последствия чрезвычайных ситуаций можно разделить на три группы по видам ущерба:
– причинение ущерба жизни и здоровью людей;
– экономические ущербы: 1) из-за повреждения сооружения или
конструкции; 2) косвенные убытки из-за выхода оборудования из эксплуатации и остановки производства;
– ущерб и неблагоприятные последствия для окружающей среды
и культурных ценностей.
Параметры (признаки) классификации рисков: частота реализации
риска, т. е. частота наступления ущерба (chance of loss,), размер возможного ущерба (loss severity); количество, число рисков (number of risks).
Оценка экономического риска является его количественным описанием с использованием вероятности возникновения ущерба и его
возможного размера. Классификация ущерба по размеру – небольшие
(малые); средние; большие; катастрофические.
В настоящее время существуют различные подходы к оценке
ущерба, однако наиболее распространенными являются подходы,
в которых в качестве количественной меры этой оценки выступает ущерб, наносимый экономике загрязнением окружающей среды.
В этом случае под ущербом понимают фактические и возможные потери и отрицательные изменения окружающей среды, которые обусловлены антропогенными воздействиями.
Определение наиболее эффективного способа воздействия на процесс заторо- и зажорообразования и средств защиты от заторов или
где ε – коэффициент потерь, изменяющийся от 0 (когда все потери
предотвращены) до 38 (когда потери максимальны).
Коэффициент ε зависит от точности прогноза максимального заторного уровня, выражаемой отношением фактической погрешности
предсказания (δ) к допустимой (δдоп). Если – ∞ < δ/δдоп< 0, то ε = δ/δдоп,
а если 0 < δ/δдоп< ∞, то ε = 0, из чего следует, что потери в случае
завышения ожидаемого уровня всегда меньше, чем при занижении.
В первом случае они сводятся только к издержкам на противозаторные мероприятия и мероприятия по адаптации к ожидаемым неблагоприятным условиям. Во втором случае материальный ущерб может
достичь максимума.
Несмотря на потепление климата угроза зажорных и заторных
наводнений с ущербом сохраняется (рис. 6.7), и проблема защиты
той или иной прибрежной территории от затопления и повреждения льдом сооружений, находящихся на ней, конечно, должна решаться на долгосрочной основе.
148
149
Нз, прогноз + 2 s<Hкрит,
(6.2)
где s – средняя квадратическая погрешность прогноза, см;
Нз, прогноз – прогнозированный максимальный заторный уровень воды,
см;
Hкрит – критическая отметка начала затопления территории.
Систематическое использование прогнозов заторных наводнений
в случае применения мер защиты требует знания непредотвращенных
потерь:
N = ε. Nмакс,
(6.3)
где η– коэффициент сопротивления скопления льда водному потоку;
L – длина скопления;
R – гидравлический радиус.
Из формулы (6.4) следует, что снизить заторный подъём можно
за счёт углубления русла по всей ширине реки или срезки больших
русловых формирований, таких, как побочни, а не за счёт создания
прорези или углубления фарватера.
Опасность зажорных и заторных наводнений в значительной мере
можно уменьшить сооружением шпор, строительством «спичечных»
и низконапорных плотин. Перечисленные ледоудерживающие сооружения изменяют места образования скоплений льда, а также позволя-
ют регулировать сток льда притоков, вскрывающихся одновременно
с основной рекой.
К категории регуляционных работ относится создание искусственных русел, отводящих воду из зоны подпора [4]. Вода направляется в них через водосброс – водослив или водоспуск. Водосливы или
водоспуски представляют собой отверстия в насыпи, через которые
вода сбрасывается, когда уровни достигают опасной высоты. Если
необходимо регулировать отвод избыточной воды, отверстие может
быть снабжено затвором. Решение открыть отвод обычно основывается на прогнозе опасных уровней. Описанный подход к снижению
зажорных и заторных уровней может быть применён на участках рек
с постоянным местом образования скоплений льда.
Локальным средством защиты давления зажорных и заторных
масс льда на сооружения вблизи берега и на берегу является создание
ковшов в русле и затонов у берега.
Радикальным средством, предотвращающим возможность зажорообразования на угрожаемом участке, является постройка плотин,
создающих подпертые бьефы и уменьшающих уклоны.
К долгосрочным мерам защиты от заторных наводнений относятся сооружение высоконапорной ГЭС выше по течению. Створ ГЭС
ограничивает ледосборный участок. При этом лед с верхних участков
реки и ее притоков собирается водохранилищем и тает в нем. В нижнем бьефе регулированием сбросных расходов можно поддерживать
необходимое соотношение между приращением уровня воды и тепловой подготовкой ледяного покрова к вскрытию, влияя тем самым
на длину ледосборного участка ниже гидроузла.
Положительный эффект регулирования ледового режим гидроузлами уменьшается из-за увеличения после заполнения водохранилища повторяемости и мощности заторов в зоне выклинивания подпора
воды. Кроме того, иногда природные предпосылки для образования
опасных ледовых явлений в бьефах ГЭС усугубляются ошибками
эксплуатационного персонала. Такое случилось в нижнем течении
Кубани зимой 2001–2002 гг. В ходе предпаводочной сработки Краснодарского водохранилища сбросные расходы воды превысили водопропускную способность русла ниже гидроузла при наличии в нем
скоплений льда, что привело к подъему уровня воды выше прирусловых валов, предназначенных для защиты от наводнений, обусловленных паводками в условиях свободной ото льда реки [86].
Основным средством защиты от заторных наводнений являются
земляные оградительные дамбы. Однако заторы часто полностью раз-
150
151
10
5
0
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
2012
Рис. 6.7. Изменение повторяемости опасных наводнений
во время заторов с ущербом за 1990–2012 гг. [109]
Для предотвращения образования зажоров и заторов в местах,
где находятся важные хозяйственные объекты, возможно применение русловых выправительных работ. Цель их заключается в создании благоприятных условий на речном участке для транзита ледяного
материала, что может быть достигнуто спрямлением крутых поворотов или созданием сосредоточенного водного потока с повышенным
уклоном за счет перекрытия отдельных рукавов на разветвленных
участках реки. Уничтожение руслового препятствия на данном участке не гарантирует свободного пропуска льда на нижних участках.
Подъём уровня воды в зоне подпора:
L Q
R3
2
,
(6.4)
рушают эти дамбы, и главную роль в разрушении играет лед. При
весеннем подъеме воды вместе со льдом поднимается вмерзший
в него булыжник. Во время подвижек лед бороздит по откосу дамбы, распахивая его, и снимает предохранительную одежду. С началом
ледохода льдины, упираясь в откос, подрезают его, образуя уступ.
В дальнейшем откос оттаивает и осыпается, а далее начинается подмыв и разрушение надворных построек и жилых зданий, телефонных,
телеграфных и электролиний. Поэтому дамбы должны создаваться
в сочетании с лесозащитными насаждениями.
После катастрофического наводнения весной 2001 г. город Ленск
строится на территории с более высокими отметками, а для защиты
его от наводнений сооружена земляная дамба длиной 19,6 км с верховыми откосами, укреплёнными монолитным бетоном (рис. 6.8).
Расчетная отметка уровня 1%-ной вероятности превышения, которая
положена в основу мероприятий по защите Ленска от затопления,
на 1,8 м ниже расчетной отметки, определенной с учетом исторических уровней 1998 и 2001 гг. [65, 66], что сохраняет опасность затопления города. Поэтому на Лене у Ленска всё же проводятся предварительные противозаторные мероприятия: ледяной покров ослабляется
путем подрывов и создания в нем прорезей на участках с малой льдопропускной способностью русла.
Рис. 6.8. Дамба, защищающая г. Ленск
от заторных наводнений
Аналогичная ситуация складывается в Олёкминске и Якутске, где
при наличии дамб продолжают проводиться превентивные противозаторные мероприятия [65, 66]. В Якутске дамбу засыпали не тем материалом, который был предусмотрен проектом. По проекту дамба
должна быть отсыпана горным песком, но внутри нее был песок речной, который размывается водой.
Еще одним кардинальным средством уменьшения ущербов
от зажорных и заторных наводнений является искусственное повышение поверхности затопляемой территории. В частности, это
осуществлено на правобережной пойме реки р. Упа при строительстве торгово-развлекательного комплекса в Туле, территория которого была поднята до отметки наивысшего заторного уровня воды
с учётом возможного прорыва плотин Щекинского и Шатского
водохранилищ.
Все перечисленные выше мероприятия по причине их большой
стоимости и из-за крайнего разнообразия условий формирования зажоров и заторов льда требуют надёжного научно-технического обоснования, основанного на данных полевых изысканий и желательно – на результатах математического и физического моделирования
процессов образования скоплений льда на исследуемом участке
реки. При создании таких моделей большое значение имеют систематизация и обобщение материалов ледовых авиаразведок, накопленных в ряде управлений гидрометеорологической службы. Они
позволяют выявить динамику ледовой ситуации, установить размеры скоплений льда, охарактеризовать особенности перераспределения стока льда по протокам и рукавам, определить последовательность вскрытия притоков, оценить площади затопления. Ледовые
авиаразведки дороги и сейчас часто не производятся, поэтому возможна замена их данных спутниковой информацией высокого разрешения [78, 115].
Для снижения ущербов от зажорных и заторных наводнений существенное значение имеют составление и выполнение
планов:
– по выявлению территорий, подверженных затоплению;
– по своевременному оповещению и эвакуации населения и хозяйственных ценностей из районов затопления;
– по организации системы страхования от убытков, обусловленных наводнением;
– по освобождению затопляемых территорий от жилых и хозяйственных и построек.
152
153
6.4. Оценка эффективности
противозажорных и противозаторных мероприятий
запланированных мероприятий по борьбе с зажорами и с заторами льда
за один год, руб/год (определяется на основе сметных расчётов).
Риски RНХ, RОС определяются по формулам (6.6), (6.7) соответственно:
P
,
(6.6)
R  AB
N
6.4.1. Экономико-вероятностный метод
оценки эффективности мероприятий
по борьбе с зажорами и заторами льда
Определение наиболее эффективного способа воздействия на процесс заторо- и зажорообразования и средства защиты от заторов или
зажоров основывается, в первую очередь, на анализе гидрологических условий формирования скоплений льда, а также на сравнении
ожидаемого ущерба со стоимостью противозаторного (противозажорного) мероприятия при учете имеющихся технических возможностей.
Ежегодное проведение противозаторных и противозажорных мероприятий требует больших денежных затрат. Кроме того, противозажорные и противозаторные мероприятия могут оказать негативное
воздействие на окружающую среду [26, 70]. Поэтому рассматривать
эффективность противозажорных и противозаторных мероприятий
следует не только с точки зрения надежности конкретного способа
предотвращения зажоро- или заторообразования при наименьших издержках, но и с учетом экологических факторов и последствий, а также некоторых рисков.
Основная идея данного метода заключается в минимизации суммы плановых затрат на проведение противозаторных и противозажорных мероприятий и ожидаемых рисков. Предлагается считать
наиболее эффективным набор тех мероприятий по борьбе с зажорами
и заторами льда, для которых сумма S (плановых затрат на проведение
противозаторных или противозажорных мероприятий, а также рисков
нанесения ущерба экономике региона и окружающей среде в результате затопления территории при использовании таких мероприятий),
определяемая по формуле (6.5), является минимальной [71]:
R

PA B
N
1
,
(6.7)
где RНХ, RОС – риски нанесения ущерба народному хозяйству
в результате затопления территории и вреда окружающей среде
соответственно; RЧЖ – риск нанесения ущерба здоровью человека;
SОС – запланированные выплаты за нанесение вреда окружающей
среде в результате применения плановых мероприятий по борьбе
с зажорами и с заторами за один год, руб/год; SМБЗ – полная стоимость
где PA B – условная вероятность того, что при выбранном плановом
перечне противозажорных и противозаторных мероприятий (событие
B) будет нанесен ущерб экономики региона в результате затопления
территории из-за формирования зажора или затора льда (событие A);
Nлет – параметр, который учитывает обеспеченность зажорного или
заторного уровня и по сути равен количеству лет: если при оценке
рисков берутся гидрометеорологические условия соответствующие
заторному или зажорному уровню 1% обеспеченности превышения,
то Nлет = 100 лет; если 0,01% обеспеченности превышения, то Nлет =
10 4 лет); УНХ – ущерб, нанесенный экономике региона в результате
затопления территории при заданных гидрометеорологических
условиях, соответствующих выбранному параметру Nлет (определяется
на основе законодательства РФ); УОС1 – ущерб, нанесенный
окружающей среде в результате затопления территории при уровне
воды, соответствующем параметру Nлет.
Сумма S в формуле (6.5) состоит из двух частей:
1) риски, связанные с проведением противозажорных или противозаторных мероприятий (R  R  R  R );
2) запланированные затраты, связанные с проведением рассма S  S ).
триваемых мероприятий (S
Таким образом, организация, проводящая противозажорные
и противозаторные мероприятия, ежегодно должна будет выплачивать сумму страховых взносов в размере R страховым компаниям
и иметь денежные средства в размере S ÏËÀÍ для выполнения вышеперечисленных мероприятий. Соотношение между рисками R и суммой
плановых затрат S ÏËÀÍ может варьироваться в зависимости от принятого параметра N ëåò . Чем больше значение N ëåò , тем меньше сумма
ежегодных выплат страховым компаниям R и больше сумма плановых затрат S ÏËÀÍ . В связи с этим параметр N ëåò должен быть законодательно утвержден для различных районов Российской Федера-
154
155
SR
R
R
S
S
 min,
(6.5)
ции. Например, для районов Российской Федерации, которые имеют
большую социально-экономическую важность (высокую плотность
населения, развитые промышленность и сельское хозяйство и т. д.),
параметр N ëåò должен быть достаточно большим, что влечёт за собой
относительно небольшие суммы страховых выплат R, но относительно большие суммы плановых затрат S ÏËÀÍ . Большие суммы плановых
затрат S ÏËÀÍ свидетельствуют о высокой надежности противозажорных или противозаторных мероприятий.
Основной сложностью в данном методе является описание рисков
и определение вероятности их появления PA B . Для определения вероятностей требуется проанализировать натурные наблюдения за формированием зажоров или заторов льда, специальные журналы, в которых описан процесс проведения мероприятий (количество попыток,
объём используемого расходного материала и т. д.) и многие другие
статистические данные.
Рассмотрим пример задания условной вероятности PA B для некоторого противозаторного мероприятия.
Пример определения рисков и вероятности их появления для
противозаторного мероприятия. Наиболее полный перечень противозаторных мероприятий представлен в методических рекомендациях
[84, 129] и в разделах 6.1 и 6.2 настоящего издания. В качестве примера рассмотрим одно мероприятие – создание искусственного затора.
Создание искусственного затора – это многократное предварительное
мероприятие по борьбе с заторами, применяющееся на тех участках рек,
где задержка льда в период весеннего ледохода не понесет значительного
экономического ущерба в результате затопления вышележащей территории по сравнению с тем, если бы затор образовался ниже по течению.
Существует множество способов создания искусственного затора,
среди которых наибольший интерес вызывает способ искусственного заторообразования в результате повышения прочности льда. Когда на участке реки, где необходимо создать искусственный затор,
образовался сплошной ледяной покров, то при помощи бульдозеров
счищают снег с поверхности льда. В результате увеличивается теплообмен между поверхностью льда и холодным воздухом, что в свою
очередь обеспечит большую толщину льда и как следствие большую
прочность льда относительно участков, расположенных выше и ниже
по течению. В конце зимы, когда температура воздуха становится
выше 00C, наоборот, при помощи бульдозеров сгребают снег в то место, где необходимо создать искусственный затор, чтобы замедлить
процесс таяния ледяного покрова. Дополнительно к этому, для увели-
чения прочности льда в период отрицательных температур воздуха,
искусственно увеличивают толщину льда сверху при помощи намораживания льда поливными машинами.
Для анализа эффективности мероприятия «Создание искусственного затора» требуется определить вероятность образования затора
такой мощности, который повлечет за собой затопление территории
с причинением ущерба экономике региона и нанесения вреда жизни
и здоровью людей. В связи с этим воспользуемся методом «древа отказов» (или «древа ошибок», или «древа событий»). Основными элементами «древа отказов» являются символы-события (состояния),
отображающие различные по своим свойствам события и состояния,
и символы-операторы, моделирующие логико-вероятностные связи
между исходными событиями (состояниями) и событиями (состояниями) – следствиями. «Древо отказов» [71, 130] для события «Прорыв искусственного затора, или он не сформировался» изображено
на рисунке 6.9 с пояснением событий в таблице 6.2.
«Древо отказов» построено таким образом, что в его верхней части находится следствие, а причины этого следствия расположены
ниже. Если для появления одного события требуется выполнение
одновременно нескольких событий (в «древе отказов» обозначено
через «И»), то вероятность следствия определяется как произведение вероятностей появления причин. Например, PA.1.2=PA.1.2.1·PA.1.2.2, где
PA.1.2 – вероятность того, что образуется достаточно мощное половодье, PA.1.2.1 и PA.1.2.2 – вероятности того, что к концу зимы на поверхности речного бассейна будет накоплен достаточно большой объём
снега и произойдёт достаточно интенсивный рост температуры воздуха в период весенней оттепели соответственно.
Когда причиной следствия является одно из нескольких событий независимых друг от друга (в «древе отказов» обозначено как
«ИЛИ»), то вероятность появления события-следствия определяется
как P=1- (1-P1)· (1-P2)· (1-Pi)· (1-PN), где P – вероятность появления
события-следствия, Pi – вероятность появления события-причины.
Например, событию-следствию «Прорыв искусственного затора, или
он не сформировался» (событие А) могут предшествовать две причины: либо «Прорыв искусственного затора в результате того, что прочность (толщина) сплошного ледяного покрова перед весенним ледоходом меньше требуемого значения для формирования устойчивого
искусственного затора» (событие А. 1), либо «Искусственный затор
не сформировался» (событие А. 2). Тогда вероятность появления события А определяется как PА=1- (1-PА.1)· (1-PА.2).
156
157
Окончание табл. 6.2
Рис. 6.9. «Древо отказов» для события «Прорыв искусственного затора
(затор не сформировался) с последующим формированием затора
ниже по течению и затоплением территории с причинением ущерба
экономике региона, экологии и здоровью людей»
Таблица 6.2
Перечень событий «древа отказов»
Индекс
события
А
А 1
А 1
А 1
А 1
Описание события
Прорыв искусственного затора (затор не сформировался) с последующим формированием затора ниже по течению и затоплением территории с причинением ущерба экономике региона,
экологии и здоровью людей
Прорыв искусственного затора в результате недостаточной
прочности (толщины) льда перед началом весеннего ледохода
в месте формирования искусственного затора
Работы по формированию искусственного затора выполнены
не в полном объёме, что привело к образованию недостаточ1
ной толщины льда к концу зимы либо к быстрому таянию льда
в период весенней оттепели
Требуемая толщина льда на участке создания искусственного
1 1 затора не достигается к концу зимы в результате недовыполненных работ
Количество и интенсивность выпадения твёрдых осадков
1 1 1 в зимний период превышает скорость уборки снега при имеющемся парке техники, инвентаря и трудовых ресурсов
158
Возникновение риска выхода из строя техники, порчи инвентаА 1 1 1 2 ря и уменьшения количества трудовых ресурсов (заболевание,
увольнение и т. д.)
Прочность льда на участке создания искусственного затора
А 1 1 2 в период весенней оттепели стала меньше требуемой в результате недовыполненных работ
В случае, когда даты появления положительных температур
воздуха (её интенсивность повышения) и начала весеннего
ледохода примерно соответствуют прогнозируемым значениям,
А 1 1 2 1 работы по защите поверхности льда от теплового воздействия
воздуха выполнены неполностью в результате возникновения
риска выхода из строя техники, порчи инвентаря и уменьшения
количества трудовых ресурсов (болезнь, увольнение и т. д.)
Работы по защите поверхности льда от теплового действия возА 1 1 2 2 духа в период весенний оттепели выполнены неполностью из-за
появления весеннего ледохода раньше, чем прогнозировалось
В результате затяжной весны с частыми появлениями отрицательных температур воздуха работы по защите поверхности льда
А 1 1 2 3 от теплового воздействия воздуха выполнены слишком рано, что
привело к замедлению роста прочности (толщины) льда
Формирование относительно мощного половодья
А 1 2
Аккумуляция достаточно большого объёма снега на поверхноА 1 2 1 сти речного бассейна к концу зимы
Достаточно интенсивное повышение температуры воздуха
А 1 2 2 в конце зимы и в начале весны
Проявление относительно мягкой и снежной зимы
А 1 3
Искусственный затор не сформировался в результате равномерного вскрытия рассматриваемого речного участка, что может
А 2
быть при примерно одинаковом распределении прочности
(толщины) льда по длине водного объекта
Разрушение ледяного покрова произошло в относительно
короткие сроки после перехода температуры воздуха через 00C
А 2 1
в период весенней оттепели
Сформировался относительно мощный паводок в результате
А 2 1 1 быстрого повышения температуры воздуха и других факторов
К концу зимы образовалась относительно небольшая толщиА 2 1 2 на льда из-за мягких климатических условий в зимний период
Разрушение ледяного покрова произошло в относительно длительные сроки после перехода температуры воздуха через 0°C
А 2 2
в период оттепели
А 2 2 1 Период оттепели характеризуется затяжной весной
В зимний период выпало небольшое количество твёрдых осадА 2 2 2 ков, в результате чего снежный покров окажет незначительное
влияние на процесс роста толщины льда
159
Из рисунка 6.9 следует, что 12 событий в «древе отказов», расположенных внизу, не имеют событий-причин (события с индексами:
А.1.1.1.1, А.1.1.1.2, А.1.1.2.1, А.1.1.2.2, А.1.1.2.3, А.1.2.1, А.1.2.2, А.1.3,
А.2.1.1, А.2.1.2, А.1.2.2.1, А.2.2.2) и являются событиями, на основе которых определяются вероятности появления вышерасположенных в «древе отказов» событий. Для определения вероятности появления событий,
расположенных внизу «древа отказов», необходимо задать параметр Nлет,
входящий в формулы (6.6) и (6.7). Если рассматриваемый параметр равен 10 годам, то мощность затора соответствует заторному уровню 10%
обеспеченности превышения, а если 100 годам, то 1% обеспеченности
превышения. По заданному параметру Nлет определяется максимальный
расход воды в период весеннего ледохода [26, 70], при котором возникнет
затор мощностью рассматриваемой обеспеченности превышения, а также ущербы УНХ и УОС [108, 130]. После определения расхода воды рассчитываются толщина льда и размер участка проведения мероприятия для
создания искусственного затора [26] с целью оценки объёма рассматриваемых работ, в результате чего устанавливаются сроки начала и завершения мероприятия, а также вычисляются плановые издержки SОС и SМБЗ.
После определения суммы плановых издержек и ущербов находятся вероятности событий, представленных в «древе отказов». С этой
целью определяется максимальный заторный уровень, соответствующий параметру Nлет (H*). Предположим, что имеется ряд наблюдений
за Nнабл лет. Тогда из этого ряда выбираются те годы, в которые наблюдался максимальный заторный уровень больше либо равный уровню
H*. Далее требуется задать вероятности следующих событий:
1) в выбранных годах количество твердых осадков за зимний период превышает то количество, которое использовалось при планировании работ (вероятность Pñíç определяется по формуле (6.8));
2) выход из строя техники, порчи инвентаря и уменьшение количества трудовых ресурсов (вероятность определяется на основе статистической обработки данных);
3) дата начала ледохода меньше даты завершения планируемых
работ (вероятность Päíëì определяется по формуле (6.9));
4) модуль суммы среднесуточных температур воздуха, вычисленный за период от плановой даты перехода температуры воздуха выше
00C до плановой даты начала весеннего ледохода, является отрицательным (вероятность Pñòâì0 определяется по формуле (6.10));
5) объём снега на поверхности речного бассейна на конец зимы
превышает плановые значения (вероятность Pñðá определяется
по формуле (6.11));
6) модуль суммы среднесуточных температур воздуха окажется
меньше соответствующих плановых значений за зимний период (вероятность определяется по формуле Pñòç (6.12));
7) модуль суммы среднесуточных температур воздуха, рассчитанный за период от плановой даты перехода температуры воздуха выше
0°C до плановой даты начала весеннего ледохода, является больше планового значения (вероятность Pñòâáï определяется по формуле (6.13));
8) длительность периода от даты перехода среднесуточной температуры воздуха выше 00C до начала весеннего ледохода больше плановой (вероятность Päâï определяется по формуле (6.14));
9) толщина снежного покрова на льду в зимний период меньше
требуемой толщины (вероятность определяется по формуле (6.15)).
160
161
Pñíç 
N ñíç
N íàáë
(6.8)
Päíëì 
N äíëì
N íàáë
(6.9)
Pñòâì0 
N ñòâì0
N íàáë
(6.10)
Pñðá 
N ñðá
N íàáë
(6.11)
Pñòç 
N ñòç
N íàáë
(6.12)
Pñòâáï 
N ñòâáï
N íàáë
(6.13)
Päâï 
N äâï
N íàáë
(6.14)
Pòñë 
N òñë
,
N íàáë
(6.15)
где N ñíç , N äíëì , N ñòâì0 , N ñðá , N ñòç , N ñòâáï , N äâï , и N òñë – число лет, когда
количество твердых осадков за зимний период превышало то количество,
которое использовалось при планировании работ (снз), дата начала
ледохода меньше даты завершения планируемых работ (днлм), модуль
суммы среднесуточных температур воздуха, вычисленный за период
от плановой даты перехода температуры воздуха выше 00C до плановой
даты начала весеннего ледохода, является отрицательным (ствм0),
объём снега на поверхности речного бассейна на конец зимы превышает
плановые значения (срб), модуль суммы среднесуточных температур
воздух окажется меньше соответствующих плановых значений за зимний
период (стз), модуль суммы среднесуточных температур воздуха,
вычисленного за период от плановой даты перехода температуры воздуха
выше 00C до плановой даты начала весеннего ледохода, является больше
планового значения (ствбп), длительность периода от даты перехода
среднесуточной температуры воздуха выше 00C до начала весеннего
ледохода больше плановой (двп), толщина снежного покрова на льду
в зимний период меньше требуемой толщины (тсл) соответственно, при
этом выборка берётся из тех лет, для которых максимальные заторные
уровни в период весеннего ледохода больше либо равны уровню H * .
Вероятность появления событий, расположенных внизу «древа
отказов», определяется, как показано в таблице 6.3.
Таблица 6.3
Формулы для определения вероятности событий,
расположенных внизу «древа отказов»
Индекс
события
Формула вероятности появления события
А 1 1 1 1 PÀ.1.1.1.1  Pñíç
А 1 1 1 2 Вероятность определяется в результате обработки статистических данных выхода из строя используемой в работе техники
А 1 1 2 1 и инвентаря, а также статистических данных уменьшения трудовых ресурсов в итоге заболевания, увольнения и прочих причин
А 1 1 2 2 PÀ.1.1.2.2  Päíëì
А 1 1 2 3 PÀ.1.1.2.3  Pñòâì0  Päâï
А 1 2 1
PÀ.1.2.1  Pñðá
А 1 2 2
А 1 3
PÀ.1.2.2  Pñòâáï
PÀ.1.3  Pñòç
А 2 1 1
PÀ.2.1.1  Pñðá  Pñòâáï
А 2 1 2
А 2 2 1
А 2 2 2
PÀ.2.2.1  Päâï
PÀ.2.1.2  Pñòç
PÀ.2.2.2  Pòñë
162
6.4.2. Комплексная оценка ущерба
от негативного воздействия вод, связанного с опасными
ледовыми явлениями (на примере затороопасного участка
бассейна Северной Двины)
Комплексная оценка вероятностного ущерба от негативного воздействия вод, связанного с опасными ледовыми явлениями, включает в себя:
• анализ эффективности противозаторных и противозажорных
мероприятий;
• определение экономического ущерба, причиняемого экономике
региона ледовым затруднением на водном объекте;
• разработку рекомендаций по проведению защитных мероприятий с оценкой параметров требуемых сооружений, объемов и видов
специальных работ.
Данный подход реализован в бассейне Северной Двины для одного из самых сложных затороопасных участков реки – от слияния рр.
Сухоны и Юга до впадения р. Вычегды, который является одним
из наиболее проблемных в европейской части России и всей страны
в целом. Борьба с наводнениями, вызванными заторами льда, в пределах этого участка ведется уже не одно десятилетие.
Комплексные исследования опасных ледовых явлений основаны
на многолетнем изучении водного, ледового и руслового режимов Северной Двины (рис. 6.10–6.13), часть из которых прошла апробацию
в Двинско-Печорском БВУ и администрации Вологодской области
[131–133]. Разработанные подходы могут быть использованы при создании комплексных методик расчета и прогноза опасных гидрологических процессов, связанных с ледовыми явлениями, в т. ч. вследствие
климатических изменений в других регионах страны, а также при создании методики оценки экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству ледовыми затруднениями на реках, и определения эффективности противозаторных и противозажорных мероприятий.
При наводнениях, затоплениях и подтоплениях территорий различают годовой (фактический), среднемноголетний (среднегодовой)
и ожидаемый (перспективный) экономические ущербы.
В общем случае экономический ущерб носит прямой и косвенный характер. Прямой ущерб связывают с непосредственным физическим контактом вод с хозяйственными объектами. Величину такого ущерба определяют затратами на восстановление хозяйства или текущей рыночной
стоимостью разрушенных (или нарушенных) хозяйственных объектов.
Косвенный ущерб имеет влияние практически на все остальные отрасли экономики, представляя собой потери из-за нарушения хозяйственных
связей, спада производства, торговых и банковских операций и т. п.
163
а – глубины; б – скорости течения; в – отметки водной поверхности
Рис. 6.10. Рассчитанные на основе модели «River» параметры водного потока р. Северной Двины
при 1%-ных уровнях заторного генезиса при наличии защитных дамб:
164
Годовой экономический ущерб определяется как стоимостная
оценка потерь продукции, ресурсов, основных и оборотных фондов
(средств) непосредственно в момент стихийного бедствия и в последующий период до восстановления нормальной деятельности объектов
экономики, инфраструктуры и обычных условий жизни населения.
Ожидаемый экономический ущерб определяется на перспективу
как возможный (вероятный) ущерб по состоянию социального и экономического развития района на перспективный уровень при отсутствии защитных мероприятий.
Определение ожидаемого экономического ущерба [113, 128] может проводиться на основе экспертных оценок роста экономического
годового фактического или среднемноголетнего ущерба.
Прямой экономический ущерб от наводнения и затопления включает в себя:
• потери от повреждений основных производственных и непроизводственных фондов (разрушение зданий, коммуникаций, сооружений, машин, оборудования, смыв многолетних насаждений, гибель скота и т. д.);
• потери оборотных фондов на объектах (сырье, топливо, полуфабрикаты, семенной фонд и т. п.);
• потери годовой промышленной и сельскохозяйственной продукции;
• потери от сокращения объема выпускаемой продукции за период прекращения производственного цикла;
• дополнительные затраты на проведение аварийно-спасательных
работ и эвакуацию имущества;
• эвакуацию населения и его обустройство на новом месте;
• потерю личной собственности граждан;
• ущерб от деградации лесных и сельскохозяйственных угодий,
а также зеленых насаждений в жилой зоне.
Косвенный экономический ущерб возникает в смежных производствах. Он обусловлен простоем предприятий, перерабатывающих продукцию объектов, подверженных наводнению и затоплению.
К косвенному ущербу относится также оплата за период простоя, потери на транспорте, упущенная выгода, ущерб, наносимый смывом
загрязняющих веществ и навоза от размыва и повреждения отстойников, биопрудов, очистных сооружений и т. д.
Если какие-то из указанных ущербов не могут быть оценены частично или полностью, то неучтенный ущерб определяется как доля
(в размере 20%, коэффициент 0,2) от суммы прямого и косвенного
ущербов.
165
166
167
а – современные условия; б – при наличии защитной дамбы
Рис. 6.12. Рассчитанные на основе модели «River» глубины и скорости течения у г. Красавино
при 1%-ных уровнях заторного генезиса:
а – до левобережного побочня в центральной части города; б – до автодорожного моста
Рис. 6.11. Рассчитанные на основе модели «River» глубины и скорости течения у г. Великий Устюг
при 1%-ных уровнях заторного генезиса при наличии защитной дамбы:
а – отметки водной поверхности; б – скорости течения
Рис. 6.13. Разница рассчитанных на основе модели «River» параметров водного потока у п. Красавино
при 1%-ных уровнях заторного генезиса в современных условияхи при наличии защитной дамбы:
168
На практике существуют несколько методических подходов
к оценке ущербов от опасных природных явлений и аварий на гидротехнических сооружениях.
1. Методика определения размера вреда, который может быть
причинен жизни и здоровью физических лиц, имуществу физических
и юридических лиц в результате аварии судоходных гидротехнических сооружений, утвержденная совместным приказом МЧС и Минтранса России от 2 октября 2007 г. № 528/143 и предназначенная для
ориентировочного определения размера вероятного вреда, нанесенного судоходным гидротехническим сооружениям. В методике дано
определение ряда базовых понятий:
• зона затопления – зона, в пределах которой происходит движение потока, образующегося при разрушении дамбы (плотины);
• катастрофическое затопление – территория, на которой затопление имеет глубину 1,5 м и более и может повлечь за собой разрушение
зданий и сооружений, гибель людей, выход из строя оборудования
предприятий.
Исходными данными для определения размера вероятного вреда
в общем виде являются:
• перечень прогнозируемых сценариев аварий ГТС, в т. ч. гидродинамических аварий с указанием возможных зон воздействия аварии;
• значения величин негативных воздействий аварии ГТС.
При гидродинамической аварии происходит:
• разрушение ограждающих дамб и разлив содержимого хранилищ, вызывающий затопление окружающих территорий, в том числе
мест временного или постоянного присутствия человека, мест размещения зданий и сооружений;
• распространение вредных веществ, которое приводит к загрязнению почв и земель, грунтовых вод, поверхностных водоемов, источников питьевого водоснабжения.
Для определения размера вероятного вреда применяются различные методы: метод детальной оценки, планшетный метод и метод
укрупненных показателей.
Для каждого из гидротехнических сооружений определяются возможные аварии и их поражающие факторы. Для каждого из видов
ущербов составляются математические зависимости, позволяющие
оценить ущерб наиболее точно. Применяя метод укрупненных показателей, на начальном этапе по данным официальной статистики нужно определить совокупность социально-экономических показателей
по территориям, в том числе общую площадь территории; среднюю
169
плотность населения; численность населения с разбивкой на городское и сельское население; среднюю плотность населения в городах
и поселках городского типа; длину автодорог общего пользования или
плотность автодорог на 1000 км 2 территории; балансовую стоимость
основных производственных фондов; валовой национальный продукт
за год или любой другой агрегированный экономический показатель
по территории.
Зоны затопления делятся на зоны сильных, средних и слабых
разрушений.
В общем виде вероятный вред от аварии на гидротехническом
сооружении (ГТС) определяется как сумма:
Иобщ = Ил + ИО + И2 + ИТЖЗ + И5,
3
È ôîí
i 1
Si K i Ïi ,,
С = С (1+1,015)n,
(6.17)
(6.18)
где n – количество лет между 1997 г. и годом выполнения расчетов, i –
тип зоны воздействия (1≤i≤3), S, S1, S2, S3 – площади соответственно
всей территории и зон сильных, средних и слабых разрушений, K, K1,
K2, K3 – степень разрушения соответственно всей территории и в зонах
сильных, средних и слабых разрушений; П, П1, П2, П3 – коэффициент
концентрации основных фондов соответственно на территории
и в зонах сильных, средних и слабых разрушений:
(6.16)
где Иобщ – полные убытки (полный ущерб) от аварии ГТС; Ил – затраты,
понесенные в результате гибели, пропажи без вести и травматизма
людей; Ио – ущерб основным и оборотным фондам предприятий, кроме
основных и оборотных фондов владельца ГТС; И2 – ущерб готовой
продукции предприятий, кроме продукции владельца ГТС; Итжэ –
ущерб, нанесенный элементам транспорта и связи, жилому фонду,
имуществу граждан, сельскохозяйственному производству, лесному
фонду от потери леса как сырья по рыночным ценам, от затопления
и гибели лесов по фактическим затратам на восстановление леса,
от сброса опасных веществ (отходов) в окружающую среду, а также
ущерба, вызванного нарушением водоснабжения из-за аварий
водозаборных сооружений; И5 – расходы на ликвидацию последствий
аварии.
Важное место в расчетах полного ущерба занимают такие составляющие, как оценка ущерба, нанесенного имуществу граждан, ущерб
основным и оборотным фондам, готовой продукции, затраты понесенные в результате гибели и травматизма людей.
Расчет ущербов основным фондам (И) следует производить
по формуле:
È
1,015 (осредненный ежегодный темп роста основных фондов
относительно 1997 г.) и использование следующей формулы:
Pi
,
Pôîí
Ïi
(6.19)
где Pi – плотность населения в зонах соответственно сильных (i = 1),
средних (i = 2) и слабых (i=3) разрушений; Pфон – средняя плотность
населения по территориям.
Оценка ущерба готовой продукции, произведенной на предприятии и хранящейся на затрагиваемой наводнением (другой стихией)
территории, производится по формуле:
È
È ôîí
3
n
i 1
(6.20)
S i K i Ïi ,
где И – ущерб готовой продукции; Ифон – общий валовой продукт,
произведенный за рабочийдень на территории и отнесенный к его
территории, который рассчитывается как
S
P1
(P – валовой
Np 1
продукт за год; N – число рабочих дней в году, которое обычно
принимается равным 250); n – срок хранения готовой продукции
на предприятии.
Остальные обозначения идентичны предыдущей формуле по расчетам ущербов основным производственным фондам.
Оценка ущерба жилому фонду производится по формуле:
È
1
Ññ . n .
3
i 1
N iK i
2
C2.n.
3
i 1
MiK i ,
(6.21)
где Ифон – общая балансовая стоимость основных производственных
фондов территории, отнесенная к единице его территории
(«плотность» фондов). При невозможности определения балансовой
стоимости основных производственных фондов территории
на момент вычисления рекомендуется применение коэффициента
где И – ущерб жилому фонду; β1 = 1,1, β2 = 1,3 – коэффициенты,
учитывающие ущерб элементам сельского и городского
благоустройства; Сс. п. и Сг. п. – осредненная стоимость жилого фонда
и имущества для сельского и городского жителя соответственно;
170
171
Ni – количество сельских жителей, проживающих в зонах сильного,
среднего и слабого разрушений; Mi – количество городских жителей,
проживающих в зонах сильного, среднего и слабого разрушений; Ki –
степень разрушения по зонам.
Одной из важнейших проблем при таком подходе является определение стоимости жилья, имущества и земельного участка для сельских и городских жителей. В качестве одного из подходов может быть
расчет через стоимость основных фондов. Однако и оценка основных фондов в России проводится нерегулярно и дает относительно
приближенные данные. Еще одним источником могут быть данные
кадастровой оценки земельных участков, но и эта оценка существует
не для всех регионов, и тем более отдельных населенных пунктов.
Для оценки числа погибших и пострадавших от гидродинамической аварии предлагаются различные коэффициенты для аварии, возникшей днем или ночью. При этом не учитывается время добегания
волны до населенного пункта. Такими рекомендациями можно пользоваться лишь для оценки числа погибших и пострадавших в ближних населенных пунктах, в которых затопление происходит внезапно
и быстро. Предполагается, что для населенных пунктов, время добегания до которых достаточно велико, население будет предупреждено
о начале аварии и успеет эвакуироваться.
В настоящее время в Российской Федерации действует Федеральный закон «Об обязательном страховании гражданской ответственности владельца опасного объекта за причинение вреда в результате
аварии на опасном объекте»1, в соответствии с которым размеры страховых выплат по договору обязательного страхования составляют:
• 2 млн руб. – в части возмещения вреда лицам, понесшим ущерб
в результате смерти каждого потерпевшего (кормильца);
• не более 25 тыс. руб. – в счет возмещения расходов на погребение каждого потерпевшего;
• не более 2 млн руб. – в части возмещения вреда, причиненного
здоровью каждого потерпевшего;
• не более 200 тыс. руб. – в части возмещения вреда, причиненного в связи с нарушением условий жизнедеятельности каждого потерпевшего.
1 Федеральный закон Российской Федерации от 27 июля 2010 г. № 225ФЗ «Об обязательном страховании гражданской ответственности владельца
опасного объекта за причинение вреда в результате аварии на опасном объекте». Принят Государственной Думой 16 июля 2010 г.; одобрен Советом
Федерации 19 июля 2010 г. (вступил в силу с 01.01.2012 г.).
172
Используя вышеприведенные данные, можно рассчитать материальные потери в результате гибели людей, а также оценить возмещение ущерба здоровью людей, пострадавших от опасных природных
явлений.
Для оценки ущерба от негативного воздействия вод, связанного
с опасными ледовыми явлениями, использование в полном объеме
методики МЧС не является целесообразным, поскольку она нацелена
на оценку вреда в результате аварии на ГТС, что отсутствует в нашем
случае. Поэтому ниже описаны только те элементы, которые соответствуют нашему расчетному случаю.
2. Методика, разработанная и апробированная сотрудниками
Института окружающей среды и безопасности человека Университета ООН (на примере регионов Германии, Юго-Восточной
Азии).
Методика предполагает разделение понятия «риск» на два компонента. Первый компонент – «exposure», или подверженность, сумма возможных потерь; предполагает оценку площади территории,
основных фондов и количества населения, подверженного затоплению. Второй компонент – «vulnerability», или уязвимость системы,
служит для оценки способности системы противостоять наводнению. В свою очередь понятие уязвимости состоит из нескольких
параметров: «susceptibility» – восприимчивость системы, или оценка параметров чувствительности системы к изменению условий
природной среды; «сoping capacity» – способность к преодолению,
ликвидации последствий опасных природных явлений; «аdaptive
capacity» – способность адаптироваться к изменившимся условиям
среды.
Таким образом, уязвимость территории определяется по формуле
V = g ((E, S)–C),
(6.22)
где E (Exposure) – подверженность; S (susceptibility) – восприимчивость;
C (Capacities) – способность противостоять опасному природному
явлению.
Вводится понятие риска как вероятности возникновения опасного
явления.
Риск определяется по формуле
R = ƒ (H, V),
где H (hazards) – угроза; V – уязвимость.
173
(6.23)
Данная методика предполагает использование комплексного
индекса, оценивающего каждый из параметров (и подпараметров)
несколькими индикаторами. Исследование [128] является результатом адаптации зарубежных подходов к российской практике статистического учета, так как значительная часть показателей, применявшихся за рубежом, в России не учитывается. Российская статистика
в большей степени направлена на учет материальных активов, особенно на уровне муниципальных образований, поэтому делать оценку «способностей» сообщества удается лишь с помощью косвенных
индикаторов.
3. Методика оценки вероятностного ущерба от вредного воздействия вод и оценки эффективности осуществления превентивных
водохозяйственных мероприятий, разработанная ФГУП «ВИЭМС»
[128].
Расчетные формулы указанной методики ФГУП «ВИЭМС» [128]
могут быть применены для оценки вероятностного ущерба от вредного воздействия вод и оценки эффективности осуществления превентивных водохозяйственных мероприятий на территориях с невысокой
плотностью населения и основных производственных объектов. Расчетная методика должна быть адаптированной к имеющейся статистической информации и экономико-географическим особенностям
хозяйственной освоенности территории.
В дополнение к вышеперечисленным методическим рекомендациям и законодательным актам действуют и могут быть использованы в качестве базовых документов:
Правила определения величины финансового обеспечения
гражданской ответственности за вред, причиненный в результате аварии гидротехнического сооружения (утверждены Постановлением
Правительства Российской Федерации от 18 декабря 2001 г. № 876).
Порядок определения размера вреда, который может быть
причинен жизни, здоровью физических лиц, имуществу физических
и юридических лиц в результате аварии гидротехнического сооружения (утвержден Приказом МЧС России, Минэнерго России, МПР России, Минтрансом России и Госгортехнадзором России от 18.05.2002 г.
№ 243/150/270/68/89, зарегистрирован в Минюсте России 03.06.2002 г.
№ 3493).

Согласно данному подходу ущерб подразделяется на прямой
и косвенный. Прямой экономический ущерб от вредного воздействия вод включает в себя потери от повреждения основных производственных и непроизводственных фондов (разрушение зданий,
коммуникаций, сооружений, машин, оборудования, смыв многолетних насаждений, гибель скота и т. д.); потери оборотных фондов на объектах (сырье, топливо, полуфабрикаты, семенной фонд
и т. д.); потери готовой промышленной и сельскохозяйственной
продукции; потери от сокращения объема выпускаемой продукции за период временного прекращения производственного цикла;
дополнительные затраты на проведение аварийно-спасательных
работ, экстренных защитно-регулировочных работ и эвакуация
имущества; эвакуация населения и его обустройство на новом
месте, реэвакуация; потеря личной собственности граждан; потеря трудоспособности, временная нетрудоспособность граждан.
Косвенный экономический ущерб возникает в смежных производствах, он обусловлен простоем предприятий, перерабатывающих
продукцию объектов, поврежденных наводнением и затоплением.
К косвенному ущербу относится также оплата за период простоя,
потери на транспорте, упущенная выгода (недополучение торговой
прибыли, налогов от смежных предприятий), ущерб, наносимый
смывом загрязняющих веществ и навоза от размыва и повреждения стокохранилищ, биопрудов, очистных сооружений, навозохранилищ и т. д. В данной методике основной акцент в расчетах делается на оценке стоимости потерянных фондов, имущества и т. д.
в сумме с затратами на их восстановление и возобновление штатного функционирования.
В общем виде прямой экономический ущерб от вредного воздействия вод состоит из следующих видов ущерба:
174
175
í
Ó íï = Ó îô + Ó îáô + Ó ÃÏ + Çàñ + Çýâ + Â íó + Ó ËÑ + Çâ + Ó ñîö
,
(6.24)
где Упн – прямой экономический ущерб от вредного воздействия вод;
Уоф – ущерб от повреждения и выбытия основных (производственных
и непроизводственных) фондов; Уобф – ущерб от повреждений и выбытия
оборотных фондов; Угп – ущерб от потери готовой промышленной
и сельскохозяйственной продукции, потерь продукции на лесных
угодьях; Зас – затраты на проведение аварийно-спасательных работ;
Зэв – затраты на эвакуацию населения и его обустройство на новом
месте, реэвакуация; В ну – упущенная выгода из-за потери стоимости
нереализованной продукции и прибыли и отсюда потери налогов
в бюджет, как с торговли, так и с предприятий; Улс – потеря личной
собственности граждан; Зв – затраты на восстановление разрушенных
н
зданий, сооружений, коммуникаций, оборудования; Усоц
– социально-
экономический ущерб, который определяется суммой потерь чистого
продукта в сфере производства, увеличением выплат из фонда
социального страхования, снижением поступления в социальные
фонды.
Важнейшими показателями для расчетов стоимостных показателей являются удельные значения, которые должны быть пересчитаны с применением индексов-дефляторов, установленных в соответствующих субъектах Российской Федерации на соответствующий год
по строке «Строительство».
Исходными данными для оценки ущербов основным производственным фондам и готовой продукции предприятий, жилому фонду
и личной собственности граждан являются население расположенных
в зоне затопления населенных пунктов и их высотное расположение,
а также характер жилой и производственной застройки, которые были
подразделены в зависимости от типа расселения.
Земли, подверженные затоплению и подтоплению, определены
в прибрежной полосе шириной, соответствующей подъему максимальных уровней 1%-ной обеспеченности.
Зоной затопления считается территория, прилегающая непосредственно к урезу воды, ограниченная среднемеженным уровнем
воды и границей выхода воды в периоды паводков при максимальных
уровнях.
Зоной подтопления принято считать территорию, непосредственно примыкающую к границе зоны затопления, на которую воздействует подъем уровня грунтовых вод, вызванный затоплением. Границами
территории подтопления служат: со стороны водного объекта – граница зоны затопления, со стороны прилегающего склона – линия высот, превышающая границу затопления на 0,6–0,8 м (подъем уровня
грунтовых вод).
В зону затопления и подтопления попадают существующие постройки (жилые и хозяйственные), огороды, лесные, сельскохозяйственные и прочие земли (дороги, пляжи и др.), которые при
длительном и кратковременном стоянии вод остро испытывают их
неблагоприятное воздействие.
В качестве расчетного примера определение площадей затопления и подтопления выполнено с учетом морфометрических особенностей местности и на основе инженерно-гидрологических расчетов
по рекам Сухона, Юг и Северная Двина.
Стоимость годового фактического среднемноголетнего ущерба
(Уф) для объекта (например, в Вологодской и Архангельской областях)
176
определяется по формуле (6.25) с применением удельных показателей
затрат на ликвидацию ущерба
Ó ô = (Ç1
Sï
Ç2
Sí
Ç3
Lï
Ç4
P0
Ç5ï
Lï
Ç6
Ç7
Ç8 ), (6.25)
где З 1– удельные затраты по производственным объектам; руб.; Sп –
общая площадь поврежденных производственных объектов, тыс. м 2;
З 2 – удельные затраты по непроизводственным объектам, руб.; Sн –
общая площадь поврежденных непроизводственных объектов, тыс.
м 2; З 3 – удельные затраты по линейным сооружениям, тыс. руб.; Lл –
протяженность поврежденных линейных сооружений, км; З 4 – затраты
на аварийно-спасательные работы исходя из удельных показателей; Ро –
фактические (расчетные) объемы работ в соответствующих единицах
измерения; З 5 – затраты по потерянной продукции и по оборотным
фондам на пострадавшем предприятии, тыс. руб.; З 6 – затраты
на компенсацию населению, тыс. руб.; З 7 – затраты по косвенным
ущербам, тыс. руб.; З 8 – затраты по неучтенным ущербам, тыс. руб.
Оценка стоимости защитных сооружений и работ
для защиты населенных пунктов и объектов экономики
по укрупненным показателям или аналогам
Одним из вариантов защиты территорий (например, городов Великий Устюг и Красавино) от наводнений является повышение отметок территории прибрежной части рек (строительство противопаводковой дамбы) одновременно с увеличением пропускной способности
русел рек путем дноуглубительных работ и использованием извлекаемого грунта для строительства дамбы.
Дамбы – это самый распространенный и относительно дешевый
тип гидротехнических сооружений для защиты от наводнений. Они
примыкают к склонам долины, не затопляемым при самом высоком
уровне половодья. В наиболее опасных местах воздействия потока
они должны быть укреплены основательнее. Обвалованная территория должна дренироваться. Расстояние между дамбами должно быть
увязано с количественными характеристиками наводнения и структурой водного потока. Без учета последнего дамбы могут разрушаться.
При сооружении дамб происходят изменения на нижележащих участках реки – размыв берегов и углубление русла.
Оценка стоимости строительства противопаводковой дамбы проводится на основе системы нормативных документов, действующих
в строительстве в Российской Федерации:
177
ФЕР 81–02–01–2001. ФЕР-2001. Сборник № 1. Земляные работы
(утверждены и введены в действие с 01.11.2001 г. постановлением
Госстроя России от 02.11.2001 г. № 117). Предназначены для определения прямых затрат в сметной стоимости строительных работ
по разработке и перемещению грунтов и на сопутствующие работы
в промышленном, жилищно-гражданском, транспортном и водохозяйственном строительстве, при сооружении линий электропередач
и связи, магистральных трубопроводов и др.
• ФЕР 81–02–38–2001. ФЕР-2001. Сборник № 38. Каменные
конструкции гидротехнических сооружений (утверждены и введены в действие с 10.10.2003 г. постановлением Госстроя России
от 08.10.2003 г. № 174). Предназначены для определения прямых затрат в сметной стоимости строительных работ при выполнении работ
по возведению бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений.
• ФЕР 81–02–36–2001.ФЕР-2001. Сборник № 36. Земляные
конструкции гидротехнических сооружений (утверждены и введены в действие с 10.10.2003 г. постановлением Госстроя России
от 08.10.2003 г. № 174, с изменениями от 22.06.2006 г., 08.04.2008 г.).
Предназначены для определения прямых затрат в сметной стоимости
строительных работ при выполнении работ по возведению бетонных
и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений.
• Свод правил 45.13330.2012. Земляные сооружения, основания
и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01–87. Дата
введения – 01.01.2013 г. Содержит указания по производству и оценке
соответствия земляных работ, устройству оснований и фундаментов
при строительстве новых, реконструкции зданий и сооружений; разработан в развитие СП 22.13330 и СП 24.13330.
• Расчеты стоимости противопаводковых дамб производятся
по укрупненным блокам затрат в соответствии с минимальными требованиями, основанными на результатах гидродинамического моделирования. В нашем случае (район г. Великий Устюг) принимались отметки
гребней дамб: 59,64 м БС, 60,64 м БС, 61,14 м БС. Строительство любой дамбы предусматривает, помимо возведения земляной плотины,
устройство водосбросного и водовыпускного сооружений. Грунты, образованные при их строительстве, применяют для возведения дамбы.
Вид крепления откосов выбирается с учетом наличия местных материалов, характера грунта дамбы, наличия средств механизации и исходя
из экономической оценки возможных вариантов. Так, для крепления
верховых откосов дамб предлагаются бетонные, железобетонные мо-
нолитные и сборные, каменные (насыпные) виды креплений. Крепление низового откоса производят путем посева трав, отсыпкой щебнем
или гравием или другими способами создания облегченных покрытий.
В среднем объем песчаного грунта моделируемой противопаводковой
дамбы для г. Великий Устюг протяженностью 11,5 км (вариант 2 при
модельных расчетах) составляет от 720 тыс. м 3 до 900 тыс. м 3 (в зависимости от высоты дамбы); протяженностью 15,9 км (вариант 1 модельных расчетов) – от 940 тыс. м 3 до 1300 тыс. м 3.
Для расчетов использованы удельные затраты согласно таблице
6,4 на разработку грунта, укрепление дамб обвалования, дренажа
и др. видов работ.
С учетом вышеуказанных удельных затрат, а также с применением поправок на коэффициенты инфляции (в среднем 10% в год) для
дамбы протяженностью 11,5 км (вариант 2) затраты по выемке грунта,
укреплению основания и откосов составили в среднем 993,8 млн руб.,
по устройству закрытого дренажа, водосбросного и водовыпускного
сооружений – 78 млн руб., вспомогательные работы (уплотнение,
укрепление и др. виды работ) – 40 млн руб. При использовании для
строительства дамбы привозного грунта стоимость разработки грунтов экскаваторами определенного типа увеличивается на коэффициент плеча доставки. Последний определяется расстоянием перевозки,
но не более чем 1,4.
Общая стоимость проекта противопаводковой дамбы для г. Великий Устюг протяженностью 11,5 км (вариант 2) и высотой 5 м составила 1111,8 млн руб. (без учета затрат на проектные и проектноизыскательские работы, которые в среднем составляют от 10 до 15%
общей стоимости проекта). Таким образом, стоимость 1 км дамбы высотой 5 м составляет порядка 100,0 млн руб.
Общая стоимость проекта противопаводковой дамбы для г. Великий Устюг протяженностью 11,5 км (вариант 2) и высотой 6 м составляет 1382,0 млн руб. (без учета затрат на проектные и проектноизыскательские работы, которые в среднем составляют от 10 до 15%
общей стоимости проекта). Таким образом, стоимость 1 км дамбы высотой 6 м составляет порядка 120,0 млн руб.
Общая стоимость проекта противопаводковой дамбы для г. Великий Устюг протяженностью 11,5 км (вариант 2) и высотой 6,5 м составляет 1516,8 млн руб. (без учета затрат на проектные и проектноизыскательские работы, которые в среднем составляют от 10 до 15%
общей стоимости проекта). Таким образом, стоимость 1 км дамбы высотой 6,5 м составляет порядка 131,9 млн руб.
178
179
Таблица 6.4
Составные элементы оценки стоимости противопаводковых дамб
Наименование и характеристика строительных работ
и конструкций
Разработка грунта плавучими землесосными снарядами дизельными
Разработка грунта плавучими землесосными снарядами электрическими
Вспомогательные работы при разработке и укладки грунта плавучими землесосными снарядами
послойно-грунто-опорным способом и методом
набивки гребня в профильное сооружение, в отвал
с устройством обвалования и в штабель, производительность установки (по грунту) 200 м 3/час
Устройство каналов, дамб обвалования одноковшовыми экскаваторами
Устройство закрытого дренажа механизированным
способом
Устройство упоров в основании откосов при одиночном мощении на щебне, толщина слоя камня
0,2 м, толщина подстилающего слоя 0,12 м
Единица
измерения
Прямые затраты, руб.
1 м 3 грунта
676,24 1
1 м 3 грунта
654,24 2
1 м 3 грунта
3905,5
1 м 3 грунта
310,65
10 м
дренажа
21252,5
100 м упора 14417,13
100 м2
Укрепление откосов земляного полотна бетонныукрепляемой 11286,07
ми плитами сборными толщиной до 8 см
поверхности
Укрепление откосов земляных сооружений по2164,18
100 м 2
севом многолетних трав
Если применять аналогичный подход к оценке стоимости противопаводковой дамбы для г. Красавино протяженностью 4,3 км высотой 3 м,
то общая стоимость составляет 316,1 млн руб. Таким образом, стоимость
1 км дамбы для г. Красавино высотой 3 м составляет 73,5 млн руб.
Оценка стоимости предлагаемых противопаводковых дамб методом аналогов показывает, что в целом расчетные цифры проекта
близки к освоенным/осваиваемым капитальным вложениям по ряду
построенных и строящихся объектов или находящихся на стадии капитального ремонта (табл. 6.5).
Таблица 6.5
Стоимость противопаводковых дамб на других объектах РФ
Наименование объекта, характеристика
Общая
ПротяженСроки стоимость,
ность, км
млн руб.
г. Орск Оренбургской области (позволяет защитить от наводнений более 4,5 тыс. домов,
в которых проживают свыше 12 тыс. чел.,
общая площадь защищаемой территории –
109 га. Позволяет предотвратить возможный
ущерб на сумму свыше 1,4 млрд руб.)
13,49
2011–
2013
916,6
г. Правдинск Калининградской области
(монолитные работы по устройству приемного колодца, заново проложены водоотводящие каналы)
н. д.
2012
120,0
Ленинская дамба, г. Казань (реконструкция,
демонтаж старого монтажа, организация
современной транспортной развязки и мостовыми переходами и 9 полосами движения)
1,315
2012–
2013
3200,0
На стадии
опреде- 2012
ления
1500,0
г. Дубна, ОЭЗ (защита объектов, расположенных на левобережной площадке особой
экономической зоны)
Дамба на ул. Лермонтова в г. Томске (защитное сооружение высотой 1,5 м, шириной
1,65 м и длиной 200 м. Предотвращение
подтопления водами реки Ушайки 9 жилых
домов на улице Лермонтова)
0,2
2013
0,615
1 С учетом вышеуказанных стандартов.
2 Указана средняя стоимость для землесосных снарядов разной
производительности.
В целом, по информации Федерального агентства водных ресурсов, за период 2008–2011 гг. в Российской Федерации было построено
более 250 дамб общей протяженностью 400 км. Бюджетные расходы
(без учета региональных и местных бюджетов, а также внебюджетных источников) составили 13,2 млрд руб.
Стоимость дноуглубительных работ. Помимо строительства
гидротехнических сооружений, одним из важнейших мероприятий
для защиты населенных пунктов от неблагоприятного воздействия
вод является проведение дноуглубительных работ. Для расчета стоимости проведения дноуглубительных работ основополагающим документом служит «Свод правил 45.13330.2012 г. Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП
180
181
3.02.01–87. Дата введения – 01.01.2013 г. ». Основными факторами,
влияющими на стоимость услуг земснарядов, являются виды производимых работ, тип и объем разрабатываемого грунта, глубина
разработки и дальность выброса грунта. В среднем для условий рассматриваемой местности стоимость выемки 1 м 3 грунта плавучими
землесосными снарядами составляет 268,7 руб. Таким образом, для
выемки порядка 1,0 млн. м 3 грунта общие расходы составят порядка
270,0 млн руб.
Оценка ущерба объектов экономики
и жилищно-коммунального хозяйства
от негативного воздействия вод
Оценка вероятного ущерба объектов экономики и ЖКХ производится на основе отобранных удельных показателей (табл. 6.6) годового ущерба.
Таблица 6.6
Расчет стоимости в соответствии с методикой [128]
№
Наименование показателей
Ед. измерения
1
2
3
Ущерб от повреждения производственных объектов
Восстановление базы строительных
1
1 м 2, руб.
материалов
Ущерб от повреждения непроизводственных объектов
Восстановление непроизводственных
2
1 м 2, руб.
объектов
Ущерб от повреждения коммуникаций
3 Восстановление линий связи
1 км, тыс. руб.
Удельный
показатель
4
1
2
3
Компенсации населению и аварийно-спасательные мероприятия
Эвакуация населения на новое место, за9 траты на его временное обустройство и его
1 чел., руб.
реэвакуацию
Компенсация населению за гибель личного
1 семья, тыс. руб.
10
имущества
11 Единовременное пособие пострадавшим
1 семья, тыс. руб.
Медицинская помощь при аварийно12
1 чел., руб.
спасательных работах
Восстановление жилых домов одноэтажных
1 м2
13
деревянных
Восстановление объектов подсобно14
1 м2
хозяйственного назначения при жилых домах
15 Восстановление заборов и изгородей
1 м, руб.
16 Восстановление приусадебного участка
1 га, тыс. руб.
Всего прямой экономический ущерб
Косвенные ущербы: загрязнение водных
Коэффициент
17
и земельных ресурсов. Потери на транспорте
Неучтенные ущербы включая социально18
Коэффициент
экономический
4
95 646
48
48
3 443
9 239
1 913
191
57
0,02
0,1
Примечание. В ценах 2013 г.
10 138
Расчет стоимости годового ущерба (Уф) приведен в таблице 6.7.
Таблица 6.7
Годовой ущерб для экономических и социальных объектов
Великоустюгского района в зоне 5%-ной обеспеченности
14 921
230
4 Восстановление автодорог городских
1 км, тыс. руб.
4 974
5 Восстановление откосов дорог
1 м, руб.
6 313
Ущерб от повреждения объектов непроизводственного назначения
Восстановление открытого спортивного
4 782
6
1 м 2, руб.
сооружения
7 Восстановление тротуаров
1 км, тыс. руб.
201
Восстановление линий наружного
8
1 км, тыс. руб.
67
освещения
182
Окончание табл. 6.6
№
п/п
Категории объектов
1 Непроизводственные объекты
2 Производственные объекты
Население
3
Жилье
Итого по жилью
4 Общая сумма
Общая сумма (без сельских
5 населенных пунктов). Великий Устюг
Размер ущер- Ед. изба, тыс. руб. мерения
314 963,5
471 946,9
348 832,4
1 495 151,6
1 843 984,0
2 630 894,4
1 536 000, 2
183
м2
м2
чел.
м2
Количество
Ущерб
27770
46550
2142
161800
314963,5
471946,9
348832,4
1495151,6
Полученные статистические и фондовые данные должны обязательно верифицироваться с помощью результатов полевых
исследований.
Для рассматриваемого примера (территория у г. Великий Устюг)
полученные статистические и фондовые данные верифицировались
с помощью результатов полевых исследований, в результате которых была собрана информация по городам Великий Устюг и Котлас,
а также по сельским поселениям и другим поселкам данного региона.
Пространственная привязка осуществлена по материалам схем территориального планирования и космическим снимкам.
База данных включает в себя следующие данные:
− Генеральный план города Котласа Архангельской области, проект планировки территории южного района и правила землепользования и застройки, 2007–2008 гг.
− Инвестиционный паспорт Великоустюгского муниципального
района, 2012 г.
− Программ социально-экономического развития Великоустюгского муниципального района Вологодской области на 2013–2016 гг.
− Регистр промышленных предприятий Российской Федерации,
2010–2011 гг.
− Социально-экономическая ситуация в Великоустюгском муниципальном районе: итоги за 2010–2012 гг.
− Социально-экономическое положение в г. Котласе за 2012 г.
− Социально-экономическое положение Котласского муниципального района за 2011–2012 гг.
− Список объектов малого и среднего предпринимательства, осуществляющих свою деятельность на территории Великоустюгского
муниципального района на 01.01.2013 г.
− Стратегия социально-экономического развития Вологодской
области на период до 2020 г.
− Схема планировки поселений Великоустюгского муниципального района: сельское поселение Юдино, Трегубовское и Красавинское.
− Схема территориального планирования Вологодской области,
утвержденная постановлением Правительства Вологодской области
от 12.05. 2009 г. № 750.
− Численность людей с инвалидностью по населенным пунктам
Великоустюгского района на 01.01. 2013 г.
− Численность населения Великоустюгского муниципального
района по населенным пунктам на 01.01.2013 г.
− Численность населения Котласского муниципального района
по населенным пунктам на 01.01.2013 г.
− Территория Великоустюгского муниципального района, подвергающаяся угрозе наводнения, охватывает южную часть г. Великий
Устюг и долинную территорию на левобережье Малой Северной Двины к северу от города. Ее границы проходят по левому берегу р. Сухона от площади В. И. Ленина до слияния с р. Юг и затем по левому
берегу реки Северная Двина до впадения в нее р. Стрига, а затем вдоль
правого берега р. Стрига до автодороги на Котлас-Архангельск. Однако, по данным проведенного гидродинамического моделирования, затапливаемая территория несколько меньше и охватывает территорию
до дороги на Демьяново. Таким образом, общая площадь потенциально опасной территории составляет около 21 км 2 (2100 га). В ее состав
входят город Великий Устюг (численность населения – 32 тыс. чел.)
и 13 сельских поселений (с общей численностью населения 1058 чел.).
Наиболее крупными из них являются деревни Юдино с населением
461 чел. и Стрига с населением 374 чел. Остальные – это малые сельские поселения с численностью проживающих менее 40 чел. Кроме
этого, в пределах оцениваемой территории находится 570 га частично
мелиорированной пашни. Дополнительно у населения имеется в качестве приусадебных участков еще около 106 га земли. Следует также от-
184
185
В нашем случае оценка затрат на ликвидацию последствий возможных наводнений в долине реки Малая Северная Двина проводилась на основе совмещения (сравнения) полученных в результате
модельных расчетов данных о затапливаемых площадях и их конфигурации с накопленными в ходе полевых исследований в мае-июне
2013 г. базами данных по социально-экономическим объектам Великоустюжского и Котласского районов (табл. 6.8).
Таблица 6.8
Годовой ущерб для экономических и социальных объектов
г. Красавино в зоне 1%-ной обеспеченности
Категории объектов
1 Частные дома
2 Население
Производственные
3
объекты
Итого
Единица
измерения
Количество
Размер ущерба, руб.
ед.
чел.
828
1 660
1 147 536 487,86
270 337 008,22
м²
8 800
89 218 787,89
1 507 092 283,97
метить, что реально проживающее население здесь существенно больше, особенно в весенне-летний сезон за счет дачников и отдыхающих.
Согласно данным гидродинамического моделирования в зону затопления попадают все 13 сельских поселений и карталы Нижнего
Посада г. Великий Устюг в районе улиц Кузнецкой, Копылова, Шмидта, Кооперативной, Рабочей и Энегельса, приблизительно до улицы
Космонавтов. Здесь же в зоне затопления оказывается новый городской стадион. В зоне затполения также оказывается территория ОАО
«Великоустюгский судостроительно-судоремнотный завод», гаражи
и кварталы между ул. Горького и берегом Сухоны, в т. ч. нефтебаза
«Лукойл», территория хлебозавода и частично склады хлебопредприятия. В пределах Верхнего Посада в зоне затопления оказываются
кварталы к западу от ул. Ленина, в т. ч. территория ТЭЦ и историкоархитектурные комплексы до границ парка культуры и отдыха. Согласно проектным предложениям дамба защищает территорию от площади Ленина и далее вниз по течению Сухоны.
Принимая во внимание степень детализации решаемой задачи
в расчетах не учли ущерб от повреждения коммуникаций и косвенные
ущербы, включение которых в расчеты резко повышает трудоемкость
работ и принципиально не влияет на общие масштабы ущерба.
По результатам статистических и натурных исследований территории Великоустюгского района, планируемой к защите с помощью
ГТС, было выявлено 27,8 тыс. м 2 объектов непроизводственного назначения (социальная инфраструктура), 46,6 тыс. м 2 объектов производственной инфраструктуры и 1094 одноэтажных дома и квартир в многоэтажных домах общей площадью 161,8 тыс. м 2 (табл. 2.6–2.8).
Проведенные согласно вышерассмотренной методике расчеты позволяют оценить общий потенциальный ущерб в зоне возможного затопления при 5%-ной обеспеченности в 2,6 млрд руб. (в т. ч. по г. Великий Устюг – 1,5 млрд руб.), в т. ч.:
• 1,8 млрд руб. – стоимость восстановления жилья и компенсации
населению;
• 471,9 млн руб. – затраты на восстановление объектов производственной сферы;
• 315 млн руб. – затраты на восстановление объектов социальной
инфраструктуры.
В расчетах не учтен ущерб для сельскохозяйственных земель (пашни)
общей площадью 530 га и экологические последствия наводнения. Кроме
того, г. Великий Устюг имеет уникальный историко-архитектурный ансамбль, значительная часть которого расположена в зоне затопления и ре-
альная стоимость которого многократно выше формально-статистических
оценок, основанных на удельных значениях затрат на ликвидацию ущерба
для объектов социальной инфраструктуры. Сравнение затрат на ликвидацию последствий наводнения и затрат на строительство дамбы показывает,
что проект строительства противопаводковых дамб достаточно эффективен (средний коэффициент эффективности – около 2,0).
Расчет ущерба для г. Красавино. Анализ социально-экономического потенциала г. Красавино, попадающего в зону затопления 1%-ной
обеспеченности, показал, что практически все кварталы индивидуальной застройки попадают под затопление. Общее число домостроений
составляет 828 домов, в которых проживают около 1700 чел. населения (23,7% от общей численности проживающих). Из общего числа затапливаемых домов 194 расположены в северной части города,
301 – в восточной части города, 309 индивидуальных домов и 6 двухэтажных многоквартирных домов – в южной части города.
Районы многоэтажной застройки, а также территория Красавинского льнокомбината имени Грибанова (который в настоящее время не работает) в зону затопления не попадают. Однако в зону затопления попадают
территория Красавинской ТЭЦ и производственные территории к востоку
от нее (табл. 6.9). В общей сложности потенциальный ущерб в пределах
рассматриваемой территории затопления составит 1,5 млрд руб.
Коэффициент экономической эффективности сооружения дамбы
составляет порядка 3,6, и это более чем в 1,5 раза выше эффективности дамбы в Великом Устюге.
186
187
Рис. 6.14. Ледорезная машина на Сухоне
188
189
3
Описание
объекта
4
Класс объекта
5
Размер
ущерба, руб.
2
3
4
Производственный
объект
Великий До Рабочей
Частные дома
Устюг улицы 7 домов
хлебозавод
и половина
Великий
складов хле16
Устюг
боприемного
пункта
15
11 домов
Великий
9
по набережной Частные дома
Устюг
до НФ Лукойл
23 дома между
Великий
10
Васендина
Частные дома
Устюг
и Энегельса
ПроизводПроизводстВеликий
ственный
11
венные
Устюг
объект
мастерские
ПроизводВеликий бокс для
12
ственный
Устюг автотехники
объект
4 2-этажных
Великий
13
деревянных
Частные дома
Устюг
дома
ИсторикоВеликий церковь Симекультурное
14
Устюг она Столпина
сооружение
1
7 200
3 600
40
96
84
200
м²
м²
чел.
чел.
чел.
м²
м²
м²
чел.
м²
2 027 699,72
1 013 849,86
27 385 933,94
5 968 323,72
101 384 986,24
м²
чел.
чел.
39 367 280,04
11 981 346,10
чел.
10 000
14
400
32
100
200
46
22
7
520
чел.
6
12
7
Кол-во
чел.
Ед.
измер.
6
18 827 829,59
5
Королево –
Частные дома 10 269 725,23
1 чел., 6 домов
260 жилых инВеликий
2
дивидуальных Частные дома 445 021 426,59
Устюг
домов
Открытое
Великий
3
Стадион
спортивное
34 432 636,84
Устюг
сооружение
ПроизводВеликий
4
Колония
ственный
36 498 595,05
Устюг
объект
Великий 20 домов по ул.
5
Частные дома 34 232 417,43
Устюг Кузнецова
МногокварВеликий
6
24 квартиры
тирный жилой 48 895 874,65
Устюг
дом
42 дома к югоВеликий
7
востоку от ул Частные дома 71 888 076,60
Устюг
Щелкунова
Великий
Непроизводст8
Баня
2 984 161,86
Устюг
венный объект
Зона
Краса1
вино
1 2
№
Дом
6
Ед.
Колизво
мер.
9
10
101 384 986,24
2 279 950,67
5 968 323,72
5 211 315,82
1 013 849,86
2 027 699,72
7 491 266,49
3 582 779,63
8
2 984 161,86
Дом
Дом
Дом
Дом
9
7
4
23
11
10
9 701 395,43
22 174 618,12
31 876 013,55
15 245 049,96
11
Продолжение табл. 6.9
58 208 372,57
33 261 927,18
Квар48
тира
42
27 718 272,65
360 337 544,50
8 315 481,80
11
Ущерб
20
Дом
13 679 704,03 Дом
15 633 947,46
6 514 144,78
36 498 595,05
34 432 636,84
84 683 882,09 Дом 260
1 954 243,43
8
Ущерб
Информация по объектам экономики и ЖКХ, попадающим в зону негативного воздействия вод
Таблица 6.9
190
191
3
Великий 3 дома
Устюг по Пушкарихе
2
6 846 483,49
4 индивидуВеликий
альных дома
Частные дома
Устюг
в квартале ЦРБ
32
чел.
чел.
м²
62 667 399,04
6 846 483,49
м²
11 955 776,68
Великий 4 индивидуальЧастные дома
Устюг ных дома
чел.
чел.
м²
м²
6
м²
м²
м²
чел.
чел.
чел.
чел.
чел.
6
4 074 656,22
31
28
10 269 725,23
4 562 324,38
Производственный
объект
Великий 6 индивидуальЧастные дома
Устюг ных домов
7 460 404,65
1 двухэтажный
Великий
каменный
Частные дома
Устюг
жилой дом
Открытое
Великий
29
Спортплощадка спортивное
Устюг
сооружение
три церкви,
ИсторикоВеликий 3 двухэтажных
30
культурное
Устюг каменных
сооружение
здания
27
ИсторикоВеликий
25
архитектурный
Устюг
музей
ПроизводстВеликий венные
26
Устюг в районе
поликлиники
1
5
149 208 092,96
Соборное двоИсторикоВеликий рище (архирейкультурное
Устюг ский двор и др.
сооружение
постройки)
24
4
101 384 986,24
Производственный
объект
Заливается
территория
Великий
ТЭЦ (20000 м 2,
23
Устюг
в т. ч. 10000 –
застройка)
Историкокультурное
сооружение
2 027 699,72
Производственный
объект
Великий
Речной вокзал
Устюг
3
6 846 483,49
Частные дома
2
12 390 138,02
Частные дома
22
6 846 483,49
Частные дома
5 134 862,61
5
3 423 241,74
Частные дома
4
Частные дома
18
Великий 2 индивидуальУстюг ных дома
Великий 1 2-этажный
19
Устюг деревянный
Великий 1 2-этажный
20
Устюг каменный
1 2-этажный
Великий
21
деревянный
Устюг
жилой дом
17
1
8
8
4 200
2 500
8
12
450
500
7
10 000
10 000
200
8
8
8
4
6
7
1 302 828,96
1 302 828,96
62 667 399,04
11 955 776,68
1 302 828,96
1 954 243,43
4 562 324,38
7 460 404,65
8
149 208 092,96
101 384 986,24
2 027 699,72
1 302 828,96
1 302 828,96
1 302 828,96
651 414,48
977 121,72
8
1
1
1
2
3
10
11
5 543 654,53
11 087 309,06
5 543 654,53
2 771 827,27
4 157 740,90
Дом
Дом
Дом
Дом
9
4
4
1
6
10
5 543 654,53
5 543 654,53
2 771 827,27
8 315 481,80
11
Продолжение табл. 6.9
Дом
Дом
Дом
Дом
Дом
9
Продолжение табл. 6.9
192
193
2
3
4
5
3
47 436 823,54
18 910 914,26
10 841 370,76
56 646 342,38
5
27 548 787,56
89 218 787,89
м²
Красавино
51
Производственный
объект
Частные дома 1 417 873 496,08 чел.
828 домов,
1660 жителей
8800 производственных
площадей
Красавино
м²
50
0,00
чел.
чел.
чел.
чел.
чел.
чел.
чел.
чел.
6
чел.
8 800
1 660
53 000 000
4
10
23
374
53
14
7
67
7
33
20
чел.
Сельскохозяйственные
угодья
21 440 118,97
15 487 672,52
20 376 596,84
Частные дома
Частные дома
Частные дома
Частные дома 317 301 275,71
Частные дома
Частные дома
Частные дома
Частные дома
4
Частные дома
461
чел.
Великий
Пашня
Устюг
Великий Аксеново 67
Устюг (33 дома)
Великий Петровская 7
Устюг (7 домов
Великий Коробово 14
Устюг (12 домов)
Великий Галкино 53
Устюг (28 домов)
Великий Стрига 374
Устюг (185 домов)
Великий Никулино 23
Устюг (12 домов)
Великий Шатрово 10
Устюг (10 домов)
ПайкиноВеликий
Заемжа 4
Устюг
(15 домов)
2
Великий Калашово 33
Устюг (16 домов)
166
чел.
2 000
м²
20 000
20
чел.
м²
14
7
чел.
6
49
48
47
46
45
44
43
42
41
1
40
Набережная
Великий 13–19 (7 ин33
Частные дома 11 981 346,10
Устюг дивидуальных
домов)
Набережная
Великий 3–12 (10 инЧастные дома 17 116 208,72
34
Устюг дивидуальных
домов)
ПроизводВеликий Пилорама
35
ственный
20 276 997,25
Устюг (2000 кв. м)
объект
ПроизводПМК
Великий
ственный
202 769 972,48
36
Устюгстрой
Устюг
объект
(20000 кв. м.)
Рогозино,
Великий Сулимская
Частные дома 142 064 532,33
37
Устюг и квартал ВУ –
83 инд. дома
Юдино
Великий
38
461 чел.
Частные дома 393 835 654,06
Устюг
(230 домов)
Великий Федоровское
39
Частные дома 17 116 208,72
Устюг 20 (10 домов)
1
Дом
Дом
9
83
10
7
10
9
Дом
Дом
Дом
28
12
7
33
10
22 174 618,12
13 859 136,33
Дом
Дом
Дом
15
10
12
20 788 704,49
13 859 136,33
16 630 963,59
256 394 022,05
38 805 581,72
16 630 963,59
9 701 395,43
45 735 149,88
11
89 218 787,89
270 337 008,22 Дом 828 1 147 536 487,86
651 414,48
1 628 536,19
3 745 633,25
60 907 253,66 Дом 185
8 631 241,83
2 279 950,67
1 139 975,34
16
10
318 760 135,52
115 030 831,51
13 859 136,33
9 701 395,43
11
Окончание табл. 6.9
Дом
Дом
10 911 192,50 Дом
8
5 374 169,44
3 257 072,39
75 075 518,55 Дом 230
27 033 700,82 Дом
202 769 972,48
20 276 997,25
3 257 072,39
2 279 950,67
8
Продолжение табл. 6.9
Оценка эффективности защитных сооружений
Эффективность – соотношение результата и затрат, вызвавших
данный результат. Применительно к оценке эффективности строительства защитных сооружений должно проводиться сопоставление
годового ущерба для разного уровня обеспеченности со стоимостью
противопаводковой дамбы, как это сделано для рассматриваемого
примера в г. Великий Устюг (табл. 6.10).
Таблица 6.10
Оценка эффективности строительства противопаводковых дамб
быть оценено как высокоэффективное гидротехническое мероприятие по защите города и прилегающих сельских населенных пунктов
от негативного воздействия вод.
Расчеты эффективности для г. Красавино показывают, что строительство противопаводковой дамбы эффективно лишь для экстремального варианта, соответствующего уровню весеннего половодья
заторного генезиса 1%-ной обеспеченности. А при 5%-ной обеспеченности территория города не подвергается затоплению, за исключением крайних улиц, где может наблюдаться исключительно
подтопление.
Эффективность мероСтоимость защитприятий
ных сооружений
1%-ная
5%-ная
5%-ная обе- (млн руб.) и краткая 1%-ная
обеспеченхарактеристика
обеспеобеспеспеченность
ность
ченность ченность
Годовой ущерб, млн руб.
Район
Великоустюгский
район*
Великий
Устюг**
Красавино
6 831,1
2 630,9
1590,0 (5 м)
4,3
1,6
6 831,1
2 630,9
1908,0 (6 м)
3,6
1,4
__________________________
6 831,1
2 630,9
2097,2 (6,5 м)
3,3
1,2
_____________________
5 742,1
1 536,0
1 111,8 (5 м)
5,2
1,4
______________
5 742,1
1 536,0
1 382,0 (6 м)
4,2
1,14
5 742,1
1 536,0
1 516,8 (6,5 м)
3,8
1,04
1 507,1
0,0
316,1 (3 м)
4,8
н/определено
* Расчет идет для дамбы протяженностью 15,9 км (вариант 1).
** Расчет идет для дамбы протяженностью 11,4 км (вариант 2).
Выполненные по вышерассмотренной методике расчеты эффективности строительства гидротехнических сооружений для Великоустюгского района показывают, что даже при весеннем половодье
заторного генезиса 5%-ной обеспеченности, сооружение противопаводковой дамбы целесообразно, но коэффициент эффективности
крайне низок. При затоплении территорий уровнями воды 1%-ной
обеспеченности весеннего половодья заторного генезиса значения эффективности превышают 3,5 для разных вариантов дамбы. Это может
194
195
ГЛАВА 7. СОВРЕМЕННАЯ МЕТОДОЛОГИЯ ИЗУЧЕНИЯ
ПРОЦЕССОВ ЗАЖОРО- И ЗАТОРООБРАЗОВАНИЯ
7.1. Натурные исследования зажоров и заторов льда
Систематические наблюдения за процессами образования зажоров и заторов льда производятся по стандартным программам на сети
гидрологических постов Росгидромета, где в 8 и 20 час. по местному
времени измеряются уровни воды и фиксируется ледовая обстановка
на реке у поста [85]. Наблюдения ведутся за следующими ледовыми
характеристиками:
- сроками появления льда, ледостава, вскрытия и очищения
ото льда на участке поста;
- степенью покрытия водной поверхности льдом;
- видами ледяных образований и ледовых явлений;
- толщиной ледяного покрова и высотой снега на льду.
В 1960-х гг. на некоторых российских реках измерялся сток льда.
Зажоры и заторы льда влияют на уровенный режим реки в пределах ограниченных участков, и поэтому существующей сети постоянно действующих гидрологических постов на реках (расположение
которых подчинено, прежде всего, задаче учета стока воды) недостаточно для полной характеристики этих явлений между постами. Разнообразие местных погодных, водных, термических, ледовых и морфометрических условий служит причиной большой изменчивости
интенсивности процессов зажоро- и заторообразования по длине рек.
Длина участка между гидрологическими постами, приемлемая для
мониторинга зажоров и заторов, не должна превышать 10 км. Среднее же расстояние между постами на реках России составляет 150 км.
Подавляющее большинство постов расположено на относительно
прямолинейных участках вне зон разветвления русла, островов, поворотов, мест перелома продольного профиля реки, т. е. вне зон образования скоплений льда. Если ход уровня воды на посту оказывается под влиянием образовавшегося ниже по реке зажора или затора,
то трудно определить, в какой мере наблюдения на посту отражают
максимальный зажорный (заторный) подъем уровня воды. Поэтому
велико значение организации детальных экспедиционных исследований зажоров и заторов, включающей в себя создание временных гидрологических постов, которые организуются в пределах зажорных
(заторных) участков реки вблизи крупных хозяйственных объектов
и населенных пунктов (рис. 7.1).
В задачу проведения экспедиционных исследований входит получение следующих сведений и характеристик [23, 104]:
- границы расположения скопления льда;
- перепад уровней воды на речном участке;
- объем льда в скоплении;
- особенности строения скопления льда;
- сведения об ущербе от зажора (затора) и эффективности мероприятий по борьбе с ним.
В состав экспедиционных работ входят:
- наблюдения за процессами замерзания и вскрытия речного
участка, где формируются зажоры и заторы;
- рекогносцировочное обследование ледосборного участка при
ледоставе с выполнением ледомерной съемки;
- наблюдения за уровнями воды и уклонами водной поверхности;
- наблюдения за стоком льда в периоды замерзания и вскрытия реки;
196
197
Рис. 7.1. Схема расположения временных гидрологических постов
при изучении зажоров и заторов льда у города Великий Устюг
Наблюдения на постоянных и временных гидрологических постах, расположенных в пределах зажорного или заторного участка, производятся с целью определения продольного профиля во-
дной поверхности при зажоре или заторе, динамики его развития
и разрушения.
Временные посты для изучения зажоров и заторов оборудуются
на участке наиболее вероятного образования зажора или затора и размещаются по следующей схеме: по одному посту ниже скопления льда
и в зоне подпора, два – три поста непосредственно на участке скопления. Посты должны быть свайного типа и размещаться должны в местах, защищенных от навалов льда.
На постоянных и временных постах производится наблюдение
за уровнем воды, ледовой обстановкой и стоком льда. Наблюдения
на временных постах начинаются осенью с момента появления признаков начала замерзания (появление сала, шуги, заберегов), а весной – с начала устойчивого подъема уровня над горизонтом зимней
межени более 0,1 м. Они прекращаются при устойчивом спаде уровня. Наблюдения ведутся через 4 час. включая и стандартные сроки.
При угрозе подъема уровня воды до опасных отметок начинаются
ежечасные наблюдения. Для обеспечения наблюдений за ледовой
обстановкой в ночное время река освещается прожекторами или ракетами. Для фиксации подвижек льда створы постов размечаются
вехами. Регистрируются время подвижек и длина пути перемещения
ледяных масс.
Весной наблюдения ведутся с начала подъема уровня воды. С момента начала опасного подъёма они производятся ежечасно (табл. 7.1).
По данным наблюдений за уровнями, на гидрологических постах
строятся совмещенные хронологические графики уровней Z=f (L, t),
выраженных в Балтийской высотной системе, и продольные профили
водной поверхности для нескольких моментов времени. Информативными при своей компактности являются также графики с изолиниями
следования отметок поверхности воды по длине реки (рис. 7.2).
При анализе графиков [11] следует иметь в виду, что образование
скопления льда ниже гидрологического поста сопровождается ростом уровня воды. Если скопление формируется между двумя постами, на верхнем по течению посту уровень повышается, а на нижнем
остаётся неизменным или понижается. Прорыв скопления льда приводит к перестройке продольного профиля водной поверхности реки:
на нижнем посту уровень повышается, а на верхнем падает. О появлении скопления льда между двумя постами иногда можно судить
по уменьшению густоты ледохода на нижнем посту.
Контроль подвижек может осуществляться радиоакустическим методом. Сущность его заключается в том, что на дне реки до ледовых
явлений устанавливаются микрофоны (гидрофоны). Воспринимаемый
198
199
- измерения температуры воздуха в период с ледовыми явлениями
и определение наиболее вероятного направления и скорости ветра;
- маршрутные наземные и авианаблюдения за процессами замерзания и вскрытия реки.
Рекогносцировка ледовой обстановки в период замерзания реки
производится с целью выявления мест осеннего торошения льда и зажорных скоплений. Зимой по данным ледомерной съёмки определяется запас ледяного материала на участке реки и выявляются места
с аномальными толщинами ледяного покрова.
Специализированные экспедиционные работы, помимо стандартных видов наблюдений, в свой состав также включают:
- ледомерные съемки на исследуемых речных участках в период
ледостава с использованием радиолокаторов;
- испытания на прочность образцов льда, причем как образцов малого размера, так и ледяных клавиш шириной до 1 м и длиной до 3 м;
- описание структуры и текстуры льда;
- наблюдения за условиями возникновения трещин в ледяном покрове и характером образования, а также формой, размерами русловых и береговых навалов льда в зонах образования скопления льда;
- учащенные наблюдения за интенсивностью ледохода с целью
определения расхода и баланса льда на исследуемых участках реки;
- измерения площади и толщины ледяных полей и льдин, а также
скорости их перемещения;
- наблюдения за характером взаимодействия льдин с кромкой ледяного покрова с целью количественного описания условий подныривания льдин под кромку ледяного покрова и наползания их на кромку;
- картирование ледовой обстановки с борта воздушного судна
и проведение аэрофотосъемок с целью выявления её динамики на исследуемом речном участке и граничащих участках реки.
Производят также метеорологические наблюдения на береговых
или островных площадках. В состав метеонаблюдений входит измерения температуры воздуха, направления и скорости ветра. Их организуют с даты перехода температуры воздуха через 0 оС от положительных
значений к отрицательным значениям до даты обратного перехода. Сроки наблюдений стандартные: 1, 7, 13 и 19 час. по местному времени.
7.1.1. Наблюдения за уровнем воды и ледовой обстановкой
ими звук записывается на CD, затем уровень шума в период подвижек
оценивается в децибаллах и сортируется по имеющейся шкале.
Окончание табл. 7.1
1
Таблица 7.1
Учащенные измерения уровней воды на р. Томь у г. Томска
при образовании затора весной 2010 г.
Дата
1
25.04
26.04
27.04
28.04
2
3
Г/пост на 68 км
(голова затора)
4
08
14
20
24
04
08
12
14
16
20
24
04
08
10
12
14
16
18
20
22
24
04
06
08
12
14
16
18
20
24
423
435
447
452
456
468
490
500
505
507
514
520
528
535
553
574
573
575
577
586
588
590
598
603
617
622
632
646
664 закраины
267
279
298
300
302
332
347
357
357
363
395
402
413
425
434
450
452
453
455
470
480
482
488
500
508
514
528
543
Время
200
29.04
30.04
01.05
2
3
4
02
04
06
08
10
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
02
04
06
08
10
12
14
16
20
24
04
08
12
16
20
24
664
688
711
716
881 затор
940
983
945
955
1030
1057
1010
993
956
920
910
870
830
790
775
758
705
680
672
674
657
645
647
649
646
647
650
558
584
596
599
626 г. ледоход
717 затор
664
623
613
620
620
786
780
827
843
831
811
780
755
747
735
729
700
663
663
704
699
697
699
698
700
702
201
Рис. 7.2. Изолинии следования отметок поверхности воды
по длине реки Лена у г. Ленска с 01.05.2001 по 01.06.2001 гг. [11]
Контроль подвижек может осуществляться радиоакустическим
методом. Сущность его заключается в том, что на дне реки до ледовых явлений устанавливаются микрофоны (гидрофоны). Воспринимаемый ими звук записывается на CD, затем уровень шума в период
подвижек оценивается в децибаллах и сортируется по имеющейся
шкале.
Имеющиеся на сегодня технические средства позволяют создавать
автоматизированные системы мониторинга процессов зажоро- и заторообразования. Функциями такой системы являются автоматическое
измерение уровня воды в ряде пунктов контроля, передача данных
измерения по техническим каналам связи, обработка, диагностирование и прогнозирование ледовых ситуаций [5].
Кроме стандартных наблюдений, выполняются также береговые маршрутные обследования, которые необходимы для описания ледовых явлений на значительном протяжении. Они выполняются отрядом экспедиции после наиболее резких изменений
ледовой обстановки. По данным обследований составляются
план исследуемого участка реки с нанесением мест образования
перемычек, трещин в ледяном покрове, участков с ледоходом
и навалами льда.
Измерение размеров ледяных полей и льдин можно производить как визуально по соотношению этих размеров и заранее определенных расстояний (например, ширины реки), так и с помощью
различных дальномеров, в частности, волномера-перспектометра,
для чего пользуются наклонными линиями сетки прибора, предназначенными для измерения расстояний, перпендикулярных лучу
зрения. При наблюдениях за размерами льдин ограничиваются
расстояниями до них не более 1,5 км – тогда измерения являются
надежными.
7.1.2. Ледомерная съёмка и наблюдения за стоком льда
Стационарные наблюдения за толщиной ледяного покрова ведутся один раз в 5 дней. Производят их на расстоянии 5–10 м от берега и на середине акватории. Измеряются также высота снега на льду
и слой шуги подо льдом. Сведения о толщине ледяного покрова, измеренной на гидрологических постах Росгидромета, которые ведутся
с 1950 г. по настоящее время, приводятся в «Ежегодных данных о режиме и ресурсах поверхностных вод суши» в таблице «Толщина льда
и высота снега на льду».
202
203
Ледомерные съемки делают на участках протяженностью
5–10 км. Число съемок за зиму составляет не менее трех: 1-я – в первые дни после установления ледостава, 2-я – в середине зимы, 3-я –
за несколько дней до вскрытия. На одну съемку уходит 3–4 дня. Сократить это время позволяют радиоледомеры – например, РЛ 100,
созданный ОАО «Контакт-1» (табл. 7.2), или разработанный в ГГИ
прибор «Метель», устанавливаемый на мотосанях. Они фиксируют
время отражения от верхней и нижней поверхности ледяного покрова радиосигналов, формируемых антенной. Толщину льда определяют по графику связи ее с разностью времени отражения сигнала
от этих поверхностей. Прибор плохо работает весной, когда на льду
появляется вода.
При назначении створов измерений следует избегать участков, где
шугу заносит внутрь водного потока, например порогов. Расход масс
шуги, т/с, движущейся во всплывшем состоянии через створ наблюдений, определяется по формуле
n
Q  a   m 
 V ,
(7.1)
1
При изучении процесса зажорообразования, особенно в нижних
бьефах высоконапорных ГЭС, определяют расход шуги. Накопленный опыт даёт возможность надёжно определять его в случаях движения шуги в поверхностном слое и при более или менее равномерном
и устойчивом во времени её распределении по глубине. Такое движение шуги наблюдается на большинстве больших рек равнинных районов при скорости течения воды до 1,5 м/с.
где a – количество шуги на единицу площади ковра, т/м 2;
m – густота комьев и ковров шуги в долях от нуля до единицы;
φ – доля полосы от ширины реки с густотой шугохода mø ;
n – число полос с густотой шугохода mø ;
B – ширина реки, м;
V – скорость движения шуги, м/с.
Частота производства наблюдений за густотой шугохода и степенью покрытия ширины реки шугой назначается исходя из изменчивости характеристик шугохода, но не менее чем в два срока:
8 и 20 час.
Количество шуги на единицу площади шуговых скоплений (a ø)
определяется взятием её проб с помощью шугобатометра с последующим взвешиванием взятой пробы. Отбор проб производится
с судна или моста по возможности в нескольких точках по ширине
и с десятикратной повторностью в каждой точке. В тех случаях,
когда выход на судне опасен, отбор проб производится вблизи
берега.
Шугобатометр представляет собой стальную трубу квадратного сечения. Длина трубы (наибольшая высота столба отбираемой
пробы шуги) составляет 1 м, а сечение трубы – 50 см 2. В нижней
части трубы имеется откидная дверца, входящая внутрь шугобатометра при погружении его в смесь воды со льдом и закрывающая нижнее отверстие при остановке прибора или подъёме вверх.
Захваченная вместе с шугой вода при извлечении шугобатометра
вытекает свободно через отверстия, имеющиеся в его стенках.
Извлечённая шугобатометром проба шуги вытряхивается через
верхний его конец в ведро и взвешивается с помощью имеющегося в комплекте шугобатометра безмена с точностью до 50 г. Вес
шуги, отнесенный к площади сечения шугобатометра (50 см 2),
и есть величина a ø , которая колеблется за период шугохода
от 0,08 до 0,30 т/м 2.
204
205
Таблица 7.2
Технические данные радиоледомера РЛ 100
Параметр
Значения
Диапазон измерения толщины льда
20–300 см
Напряжение постоянного источника
12–24 В
Потребляемая мощность, не более
3 Вт
Масса:
приёмо-передающий модуль
1,5 кг
модуль обработки
1,5 кг
пульт индикации
0,5 кг
Условия эксплуатации:
температура окружающего воздуха
от –60 до + 40
Для определения скорости движения шуги используют способ
засечек шуговых скоплений при прохождении ими створов, отстоящих один от другого на расстоянии 50–100 м. Время прохождения
шуговых скоплений между этими створами фиксируется секундомером. При производстве наблюдений за Vø выбирают скопления шуги
на разных расстояниях от берега, с которого ведут наблюдения, с тем,
чтобы получить данные, характеризующие скорость в разных полосах по ширине реки.
При наличии данных систематических измерений расходов шуги
определяют сток шуги за период волны холода или за весь период шугохода. По данным наблюдений за расходом шуги и скоростью перемещения кромки ледостава вверх по реке (V ) оценивают толщину
скоплений шуги в зажоре (м)
h 
Q
,
V  B
(7.2)
где
– удельный вес льда в зажоре (т/м 3), который определяется
в ходе ледомерных съёмок в прежние годы.
Для изучения заторных явлений необходимы знания о расходе льда в период весеннего ледохода
n
Q   m   h  V ,
(7.3)
1
где m – густота ледохода в долях от нуля до единицы на полосе
шириной B;
h – толщина льдин, м;
V – скорость движения ледяных полей и льдин, м/с.
Частота учёта заполнения поверхности реки движущимся льдом
зависит от изменчивости этой характеристики и общей длительности ледохода. В течение светлой части суток можно произвести
от 3 до 6 измерений расходов льда. Пример подсчёта стока льда приведён в таблице 7.3.
Измерения стока льда производились в 50–60-е гг. прошлого столетия. Отрывочные сведения об этих измерениях приводятся в соответствующих гидрологических ежегодниках. В настоящее
время измерения стока льда при изучении зажоров и заторов льда
не выполняются.
206
Таблица 7.3
Подсчёт стока льда на р. Волхов
1
у левого
3
1
у правого
3
берега
1
на стрежне
3
Ширина реки B, м
0,10
0,80
0,30
1,20
0,20
1,00
Средняя толщина льдин h , м
240
240
240
Скорость движения льдин V , м/с
0,35
0,35
0,35
8,7
32,0
18,7
Полосы движущегося льда
Коэффициент ледохода m
Расход льда в полосе
m   h  V
Общий расход льда Qл, м 3/c
берега
59,4
7.1.3. Расчёт толщины скопления льда
по данным наблюдений за уровнем воды
В настоящее время методы непосредственного измерения толщины и объема зажорных и заторных масс льда в руслах рек только
разрабатывается, однако имеется метод косвенной оценки этих масс
на основе гидравлического расчета, опирающегося на гидрометрические характеристики русла и наблюдения горизонтов и расходов воды
[96]. При этом толщину льда на речном участке реки определяют
из уравнения, характеризующего водопропускную способность русла
под скоплением льда, которое можно представить как
Q2
l

2
Z n
 0,9t
3/ 2
1
4/3
,
(7.4)
где Q – расход воды под скоплением льда;
ΔZ – перепад уровня воды на участке длиной l ;
ω – площадь поперечного сечения русла, соответствующая средней
отметке уровня на этом участке (Zср);
h – толщина скопления льда;
В – ширина реки по нижней поверхности льда при уровне Zср;
α – отношение коэффициента шероховатости нижней поверхности льда
(nл) к коэффициенту шероховатости русла (nр).
207
Правая часть уравнения (4) является функцией отметки уровня
воды и толщины скопления льда. Если задаться разными значениями
ω и hск, то с помощью этого уравнения для участка длиной l , вычисляя Q 2/ΔZ, можно построить семейство кривых
Z

Q2 

 f  t ,
Z 

Последний находится по таблице 7.4, а коэффициент nр определяется по гидравлическим справочникам. Морфометрические характеристики устанавливаются по материалам русловых и береговых топографических съемок.
Таблица 7.4
(7.5)
(рис. 7.2), которые называются опорными кривыми и используются
для оценки толщины скопления льда на участке реки. Предварительно
этот участок разбивается на ряд однородных по морфометрическим
характеристикам (уклону, ширине, коэффициенту шероховатости
русла) расчетных участков длиной 1–4 км. Для построения кривых
(7.5) необходимо располагать следующими характеристиками
расчетного участка:
1) графиками связи площади водного сечения и ширины реки
с уровнем воды;
2) коэффициентами шероховатости русла (nр) и нижней поверхности скопления льда (nл).
Коэффициенты шероховатости нижней поверхности
скопления льда
Скопление образовалось
Толщина скопления льда,
из плотной (пром
из рыхлой шуги
мерзшей) шуги
0,5
0,7
1,0
1,5
2,0
3,0
5,0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,04
0,05
0.06
0,02
0,03
0,04
0,06
0,07
0,08
0,09
из льдин
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,10
–
Имея данные о расходе и уровнях воды на каждом из расчетных
участков в разное время, нетрудно с помощью кривых (7.5) оценить
характер распределения льда в зажоре или заторе. Так, если по данным измерений уровня в нижнем створе участка имеем Zн = 207,55 м,
а в верхнем Zв= 207,92 м, то Z = 0,37 м, а Zср = 207,74 м. При расходе
воды 57,9 м 3/c вычисляем:
Q 2 11,2  10 6

 30,3  10 6.
0,37
Z
Q2
и уровню Zср = 207,74.м на графике, приZ
ведённом на рисунке 2, соответствует толщина скопления льда
hск = 2,6 м.
Этому значению
7.1.3. Определение прочности льда
для р. Нарва у г. Нарвы
Наиболее важным элементом в изучении условий образования
заторов является прочность весеннего льда. Для ее определения
чаще всего применяют метод ледяных клавиш (консолей) размером
h  h  5h . Их выпиливают в ледяном покрове бензопилой.
208
209
Рис. 7.3. График функции Z

Q2 

 f  t ,
Z 

Станок для создания сосредоточенной нагрузки на свободном
конце ледяной клавиши представляет собой рычаг второго рода
для нагрузки, действующей вверх. В качестве рычага используется деревянный брус сечением 20×30 см или металлическая труба
5–7 см. Опорой рычага служат деревянные или металлические
козлы, устанавливаемые на льду вблизи свободного конца клавиши, который подвергается нагрузке, действующей вверх. Трос,
связывающий короткий конец рычага со льдом, закрепляется
в П-образной короткой прорези. В качестве тары для нагрузки
конца консоли используется железная обрезанная бочка. Грузом
может служить чугунная дробь, гравий или песок. Они насыпаются в бочку постепенно и при изломе клавиши насыпку моментально прекращают.
Сила, прилагаемая к свободному концу консоли, –
PP
 L2

Ll
 q  L ,
l
 2l

(7.6)
где РГ – вес груза, кг;
q – вес одного погонного метра рычага;
l – длина малого рычага, м;
L – полная длина рычага.
Предельное сопротивление льда изгибу МПа вычисляется
по формуле

0,6
 0,75 ,
bh 2
(7.7)

0,1
,
rd
(7.8)
где σр – в Мпа;
Р – нагрузка на образец, кг;
r – радиус, см;
d – длина образца, см.
Поскольку натурные испытания льда на прочность, как правило, выполняются в течение двух-трех полевых сезонов, то они не дают представления о среднем многолетнем и наибольшем значениях прочности.
По данным испытаний льда на прочность в течение двух-трех полевых сезонов можно установить параметры σо и sо в формуле С. Н. Булатова [17]:
2

s 
,
(7.9)
 o 1 

s
o


где s – количество поглощенной льдом солнечной радиации в период
его таяния. После этого ежегодные значения σи рассчитывается
по данным многолетних наблюдений на ближайшей к исследуемому
участку реки метеостанции.
Перспективным средством определения прочности зажорных
и заторных скоплений льда является испытание их на срез путём продавливания слоя плавающего раздробленного льда бетонными цилиндрическими штампами, спускаемыми на лёд с вертолёта [68]. Срезывающее напряжение определяется по формуле

P
,
2 r2
(7.10)
где а и b – длина и ширина консоли, см;
hл – толщина льда, см.
Метод клавиш используется, если толщина ледяного покрова не превышает 60 см. При большей толщине можно применить
способ испытания льда на прочность путём сжатия цилиндров,
получаемых при послойном распиливании кернов, выбуриваемых из ледяного покрова кольцевым буром ПИ-8. Цилиндр раздавливается по диаметру в полевом прессе ПИМ-100 с нагрузкой
до 100 кг. Образец льда испытывает при этом в основном растяжение, но значение разрушающего напряжения получается близким к определенному по методу консолей. Оно рассчитывается
по формуле
К дистанционным методам исследования относятся прежде всего
авиаразведки и аэрофотосъёмки ледовой обстановки на реке и водохранилище. Они дают возможность быстро получить детальную информацию на участке реки большой протяжённости.
210
211
где P – вес штампа, продавливающего слой раздробленного льда;
r – радиус окружности основания штампа.
В ходе исследований, выполненных на Северной Двине, прочность заторного льда составила не более 0,8 т/м 2 (7,85 кПа).
7.1.4. Дистанционные исследования
процессов зажоро- и заторообразования
Анализ материалов авианаблюдений и аэрофотосъемок позволяет
установить размеры, строение и тип скопления льда, наличие цепочки зажоров или заторов, охарактеризовать особенности перераспределения стока льда по рукавам, места и размеры полыней.
Посредством повторных аэрофотосъемок можно определить скорость движения льда, а также скорости перемещения вверх по реке
верхней границы скопления льда (Vск) и смещения верхней границы
участка с густым и средним ледоходом (Vл). Если известна средняя
толщина льдин, то могут быть вычислены расход льда и возможная
длина скопления льда:
L L
,

n
r
m
i 1
,i
L ,i B ,i,
(7.11)
где Lск, о – начальная длина скопления льда;
В – ширина реки;
r – коэффициент упаковки льда, равный отношению толщины
скопления к толщине подплывающих льдин;
mi – густота ледохода на расположенных выше участках реки
с ледотранзитом до скопления льда;
Lл, i и В л.i – длина и ширина участка реки с густотой ледохода mi.
Авианаблюдения и аэрофотосъемки за процессами зажоро- и заторообразования проводятся при скорости полета 100–140 км/час
и высоте 400–600 м. Их проведение целесообразно совмещать во времени с проведением наземных маршрутных обследований ледовой
обстановки и ее возможных последствий (затопления территорий,
повреждения гидротехнических сооружений, размыва транспортных
магистралей и т. п.).
В периоды зажоро- и заторообразования авиаобследования производятся с частотой 1–2 сут., а в исключительно сложных ледовых
ситуациях – дважды в сутки. При этом желательно использование
вертолетов, что позволяет небольшому экспедиционному отряду, высаживаясь на берегу (или островах) в разных точках по длине речного участка, оперативно измерять уровни воды путем временной привязки отметок уреза к различным сооружениям (домам, телеграфным
столбам и т. п.).
В ряде случаев выполняются авиаразведки и аэрофотосъемки
ледовой обстановки, которые дают в основном плановые сведения.
По их данным определяются места трещин в ледяном покрове и навалов льда, размеры ледяных полей и льдин, участки зажоров и заторов,
212
последовательность замерзания и вскрытия притоков и проток. Преимуществом авиаразведок является быстрота получения необходимой
информации. При аэрофотосъемке достигается также детальность
ледовой обстановки для большой акватории. Для наблюдения за ледовой обстановкой на реках, озерах и водохранилищах в северных
широтах, где зимой светлое время суток небольшое, может использоваться радиолокационная система бокового обзора «Торос», разработанная в ААНИИ. Она устанавливается на самолете типа АН-24.
Обзор местности осуществляется двумя радиолучами, направленными перпендикулярно к продольной оси самолета и формируемыми
неподвижными антеннами, расположенными вдоль фюзеляжа. Ширина обзора составляет 32 км при высоте полета 4 км. Изображение
на экране локатора имеет вид непрерывной полосы вдоль движения
самолета. Изображение фиксируется компьютером или на пленку.
Лед на снимке получается более светлым, чем вода. Система «Торос»
позволяет наблюдать за ледовыми явлениями через облака и туман.
Для проведения оперативной разведки ледовой обстановки может
быть использован и беспилотный летательный аппарат «ZALA-421–
04M» с радиусом действия 25 км и временем полёта 1,5–3 час.
(рис. 7.4).
Рис. 7.4. Беспилотный летательный аппарат «ZALA-421–04M»
213
7.1.5. Система комплексного
дистанционного исследования опасных ледовых явлений
на реках и водохранилищах
Спутниковый мониторинг зажоров и заторов производится
на основе анализа данных дистанционного зондирования Земли
из космоса среднего разрешения, ежедневно поступающих со спутниковой платформы (космического аппарата) TERRA/MODIS
(с радиометром MODIS). Спутниковая информация позволяет
охарактеризовать ключевые моменты замерзания и вскрытия таких больших рек, как Амур, Енисей, Лена и др. (более подробно –
в разделе 7.1.6).
Для оперативного проведения ледомерных съемок принципиальное значение имеет дистанционное зондирование с борта
летательного аппарата. В мировой практике дистанционных геофизических исследований льда наиболее перспективным признан
метод радиолокации. За последние два десятилетия проведено
большое количество работ, направленных на создание радиолокаторов поземного и подводного зондирования. Разработанные
к настоящему времени радиолокационные системы преимущественно предназначены для зондирования с поверхности исследуемой среды.
В период образования затора или зажора возможны измерения
только дистанционными методами. В реальных условиях, когда идут
подвижки льда, использовать известные методики измерений толщины льда невозможно применительно к решению задач исследований
нарушенного и торосистого льда. Кроме того, для отслеживания быстро меняющихся ситуаций, при образовании протяженных заторов,
требуется достоверная оперативная информация о ходе процесса заторообразования для принятия незамедлительных технологических
решений по предотвращению формирования скопления льдин и его
ликвидации.
В Институте горного дела Севера им. Н. В. Черского СО РАН
(г. Якутск) на основе радиолокаторов серии ОКО-М1, созданных
в ООО «Логис» (производство геофизического оборудования) АО
«Научно-исследовательский институт приборостроения имени
В. В. Тихомирова» (г. Жуковский), разработан специализированный
аэроледомерный радиолокатор [115]. Он получает радиосигналы
с высоты 20–60 м, отраженные от верхней и нижней поверхностей
скопления льдин мощностью более 10 м с порами заполненными водой. Локатор позволяет «заглянуть» внутрь скопления льда и изучить
его структуру.
Космическая съемка и данные дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) в последние годы все чаще используются для мониторинга
ледовой обстановки на больших реках в период весеннего половодья
и вскрытия рек [78, 115]. Космические снимки позволяют оценить состояние льда, наличие ледовых заторов и зажоров, динамику развития
ледохода, площадь затопления территории и результаты реализации
оперативности информации об уровнях противозаторных и противозажорных мероприятий.
Данные ДЗЗ в настоящее время составляют основу комплексного
изучения водных объектов, в том числе и опасных ледовых явлений
на них, т. к. они обеспечивают:
• получение информации для значительных по площади территорий;
• накопление архива информации;
• широкий спектр решаемых на её основе задач.
Современная съемочная аппаратура, устанавливаемая на искусственных спутниках Земли (ИСЗ), позволяет получать фотографические изображения земной поверхности с высокой степенью
пространственного разрешения (от 1–2 до 10–15 м) в различных
диапазонах спектра, но нерегулярно и с большими временными
интервалами.
Систематические последовательные космические снимки высокого и среднего разрешения дают сведения о пространственновременной динамике ледяных образований на реках и водохранилищах, скорости продвижения фронта вскрытия и образования
ледостава на больших реках и других водных объектах. (См., например, информацию на сайте Дальневосточного центра ФГБУ Научноисследовательский центр космической гидрометеорологии «Планета».) [145].
Использование современных оптических и радиолокационных
данных спутников для изучения опасных ледовых явлений на реках
и водохранилищах дает ряд преимуществ по сравнению с авиаразведкой и наземными наблюдениями. Космический мониторинг с использованием технологий ДЗЗ особо привлекателен для исследования
труднодоступных районов, в первую очередь – в Сибири, на Крайнем
Севере и Дальнем Востоке.
214
215
В большинстве случаев задачи исследования опасных ледовых явлений с помощью данных ДЗЗ сводятся к двум группам:
1. Изучение факторов формирования опасных ледовых явлений.
2. Наблюдения за образованием и развитием опасных ледовых явлений на реках, озерах и водохранилищах, которые включают в себя
получение сведений об уровнях воды, площадях затопления территорий и ледовой обстановке.
Для решения задач, связанных с исследованием факторов формирования и динамики процессов заторо- и зажорообразования, зимних
наводнений и прохождения весеннего половодья, целесообразно опираться на классификатор задач, решаемых с помощью данных ДЗЗ,
размещенный на сайте Инженерно-технологического центра (ИТЦ)
«СканЭкс» [146] (табл. 7.5).
Данные космического мониторинга позволяют произвести локализацию и оценку заторов льда в период вскрытия. При помощи космических снимков можно выявить места, благоприятные для образования заторов (рис. 7.5). Поэтому спутниковая информация может
быть использована для прогнозирования заторов льда на реках, особенно в обширных труднодоступных районах [134] (рис. 7.6), и планирования оперативных противозаторных мероприятий, в том числе
взрывных работ [78]. ИТЦ «СканЭкс» совместно с партнерами разработал методические подходы по оценке состояния льда на затороопасных участках рек [146].
Таблица 7.5
Основные задачи мониторинга половодья,
решаемые с помощью данных ДЗЗ
Задача
Тип итоговой карты
Картируемый
объект/масштаб
1
2
3
Весенних половодий и летних
паводков, границ
зон затопления,
оперативные
карты МЧС,
весенних половодий и летних
паводков
Затопленные участки/Обз-1000;
Осн-200; Дет-50;
Дет-10
Выявление
границ затопленных
территорий
216
Съемочная аппаратура/разрешение (м)/спектральный диапазон, см
4
MODIS; МСУ-СК;
МСУ-Э; ETM+;
LISS-III; ASTER;
PAN; IKONOS; RADARSAT/ 170-10-00;
30; 5–15;
1/0.7–1.1 3.5–70 см
Окончание табл. 7.5
1
2
Выявление
причин затопления поймы Дежурные и опе(ледовых заративные карты
торов, заломов
и др.)
3
4
МСУ-Э; ETM+;
Заломы, заторы,
LISS-III; ASTER;
ледовые плотины
PAN; RADARSAT/30;
и др/Осн-200;
5–15;
Дет-50; Дет-10;
1/0.4–0.7 3.5–70 см
Выявление
неравномерности схода льда
на реках
(вскрытия)
Оперативные
MODIS; МСУ-СК;
и специальные
МСУ-Э; ETM+;
ледовые карты
Ледовая обстаLISS-III; ASTER;
режимного хановка/Обз-1000; PAN; RADARрактера, а также
Осн-200; Дет-50 SAT/ 170-10-00; 30;
крупномасштаб5–15/0.4–1.1 3.5–70 см
ные ледовые
карты и планы
Выявление ледовых заторов
на реках, участков русла с течением воды
поверх льда
и др.
Оперативные
и специальные
ледовые карты
Ледовая обстарежимного хановка/Осн-200;
рактера, а также
Дет-50; Дет-10
крупномасштабные ледовые
карты и планы
Выявление
границы схода
снежного
покрова
Динамики
границы снеготаяния, прогноза
приточности
МСУ-СК; МСУ-Э;
ETM+; LISS-III;
ASTER; PAN;
RADARSAT/30;
5–15;
1/0.4–0.8 3.5–70 см
MODIS; МСУ-Э;
Граница снегоETM+; LISS-III; RAтаяния/Обз-2500;
DARSAT/ 250-10-00;
Обз-1000;
170; 30/0.4–1.1 1.3–
Осн-200
1.75 3.5–70 см
Границы устойчивого снежного
Прогноза приточОпределение
покрова, состояности, оперативсостояния снега
ние снежного поные карты МЧС
крова/Обз-1000;
Осн-200
217
MODIS; МСУ-Э;
ETM+; LISS-III;
RADARSAT/
170–500;
30/0.4–0.8 3.5–70 см
Рис. 7.6. Осенний Затор на Пинеге в районе с. Нижняя Паленьга
Для исследований ледового режима рек, опасных ледовых явлений на водных объектах могут быть использованы данные (рис. 7.7)
спутников TERRA, AQUA (MODIS) и NOAA (AVHRR) [143], а также
российского спутника «Метеор-3 М» (полоса обзора – 70 км, разрешение – 37 м). Главным препятствием для широкого использования снимков более высокого пространственного разрешения других спутников
является их высокая стоимость, а также недостаточное для непрерывной съемки количество пролетов над территорией России. Кроме того,
низкое разрешение и зависимость от погодных условий сильно ограничивают возможности использования этих данных при мониторинге
ледового режима рек. До недавнего времени региональные управления
Росгидромета наблюдали за ходом весеннего половодья по снимкам
низкого пространственного разрешения оптических сканеров MODIS
спутников Terra и Aqua (США), но информация MODIS не позволяла
проводить системный и эффективный мониторинг ледохода из-за сложных погодный условий в бассейнах рек российского Севера и Сибири.
В настоящее время в зарубежных и отечественных исследованиях
опасных ледовых явлений на реках и водохранилищах используют преимущественно данные радиолокаторов. Важнейшим преимуществом
радарной съемки по сравнению с оптическими съемочными системами
является то, что съемку можно проводить и днем, и ночью при любых
погодных условиях [134]. В отличие от приборов, чувствительных к излучению видимого и инфракрасного диапазонов, радары относятся к другому классу – активным сенсорам. Радарная съемка может вестись сквозь
сплошную облачность, радиолокационные изображения имеют присущие
только им геометрические искажения, а когерентность позволяет получать детальные изображения рельефа местности с точностью до десятков
сантиметров. В сверхчастотном диапазоне радиоволн, в котором работают радары, характер отражения зависит в основном от механических
свойств поверхности, ее гладкости и текстуры [36]. Поэтому такая съемка
оптимальна для мониторинга ледовой обстановки, позволяя давать качественную оценку ледового покрова (неподвижный лед, обводнение и дефрагментация льда, наличие и расположение промоин и полыньи, районы
ледохода и свободной ото льда воды и др.), выделять участки торошения,
зажоров и заторов. Полезно также использовать синтезированные многозональные снимки. В ближнем инфракрасном диапазоне тающий лед изображается более темными тонами, чем лед без признаков таяния.
Сегодня наиболее популярной в исследованиях пресноводного льда и его различных состояний является система RADARSAT. Радиолокатор с синтезированной аппаратурой (SAR) на борту спутника
RADARSAT-1 дает возможность получения изображений с разреше-
218
219
а)
б)
Рис. 7.5. Оценка ледовой обстановки на реках для прогнозирования
возникновения заторов льда. Среднее течение реки Обь:
а) снимок IRS-1D LISS, синтез RGB 3:2:1. Пространственное разрешение –
23 м. Дата съемки: 17 мая 2003 г. ©ANTRIX, Space Imaging Inc., ИТЦ
СканЭкс, 2003 г.; б) увеличенный фрагмент снимка
нием 8, 25, 50 и 100 м [134]. В конце 2007 г. выведен на орбиту спутник RADARSAT-2, радиолокатор которого позволяет получать снимки
с разрешением от 3 м. Существует огромное количество публикаций
об исследованиях ледового режима с помощью данных радиолокаторов
на борту RADARSAT-1 и 2. Имеется реальная возможность использования данных радиолокатора для разных рек (речных бассейнов) и с помощью разных способов дешифрирования как автоматических, так и визуальных [140]. Данные радиолокаторов не могут быть использованы для
измерения толщины льда, но активно обсуждается вопрос оценки прочности и толщины льда по косвенным признакам и описаниям [144].
Космические снимки служат также важным источником информации
при моделировании стока. Они позволяют существенно повысить надежность калибровки моделей движения водных потоков (в том числе в период
зимних наводнений) на участках рек, т. к. появляется возможность сопоставить реально наблюдавшуюся картину затопления с космических снимков
и рассчитанную на основе гидродинамических моделей (рис. 7.7).
Рис. 7.8. Затопление пойм в районе г. Вел. Устюг
в период весеннего половодья 11 мая 1998 г.:
а) космический снимок 1.05.1998 г., Спутник Ресурс-01;
б) глубины воды, полученные на основе двумерной модели «River» [146]
Рис. 7.7. Долины рек Сухона, Юг и Мал. Сев. Двина в период межени,
10.07.2003 г., снимок IRS-1 С LISS (а), затопление речных долин
у г. Вел. Устюг (б) 11.05.1998 г., снимок Ресурс-01 MCУ-Э [146]
Для определения степени затопления речных долин, а также их визуализации строятся цифровые модели затопления на основе цифровых
моделей рельефа и данных наблюдений за уровнем воды на гидрологических постах. Спутниковые данные позволяют сопоставить рассчитанные и фактические площади затопления речных долин (рис. 7.8) [114].
В целом мониторинг затопления территорий с помощью данных
ДЗЗ является очень эффективным средством для получения быстрых
и достаточно точных сведений о затопленных территориях. Совместный анализ спутниковой информации и пространственных данных
о плотности населения, а также экономических характеристиках территории с помощью ГИС-технологий позволяет выйти на расчетные
220
221
а)
б)
где mσ, mh, ml и mγ – масштабные коэффициенты временного
сопротивления на изгиб, толщины, длины и удельного веса льда.
Материал – заменитель льда – должен отвечать следующим основным требованиям:
1) удельный вес модельного материала должен быть менее единицы и по возможности приближаться к весу естественного льда (mγ =
0,917);
2) прочность модельного материала должна быть в 100–1000 раз
меньше, чем прочность льда в натуре.
В связи с этим в качестве заменителя льда на моделях использовались различные материалы малой прочности, в частности, парафин. Такой подход вызывает определенный интерес, но для моделирования заторов торошения он малоперспективен, по крайней
мере на современном этапе развития технических средств и материалов создания многокомпонентных смесей. Как бы тщательно
ни была подобрана прочность материала, используемого в качестве модельного льда, она остается в ходе эксперимента неизменной. Вместе с тем в натурных условиях прочность льда постоянно
изменяется и, в частности, может увеличиться с наступлением похолодания. Отсюда следует, что стремление к введению в комплекс
критериев дополнительных условий без учета других условий,
определяющих только что введенные, не приводит к более совершенному и определенному результату по качеству подобия процессов, при этом сильно усложняет и удорожает техническую сторону
модельного эксперимента.
В 2003 г. в Государственном гидрологическом институте были
выполнены экспериментальные исследования процесса заторообразования и эффективности противозаторных мероприятий на большой
пространственной гидравлической модели реки Лена у города Ленска
[67]. Модель (рис. 7.9) проектировалась и строилась по материалам
русловой съемки масштабом 1:10000.
Исследования на модели выполнены с соблюдением критериев
гидравлического подобия, которые дают возможность пересчета модельных значений различных характеристик процесса в натурные
значения.
При исследовании динамики формирования заторов льда
на Лене у Ленска не изучался процесс деформации и вскрытия
ледяного покрова, а принимался как факт его результат: движение по реке льдин. Если соблюдается геометрическое и гидродинамическое подобие, можно точно смоделировать движение льда
или устойчивое состояние протяженных заторов из нагромождений не смерзшихся в период весеннего вскрытия реки льдин. Это
вполне понятно, поскольку известно, что в сложном процессе заторообразования основными являются гидравлический и механический (по учету размеров льдин, их процентного содержания, количества массы льда и морфологических особенностей конкретных
участков реки) факторы, которые в совокупности можно назвать
гидромеханическим фактором.
222
223
показатели опасности и ущерба от негативного воздействия высоких
вод и опасных ледовых явлений на население и экономику для обширных территорий.
Подавляющее большинство задач определения зон затопления
с помощью дистанционных методов направлено на решение вопросов безопасности – защиты территорий и населения от наводнений –
и описано в специализированной литературе. Например, подробный
обзор как общих методов, так и конкретной съемочной аппаратуры,
используемой для решения задач мониторинга опасных, в том числе
ледовых явлений, приведен в работе [36], а исчерпывающая информация о принципах мониторинга опасных гидрологических (в том числе
ледовых) явлений – в трудах специалистов географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова [7].
7.2. Лабораторное моделирование
процесса заторообразования
В последние годы для решения различных задач, связанных с заторными явлениями на реках, в частности, для разработки рекомендаций по регулированию процесса заторообразования и инженерной
защиты территорий от затопления при заторах, выполняют лабораторные экспериментальные исследования заторов в лотках [42] и на пространственных гидравлических моделях речных участков [16, 27, 67].
Обращаясь к моделированию ледовых процессов в реках, пользуются индикатором механического подобия деформации и разрушения
ледяного покрова [103], который для модели с искажением геометрического масштаба имеет вид
m  mh
 1,
ml  m
(7.12)
Основное условие, которое выполнялось при моделировании льда,
заключалось в соблюдении соотношения
Рис. 7.9. Гидравлическая модель реки Лена у города Ленск
c затором из материала-заменителя льда
Другие свойства льда (например, прочность, пластичность)
по приведенным выше соображениям и с учетом основной задачи,
предусматривающей моделирование заторов торошения (для чего
необходимо воспроизвести образование многослойных скоплений
из большого количества льдин с сохранением ими индивидуальности
в ходе эксперимента), в данной работе не моделировались.
В качестве модельного материала-имитатора льда применен
листовой полиэтилен белого цвета высокого давления с плотностью, составляющей в среднем 0,93 г/см 3 при диапазоне
от 0,92 до 0,95 г/см 3. Такой материал уже неоднократно использовался в моделировании ледовых процессов, и полученные результаты дают основание считать его вполне подходящим имитатором льда. Вариация плотности в указанных пределах не вызывает
какого-либо беспокойства, поскольку плотность натурального льда
также варьирует, особенно в условиях заметного потепления в весенний период.
В экспериментах льдины были представлены в виде квадратных
пластин с длиной стороны 5, 10 и 20 см и толщиной 0,5 и 0,6 см, что
соответствует натурным размерам льдин 50х 50, 100х100, 200х200 м
и толщине льда 1,25 и 1,5 м.
Принятый фракционный состав льдин основан на анализепросмотре видеофильма о ледоходе на Лене. Размеры льдин выбирались таким образом, чтобы в целом на модели воспроизводилась
картина, соответствующая натурному ледоходу. В ледоходе на модели льдины размером 5х5 см составляли 70% от общего количества льдин, а льдины размером 10х10 см – 30%.
Заторы торошения льдин у кромки ледостава исследовались в многовариантном сочетании определяющих факторов. В экспериментах
изменялся расход воды, при котором формируется скопление льдин,
объем льда, участвующего в формировании затора, местоположение
кромки ледяного покрова, препятствующей продвижению вниз по течению скопления льдин.
В результате уяснен механизм формирования затора в качественной форме и получена количественная оценка значений подпорных уровней в разных исходных ситуациях (местоположениях
затора относительно города Ленска, расходах воды и объемах ледяной массы), изменения продольных профилей водной поверхности до предельного положения в окончательно сформировавшихся заторах. На гидравлической модели Лены в имитационном
224
225
ρл/ρв = idem,
(7.13)
где ρл – плотность натурального льда;
ρв – плотность воды.
Поскольку в натуре и на модели присутствует натуральная вода,
приведенное соотношение свидетельствует о том, что плотности натурального льда и материала-заменителя его на модели одинаковы.
варианте исследовались также следующие виды противозаторных
мероприятий:
- регулирование расхода воды на участке разветвления русла
у острова Батамайский;
- уменьшение прочности ледяного покрова путем предварительной нарезки его на элементы разной формы;
- создание искусственного затора выше города Ленска.
Для решения поставленных задач потребовалось выполнить около 80 экспериментов.
7.3. Математическое моделирование зажоров и заторов
В последние годы для решения различных задач, связанных с зажорными и заторными явлениями на речных участках, где не ведутся
многолетние гидрологические наблюдения, а также для определения
количественных характеристик процессов зажоро- и заторообразования за пределами наблюденных значений, используются математические модели этих процессов. Существуют различные модели [44,
58, 67, 74, 135, 136, 141], описывающие рассматриваемые процессы,
однако чаще всего для изучения характера зажорных (заторных) явлений на том или ином речном участке используется модель зажора
(затора) для «широкой» реки [44, 141].
Мощные зажоры и заторы, которые обуславливают значительные
наводнения, формируются на реках с шириной больше 10 линейных
размеров льдин. Математические модели зажоров и заторов льда
для «широкой» реки – это в основном модели формирования скопления льдин при отсутствии ледяного покрова ниже очага зажора
(затора). В этом случае важна оценка устойчивости скопления льда
на речном участке. Она оценивается методами, основанными на теориях сыпучих материалов: грунтов, силосов и т. п.
Устойчивость скопления рассматривается исходя из соотношения сил, сжимающих его в направлении течения реки, и сил сцепления льда с берегами и между льдинами. Учитываются следующие
силы, действующие на поле раздробленного льда:
1) давление на верховую кромку поля, складывающееся из гидродинамического давления водного потока и воздействия льдин, присоединяющихся к ледяному полю;
2) составляющая веса льда в направлении потока;
3) сила трения воды о нижнюю поверхность льда;
4) сила трения раздробленного льда о берега.
226
Условие равновесия сил сопротивления и деформации, действующих вдоль уклона реки для поперечной полосы скопления льда dx (координата х направлена вниз по течению реки) имеет вид
(σx + dσx) B hск – σx B hск – px B dx + 2 (ζ f σx + c) dx = 0,
(7.14)
где В – ширина реки;
рх – суммарная сила, сдвигающая скопление льда; отнесенная к единице площади ледяного скопления;
ζ – коэффициент бокового давления (распора);
f – коэффициент трения ледяной массы о берега;
с – напряжение сдвига, характеризующее начальное сцепление
льдин.
Условию равновесия сил соответствует конечная толщина ледяного покрова, состоящего из отдельностей. Для расчёта толщины скопления льда необходимо знание его физико-механических
характеристик (прочность раздробленных масс льда при испытании на срез, коэффициент бокового давления, коэффициент трения ледяной массы о берега и напряжение сдвига, определяющее
начальное сцепление льдин). Эти характеристики находятся в зависимости от прочности и размеров льдин, формирующих затор,
которые в свою очередь зависят от погодных условий накануне
периода и в период формирования скопления льда. Скопление,
состоящее из прочных льдин, которые имеют большие размеры,
характеризуются повышенными значениями коэффициентов ζ, f
и с. Из-за труднодоступности зажоров и заторов для инструментальных измерений натурные определения физико-механических
характеристик скоплений льда носят несистематический характер
и имеют низкую точность. Поэтому их значения устанавливают
из теоретических предпосылок.
В математических моделях рассматривают не только уравнения
равновесия сил, действующих на скопление льда, но и уравнения баланса льда на участке реки, а также уравнения гидравлики водного
потока подо льдом.
Уравнение баланса льда может быть представлено в подвижной
системе координат, совмещенной с верхней по течению кромкой
затора
Vкр hск (1 – ε) = mл hл (Vл – Vкр),
227
(7.15)
где x и z – продольная и вертикальная координаты;
V – средняя скорость водного потока в поперечном сечении;
t – время;
С – коэффициент Шези;
R – гидравлический радиус;
В – ширина реки;
Q – расход воды;
q (x, t) – распределенный приток воды к зажорному (заторному)
участку реки.
Система уравнений (7.14)- (7.18) позволяет рассчитывать методом
конечных разностей при заданных начальных и граничных условиях:
1) отметки свободной поверхности z на любой момент времени t;
2) массу льда в скоплении, если известны отметки горизонта воды
и расход воды.
Практическое применение моделей для расчета уровней требует
знания места очага скопления льдин. Из-за отсутствия адекватной характеристики взаимодействия между движущимися льдинами и теми
формами русла, которые вызывают остановку массы плывущего льда,
проблема априорности факта затора и места возникновения скопления льдин является критической. Все математические модели заторов льда постулируют допущение о постоянном поступлении льда
к затору и не учитывают наличие сохранившихся с осени зажорных
скоплений льда. Проблема осложняется тем, что движение льда ча-
сто осуществляется единой массой, а не равномерным поступлением
дискретных льдин. По этой причине дается, как правило, приближенное решение, определяющее условие остановки льда, в основу
которого положены предпосылки, отраженные в работе [74]. В этом
случае может помочь комплексный подход, при котором процесс моделируется на гидравлической модели исследуемого речного участка
с интерпретацией полученных результатов на теоретической модели,
позволяющей расширить пространственно-временные границы исследования [16].
При оценке зоны затопления поймы при зажоре или заторе льда
нередко используется двухмерная модель также с применением уравнений Сен-Венана, в частности, такая модель применена специалистами МГУ имени М. В. Ломоносова для определения зоны затопления
города Ленска в 2001 г. [58]. Важным блоком в решении задачи явилось построение детальной цифровой модели рельефа долины и русла реки. Цифровая модель рельефа основана на результатах натурных
промеров современного русла, полученных с помощью программноаппаратного промерного комплекса со спутниковым координированием. Модель рельефа долины построена путем векторизации топографических карт и планов крупного масштаба. Модель днища долины
выполнялась в абсолютных координатах, что позволило синтезировать векторные карты рельефа поймы и результаты натурных промеров при перерасчете их в абсолютные высотные отметки. Результатом
работы явилась цифровая модель рельефа днища долины, послужившая базой для построения компьютерной модели. Средний шаг расчетной сетки составил в русле 50–100 м.
Расчеты течения проведены по одномерной и двухмерной моделям. В качестве граничных условий использовались ежедневные
расходы воды по гидрометрическому посту Крестовское, находящемуся в 100 км выше по течению. Боковая приточность на этом отрезке реки, по сравнению с объемом стока Лены, пренебрежимо
мала. Для калибровки модели эмулировались расходы воды в диапазоне от 690 до 35000 м 3/с. Уровни воды, использованные для тарировки модели и подбора коэффициентов шероховатости, брались
по имеющимся гидрологическим постам. При расчете учитывалась
толщина льда на гидрологическом посту в зимний период. Расчет
проводился по неявной схеме без учета конвективных членов и с коэффициентом шероховатости в русле nр = 0,023, что соответствует расчету по неявной схеме с учетом конвективных членов с nр =
0,022 в русле и 0,050 на пойме.
228
229
и в неподвижной системе
Lск hск (1 – ε) = mл Vл hл tлх,
(7.16)
где Vкр – скорость продвижения верхней кромки скопления, равная
длине последнего, поделенной на время его формирования;
hск и ε – толщина и пористость скопления в состоянии равновесия;
tлх – длительность ледохода.
Почти всякое скопление льда, образовавшееся на реке, сопровождается неустановившимся движением воды. Поэтому в общем случае для описания гидравлики водного потока в моделях заторов используются уравнения Сен-Венана
z 1  V V  V 2 ,
 V

 2
x g  x t 
R
B
z Q

 q ( x, t ),
t x
(7.17)
(7.18)
В настоящее время для изучения процессов зажоро- и заторообразования используется методология, имеющая комплексный характер.
Основными источниками исходных данных об исследуемых процессах являются систематические наблюдения за уровенным и ледовым
режимами рек на сети гидрологических постов Росгидромета, эпизодические специализированные полевые работы на отдельных речных участках, выполняемые осенью и весной ледовые авиаразведки,
а также снимки, получаемые с искусственных спутников Земли, и др.
Наиболее детально развитие процессов зажоро- и заторообразования
во времени характеризуют данные гидрологических постов, а в пространстве – материалы ледовых авиаразведок и спутниковая информация. В полной мере эти данные и материалы, конечно, не дают
представления об изучаемых процессах.
Основной целью изучения процессов зажоро- и заторообразования на том или ином участке реки является снижение ущербов, обусловленных ими. Для этого в ходе изучения необходимо решение следующих задач:
– определение повторяемости зажоров (заторов) и наивысшего зажорного (заторного) уровня воды для оценки риска зажорных (заторных) наводнений;
– создание методики прогноза зажора (затора) льда и подъёма
уровня воды, вызванного им;
– разработка разовых мероприятий по предотвращению зажоров
(заторов) и борьбе с ними;
– разработка долгосрочных мероприятий, кардинально решающих проблему защиты прибрежной территории от затопления при
зажорах (заторах) и повреждения льдом сооружений, находящихся
на ней.
Для решения перечисленных задач требуются за предыдущие
годы исходные данные в следующем составе:
– даты начала образования и полного разрушения зажора (затора);
– средние суточные расходы воды накануне и в период образования зажора (затора) льда;
– средние суточные температуры воздуха накануне и в период образования зажора (затора);
– для заторов – степень зашугованности русла и толщина ледяного покрова накануне вскрытия реки;
– место головы и протяжённость скопления льда;
– гидравлические и морфометрические особенности места головы скопления льда (сужение русла, острова, повороты, инженерные
сооружения и т. п.);
– морфометрические характеристики русла и поймы в пределах
скопления льда и зоны подпора им воды;
– высотное положение прилегающей к зажорному (заторному)
участку реки территории и отметки начала затопления находящихся
на ней хозяйственных и жилых объектов;
– информация о ходе уровня воды при зажоре (заторе) и максимальном срочном уровне;
– продольные профили водной поверхности в ходе развития зажора (затора).
Ряд наблюдений за гидрометеорологическими характеристиками
процессов зажоро- и заторообразования, если учитывать их многофакторность, должен быть достаточно большим: не менее 25 лет.
При отсутствии точной информации по какому-либо из перечисленных выше пунктов делается приближённая оценка необходимых
данных с диапазоном их изменения. Для этого возможно выполнение инженерно-гидрометеорологических изысканий на исследуемом
речном участке в течение 2–4 полевых сезонов, привлечение данных
наблюдений гидрологических постов выше и ниже рассматриваемого
речного участка, а также архивных материалов и опросов местных
жителей.
230
231
При моделировании затора льда предполагались известными: 1) место образования затора; 2) густота ледохода на подходе к затору; 3) коэффициент шероховатости нижней поверхности скопления льдин (суммарный коэффициент шероховатости получен сложением коэффициента
шероховатости открытого потока и коэффициента шероховатости при
ледовом покрове); 4) длина скопления льдин (L); 5) время (дата) начала
образования затора и его разрушения; 6) суммарные расходы воды и льда
на входной границе расчетной области. Расчет по модели для 2001 г.
выполнен при очаге затора у о.Батамайский, nл = 0,040, Iо = 0,0001, Iз =
Iо+∆Нз/L, hск= 4 м и Qз = 32000 м 3/с. Согласно выводам авторов работы
получен достаточно хороший результат. Однако следует заметить, что отсутствие в рассмотренной модели блока, позволяющего рассчитать толщину скопления льда, обесценивает ее практическое значение.
7.4. Рекомендации по составу, объёму
и уровню детализации исходных данных
для изучения процессов зажоро- и заторообразования
Информационные базы данных об опасных ледовых явлениях создаются совместно с геоинформационными системами, содержащими векторную, растровую и атрибутивную информацию по водным
объектам (рекам, водохранилищам и др.), тематические карты, прикладным программным обеспечением для формирования различной
информации и системой поддержки принятия решений (модели, экспертные системы и др.). В общем виде базы данных включают в себя
два элемента: пространственную базу данных, описывающую географию объектов (их местоположение), и атрибутивную базу данных,
описывающую качественные характеристики этих объектов. При
создании базы данных большое значение имеет система управления
базами данных, с помощью которой производится ввод атрибутивных
данных; из них в дальнейшем может формироваться табличная и статистическая информация, а также другие информационные материалы. На практике в качестве системы управления используются такие
оболочки, как MS Access или Excel, а для создания пространственной
базы данных наиболее популярными являются ГИС-приложения: например, ESRI ArcGIS.
Масштаб исследования определяет выбор пространственного объекта или временного интервала для составления базы данных и степень ее детальности. Исследование опасных ледовых явлений может
проводиться как для конкретного пункта на реке (характеризуемого
данными наблюдений на одном гидрологическом посту), речного бас-
сейна, административного или экономического района, так и для всей
территории страны.
Источник информации определяет структурную единицу базы
данных. Исходная гидрологическая информация, связанная с характеристиками опасных ледовых явлений (уровни и расходы воды,
ледовые явления и их сроки и т. д.), как правило, привязана к гидрологическим постам. В этом случае структурной единицей базы
данных будет точечный пункт (рис. 7.10). Характеристики опасности или ущерба от зимних наводнений зачастую требуют сравнения
с региональными экономическими показателями, поэтому структурной единицей базы данных может быть, например, субъект федерации (рис. 7.11).
Каждый блок базы организован в форме таблиц:
• справочные таблицы формируются на основе опубликованных справочных изданий, в которых содержатся официальные
данные о водных объектах и характеристиках их режима (справочники Государственного водного кадастра, форма 2 ТП-водхоз
и др.);
• расчетные таблицы включают в себя данные, полученные в результате проведения гидрологических расчетов;
• производные таблицы содержат информацию, которая получена в результате обработки и обобщения данных из справочных
и расчетных таблиц, являющихся итогом научных разработок, направленных на получение комплексных, интегральных показателей,
характеризующих природные процессы и антропогенные нагрузки
в пределах речных водосборов.
В настоящее время в специальной гидрологической информационной среде существует несколько баз данных о ледовых явлениях. Например, база данных о заторах CRREL (The Cold Regions
Research and Engineering Laboratory), созданная в 1992 г. и содержащая данные более чем о 15,5 тыс. заторах начиная с 1780 г.
Основными источниками информации базы CRREL служат данные
Геологической служба США (USGS), а также описания заторных
наводнений из газет и различных архивных источников [White
K. D. и др., 1999]. База данных содержит краткую характеристику
заторов и зажоров, текстовое описание, различные карты в реальном времени (запасов воды в снежном покрове, толщины льда, прохождения ледохода и образования заторов), интерактивные карты
(с информацией о прошлых заторах), данные с веб-камер [Weyrick
P. B. и др., 2007].
232
233
Собранные данные должны дать возможность:
- оценить степень однородности рядов максимальных зажорных
(заторных) уровней воды в условиях изменения климата и антропогенных воздействий на ледовый режим реки;
- построить кривую вероятности превышения максимальных зажорных (заторных) уровней воды;
- оценить риск затопления прилегающей к реке территории;
- установить зону затопления и закономерности её формирования;
- выявить гидрометеорологические факторы, предопределяющие
мощность зажора (затора), и разработать методику прогноза максимальных зажорных (заторных) уровней воды;
- дать обоснованные предложения по снижению риска зажорных
(заторных) наводнений.
7.5. Информационные базы данных о ледовых явлениях
на основе наземной и дистанционной информации
234
235
Рис. 7.11. Пример атрибутивной базы данных характеристик опасности наводнений
для регионов РФ в MS Excel (структурная единица – субъект РФ)
Рис. 7.10. Пример атрибутивной базы данных характеристик весеннего половодья
в бассейне Северной Двины в MS Excel (структурная единица – гидрологический пост)
Таблица 7.6
фаза
База данных характеристик ледового режима рек
Явления и процессы
1
2
первые осенние ледовые
явления (сало, шуга и др.)
замерзание и ледостав
ледоход и шугоход
зажоры и заторы
установление ледостава
нарастание толщина льда
Характеристика
Способ
получения
данных
3
4
дата начала
Описание
продолжительность, сут.
описание особенностей
места образования
заторный (зажорный) подъем
уровня воды, см
продолжительность, сут.
описание противозаторных
работ
уровень воды, см
толщина льда перед вскрытием,
см
Места
ДЗЗ
НН
ДЗЗ
ДЗЗ, НН
ДЗЗ
торошение
прочие явления периода
ледостава (наледи, промер- Описание
зание и др.)
236
НН
ДЗЗ
данные
МЧС
НН
НН
ДЗЗ
ДЗЗ, НН
Окончание табл. 7.6
1
вскрытие
Примером другой базы данных о ледовом режиме водных объектов служит канадская (The Laval University) база данных CID
(The Canadian Ice Database), созданная для мониторинга изменений
климата. Она содержит данные о датах вскрытия и замерзания,
толщине льда и снега на реках, озерах и морях начиная с 1822 г.
С 1995 г. в нее включают данные, полученные спутниками ДЗЗ
(AVHRR и RADARSAT) [Lenormand F. и др., 2002]. Аналогичная
глобальная база данных NSIDC (the National Snow and Ice Data
Center) о режиме криосферы Северного полушария Земли была
создана в США (the University of Colorado) [Prowse T. D. и др., 2011]
и также содержит данные ДЗЗ и результаты полевых исследований
водных объектов.
Краткое содержание современной «ледовой» информационной
базы данных представлено в таблице 7.6.
2
3
4
весенние ледовые явления дата начала
ДЗЗ
(вода на льду, закраины
Описание
НН
и др.)
уровень воды, см
НН
интенсивность роста уровней
Подвижка льда
(расходов) воды, см/сут. (м 3/с
НН
в сут.)
максимальный уровень воды, см
НН
продолжительность, сут.
ДЗЗ
Ледоход
описание особенностей
ДЗЗ, НН
максимальный уровень воды, см
НН
заторный подъем уровня воды,
НН
см
Заторы
продолжительность, сут.
ДЗЗ
места образования
ДЗЗ
описание противозаторных
данные
работ
МЧС
навалы льда
места образования
ДЗЗ
очищение
Дата
ДЗЗ
Примечание. ДЗЗ – данные дистанционного зондирования Земли (съемка Земли из космоса); НН – наземные наблюдения (визуальные наблюдения и наблюдения
на сети постов).
Для полной характеристики ледовых процессов в период весеннего половодья база данных должна содержать информацию, характеризующую ледовую обстановку на всех значительных реках бассейна, т. к. особенности вскрытия льда в верховьях бассейна отражаются
на процессах вскрытия в низовьях реки. Например, заторы, образующиеся на притоках или выше по течению, могут обеспечить беззаторный ледоход по главной реке ниже по течению; или непродолжительные заторы, образующиеся по всей длине притоков и главной
реки, не вызывают значительных подъемов уровня воды и не опасны
для населения. Полезной и востребованной в «ледовой» базе данных
является метеорологическая информация, в первую очередь – характеристики температурного режима (наличие потеплений и похолоданий, сумма положительных и отрицательных температур воздуха
237
и др.) и режима выпадения осадков (твердых и жидких). Например,
анализ изменения температуры воздуха в течение периодов ледостава
и вскрытия может дать более репрезентативные характеристики прочности и толщины льда, чем измерения на постах, а данные об интенсивности снеготаяния в тылу фронта потепления могут определить
условия для формирования мощных заторов льда.
Кроме того, база данных должна содержать различные карты и ГИСпроекты: традиционные карты, отражающие такие характеристики, как
толщину льда на реках (толщиной линии), места образования заторов
(точками) и даты вскрытия (изолиниями) (рис. 7.12), и анимированные
карты, состоящие из последовательности ежедневных ледовых карт.
радиолокационных сенсоров SIR-C и X-SAR. По результатом съемки
сформирована цифровая модель рельефа 85% поверхности Земли,
за исключением самых северных (>60) и самых южных широт (>54).
Дистанционные данные о рельефе являются хорошей основой для
схематизации речной сети и проведения расчетов перемещения воды
в пределах речных водосборов, в т. ч. в период зимних наводнений);
2) данные о рельефе русел, полученные на основе батиметрических съемок и лоцманских карт;
3) распределение типов подстилающей поверхности речных пойм
(такие данные могут быть получены на основе наземных съемок и результатов дешифрирования космических снимков среднего и высокого разрешения, а каждому типу подстилающей поверхности присваивается свое значение коэффициента шероховатости);
4) данные о предшествующих затоплениях речных долин, полученные на основе картографической информации и космических
снимков за даты наводнений [142];
5) данные о расходах и уровнях воды по гидрологическим постам
и результатам специальных экспедиционных исследований;
6) сведения о максимальных наблюденных расходах и уровнях
воды, и расходах воды различной обеспеченности.
Рис. 7.12. Весеннее вскрытие на реках Севера ЕТР
База данных, используемая для моделирования затопления речных
пойм вследствие образования заторов (зажоров) льда, должна дополнительно содержать детальную информацию о рельефе отдельных
участков речных долин, характеристиках подстилающей поверхности
пойм и дополнительную гидрологическую информацию:
1) рельеф речных пойм, полученный на основе векторизации топографических карт масштаба 1:50000, 1:25000 (рис. 7.13) (наиболее
распространенными из дистанционных данных о рельефе являются
данные SRTM (Shuttle Radar Topographic Mission), полученные космическим агентством США NASA в 2000 г. на основе радарной интерферометрической съемки поверхности земного шара с помощью
Рис. 7.13. Исходные данные для построения цифровой модели рельефа
долины реки – поле точек, полученное на основе векторизации
топографических карт и батиметрической съемки русел
238
239
7.6. Методология оценки
гидроэкологической безопасности водопользования
(на примере рек севера ЕТР)
Под гидроэкологической безопасностью природо- и водопользования понимается такое состояние отношений между населением, отраслями экономики (хозяйством), экосистемами и водными
объектами, при котором возможно экономически эффективное
и экологически безопасное природо- и водопользование [7]. Поддержанию гидроэкологической безопасности водопользования
на уровне нормы соответствует наличие достаточного количества
водных ресурсов, надежное водоснабжение, приемлемое качество
воды, низкий природный уровень развития опасных гидрологических процессов (например, заторов или зажоров), стабильность
числа водных объектов территории, отсутствие признаков деградации водных и наземных экосистем. Снижение гидроэкологической безопасности повышает риск экологических и экономических
ущербов.
Как показано в разделе 1.4 и в таблице 7.7, негативное проявление ледового режима реализуется во время зимних наводнений
(вследствие заторов и зажоров); в нарушениях условий эксплуатации различных объектов (водозаборов, ледовых переправ, мостовых переходов и др.), а также в повреждениях гидротехнических
сооружений и плавсредств. Таким образом, ледовый режим является одним из факторов, определяющих условия равновесия между
природными и социально-экономическими элементами организации территории. И, следовательно, его необходимо учитывать при
планировании элементов эффективного природо- и водопользования [4].
Ниже на примере севера европейской территории России (ЕТР)
рассмотрены подходы к оценке гидроэкологической безопасности
природо- и водопользования, связанной с опасными ледовыми явлениями. Регион расположен на севере Восточно-Европейской равнины
и включает в себя бассейны рек Онега, Северная Двина, Мезень, Печора. Для оценки уровня гидроэкологической безопасности, определяемого ледовым режимом, было произведено специальное районирование территории [3] (рис. 7.14).
Район 1. Бассейн р. Онега. Для него характерны высокая озерность и закарстованность, что определяет более мягкий ледовый режим, а на некоторых реках – неустойчивый ледостав.
Район 2. Бассейны рек Сухоны и Юг. Бассейн р. Сухона отличает широтное расположение, благодаря этому вскрытие и замерзание
происходит практически одновременно, кроме того, в верховьях бассейна на ледовый режим оказывает влияние Кубенское озеро.
Район 3. Бассейн р. Вычегда. Общее направление бассейна
с северо-востока на юго-запад определяет процессы вскрытия и замерзания. Замерзание начинается с верхних участков, а вскрытие – с нижних. При этом зажоры являются необходимым условием
замерзания.
Район 4. Северная Двина с бассейнами рек Вага, Емца и малыми
притоками. Общее направление течения с севера на юг обуславливает
бурный характер вскрытия, сопровождающийся заторами льда на поворотах и в сужениях русла.
Район 5. Бассейны рек Пинега и Мезень схожи по направлению
течения, общегеографическим условиям и площади водосборов.
Район 6. Бассейн р. Печора без бассейна р. Уса. Общее направление течения, как и в районе 4, обуславливает бурный характер вскрытия. Отличия состоят в более суровых климатических условиях и наличии предгорного участка.
Район 7. Бассейн р. Уса расположен на северо-востоке рассматриваемой территории, в предгорьях Урала. Характеризуется суровыми
климатическими условиями, соответственно самыми большими значениями толщины льда и продолжительным ледоставом. Общее направление течения рек совпадает с районом 3.
В основе данного районирование лежит синхронность наступления дат ледовых явлений и схожесть процессов замерзания и вскрытия
рек [48]. Оно согласуется с районированием рек по ледовому режиму
[37], выполненному для долгосрочных прогнозов, а также районированием по геоморфологическим, гидрологическим и социальноэкономическим признакам [9].
Кроме ледового режима, указанные районы отличаются по плотности населения, уровню хозяйственного освоения и другим
социально-экономическим характеристикам (табл. 7.8), которые
могут быть выражены в баллах уязвимости населения и хозяйства
по четырем признакам: демографическому, промышленному, транспортному и экологическому. Демографический признак определяет
уязвимость населения и хозяйства региона в зависимости от плотности населения и количества крупных населенных пунктов. Чем
больше концентрация населения, тем больше возможные ущербы
от опасных процессов. При относительно невысокой плотности на-
240
241
селения крупные города присутствуют практически во всех выделенных районах: Вологда в районе 2; Сыктывкар в районе 3; Северодвинск и Архангельск в районе 4, Ухта в районе 6 и Воркута
в районе 7. При этом в районах 5, 6 и 7 плотность населения не превышает 10 чел/км 2 (рис. 7.15).
Промышленный признак определяется наличием или отсутствием
крупных промышленных предприятий в зоне проявления опасных ледовых процессов. Крупные промышленные узлы расположены в районах 2 (Вологодский), 3 (Сыктывкарский), 4 (Архангельский и Котласский) и в районе 6 (Ухтинский). В районе 7 расположены крупные
промышленные узлы, специализирующиеся на добыче нефти и угля:
Усинский, Интинский и Воркутинский (рис. 7.16).
Таблица 7.7
Взаимодействие ледового режима и отраслей хозяйства
Отрасли хозяйства
Характеристики ледового режима и опасные ледовые
явления, влияющие на отрасли хозяйства
Сельскохозяйственное Заторные и зажорные уровни воды, уровни ледопроизводство
хода, навалы льда
Лесное хозяйство
Промышленное
производство
Заторные и зажорные уровни воды, уровни ледохода, навалы льда
Энергетика
Заторные и зажорные уровни воды, уровни ледохода, навалы льда, внутриводный лед и шуга
Транспорт,
в том числе водный
Для водного транспорта сроки вскрытия и замерзания, уровни ледохода и навалы льда; для
остального транспорта (в том числе мостовых
сооружений) – период достаточной толщины
и прочности льда (при использовании ледовых
переправ), заторные и зажорные уровни воды, наледи, уровни ледохода и толщина льда
Водоснабжение
Образование шуги, перемерзание, наледи
Рекреационный
комплекс
Все характеристики ледового режима, в зависимости от отрасли рекреационного комплекса
Градостроительство
Заторные и зажорные уровни воды, наледи,
уровни ледохода и навалы льда
242
Рис. 7.14. Районирование территории севера ЕТР по ледовому режиму
Таблица 7.8
Набор признаков социально-экономической значимости
опасных природных процессов
Признак
1
Критерии
2
Крупные населенные пункты
Относительно высокая концентрация населенных
Демогра- пунктов
фический Малая концентрация населенных пунктов
Малая плотность населения (1–5 чел/км 2)
Исключительно малая плотность населения (<1 чел/км 2)
Наличие крупных промышленных объектов
Наличие промышленных объектов; крупных меПромыш- сторождений полезных ископаемых и добывающих
ленный предприятий
Наличие мелких предприятий
Отсутствие предприятий
243
Балл
3
4
3
2
1
0
3
2
1
0
Окончание табл. 7.8
1
2
Наличие транспортных объектов республиканского или
регионального значения
Транспортный Наличие транспортной инфраструктуры
Отсутствие транспортной сети
Наличие АЭС, военных полигонов, радиоактивных свалок, крупных химических предприятий, нефтепроводов
и т. п.
Экологи- Наличие экологически опасных объектов локального
воздействия
ческий
Отсутствие экологически опасных объектов
Наличие заповедников, заказников, национальных
парков
3
2
1
0
2
1
0
–1
Рис. 7.16. Экономическая карта региона (севера ЕТР) [10]
Транспортный признак подразумевает наличие или отсутствие
транспортных объектов регионального или федерального значения,
в том числе мостовых переходов, а также протяженность водных путей. Несмотря на относительно редкую транспортную сеть, железные
и автомобильные дороги пересекают все районы севера ЕТР. Из-за
отсутствия крупных населенных пунктов и промышленных узлов
несколько слабее развита транспортная инфраструктура в районе 5
(рис. 7.17).
Рис. 7.15. Плотность населения севера ЕТР [10]
Рис. 7.17. Транспортная карта региона [10, 148]
244
245
Экологический признак характеризуется наличием особо опасных
объектов (атомных электростанций, военных полигонов, радиоактивных свалок, крупных химических предприятий, нефтепроводов и т. п.)
или особо охраняемых территорий (заказников, заповедников и национальных парков). Высокий балл для некоторых районов объясняется
наличием нефте- и газопроводов, которые пересекают территорию
севера ЕТР с востока на запад (рис. 7.14, 7.16), при этом в отдельных
районах (например, 2 и 3) нет особо охраняемых территорий.
Общий балл показывает, что наиболее уязвимы для опасных природных процессов (10–11 баллов) население и хозяйство бассейна
реки Северная Двина, за исключением бассейна реки Пинега (районы
2, 3 и 4), что обусловлено относительно высокой плотностью населения, наличием крупных промышленных узлов, автомобильных и железных дорог федерального значения, нефте- и газопроводов и относительно малым количеством особо охраняемых территорий. Также
уязвим бассейн реки Печора (8–9 баллов), на территории которого
расположены центры добычи полезных ископаемых, нефте- и газопроводы. Наименее уязвим район 5 (1 балл) с самой низкой концентрацией населения, отсутствием промышленных центров и наличием
особо охраняемых территорий (табл. 7.9).
Таблица 7.9
Сравнение районов на севере ЕТР по частным признакам
и общей уязвимости населения, хозяйства и экосистем
от опасных ледовых явлений
Критерий
Район
Демографический
Промышленный
Транспортный
Экологический
Общий
1
2
1
2
0
5
2
4
3
2
2
11
3
3
3
2
2
10
4
4
3
2
1
10
5
1
0
1
-1
1
6
3
3
2
1
9
7
3
2
2
1
8
246
Оценка гидроэкологической безопасности предполагает, с одной
стороны, анализ повторяемости и распространения опасных гидрологических процессов (ледовых явлений), с другой стороны – оценку
степени уязвимости территории по отношению к возможному экологическому и социально-экономическому ущербу [4]. Для оценки уровня
опасности по ледовому режиму данной территории необходимо учитывать следующие опасные явления: низкие уровни в период появления льда, осложняющие работу водного транспорта на этапе завершения навигации; образование зажоров, вызывающих подъем уровня
воды в осенний и зимний период; длительные периоды замерзания
и очищения, сокращающие период эксплуатации ледовых переправ;
высокие заторные уровни и уровни весеннего ледохода, приводящие
к наводнениям и повреждению гидротехнических и транспортных
сооружений.
Проявления ледового режима обычно считаются опасными при
обеспеченности 10% и менее [106]. Опасными считаются: для уровней появления льда – уровни ниже критических, при которых происходит нарушение работы водного транспорта; для продолжительности периода замерзания и очищения ото льда – значения более
30 дней (продолжительность периода, когда ледовые переправы
не могут быть обустроены из-за отсутствия ледостава и навигация
не может продолжаться из-за наличия ледовых явлений); для заторных уровней – уровни выше максимальных ледоходных уровней 10%
обеспеченности, а для уровней ледохода – уровни, выше которых происходит затопление освоенных территорий в весенний период, создается угроза повреждения судов в затонах, разрушение плотов, приготовленных к сплаву.
Пространственная изменчивость перечисленных характеристик анализируется ниже. В период замерзания для севера ЕТР
опасными являются зажоры и низкие уровни воды при появлении льда (Нпл) (рис. 7.18, 7.19). Характеристикой низких уровней
воды при появлении льда является частота возникновения уровней
воды ниже критических отметок. Критическим считается уровень
воды, при котором происходит нарушение нормальных условий судоходства, в осенний период осложняются работы по завершению
навигации. Степень опасности зажоров определяется повторяемостью (Рзаж).
247
Величиной, характеризующей неблагоприятные условия для ледовых переправ, является разница между продолжительностью периода
с ледовыми явлениями и периодом ледостава (Тлл), или продолжительность периода, когда ледовые переправы не могут быть обустроены
из-за отсутствия ледостава, а навигация не может продолжаться из-за
наличия ледовых явлений (рис. 7.20). Эта величина оценивается приближенно. При Тлл ≥ 30 сут. возникает потенциально опасная ситуация
из-за изоляции населенных пунктов и невозможности доставки промышленных и социально-бытовых грузов. Повторяемость такой ситуации и характеризует опасность зимней фазы ледового режима. Ледовые переправы обустраиваются при наличии сплошного ледяного
покрова без промоин, при малой толщине льда в районе предполагаемой переправы он наращивается искусственно. Продолжительность
использования таких переправ зависит не только от погодных условий,
но и от антропогенных факторов, поэтому более точно определить период возможного использования ледовых переправ по отношению
к периоду ледостава при имеющихся данных не всегда удается.
Рис. 7.18. Повторяемость уровней воды при появлении льда
ниже критических для судоходства отметок на реках севера ЕТР
при появлении льда
Рис. 7.19. Повторяемость зажоров в период замерзания
на реках севера ЕТР
Рис. 7.20. Повторяемость разности между продолжительностью периода
с ледовыми явлениями и периодом ледостава более 30 сут.
на реках севера ЕТР
248
249
Характеристикой опасности заторов является повторяемость заторных уровней воды (Нзат) выше отметки максимальных уровней ледохода 10%-ной обеспеченности (Нл10%) (рис. 7.21). Характеристикой
опасности уровней ледохода (Нлдх) является повторяемость уровней
воды в период ледохода выше критических отметок (рис. 7.22), соответствующих затоплению населенных пунктов, угрозе повреждения
судов в затонах, разрушению плотов, приготовленных к сплаву.
Рис. 7.22. Повторяемость опасных уровней воды
в период весеннего ледохода на реках севера ЕТР
В зависимости от повторяемости и распространения опасного ледового явления каждому отдельному району севера ЕТР присваиваются баллы от 0 до 4. При повторяемости опасного явления, равной
50% (для зажоров 75%) и более на большинстве постов, району присваивается степень опасности в 4 балла [7, 100, 106]; при отсутствии
таковых – 0 баллам.
Остальные опасные ледовые явления (образование шуги, промерзание, наледи и навалы льда) сложно оценить в баллах по данным гидрометеорологических наблюдений. В ряде случаев их влияние на гидроэкологическую безопасность в пределах севера ЕТР не является решающим.
В целом для большей части территории севера ЕТР характерна
высокая (10–15 баллов) степень опасности ледового режима; менее
опасны ледовые явления на реках районов 1, 3 и 7; наименее часто
повторяются низкие уровни воды при появлении льда.
Расчеты показали, что для большей части территории севера ЕТР
в период 1961–1990 гг. характерна высокая (10–15 баллов) степень
опасности по ледовому режиму (табл. 7.10). Высокую повторяемость
имели зажоры и высокие заторные уровни. Наиболее опасен ледовый
режим рек районов 2 и 4 (бассейн реки Северная Двина, за исключением бассейнов рек Вычегда и Пинега).
Выводы о гидроэкологической безопасности природо- и водопользования можно сделать по совокупности следующих показателей: степени уязвимости населения и хозяйства и опасности ледового
режима (табл. 7.11). Надежность гидроэкологической безопасности
определяется как утраченная, низкая, достаточная или высокая [9].
Характеризуя районы севера ЕТР по степени опасности ледовых
явлений, можно констатировать, что плотность населения на терри-
250
251
Рис. 7.21. Повторяемость опасных заторных уровней воды
на реках севера ЕТР
тории района 1 (бассейн р. Онега) составляет 1–10 чел/км 2, на юге
бассейна – несколько больше, численность городов составляет не более 50 тыс. чел. Крупных промышленных центров нет, но территорию
пересекают крупные железные и автомобильные дороги. Природные
особенности района обуславливают высокую зажорность и продолжительный период замерзания. При этом осенние и весенние уровни
редко переходят отметки критических значений. Все это позволяет
сделать вывод о высокой степени надежности гидроэкологической
безопасности в районе 1.
Таблица 7.10
Расчетная степень опасности ледового режима рек (баллы)
в разных районах севера ЕТР за 1961–1990 гг.
Характеристика
Район
1
2
3
4
5
6
7
Нпл
Рзаж
Тлл
Нзат
Нлдх
Сумма
баллов
0
2
0
1
1
2
2
3
3
4
3
2
2
1
3
3
2
3
2
3
1
2
3
2
3
2
2
2
0
3
0
3
4
3
0
8
14
8
13
11
12
6
Таблица 7.11
Оценка степени надежности гидроэкологической безопасности
водопользования по опасности ледового режима рек севера ЕТР
Район
Оценка
уязвимости
Оценка опасности
ледового режима
Оценка надежности
1
2
3
4
5
6
7
5
11
10
10
1
9
8
8
14
8
13
11
12
6
Высокая
Утраченная
Достаточная
Низкая
Высокая
Низкая
Достаточная
252
Территория района 2 (бассейны рек Сухона и Юг) характеризуется высокой плотностью населения, наличием крупных городов
и промышленных центров. Территорию пересекают крупные железные и автомобильные дороги, нефте- и газопроводы. Все опасные
ледовые явления, перечисленные выше, в бассейнах рек. Сухона
и Юг наблюдаются с высокой и средней повторяемостью (2–3 балла). Таким образом, для района 2 характерна утраченная степень
надежности.
На территории района 3 (бассейн реки Вычегда) расположен один
крупный город (Сыктывкар), являющийся также крупным промышленным центром. Территорию пересекают автомобильные, железные
дороги, нефте- и газопроводы. Из опасных ледовых явлений наиболее
часто повторяются зажоры, остальные опасные ледовые явления проявляются слабее. Степень надежности гидроэкологической безопасности достаточная.
Территория района 4 (бассейн реки Северная Двина, кроме бассейнов рек Сухона, Юг, Вычегда и Пинега) характеризуется высокой плотностью населения и наличием крупных городов и промышленных центров. Как и большинство других районов, бассейн
пересекают крупные автомобильные, железные дороги и нефтеи газопроводы. Практически все представленные на севере ЕТР
опасные ледовые явления, за исключением низких уровней при появлении льда, на реках района отличаются высокой повторяемостью
(3 балла). Сочетание высокой освоенности территории и высокой
повторяемости опасных ледовых явлений позволяет оценить степень надежности гидроэкологической безопасности водопользования в районе как низкую.
Район 5 (бассейны рек Пинега и Мезень) отличает невысокая
(до 10 чел/км 2) плотность населения, отсутствие крупных населенных
пунктов, промышленных узлов, дорог федерального значения, нефтеи газопроводов. Высокие уровни ледохода отличаются высокой повторяемостью, но низкий уровень уязвимости территории позволяет
оценить степень надежности гидроэкологической безопасности как
высокую.
Для района 6 (бассейн реки Печора, кроме бассейна реки Уса)
также характерна невысокая (до 10 чел/км 2) плотность населения,
наличие крупного города и промышленного центра (г. Ухта), а также центров добычи полезных ископаемых. Кроме того, территорию
пересекают нефте- и газопроводы, автомобильные и железные доро-
253
ги. Отличаются высокой повторяемостью опасные ледовые явления
периода ледостава и весеннего ледохода, что позволяет установить
степень надежности гидроэкологической безопасности территории
как низкую.
Как и для района 6, для района 7 (бассейн реки Уса) характерны невысокая плотность населения, наличие крупного города и промышленного центра (г. Воркута), а также центров добычи полезных
ископаемых, территорию пересекает железная дорога. Невысокая повторяемость опасных ледовых явлений позволяет сделать вывод о достаточной степени надежности гидроэкологической безопасности для
данного района.
К настоящему времени на севере ЕТР сложились вполне определенные тенденции изменения характеристик ледового режима. Начиная с 1991 г. в период замерзания все чаще наблюдается низкая
водность рек при появлении льда, а также увеличение продолжительности периода замерзания и более поздние даты установления ледостава, зимний период – уменьшение продолжительности ледостава,
зимнее вскрытие. В весенний период вскрытие происходит раньше
сроков и часто – на отметках уровней воды ниже опасных. Степень
опасности ледового режима возросла для районов 2, 3 и 5, а для района 4 осталась неизменной (табл. 7.12).
Возрастание степени опасности произошло из-за увеличения периода замерзания, увеличения зажорности и более низких уровней
появления льда. Опасность весенних уровней воды не изменилась,
за исключением района 5, где из-за увеличения зажорности заторы
стали более опасны. Подобная ситуация складывается и в бассейне
реки Печора.
При смягчении температурного режима на севере ЕТР наблюдается низкая водность рек в начале осени, что часто приводит к появлению льда и установлению ледостава в сроки, близкие к норме
или даже ранее нормы. Неустойчивый характер хода температуры воздуха в осенний период приводит к возврату положительных
температур воздуха в ноябре, в результате чего формируются паводки из-за таяния снега и выпадения дождей. Высокие уровни
воды в этот период способствуют более позднему ледоставу, увеличению продолжительности осеннего ледохода и шугохода, образованию зажоров.
Несмотря на то, что степень опасности ледового режима за последние 15 лет изменилась, уровень гидроэкологической безопасности практически для всех районов севера ЕТР на данный момент
остается прежним. В дальнейшем, при сохранении существующих
тенденций изменения ледового режима, следует ожидать снижение
уровня гидроэкологической безопасности для уже освоенных территорий. Для бассейнов рек Мезень и Пинега уровень гидроэкологической безопасности природо- и водопользования остается высоким
только из-за низкой плотности населения, отсутствия крупных дорог
и промышленных центров. При возможном дальнейшем потеплении
климата вследствие увеличения продолжительности осеннего ледохода и шугохода, зашугованности русла, сокращения продолжительности периода ледостава, зимних вскрытий, сопровождающихся заторами и наводнениями, степень гидроэкологической безопасности
изменится и неизбежно повысится риск чрезвычайных ситуаций
(табл. 7.13).
Таким образом, при изменении климата меняется водный и ледовый режимы. Одновременно при этом наблюдаются опасные явления (в том числе и ледовые), не характерные для данного участка
реки или для данной фазы ледового режима. Возможное снижение
гидроэкологической безопасности территории приведет к необходимости корректировки привычных методов прогноза опасных ледовых явлений, предупреждения, профилактики и борьбы с опасными
явлениями.
254
255
Таблица 7.12
Степень опасности ледовых явлений
на реках разных районов севера ЕТР за 1991–2007 гг.
Характеристика
Нпл
Рзаж
Тлл
Нзат
Нлдх
Сумма баллов
2
3
4
3
3
4
17
3
2
4
3
1
0
10
4
2
4
2
2
3
13
5
1
4
3
4
4
16
Район
Определение критических значений характеристик опасных ледовых явлений основано на учете особенностей ледового режима конкретного водного объекта и влияния ледовых явлений на социальные
и хозяйственные объекты [117]. Ледовое явление считается опасным,
если его обеспеченность меньше 10% [106]. Поскольку большинство
рек Российской Федерации относится к не изученным в отношении
опасных ледовых явлений, то практически единственным способом
определения для них необходимых характеристик остаются картографические обобщения имеющейся информации. Ниже представле-
ны методические подходы для районирования крупных территорий
(на примере ЕТР) по степени опасности ледовых явлений.
Для построения карт характеристик ледового режима рек ЕТР, отражающих степень опасности для различных отраслей хозяйства, были
использованы данные по 200 гидрометрическим постам с периодом
наблюдений 1970–2007 гг., которые отражают ледовый режим средних
и крупных рек этой территории. Территория Кольского полуострова
и Карелии, где большинство рек малые, и бассейн Волги, где много
водохранилищ, освещены имеющимися данными недостаточно.
Потенциальная опасность ледовых явлений зависит от продолжительности осенних и зимних ледовых явлений, когда возникают
максимальные затруднения при организации работ на реках [4, 70].
Продолжительность этих явлений равна разности между продолжительностью периода с ледовыми явлениями и периода ледостава
(рис. 7.23). В пределах ЕТР она может достигать 50 дней и более.
Еще один показатель опасности ледовых явлений – повторяемость
формирования максимального годового уровня воды в период с ледовыми явлениями. На севере страны эта величина составляет 50% и более,
на юге – 5–10% (рис. 7.24). Максимальные годовые уровни воды не всегда
приводят к затоплению территорий. Их потенциальная угроза возрастает,
если они наблюдаются в период весенних ледовых явлений (заторов льда).
Ущербы от затопления освоенных территорий в период с ледовыми явлениями больше по сравнению с ущербами от наводнений в период открытого русла [112, 113]. Они возрастают при увеличении толщины льда
перед вскрытием реки и повторяемости выхода воды на пойму – факторов, которые определяют возможные ледовые нагрузки на сооружения
на пойме и закономерно изменяются в пределах ЕТР (рис. 7.25).
Возможные ледовые нагрузки на сооружения на пойме зависят
от изменения по территории толщины льда перед вскрытием рек и повторяемости выхода воды на пойму (рис. 7.25). Толщина льда подвержена влиянию местных факторов в большей степени по сравнению
с другими характеристиками ледового режима. Поэтому ее значения
на участках расположения гидрологических постов несколько отличаются от средних (фоновых) данных. Она также отличается от толщины льдин в период ледохода, поскольку данные о толщине льда
соответствуют предполоводным условиям. При динамическом типе
вскрытия, характерном в основном для рек, текущих с юга на север,
разница между наибольшей толщиной льда и толщиной льдин в период ледохода будет меньше по сравнению с реками, имеющими субширотное простирание или текущих с севера на юг.
256
257
Таблица 7.13
Степень опасности ледового режима по районам севера ЕТР
и оценка уязвимости территории, баллы
Характеристика
ледового режима
Период
1
2
3
4
5
6
7
1961–1990 гг.
0
2
0
1
1
2
2
1991–2006 гг.
–
3
2
2
1
–
–
1961–1990 гг.
3
3
4
3
2
2
1
1991–2006 гг.
–
4
4
4
4
–
–
Длительные периоды замерзания
и очищения
1961–1990 гг.
3
3
2
3
2
3
1
1991–2006 гг.
–
3
3
2
3
–
–
Высокие заторные
уровни
1961–1990 гг.
2
3
2
3
2
2
2
1991–2006 гг.
–
3
1
2
4
–
–
Высокие уровни весеннего ледохода
1961–1990 гг.
0
3
0
3
4
3
0
1991–2006 гг.
–
4
0
3
4
–
–
1961–1990 гг.
8
14
8
13
11
12
6
1991–2006 гг.
–
17
10
13
16
–
–
5
11
10
10
1
9
8
Низкие уровни в период появления льда
Зажоры
Сумма баллов
Оценка уязвимости территории
Примечание. Прочерк в таблице означает отсутствие данных за этот период.
7.7. Принципы районирования территории
по степени опасности ледовых явлений
(на примере крупных регионов ЕТР)
Рис. 7.23. Продолжительность ледовых явлений на реках ЕТР:
Т лед явл – продолжительность ледовых явлений, сут.;
Т лдств – продолжительность ледостава, сут.
Рис. 7.24. Повторяемость максимальных годовых уровней воды
на реках ЕТР в сочетании с ледовыми явлениями, Р макс Н с лед,%
258
259
Рис. 7.25. Характеристики весеннего ледохода на реках ЕТР:
Р лдх по пойме – повторяемость выхода воды на пойму в период ледохода;
h л вскр – средняя толщина льда перед вскрытием
260
Влияние ледовых заторов на потенциальные ущербы от затопления освоенной местности зависит от вероятности затопления
поймы в период образования затора и глубины затопления поймы
при максимальном заторном уровне воды 1%-ной обеспеченности.
Распределение этих характеристик в пределах ЕТР характеризует
рисунок 7.25. Оно основано на данных, приведенных в работе [21],
и учитывает влияние на заторные максимумы уровней воды морфологических особенностей русла (которые не зависят от изменения
климата) и климатических условий образования заторов (большее
или меньшее количество ледового материала, толщина льда и т. п.).
Каждому комплексу характеристик, представленных на рисунках
7.23–7.26, можно поставить в соответствие некоторый экспертный
«вес» в долях от единицы, соответствующий их влиянию на безопасность водопользования.
Продолжительности ледовых явлений присвоен вес 0,4, поскольку эта характеристика – основной фактор изменения ущербов от этого типа опасных гидрологических явлений. Общая продолжительность ледовых явлений (а также периодов замерзания
и вскрытия рек) влияет на безопасность судоходства и эффективность работы водного транспорта. Высокие уровни воды в период
ледохода, заторов и других ледовых явлений приводят не только
к затоплению освоенных территорий, но и к увеличению ледовых
нагрузок на гидротехнические сооружения. Совместное негативное влияние уровенного и ледового режима на безопасность населения, социальных и производственных объектов учитывает
«весовой коэффициент» 0,6. При этом воздействие каждой характеристики (весеннего ледохода, заторов льда и уровенного режима в период с ледовыми явлениями) (рис. 7.25, 7.26) учитывается
равной величиной частного весового коэффициента, равного 0,2.
С учетом этих коэффициентов получена интегральная карта потенциальной опасности ледового режима для рек ЕТР (рис. 7.27).
Она закономерно уменьшается с северо-востока на юго-запад
[118].
261
Рис. 7.26. Характеристика заторов на реках ЕТР: Р зтр на пойме –
вероятность затопления поймы при заторе; Н зат – превышение
наивысшего заторного уровня воды 1%-ной обеспеченности
над поверхностью поймы
Рис. 7.27. Интегральная оценка опасности ледового режима рек ЕТР
для водопользования
262
263
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Большая часть территории России находится в суровой климатической зоне. Поэтому практически на всех реках страны наблюдаются
ледовые явления, самые опасные из которых – зажоры и заторы льда.
Зажорные и заторные явления изучаются в России с конца XIX в.,
но к настоящему времени они изучены недостаточно. Изучению зажоров и заторов препятствуют их значительные размеры и опасность
выхода на них для инструментальных измерений. Существующая
сеть гидрологических постов Росгидромета, к сожалению, не решает
в полной мере задачу мониторинга этих опасных ледовых явлений.
В последние годы наблюдается некоторый застой в развитии сетевых
и полевых методов исследований зажоров и заторов, в том числе способом ледовой авиаразведки.
Наиболее опасное ледовое явление – заторы льда. Скопления льдин
в русле реки весной представляют серьезную опасность главным образом в связи с наводнениями, которые они вызывают. Заторные наводнения особенно опасны тем, что они формируются в холодное время
года, сопровождаются выходом льда на берега, который разрушает
расположенные в пределах зоны затопления сооружения. Хотя заторные наводнения и кратковременны (продолжительностью до 10 сут.),
ущерб от них, как правило, намного больше ущерба от наводнений
в период свободной ото льда реки. При заторах возможно разрушение
гидротехнических и транспортных сооружений, а также нанесение
вреда окружающей среде, в том числе и в случае разрушении нефтехранилищ и распространения нефтепродуктов вниз по реке. Следует
заметить, что в некоторых случаях заторы могут быть полезными, например, если они обеспечивают обильное обводнение поймы и тем
самым повышают урожайность пойменных лугов.
Знание характеристик речного льда и ледовых процессов в реках
и водохранилищах имеет большое значение для многих отраслей экономики страны, в частности, для гидротехнического и гидроэнергетического строительства. Ведь на реках нашей страны наблюдается весь
спектр ледовых явлений: перемерзание, речные наледи, зажоры и заторы льда и другие. Поэтому все вопросы, связанные со строительством гидроузлов, транспортных и причальных сооружений, защитных дамб, неминуемо соприкасаются с проблемой воздействия льда
на сооружения.
Существующая система получения информации о характеристиках зажоров и заторов льда на реках России, а также ее сбора
не в состоянии обеспечить необходимую оперативность выдачи
информации для принятия решений о выборе вариантов воздействия на процессы зажоро- и заторообразования в критических,
быстро развивающихся ситуациях. Необходимо создание современной системы автоматизированного мониторинга процессов зажоро- и заторообразования на наиболее проблемных участках рек
России [7, 11].
Развитие методов изучения процессов зажоро- и заторообразования в настоящее время происходит либо в направлении создания
сложных приборов дистанционного определения тех или иных характеристик зажоров и заторов [115], либо по пути моделирования
процессов в лотках и на гидравлических моделях речных участков
[19, 26, 44, 135, 136]. Стоимость создаваемых приборов, к сожалению, еще очень высока, поэтому они не находят массового применения, но за ними – будущее дистанционных исследований опасных
ледовых явлений.
Лабораторное моделирование процессов зажоро- заторообразования имеет определённые ограничения, связанные с материаломзаменителем льда и разными высотными и плановыми масштабами.
В этом случае может помочь комплексный подход, при котором процесс моделируется на гидравлической модели исследуемого речного
участка с интерпретацией полученных результатов на теоретической
модели, позволяющей расширить пространственно-временные границы исследования.
В научном издании методы расчёта и прогноза характеристик зажоров и заторов представлены в относительно кратком изложении.
Основное же внимание уделено показу границ применимости этих
методов, определяемых местными физико-географическими и гидрометеорологическими условиями процессов зажоро- и заторообразования, а также наличием того или иного объёма и состава исходной
информации о зажорных и заторных явлениях.
При изучении зажоров и заторов льда значительное внимание
уделяется математическому моделированию. Математическая модель опасного ледового явления – это венец его изучения. Модель
должна помогать осуществлять мониторинг зажоро- и заторообразования. Пока существующие модели зажоров и заторов позволяют рассчитать только координаты связи зажорных (заторных)
уровней и расходов воды. Зажоры и заторы льда являются неотъемлемой частью процессов замерзания и вскрытия рек. Поэтому
для решения задач мониторинга в идеальном случае математиче-
264
265
ская модель процесса зажоро- или заторообразования должна быть
частью математического описания общего процесса, развивающегося на реке в осенний или весенний период, который должен
включать в себя описание полного развития явления: от начала
формирования стока воды на водосборе реки до прорыва скопления льдин на речном участке и распространения волны прорыва
вниз по реке. Причем это должно происходить на фоне изменяющихся гидрометеорологических условий процессов замерзания
и вскрытия реки.
Наиболее перспективным подходом к изучению процессов зажоро- и заторообразования в природных условиях является многолетнее их исследование с использованием дистанционных наблюдений
на характерных по условиям формирования зажоров и заторов речных участках – полигонах [4, 5, 9, 11]. Исследования на таких участках должны решить важную задачу: изучить зависимость физикомеханических характеристик скоплений льда от погодных условий.
К сожалению, до настоящего времени этот подход к изучению зажорных и заторных явлений не реализован.
С начала 1970-х гг. происходит потепление климата, сопровождающееся повышением средней годовой и особенно средней зимней
температуры воздуха. В результате уменьшается толщина ледяного
покрова на реках. Казалось бы, это должно привести к уменьшению
рисков заторных наводнений, поскольку одно из главных условий
заторов – участие больших масс льда в ледоходе. Однако выполненные исследования показали, что на участках рек с естественным ледовым режимом снижения максимальных заторных уровней
воды не наблюдается. Они снижаются только на речных участках,
где происходит сброс тёплых промышленных вод или выемка песка и гравия из русла. Таким образом, угроза заторных наводнений
в ближайшем будущем сохраняется. Наивысшие уровни воды, обусловленные заторами льда, зафиксированы на 50% гидрологических
постов в России.
Основной причиной, приводящей к росту ущербов от заторных
наводнений в настоящее время, является неправильное использование затопляемых территорий, а не факторы, обуславливающие повторяемость катастрофических наводнений.
Проблема наводнений, хотя и проявляется прежде всего на региональном уровне, к концу первой половины ХХI в. может стать
фактором, сдерживающим обеспечение безопасности и устойчивое
развитие России. Для кардинального улучшения борьбы в России
с катастрофическими наводнениями, в том числе обусловленными заторами льда, прежде всего необходимо перейти от доминирующего в настоящее время в стране приоритета ликвидации последствий наводнений, как непредсказуемого и неуправляемого
природного явления, к стратегии планирования и осуществления
долгосрочных комплексных мероприятий, направленных на ликвидацию условий формирования наводнений. Наводнения нужно
прогнозировать, регулировать водохранилищами и водоотведением и защищаться от них дамбами. Необходимо также правильно
(с приемлемой степенью риска) использовать пойменные земли.
В дополнение к системам предупреждения и защиты от наводнений для уменьшения ущерба от них экономики страны должна эффективно функционировать система страхования рисков затопления территорий.
Анализ распространения чрезвычайных ситуаций, обусловленных ледовыми явлениями: заторами и зажорами льда, внутриводным
ледообразованием, промерзанием и наледями, показал, что основное внимание следует уделять рекам и водохранилищам северозападного региона, севера европейской территории России, Сибири
и Дальнего Востока. К водным объектам, на которые должно быть
направлено первоочередное внимание, относятся реки Нева, Северная Двина с притоками, Печора, реки Урала, Енисей и Лена с притоками, где ледовые явления причиняют наибольший ущерб экономике и человеку.
На перечисленных водных объектах необходимо иметь, прежде
всего, характеристики, важные для оценки опасности заторных наводнений и разработки противозаторных мероприятий. Желательно
типизировать участки рек по преобладающим затороформирующим факторам; установить места постоянного образования заторов
на крупных реках; изучить связь повторяемости заторов с морфометрическими характеристиками русла и направлением течения реки
и прочее. Следует отметить важность обобщения практического
опыта предупреждения и предотвращения заторов. В связи с появлением новых данных об экстремальных случаях заторо- и зажорообразования за последние три десятилетия в настоящее время
назрела необходимость переиздания Каталога заторных и зажорных
участков рек [64]. Использование Каталога в проектной и научноисследовательской деятельности показало желательность включения
в него ряда дополнительных характеристик заторных и зажорных
участков, а также уровенного режима в периоды заторо- и зажороо-
266
267
бразования – например, наинизших уровней воды, обусловленных
зажорами.
Существенно уровенный режим изменяется и в верхних бьефах
гидроузлов, где увеличиваются частота и мощность зажоров льда,
формирующихся в начале зимы в зоне выклинивания кривой подпора водохранилища и в течение всей зимы у кромки ледяного покрова
ниже гидроузла. При этом в зоне выклинивания кривой подпора водохранилища появляются благоприятные условия для формирования
весной мощных заторов льда, для борьбы с которыми ГЭС часто вынуждена делать предпаводочную сработку водохранилища в незапланированном объеме.
Противозаторные мероприятия вносят в природный процесс элемент случайности, не снижая высоты максимальных заторных уровней воды. Определение наиболее эффективного способа воздействия
на процесс заторообразования и средства защиты от заторов основываются на анализе местных гидрологических условий формирования
скоплений льда, а также на сравнении ожидаемого ущерба со стоимостью противозаторного мероприятия при учете имеющихся технических возможностей.
Кроме того, повторяемость и масштабы заторных наводнений
на реках России в условиях потепления климата сохраняются. Поэтому важно продолжать осуществлять практику защиты от этих
наводнений, основанную на выборе наиболее эффективных инженерных решений, определяемых особенностями морфометрии реки,
её ледовым режимом и хозяйственным освоением прибрежных территорий. Наиболее сложные ситуации возникают в связи с наблюдающимися изменениями в процессе замерзания рек. Многие реки
севера европейской территории России, Сибири и Дальнего Востока
все чаще стали замерзать по зажорному типу. Основная тенденция,
которая наблюдается сейчас в ледовом режиме рек на фоне их увеличивающейся зимней водности, это ледообразование преимущественно внутри водного потока. При этом образуется много внутриводного льда и шуги, а доля льда поверхностного происхождения
снижается.
Разработана методология оценки гидроэкологической безопасности водопользования на замерзающих реках, которая была апробирована для севера европейской территории России. Показано,
что для периода 1991–2010 гг. возросла степень опасности ледового режима практически для всех исследуемых районов данной
территории из-за увеличения периода замерзания и более низких
уровней воды в период появления льда. Опасность высоких весенних уровней воды изменилась только для бассейнов рек Пинега
и Мезень, где из-за увеличения зажорности повторяемость весенних заторов увеличилась. В дальнейшем при сохранении существующих тенденций изменения ледового режима следует ожидать
снижения уровня надежности гидроэкологической безопасности
водопользования для уже освоенных территорий. При возможном
дальнейшем потеплении климата увеличение продолжительности
осеннего ледохода и шугохода, зашугованности русла, сокращение
продолжительности периода ледостава, зимние вскрытия, сопровождающиеся заторами и наводнениями, неизбежно повысят риск
чрезвычайных ситуаций.
Как было показано выше, в оценке риска наводнений, обусловленных возникновением заторов и зажоров, возрастает роль методов
дистанционного зондирования русла реки в период вскрытия и математического моделирования процесса затопления. В качестве примера решения данной задачи показаны возможности использования двумерной гидравлической модели участка реки Томь протяженностью
по основному руслу около 40 км (в районе г. Томска). Реализация модели выполнена на основе программного комплекса «Flood» [12, 13,
7, 117, 118]. Калибровка и верификация модели проведена для диапазона расходов воды от 2900 до 13600 м 3/c на основе данных об измеренных уровнях воды и границ затопления с космического снимка
и показала хорошие результаты, относительная ошибка расчета уровней воды по г. п. Томск – водопост и г. п. Томск – гидроствор не превышает 5%. Выбранный для моделирования участок позволил подробно
рассмотреть весь диапазон опасных гидрологических ситуаций у г.
Томска. Оценка гидроэкологической безопасности территории имеет большое значение для разработки методов и средств защиты населения и хозяйства от неблагоприятных природных процессов, в том
числе опасных ледовых явлений.
В зависимости от масштаба рассматриваемых задач по определению площадей затапливаемых территорий для оценки опасности
гидрологических явлений, в том числе и ледовых, могут быть использованы как экономико-вероятностные и комплексные методики
бальных оценок, учитывающие самые различные факторы природной опасности и социально-экономической уязвимости, являющиеся составляющими природного риска, так и подробные гидрологические, картографические и социально-экономические исследования
формирования опасного процесса (например, заторообразования
268
269
и наводнения от затора льда) и возникающего от него ущерба. Пример решения такого рода задачи приведен для приречных территорий Северной Двины от узла слияния Сухоны и Юга до впадения р.
Вычегды.
Значимость научного издания заключается также в общероссийском и региональном анализе современной гидрометеорологической
информации об опасных ледовых процессах, в оценке влияния изменений климата на ледовый режим рек и водохранилищ России. Полученные зависимости, табличный информационный материал и комплекс карт могут быть использованы для характеристики ледового
режима и оценки его возможного изменения на реках и водохранилищах страны.
Результаты научных исследований, определившие содержание настоящего научного издания, могут быть использованы в режимных
и прогностических работах, связанных с освоением рек и водохранилищ, при гидрологическом и гидрометеорологическом обеспечении
проектных, строительных и эксплуатационных работ на гидротехнических сооружениях и водохозяйственных объектах в суровой климатической зоне России, а также могут быть полезны для использования
в решении задач снижения риска опасного развития зажорных и заторных явлений на реках.
270
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Агафонова С.А. Опасные ледовые явления на реках России:
классификация, возможность прогнозирования // Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций: Труды IV научно-практической
конференции.М., 2004. С. 3–4.
2. Агафонова С.А., Беркович К.М., Рулева С.Н., Сурков В.В., Фролова Н.Л. Современные особенности морфологии русла и процессов
заторообразования на реке Томь // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление». 2012. № 6. С. 21–34.
3. Агафонова С.А., Фролова Н.Л. Особенности ледового режима рек бассейна Северной Двины // Водные ресурсы. 2007. № 2.
С. 141–149.
4. Агафонова С.А., Фролова Н.Л. Влияние ледового режима рек
севера Европейской территории России на гидроэкологическую безопасность в условиях изменения климата // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5.
География. 2009. № 4. С. 55–61.
5. Александров М.В., Бузин В.А. О создании системы автоматизированного контроля процесса замерзания реки Нева // Метеорология
и гидрология. 1998. № 9. С. 108–114.
6. Алексеев В.Р. Наледи и наледные процессы. Новосибирск: Наука, 1978. 188 с.
7. Алексеевский Н.И., Фролова Н.Л., Христофоров А.В. Мониторинг гидрологических процессов и повышение безопасности водопользования. М.: Географический ф-т МГУ, 2011. 367 с.
8. Алексеенко Р.Я. К вопросу о влиянии осеннего и весеннего стока льда на максимальные заторные уровни и подъемы воды // Тр. ГГИ.
1989. Вып. 345. С. 41–45.
9. Алексеевский Н.И., Айбулатов Д.Н. Ранжирование участков арктического побережья по степени безопасности природопользования // Геоэкологическое состояние арктического побережья России и безопасность природопользования.М.: ГЭОС, 2007.
С. 539–541.
10. Атлас СССР.М.: ГУГК СССР, 1990. 224 с.
11. Банщикова Л.С. Мониторинг процесса заторообразования
на реках по пространственно-временным графикам уровня воды // Метеорология и гидрология. 2008. № 9. С. 87–93.
12. Беликов В.В., Милитеев А.Н. Двуслойная математическая
модель катастрофических паводков // Вычислительные технологии:
Сборник.Т. 1. № 3. Новосибирск, 1992.
271
13. Беликов В.В. Вычислительный комплекс «TRIANA» – генератор сеток треугольных конечных элементов в произвольных плоских
областях. М.: ГосФАП СССР. П007705. 1984.
14. Берденников В.П. Расчет некоторых элементов зажоров на реках Ангаре и Енисее // Тр. ГГИ. 1958. Вып. 65. С. 100–121.
15. Берденников В.П. Условия шугохода в зоне кромки льда при
формировании зажора // Тр. ГГИ. 1962. Вып. 93. С. 24–39.
16. Болотников Г.И. Математическое и гидралическое моделирование заторов льда. ВНИИГМИ-МЦД. 1989. Обз. инф. Сер. Гидрология суши. № 1. С. 1–28.
17. Болотников Г.И. Расчет параметров волны прорыва затора льда // Тр. ГГИ. 1986. Вып. 323. С. 28–30.
18. Борщ С.В., Гинзбург Б.М., Солдатова И.И. Оценка влияния
глобального потепления на сроки появления льда и разрушения ледяного покрова на реках на основе совместного использования моделей
формирования ледового и водного режимов // Метеорология и гидрология. 1998. № 5. С. 97–105.
19. Бузин В.А. Применение теоретической модели затора льда для
прогноза максимальных заторных уровней воды рек севера // Сб. работ по гидрологии. 1999. № 2. С. 108–115.
20. Бузин В.А. Метод прогноза максимальных уровней воды при
заторах льда на средних реках // Метеорология и гидрология. 2001.
№ 9. C. 84–89.
21. Бузин В.А. Заторы льда и заторные наводнения на реках. СПб.:
Гидрометеоиздат, 2004. 203 с.
22. Бузин В.А. Закономерности формирования и прогноз максимального уровня воды при заторе льда // Метеорология и гидрология.
2006. № 8. С. 83–91.
23. Бузин В.А. Опасные гидрологические явления на реках. СПб.:
Изд-во РГГМУ, 2008. 228 с.
24. Бузин В.А., Банщикова Л.С. Условия формирования и прогноз
наводнений на р. Лена у г. Ленск // Сб. работ по гидрологии. 2011.
№ 28. С. 49–67.
25. Бузин В.А., Дьяченко Н.Ю. Прогноз внутриводного ледообразования и зажоров льда на реке Нева // Метеорология и гидрология.
2011. № 11. С. 94–101.
26. Бузин В.А., Зиновьев А.Т. Ледовые процессы и явления на реках
и водохранилищах. Методы математического моделирования и опыт
их реализации для практических целей (обзор современного состояния
проблемы). Барнаул: Изд-во ООО «Пять плюс», 2009. 168 с.
27. Булатов С.Н. Расчет прочности тающего ледяного покрова
и начала ветрового дрейфа льда // Труды ГМЦ. 1970. Вып. 74. 118 с.
28. Василевский А.Г., Шаталина И.Н. О ледовых проблемах при
эксплуатации малых ГЭС // Известия ВНИИГ имени Б.Е. Веденеева.Т.
228. Ледотермика и ледотехника. СПб.: Издательство АО «ВНИИГ
им. Б.Е. Веденеева», 1994. С. 5–8.
29. Василисков П.А., Готлиб Я.Л., Займин Е.Е., Смолин Н.М.,
Клименко А.К. Изучение зажоров и расчет максимальных уровней
при проектировании ГЭС // Гидротехническое строительство. 1956.
№ 6. С. 9–12.
30. Васильев Л.Ю. Весеннее наводнение и противозаторные
мероприятия в устьевой области Северной Двины // Доклады VI
Всероссийского гидрологического съезда. 28-сентября – 1 октября
2004 г. Санкт Петербург. Секция 2. Наводнения и другие опасные
гидрологические явления: оценка, прогноз и смягчение негативных последствий. Москва: Метеоагентство Росгидромета, 2006.
С. 223–229.
31. Васильев О.Ф., Атавин А.А., Пичугина С.В. Гидрологические
особенности эксплуатации Новосибирского гидроузла в зимний период // Доклады VI гидрологического съезда.М.: Метеоагенство Росгидромета, 2008. Cекция 2. C. 131–136.
32. Винников С.Д., Севастьянова Н.В. Оценка количества льда
в зажоре р. Невы // Исследование влияния сооружений гидроузлов
на ледовый и термический режимы рек и окружающую среду.Л.:
Энергоатомиздат, 1991. С. 102–107.
33. Вуглинский В.С., Гронская Т.П. Изменения ледового режима
рек и водоемов России и их возможные последствия для экономики // Современные проблемы гидрометеорологии. СПб.: Астерион,
2006. С. 229–244.
34. Генкин З.А. Прогноз параметров затора в зоне выклинивания
кривой подпора водохранилища // Тр. IV Всес. гидролог. съезда.Т. 6.
Л., 1976. С. 292–296.
35. Георгиевский В.Ю. Оценка влияния возможных изменений
климата на гидрологический режим и водные ресурсы рек территории
бывшего СССР. // Метеорология и гидрология. 1996. № 11. С. 89–99.
36. Гидрометеорологические риски // Под. ред. Л.Н. Карлина.
СПб.: Изд-во РГГМУ, 2008. 282 с.
37. Гинзбург Б.М. Сроки замерзания и вскрытия рек в конце XX века и возможные их изменения в XXI веке // Метеорология
и гидрология. 2005. № 12. С. 88–97.
272
273
38. ГОСТ Р 22.1.08–99. Безопасность в чрезвычайных ситуациях.
Мониторинг и прогнозирование опасных гидрологических явлений
и процессов. Общие требования.
39. Готлиб Я.Л. Зажорообразование и пропускная способность
русла в нижнем бьефе Братской ГЭС // Тр. координац. совещ. по гидротехнике. 1968. Вып. 42. С. 383–394.
40. Готлиб Я.Л., Займин Е.Е., Раззоренов Ф.Ф., Цейтлин Б.С. Ледотермика Ангары.Л.: Гидрометеоиздат, 1964. 154 с.
41. Готлиб Я.Л., Донченко Р.В., Пехович А.И., Соколов И.Н. Лед в водохранилищах и нижних бьефах ГЭС.Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 200 с.
42. Деев Ю.А., Попов А.Ф. Весенние заторы льда в русловых потоках. Физические основы и количественный анализ.Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 110 с.
43. Дементьев В.А. Искусственные сооружения на водотоках
с наледями.Л.: Стройиздат, 1983. 180 с.
44. Дебольская Е.И. Математические модели ледовых заторов
и их последствий: Монография / Под ред. В.К. Дебольского.М.: Изд.
РУДН, 2014. 131 с.
45. Довженко Ю.А. Эффективность и экологическая безопасность
обеспечения судоходных глубин на устьевых барах арктических рек
Якутии. Новосибирск: Сибирское соглашение, 2005. 236 с.
46. Донченко Р.В. Закономерности формирования зажоров льда
в нижних бьефах ГЭС // Тр. ГГИ. 1974. Вып. 219. С. 56–72.
47. Донченко Р.В. Методы расчета зажорных и заторных уровней
воды на зарегулированных участках рек // Тр. ГГИ. 1986. Вып. 323.
С. 3–19.
48. Донченко Р.В. Ледовый режим рек СССР.Л.: Гидрометеоиздат,
1987. 246 с.
49. Донченко Р.В., Баюсова М.И. Оценка изменений условий формирования зажоров в нижнем бьефе Волжской ГЭС им. ХХ съезда
КПСС // Тр. ГГИ. 1973. Вып. 201. С. 65–91
50. Донченко Р.В., Чачина Н.С. Оценка зажорных скоплений
в нижних бьефах ГЭС гидравлическим методом // Тр. ГГИ. 1972.
Вып. 192. С. 53–66.
51. Донченко Р.В., Щеголева Е.В. Закономерности образования
и распространения зажоров на реках СССР // Тр. ГГИ. 1985. Вып. 309.
С. 3–15.
52. Донченко Р.В., Щеголева Е.В., Коробко А.С. Закономерности
формирования и распространения заторов льда на реках СССР // Труды ГГИ. 1982. Вып. 287. С. 3–15.
53. Жукова М.А. Заторы льда на реках бассейна Северного Ледовитого океана и расчет наивысших заторных уровней воды // Труды
ГГИ. 1978. Вып. 248. С. 129–138.
54. Естифеев А.М. Основные ледовые процессы и ледовые комплексы // Изв. ВНИИГ. 1939. Т. 25. С. 11–27.
55. Естифеев А.М. Регулирование шугового потока.М.; Л.: Госэнергоиздат, 1958. 180 с.
56. Естифеев А.М., Соколов И.Н. Процессы зажорообразования
на реках и водохранилищах и методы их регулирования // Тр. координац. совещ. по гидротехнике. 1970. Вып. 56. С. 36–53.
57. Загиров Ф.Г. К расчету максимальных зажорных уровней // Гидротехническое строительство. 1972. № 10. С. 47–48.
58. Зайцев А.А., Кочетков В.В., Савельев Р.А., Третьюхина Е.С. Основы численного моделирования наводнений, вызванных
заторами льда // Труды VI конференции «Динамика и термика рек,
водохранилищ и прибрежной зоны морей». М.: ИВП РАН, 2004.
С. 143–146.
59. Иванов К.Е., Колокольцев Н.А. Динамика ледостава и зажоров
на р. Нева // Тр. ГГИ. 1950. Вып. 6. С. 140–195.
60. Ильина Л.Л., Грахов А.Н. Реки Севера.Л.: Гидрометеоиздат,
1987. 127 с.
61. Каинова С.А., Фролова Н.Л. Особенности ледового режима
рек бассейна Северной Двины // Труды VI конф. «Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей». 2004. С. 151–154.
62. Карнович В.Н. Условия образования заторов льда на реке
Днестре и Дубоссарском водохранилище // Тр. ГГИ. 1967. Вып. 148.
С. 67–78.
63. Карнович В.Н. Физическая модель образования ледяных заторов на реках и водохранилищах ГЭС // Изв. ВНИИГ. 1984. Т. 175.
С. 100–105.
64. Каталог заторных и зажорных участков рек СССР.Т. 1. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 260 с.
65. Кильмянинов В.В. Катастрофическое наводнение на р. Лена
у г. Ленск в 2001 г. // Метеорология и гидрология. 2001. № 12.
С. 79–83.
66. Кильмянинов В.В., Тазатинов В.М., Шепелев В.В. Заторы –
ледовые монстры рек Якутии // Наука и техника в Якутии. 2001. № 1.
С. 36–40.
67. Клавен А.Б., Бузин В.А., Копалиани З.Д. и др. Лабораторные
исследования процесса формирования заторов льда и эффективности
274
275
противозаторных мероприятий на реке Лена у города Ленска // Доклады VI Гидрологического съезда. М.: Метеоагентство, 2006. Секция 2.
С. 154–159.
68. Козицкий И.Е., Быбин Е.А. Экспериментальные исследования прочности ледяного покрова на различных стадиях его разрушения // Труды ГГИ. 1967. Вып. 148. С. 45–63.
69. Козлов Д.В. Воздействие льда на речные сооружения с вертикальной и наклонной гранями // Гидротехническое строительство.
1997. № 12. С. 40–42.
70. Козлов Д.В. Лед пресноводных водоемов и водотоков.М.: Издво МГУП, 2000. 263 с.
71. Козлов Д.В., Савельев К.Л. Экономико-вероятностная методика оценки эффективности мероприятий по борьбе с зажорами и заторами льда // Природообустройство. 2014. № 5. С. 60–65.
72. Колесниченко Н.Н. Задачи и проблемы продления навигации на реках и морях Севера // В кн.: Ледотермические проблемы
в северном гидротехническом строительстве и вопросы продления
навигации.Л.: Энергоатомиздат, 1989. C. 17–18.
73. Конкина Н.Г. К вопросу о классификации рек СССР по ледовому режиму // Вестник ЛГУ. 1957. № 28. С. 16–24.
74. Крыленко И.Н. Математическое
моделирование
взаимодействия в паводки водных потоков в узле слияния рек Сухоны
и Юга // Безопасность энергетических сооружений: Сборник.М.: Издво НИИЭС, 2003. Вып. 11. С. 175–185.
75. Коржуев С.С., Андреева О.Б. Ледовые заторы и наводнения
на северных реках и их экологическая оценка // Изв. РАН. Серия «Геогр». 1996. № 1. С. 116–131.
76. Лисер И.Я. Весенние заторы льда на реках Сибири. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. 103 с.
77. Лисер И.Я. Заторные явления на участке выклинивания подпора Новосибирского водохранилища // Тр. Новосиб. регион. НИГМИ. 1967. Вып. 1. С. 129–146.
78. Лупачев Ю.В., Скрипник Е.Н., Кучейко А.А. Опыт космического мониторинга развития весеннего половодья на реке Северная
Двина в 2010 г. // Земля из Космоса. № 6. Лето 2010. 2010. С. 57–68.
79. Льготин, В.А., Савичев О.Г. Методика оценки уровней вод
реки Томь при ледовых заторах и зажорах у г. Томск // Известия Томского политехнического ун-та, 2001. С. 318. № 1. С. 135–140.
80. Марусенко Я.И. Ледовый режим рек бассейна Томи. Томск:
Изд-во Томского ун-та, 1958. 217 с.
81. Мелешко В.П., Голицын Г.С., Говоркова и др. Возможные антропогенные изменения климата России в XXI веке: оценки по ансамблю климатических моделей // Метеорология и гидрология. 2004.
№ 4. С. 38–49.
82. Методические рекомендации по определению расчётных гидрологических характеристик при отсутствии данных гидрометрических наблюдений. СПб.: Изд-во «Нестор-История», 2009. 194 с.
83. Методические рекомендации по оценке однородности гидрологических характеристик и определению их расчетных значений
по неоднородным данным. СПб.: Изд- во «Нестор-История», 2010.
176 с.
84. Методические указания по борьбе с заторами и зажорами льда.Л.: Энергия, 1969. ВСН-028–70. 151 с.
85. Методические рекомендации по предотвращению образования
ледовых заторов на реках Российской Федерации и борьбе с ними.
Изд. 2-е.М.: ФЦ ВНИИ ГОЧС, 2004. 234 с.
86. Михайлов В.Н., Иванов А.А., Магрицкий Д.В. Причины,
хроника событий и последствия наводнения в низовье р. Кубань
зимой 2001–2002 гг. // Безопасность энергетических сооружений:
Сборник.М.: Изд-во НИИЭС, 2003. Вып. 11. С. 275–283.
87. Нежиховский Р.А., Бузин В.А. Условия образования и прогнозы льда на реках // Метеорология и гидрология. 1977. № 5.
С. 70–75.
88. Нежиховский Р.А., Саковская Н.П. Прогноз максимального заторного уровня воды р. Северной Двины у г. Архангельска // Труды
ГГИ. 1972. Вып. 197. С. 68–96.
89. Норватов А.М. Географическое распространение промерзания
и пересыхания рек // Труды ГГИ, 1950. Вып. 6. С. 55–139.
90. Образовский А.С. Гидравлика водоприемных ковшей.М.: Госстройиздат, 1962. 136 с.
91. ОДН 218.010–98. Инструкция по проектированию, строительству и эксплуатации ледовых переправ.
92. Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях
на территории Российской Федерации.М., 2008. Т. 1. Изменения климата. 228 с.Т. II. Последствия изменений климата. 288 с.
93. Панов Б.П. Зимний режим рек.Л.: Изд-во ЛГУ, 1960. 240 с.
94. Попов Е.Г. Заторы льда и проблемы борьбы с ними // Метеорология и гидрология. 1968. № 8. С. 52–60.
95. Пособие по проектированию сооружений забора поверхностных вод: Пособие к СНиП 2.04.02–84. М.: Стройиздат, 1990. 256 с.
276
277
96. Проскуряков Б.В., Берденников В.П. Метод оценки мощности
заторов льда на реках при использовании опорных кривых // Труды
ГГИ. 1978. Вып. 201. С. 38–54.
97. Рекомендации по расчету зажорных явлений в нижних бьефах
ГЭС.Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 31 с.
98. Рекомендации по расчёту ледовых явлений и пропускной способности каналов в зимний период эксплуатации.Л.: Изд-во ГГИ,
1987. 40 с.
99. Ресурсы поверхностных вод СССР.Т. 3. Л.: Гидрометеоиздат,
1972. 663 с.
100. РД 52.04. 563-20-02. Руководящий документ. Инструкция. Критерии опасных гидрометеорологических явлений и порядок подачи штормовых сообщений. СПб.: Гидрометеоиздат, 2002.
27 с.
101. Рождественский А.В., Бузин В.А., Лобанов В.А. Исследование условий формирования и расчеты максимальных уровней воды
на р. Лена у г. Ленска // Метеорология и гидрология. 2003. № 2.
С. 68–76.
102. Рождественский А.В., Чеботарев А.И. Статистические методы в гидрологии.Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 424 с.
103. Руднев А.С. Типизация заторов льда на р. Лене // Сб. работ
Якутской ГМО. 1969. № 2. С. 63–69.
104. Рымша В.А. Ледовые
исследования
на
реках
и водохранилищах.Л.: Гидрометеоиздат, 1959. 190 с.
105. Руководство по гидрологическим прогнозам.Л.: Гидрометеоиздат, 1989. Вып. 3. 168 с.
106. Русин И.Н. Стихийные бедствия и возможности их прогноза.
СПб., 2003. 140 с.
107. Самочкин В.М. Особенности образования заторов и зажоров
на реках Сибири // Тр. НИИЖТ. 1967. Вып. 60. С. 27–61.
108. СП 33– 101-20-03. Определение основных расчетных гидрологических характеристик.М.: Госстрой России, 2004. 73 с.
109. Семёнов В.А. Климатически обусловленные изменения опасных гидрологических явлений на реках России // Метеорология и гидрология. 2011. № 2. C. 74–82.
110. Синотин В.И. Заторообразовательные процессы и их регулирование в целях борьбы с наводнениями // Гидротехническое строительство. 1972. № 8. С. 22–28.
111. СНиП 2.06.04–82. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). М., 1995. 46 с.
112. Таратунин А.А. Наводнения на территории Российской Федерации / Под ред. Н.И. Коронкевича. Екатеринбург: Изд-во ФГУП
РосНИИВХ, 2008. 432 с.
113. Таратунин А.А. Современная стратегия защиты и минимизации ущерба от наводнений в бассейнах северных рек Российской
Федерации // Сб. докладов конференции «Защита населения и объектов экономики от водной стихии северных рек». Якутск, 2013.
С. 137–140.
114. Терский П.Н., Фролова Н.Л. Наводнения на реках севера европейской территории России (на примере бассейна р. Северная Двина) // Известия РАН. Сер. «Геогр.». 2011. № 3. С. 94–105.
115. Федорова Л.Л., Омельяненко А.В. и др. Аэроледомерное радиолокационное зондирование заторов льда // Доклады VI гидрологического съезда.М.: Метеоагентство, 2006. Секция 2. С. 166–167.
116. Филиппов А.М., Киселев А.А., Херсонский Э.С. Зажоры
на р. Припяти зимой 1990 / 91 г. и предотвращение заторов льда // Метеорология и гидрология 1992. № 7. С. 93–99.
117. Фролова Н.Л., Агафонова С.А., Полякова А.Н. Опасные гидрологические явления в низовьях арктических рек России // Геоэкологическое состояние арктического побережья России и безопасность
природопользования / Под ред. Н.И. Алексеевского. М.: ГЕОС, 2007.
С. 355–390.
118. Фролова Н.Л., Терский П.Н., Агафонова С.А. Оценка опасности гидрологических процессов // В сб. Природные риски: анализ, оценка, картографирование. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2013.
С. 187–193.
119. Цыкин Е.Н. Предупреждение заторов на реках при помощи
ослабления или разрушения ледяного покрова // Изв. АН СССР. Сер.
Геогр. 1971. № 5. С. 61–67.
120. Чижов А.Н. К вопросу об исследовании шуговых явлений
на горных реках // Тр. ГГИ. 1958. Вып. 65. С. 84–99.
121. Чижов А.Н. Формирование ледяного покрова и пространственное распределение его толщины. Л.: Гидрометеоиздат, 1990.
127 с.
122. Чижов А.Н., Бородулин В.В. Распространение наледных явлений на реках // В сб.: Наледи Сибири и Дальнего Востока / Новосибирск: Наука, 1981. С. 100–110.
123. Шаночкин С.В. Оценка изменений сроков основных фаз ледового режима в связи с изменением климата // Труды ГГИ. 1991.
Вып. 354. С. 69–74.
278
279
124. Шаталина И.Н., Трегуб Г.А. О системе мероприятий по предотвращению образования ледовых заторов (зажоров) на реках РФ
и борьбе с ними // Безопасность энергетических сооружений: Сборник. М.: Изд-во НИИЭС, 2003. Вып. 11. С. 201–211.
125. Шаталина И.Н., Трегуб Г.А., Ковалевский С.И., Бакановичус Н.С. Защита водозаборных сооружений главной водопроводной
станции г. Санкт-Петербурга от попадания шуги и нефтяных включений // Труды VI конференции «Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей. 2004. С. 187–189.
126. Шаталина И.Н., Трегуб Г.А. Ледовые проблемы строительства и эксплуатации гидротехнических сооружений. СПб.: Изд-во
ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева», 2013. 452 с.
127. Шуляковский Л.Г., Еремина В.И. К методике прогноза заторных уровней воды // Метеорология и гидрология. 1952. № 1.
С. 46–51.
128. Методика оценки вероятностного ущерба от вредного воздействия вод и оценки эффективности осуществления превентивных
водохозяйственных мероприятий // А.И. Шпагина, С.Ю. Питерская,
А.В. Федорова. Шифр А-9–04. Отчет о НИР по теме «Доработка
и согласование методики оценки вероятностного ущерба от вредного воздействия вод и оценки эффективности осуществления превентивных водохозяйственных мероприятий». М.: ФГУП «ВИЭМС»,
2005.
129. Гидроэлектростанции. Расчет расходов на возмещение ущерба, расходов на восстановление, а также упущенной выгоды от аварий
и инцидентов: Методические указания. М.: ОАО «РусГидро», 2011.
54 с.
130. Методические указания по проведению анализа риска аварий
гидротехнических сооружений: СТП ВНИИГ 210.02.НТ-04. СПб.:
ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева», 2005. 121 с.
131. Оценка масштабов подтопления и затопления г. Великий
Устюг: Отчет Географического ф-та МГУ по договору с администрацией Вологодской области и АОЗТ «Совинтервод» (договор
№ 6 / 2000 от 31.03.2000 г.). М.: Фонд МГУ, 2002.
132. Отчет по теме «Исследования ледотермического режима
и русловых процессов в устьях Сухоны, Юга, а также по Малой
Северной Двине для обоснования противопаводковой защиты
г. Великий Устюг». Географический ф-т МГУ. М.: Фонд МГУ, 2003.
244 с.
133. Исследование водного режима и русловых процессов реки
Северная Двина на участке от города Великий Устюг до города Котлас
и разработка научно обоснованных рекомендаций по предотвращению
вредного воздействия вод: Отчет географического ф-та МГУ по договору с Двинско-Печорским БВУ (договор № 6 / 2000 от 31.03.2000 г.).
М.: Фонд МГУ, 2013.
134. Изображения Земли из космоса: примеры применения.М.:
ООО Инженерно-технологический центр «СканЭкс», 2005. 100 с.
135. Debolskaya E.I. Mathematical modeling of the transportation
competency of an ice-covered flow / E I. Debolskaya, A.Yu. Isaenkov // Water
Resources. 2010. Т. 37. № 5. С. 653–661.
136. Debol’skaya E.I. Two-dimensional model of channel deformations
caused by ice-jam formation / E.I. Debol’skaya, V.K. Debol’Skii, O.Ya.
Maslikova // Power Technology and Engineering. 2009. Т. 43. № 4.
С. 218–222.
137. Extreme hydrological events: new concepts for security. Report
of Workshop in the Russia, Novosibirsk, 11–15 July. 2005. J. Information
NATO, Springer, printed in the Netherlands, 2005. 183 p.
138. Henderson F., Gerard R. Flood waves caused by ice jams formation
and failure // Proc. Inter. Symp. on Ice. Quebec, 1981. P. 209–219.
139. Lindenschmidt K.-E., Sydor M., Carson R.W. Modeling ice cover
formation of a lake–river system with exceptionally high flows (Lake St.
Martin and Dauphin River, Manitoba). J. «Cold Regions Science and
Technology». 2012. Vol. 82. Pp. 36–48.
140. Unterschultz K.D., Van der Sanden J., Hicks F.E. Potential of
RADARSAT-1 for the monitoring of river ice.J. «Cold Regions Science
and Technology», 2009. Vol. 55. Pp. 238–248.
141. River ice jams (ed. Beltaos S.). Water Resources Publ. LLC, 1995.
372 p.
142. Rango A. Progress in snow hydrology remote-sensing
research // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 1986.
GE-24 (1). Pp. 47–53.
143. Pavelsky T.M., Smith L.C. Spatial and temporal patterns in Arctic
river ice breakup observed with MODIS and AVHRR time series // Remote
Sensing of Environment 99 (3). 2004. Pp. 328–338.
144. Lindenschmidt K.-E., Sander J., Demski A., Drouin H.,
Geldsetzer T. Characterizing river ice along the Lower Red River
using RADARSAT-2 imagery // 16th Workshop on River Ice. 2011.
P. 178–213.
280
281
__________________________
_____________________
282
ПРИЛОЖЕНИЕ А.1
283
7
8
9
10
6
Северная
Двина
Стрельна
Онега
Воронья
Поной
2
1
1
2
3
4
5
Река
№ п/п
4
5
г. Котлас
д. Усть-Курье
с. Нижняя Тойма
д. Сидоровская
д. Медведки
88300
209000
227000
236000
86900
675
668
462
389
718
45,96
43,95
28,99
21,35
51,51
4,7
3,25
7,21
5,43
5,09
2,99
4,2
8,05
3,01
3,95
34
54
13
14
38
80
21
15
12
37
1,61
2,79
1,72
2,68
2,98
6,16
1,72
2,17
0,8
5,57
Высота
ВероятПревышение
Уровень
наивысшего запоймы над ность
выхода
средним затопле- торного уровня
воды на
меженным ния поймы 1% вероятности
пойму,
уровнем,
при запревышения
м БС
м
торе, % над поймой, м
6
7
8
9
Реки бассейнов Баренцева и Белого морей
Реки Кольского полуострова
стан. Голицино
9570
20
8,39
с. Каневка
10200
114
129,47
с. Поной
15300
13
11,28
с. Стрельна
2770
1,0
4,34
с. Турчасово
42800
143
16,15
Реки бассейна Северной Двины
3
Пункт
Площадь Расстояводосбоние от
ра, км
устья, км
Таблица А.1
Каталог характеристик затопления пойм средних и крупных рек России при заторах льда
______________
ПРИЛОЖЕНИЯ
145. http://www.dvrcpod.ru: Официальный сайт Дальневосточного
центра ФГБУ «НИЦ КМ «ПЛАНЕТА».
146. http://www.scanex.ru: Официальный сайт ИТЦ «СканЭкс».
147. http://www.sovzond.ru. Официальный сайт Компании «Совзонд».
148. http://www.ador.ru:8101 // Архавтодор (Управление автомобильными дорогами Архангельской области.
149. Атлас природных и техногенных опасностей и рисков чрезвычайных ситуаций Российской Федерации // Под ред. С.К. Шойгу.М.:
ИПЦ «Дизайн. Информация. Картография», 2010. 696 с.
150. Второй оценочный доклад Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. 2014:
Общее резюме. М.: Росгидромет, 2014. 59 с.
284
285
1
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
32
1
27
28
29
30
31
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
14
11
12
13
3
4
5
6
7
8
2
Ухта
Пижма
Пижма
Цильма
Сула
Унья
Когель
Щугор
Уса
Печора
Пеза
Мезенская
Пижма
Вашка
д. Вендинга
с. Вашгорт
д. Решельская
д. Сафоново
д. Игумново
с. Усть-Унья
с. Троицко-Печерск
с. Усть-Щугор
с. Усть-Кожва
с. Усть-Уса
с. Усть-Цильма
с. Ермицы
д. Усть-Бердыш
пос. Охотбаза
д. Мичабичевник
с. Петрунь
д. Макариха
г. Ухта
д. Левкинская
д. Боровая
д. Номбур
д. Коткина
с. Ларкино
3
6980
13000
19000
4520
12000
4430
35600
67500
74600
188000
248000
295000
2370
2150
9220
27500
66900
4290
2250
4390
9420
8500
2930
4
272
170
58
300
66
1643
1359
1036
872
754
425
236
39
45
30
259
94
13
252
53
115
101
61
5
75,38
56,8
35,28
55,25
15,14
147,07
101
66,04
46,76
34,02
16,54
7,67
161,48
121,56
79,61
49,14
43,87
77,92
128,88
28,73
33,95
13,54
91,18
6
1,28
3,14
3,36
5,42
1,73
2,55
6,34
7,11
4,4
3,12
3,94
5,07
2,76
3,81
4,46
1,38
6,98
3,74
2,8
5,88
4,99
4,7
2,06
7
9
0,06
0,77
1,74
1,02
2,49
1,87
2,57
0,48
3,1
1,25
0,81
1,88
2,66
2,78
2,86
1,6
2,64
0,88
4,5
5,81
0,3
56
7
24
2
90
12
1
20
71
87
48
71
1
11
9
97
6
1
1
9
29
38
54
8
2,11
0,79
1,38
0,19
4,07
1,43
0
7,7
3,94
5,19
3,57
4,13
0,27
1,5
1,22
7,1
2,2
0,2
0,43
1,38
3,58
2,25
1,52
9
Продолжение табл. А-1
д. Березник
278000
352
19,47
7,53
16
д. Звоз
285000
276
12,86
5,51
88
Сухона
г. Великий Устюг
50300
3,0
58,74
8,66
1
с.Кичменгский
Юг
8890
244
97,79
5,61
5
Городок
с. Подосиновец
15200
119
76,31
3,93
14
д. Гаврино
34800
35
59,29
4,07
40
Кичменьга
д. Захарово
2010
20
105,25
3,27
3
Вымь
с. Весляна
19100
151
89,23
6,63
1
Весляна
п.г.т. Вожаель
3940
62
98,6
3,83
7
Яренга
с. Тохта
4930
23
71,37
2,65
3
Вага
с. Филяевская
13200
349
65,7
4,33
22
г. Шенкурск
38400
158
34,61
3,91
54
Ваеньга
д. Филимоновская
2470
42
20,37
1,65
66
Пинега
д. Засурье
17100
394
55,88
2,25
40
д. Усть-Пакшеньга
31300
267
34,78
3,99
7
с. Кузомень
39300
59
10,81
5,76
13
Реки бассейнов Белого и Баренцева морей к востоку от р.Северная Двина
Мезень
д. Разгорт
12700
582
95,75
3,93
1
с. Большая Пысса
16100
455
77,46
3,47
5
с. Койнас
26400
327
50,5
2,27
25
д. Малонисогорская 56400
186
25,17
4,98
8
д. Дорогорское
74100
80
8,36
3,78
74
2
Продолжение табл. А-1
286
287
85
86
87
88
89
90
78
79
80
81
82
83
84
77
76
Унжа
Кобожа
Чагодоща
Молога
Быстрая
Кубань
Калитва
Есауловский
Аксай
Северский
Донец
Айдар
3
3,56
3,2
4,02
4,02
3,68
2,73
7
3,18
4,33
6,22
4,72
2,75
2,61
1,68
2,98
19,36
42,76
81,11
91,63
90,87
66,01
6
90,11
108,69
132,2
Реки бассейна Каспийского моря
Бассейн Волги
г. Устюжна
19100
83
110,3
с. Леонтьево
29000
58
106,39
д. Мощеник
2350
28
115,08
с. Мегрино
7330
112
125,79
д. Слудно
8740
58
115,05
г. Макарьев
18500
50
89
183
107
175
83
20
128
111
119
36
323
171
200
66
5
25
39
136
3,42
2,06
3,4
4,83
2,3
3,9
3,9
2250
6370
3240
8060
10500
2950
18800
80900
2110
34800
3460
26800
33700
4
21100
4400
7650
65,85
52,11
62,5
37,96
21,68
50,22
-0,8
пос. Белолуцк
с. Новоселовка
с. Ольховый Рог
с. Раздолье
х. Погорелов
сл. Скасырская
х. Тиховский
г. Белая Калитва
х. Водянский
г. Новохоперск
п.г.т. Киквидзе
х. Красный
ст-ца Арчединская
сл. Беломестная
2
70
71
69
3,83
4,38
5,68
5,89
3,18
4,58
7
4,63
4,9
3,27
4,61
6
Реки бассейна Азовского моря
г. Задонск
31100
1568
103,54
х. Беляевский
204000
774
50,2
ст-ца Раздорская
378
151
4,91
с. Сергеевское 1-е
5790
22
123,64
Хопер
Бузулук
Медведица
Дон
65
66
67
68
5
6,52
2,53
5,24
4,82
1
Луга
Великая
Утроя
Череха
61
62
63
64
72
73
74
75
Паша
Пола
Ловать
Кунья
г. Воронеж
с. Сеченовка
Оять
55
56
57
58
59
60
4
Реки бассейна Балтийского моря
Бассейн р.Нева
д. Шахтиполье
4220
89
17,61
д. Шангиничи
4930
39
11,76
с. Часовенское
5710
51
11,02
д. Налючи
6740
68
25,94
г. Великие Луки
3270
355
95
д. Уварово
2480
70
77,83
Реки южного побережья Финского залива
г. Кингисепп
12200
60
6,84
д. Пятоново
20000
39
42,94
д. Большая Губа
2970
11
55,37
д. Сорокино
2330
14
37,97
3
Красивая Меча
Сосна(Быстр.
Сосна)
Воронеж
Матыра
2
1
3,19
2,55
1,96
6,36
2,74
1,97
1,32
0,74
0,28
0,44
0,2
0,02
0,25
0,84
1,59
1,32
1,65
9
1
22
15
14
44
9
17
43
26
1
54
7
1
5
3
7
53
4
11
8
0,9
1,87
1,83
1,13
1,23
1,42
2,23
2,81
1,77
0,19
3,37
1,3
1,2
0,48
0,6
1,6
1,56
1,1
2,57
9
Продолжение табл. А-1
34
22
10
51
22
21
10
6
4
3
2
1
2
7
32
17
12
8
Продолжение табл. А-1
288
289
Межа
Ока
Косьва
Обва
2
Чусовая
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
113
114
1
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
Юрюзань
Чермасан
Сюнь
Иж
Ик
Вятка
Ашкадар
Сим
Инзер
Уршак
Уфа
Белая
Сылва
Кама
Кадада
Пьяна
Вохма
Цавиль
Свияга
Угра
Осетр
Москва
Атмисс
Сура
2
1
пгт Кын
пгт Лямино
пгт Шамары
с. Подкаменное
Арский камень,д.отд
с. Старосубхангулово
д. Сыртланово
д. Михайловка
х. Веселый
пос. Глуховский
д. Азово
с. Ляхово
г. Нязепетровск
г. Михайловск
г. Красноуфимск
д. Трапезниково
д. Новоюмраново
с. Миньярово
пос. Лебединое озеро
с. Нагайбаково
д. Усатьевская
пгт Аркуль
г. Вятские Поляны
3
д. Загатино
г. Орел
г. Белев
г. Калуга
г. Серпухов
г. Кашира
д. Мухино
д. Маркино
г. Звенигород
с. Атмисс
р.п. Чаадаевка
с. Кадышево
р.п. Сурское
с. Веденяпино
с. Гагино
д. Гробовщино
д. Тувси
с. Вырыпаевка
с. Ивашевка
клх. Ширяевский
г. Сарапул
д. Верхняя Косьва
с. Карагай
3
10400
21500
3130
19700
2300
7590
10100
25800
2250
5760
4260
3130
3560
5650
14200
6880
3570
4140
7770
12300
16500
96900
124000
4
2120
4890
17500
54900
66000
68700
5790
3020
5000
2310
6480
27900
28700
3280
2880
5200
4040
3600
8300
5030
190000
2210
4310
4
160
27
288
14
1297
1090
946
644
36
44
58
41
788
650
501
41
25
39
39
254
910
278
100
5
39
1389
1242
1109
978
927
203
42
281
20
721
361
340
18
335
35
51
251
128
1582
279
212
81
5
174,16
119,1
211,97
115,11
475,86
308,92
213,67
102,66
142,26
101,19
138,79
102,74
289,11
247,08
197,93
174,59
85,06
75,73
64,79
79,78
130,47
73,39
61,33
6
111,47
153,81
137,35
122,72
114,04
110,32
153,89
115,8
139,39
142,15
164,05
96,3
93,97
170,86
112,28
124,31
62,5
98,24
70,32
180,62
67,2
309,02
120,25
6
4,4
5,05
3,81
6,36
2,25
4,51
4,34
4,03
3,46
4,08
2,56
5,57
3,14
3,58
3,95
3,53
4,9
5,48
6,17
2,03
4,22
4,75
5,79
7
4,16
3,7
9,99
7,13
7,43
5,11
2,82
7,02
5,64
2,28
2,9
5,22
6,38
3
3,69
3,92
5,72
2,28
5,52
3,33
3,26
1,77
2,27
7
9
0,32
1,62
2,7
3,7
3,68
3,89
3,46
2,48
1,05
5,93
1,8
0,56
0,7
0,61
4,72
0,57
0,71
1,64
2,24
0,54
1,36
0,28
2,97
1
2
2
14
5
2
2
11
4
18
11
28
11
1
8
28
53
7
2
9
3
24
2
8
0
0,35
0,2
2,6
0,54
0,95
0,32
1,31
0,5
2,32
1,88
2,6
1,63
0,1
1,28
1,97
2,37
1,69
0,4
1,09
0,48
2,77
0,8
9
Продолжение табл. А-1
1
44
5
9
11
28
70
17
2
11
7
8
5
12
66
2
2
32
16
10
6
5
36
8
Продолжение табл. А-1
290
291
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
1
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
147
148
Быстрица
Молома
Лобань
Самара
Ток
138
139
140
141
142
143
144
145
146
г. Верхне-Уральск
пос. Березовский
д. Шипицино
д. Щетиненки
с. Рыбная Ватага
пгт Алексеевка
с. Красноярка
с. Ероховка
с. Перевезниково
с. Репьевка
с. Куриловка
3
5
3540
37
10500
72
2300
56
45500
13
2600
175
5440
38
4280
19
4380
30
7180
46
Р. Урал
2650
2274
22600
1930
4
399,93
258
108,69
102,78
41,78
31,03
104,22
75,3
67,21
50,2
31,3
6
2,02
6,68
286
3,65
3,42
5,97
3,68
4,12
4,1
0,72
2,2
7
14
3
23
11
6
3
26
15
30
76
5
8
0,59
0,6
2,51
1,11
1,71
1,2
1,12
1,57
5,92
1,59
1,44
9
Продолжение табл. А-1
Черный Июс
Мрас-Су
Кондома
Чулым
Томь
Иня
Чумыш
Бердь
Ануй
Чарыш
Бия
2
4
г. Салехард
2950000
с. Турочак
25300
с. Енисейское
35600
г. Бийск
36900
с. Солонешное
2540
с. Белоглазово
17600
свх. Чарышский
20700
р.п.Тальменка
20600
р.п. Маслянино
2480
д. Старый Искитим
6270
д. Кайлы
15700
с. Березовка
17300
пгт. Крапивино
42600
с. Поломашное
51400
г. Мыски
8790
с. Кондомское
2510
пгт. Балахта
14700
с. Красный Завод
33800
г. Ачинск
34200
с. Бирюлиссы
39300
с. Тегульдет
55300
пос. Коммунарка
131000
пос. Сарала
3100
3
312
220
45
21
244
181
82
74
201
62
119
35
370
175
6
212
1604
1152
1140
957
598
131
52
5
4,24
312,04
172,13
166,48
394,96
162,62
149,84
141,69
177,14
119,5
125,17
104,11
135,4
98,88
226,81
318,01
297,38
202,16
193,85
167,12
128,68
78,62
453,94
6
2,34
2,4
4,03
2,3
0,58
3,18
4,34
4,15
1,97
2,14
4,8
2,5
5,81
7,92
3,34
2,87
2,25
2,12
2,52
2,72
4,36
4,52
1,7
7
98
26
3
42
46
74
36
9
60
56
16
52
8
4
18
40
3
65
20
55
2
15
14
8
1,61
1,75
0,20
2,60
0,87
2,23
2,24
0,55
1,42
1,10
1,80
0,96
1,50
1,12
2,48
3,07
1,05
2,47
1,59
1,93
0,14
1
0,5
9
Продолжение табл. А-1
Реки бассейнов Оби и водотоков, впадающих в Карское море между устьями рек Оби и Енисея
Обь
с. Фоминское
98200
3638
162,75
2,33
19
1,2
г. Барнаул
169000
3430
132,89
3,95
20
2,19
с. Шелаболиха
207000
3290
124,93
3,5
14
1,68
г. Камень-на-Оби
216000
3168
115,57
2,22
99
1,82
с. Молчаново
343000
2557
66,08
7,03
17
2,16
пос. Могочин
482000
2518
65,6
6,61
10
1,2
с. Колпашево
486000
2422
60,87
5,5
44
3,18
д. Прохоркино
738000
2025
48,27
7,24
2
0,36
с. Белогорье
2690000
1152
24,07
6,44
1
0,24
р.п. Октябрьское
2720000
907
17,88
4,93
46
1,80
Урал
Терешки
Бузулук
2
1
292
293
Иртыш
186
212
213
214
211
210
203
204
205
206
207
208
209
202
199
200
201
198
197
Енисей
Пяку-Пур
Таз
Синара
Тура
Тагил
Северная
Сосьва
Ляпин
Щучья
Пур
Исеть
2
1
196
Тобол
195
194
193
192
191
190
189
188
187
2
Урюп
Большой Улуй
Кия
Яя
1
182
183
184
185
4
4
9850
5
652
10
817
151
386
516
35
5
1399
20
312
416
637
1420
1600
1760
1824
1916
66
3
252
200
6
38,04
103,02
97,62
116,31
89,05
179,83
43,11
6
213,79
23,72
30,69
32,65
41,12
61,98
66,08
70
73,54
77,25
235,88
185,75
125,33
138,43
7
4,45
3,66
4,2
3,78
1,06
1,51
6,07
7
2,79
4,93
3,18
2,78
5,24
6,56
5,58
4,35
4,27
2,27
1,83
3,46
4,61
4,78
8
19
12
70
98
3
2
12
4
15
45
1
20
5
1
9
2,58
1,74
5,5
6,22
0,81
0,63
1,4
0,86
2,56
2,01
0,01
1,28
0,9
0,1
20
93
73
1
3
20
2
50
80
64
39
96
13
2
13
1
80
35
1
8
4,36
9,76
5,4
0,07
0,95
2,52
0,4
2,12
2,01
1,62
0,92
2,11
2,18
0,21
0,86
0,1
2,51
1,41
0,31
9
Продолжение табл. А-1
с. Саранпуль
18500
149
22,72
4,75
пос. Щучье
10600
141
2,82
5,48
пос. Уренгой
80400
245
13,86
3,89
пос. Самбург
95100
86
5,06
3,61
пос. Тарко-Сале
31400
2,9
24,79
2,68
пос. Таз
89100
357
14,3
5,28
пос. Сидоровск
100000
259
10,24
4,3
Река Енисей и реки восточной части побережья Карского моря
г. Кызыл
115000
3486
621,5
4,03
д.Подкаменная
1760000
1568
38,84
12,61
Тунгуска
с.Верхне-Имбатское 1810000
1323
30,31
14,22
с. Верещагино
1850000
1171
21,11
10,35
д. Сухая Тунгуска 1870000
1058
19,55
12,7
с. Няксимваль
с. Блинниково
361000/
425000
с. Колюткино
3500
11000/
г. Катайск
12800
с.Верхне-Ключевское 5000
г. Верхотурье
5290
д. Малыгина
3900
3
5000
2130
9820
3460
253000/
599000
321000/
г. Омск
769000
337000/
с. Красноярка
786000
352000/
с. Карташево
804000
376000/
г. Тара
828000
969000/
г. Тобольск
1490000
998000/
с. Уват
1520000
1040000/
с. Демьянское
1560000
1120000/
г. Ханты-Мансийск
1640000
13100/
с. Гришенка
13400
3
с. Изындаева
с. Большой Улуй
г. Мариинск
р.п. Яя
с.ПокровоИртышское
Продолжение табл. А-1
294
295
259
260
258
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
1
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
218
215
216
217
1
Унго
Уда (Чуна)
Она
Кудун
Курба
Кемь
Подкаменная
Тунгуска
Аса
Хилок
Чикой
Усолка
Селенга
2
Уда (Чуна)
Бирюса
Агул
Кунгус
Рыбная
Зун-Мурин
Илим
Уда (Чуна)
Большой
Енисей
Малый Енисей
Абакан
Джебаш
Туба
Кизир
Сисим
Кан
2
факт. Усть-Камо
с. Байкит
с. Ванавара
д. Федино
с. Троицкое
с. Усть-Кяхта
с.Ново-Селенгинск
рзд. Мостовой
с. Мурзино
с. Усть-Урлук
Чикойский Кожзавод
с. Поворот
с. Аца
г. Хилок
с. Малета
с. Малый Куналей
з. Хайластуй
с. Усть-Унго
с. Первомаевка
с. Онинское
с. Михайловка
с. Тэгда
с. Михайловка
3
с. Сарыг-Сеп
пос. Абаза
з. Джебаш
с. Бугуртак
с. Имисское
пос. Березовая
с. Улье
с. Ирбейское
г. Канск
д. Петропавловка
д. Ильинка
Кордон №1
Улус Зун-Мурин
д. Сотниково
д. Неванка
с. Чунояр
д. Хая
пос. Соляная
г. Бирюсинск
с. Тора-Хем
с. Селиваниха
с. Курейка
г. Игарка
3
68400
159000
39700
51000
9070
283000
360000
440000
446000
36600
41400
44700
2010
15400
25700
29600
38300
2290
28300
3580
3300
3620
2860
4
53300
14400
2350
31800
9080
2810
3950
8710
23000
11500
3600
3730
4060
29300
34800
51600
52100
10200
24700
15600
2340000
2380000
2440000
4
757
571
1195
150
69
372
273
127
25
248
130
22
17
522
250
173
22
8,2
78
20
104
77
141
5
100
201
3
117
9
59
493
55
230
10
32
46
8
52
414
168
150
665
568
284
974
864
697
5
175,64
155,45
252,67
154,54
121,97
579,09
535,42
491,57
464,84
658,77
590,91
543,75
841,09
797,73
666,38
623,53
533,79
683,65
549,81
682,05
720,46
642,62
132,44
6
705,27
449,47
442,29
293
314,64
293,76
404,07
250,82
202,18
244,4
269,25
293,52
709,74
238,05
225,96
156,28
154,24
314,46
253,48
896,26
21,38
19,84
18,03
6
12,5
14,8
9,38
3,57
6,14
1,5
2,78
5,06
1,78
3,62
1,69
1,2
1,13
1,62
1,78
1,43
1,4
1,37
1,17
0,59
0,63
1,13
2,79
7
2,13
3,29
1,38
2,95
2,15
1,79
2,45
2,64
2,91
1,85
1,25
2,02
3,66
7,04
2,94
4,32
6,1
3,23
2,34
1,7
16,47
18,3
17,27
7
9
0,95
0,22
0,13
0,02
0,18
2,48
0,86
1,2
0,36
1,15
1,65
1,92
0,24
2
0,95
1,54
2
1,12
0,7
0,91
1,26
2,6
4,18
1
3
3
6
5
39
5
6
4
3
6
18
52
10
11
2
40
50
15
3
8
20
10
8
0,35
1,35
1,05
1,02
0,89
1,3
0,45
0,62
1,19
0,76
1
1,25
0,82
0,82
0,9
0,33
1,31
1,22
0,68
0,5
2,3
0,41
1,09
9
Продолжение табл. А-1
4
2
2
1
2
7
7
10
3
22
72
54
2
11
9
9
10
2
3
10
4
15
14
8
Продолжение табл. А-1
296
297
1
3
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
1
273
274
275
276
277
272
Лена
2
Малая
Куонапка
Оленок
Лена
Непа
Ерачимо
Норилка
Нижняя
Тунгуска
265
с. Оленок
р.п. Качуг
р.п. Жигалово
с. Орлинга
г. Усть-Кут
с. Джалинда
с. Подымахино
с. Марково
г. Киренск
д. Ичера
д. Паршина
с. Витим
с. Пеледуй
г. Ленск
с. Нюя
с. Мача
с. Кочегарово
г. Олекминск
с. Солянка
с. Хатынг-Тумул
с. Саныяхт
д. Чуран
с. Покровск
с. Табага
г. Якутск
пос. Кангаласцы
с. Намцы
с. Джарджан
с. Сииктээх
3
41000
77400
99100
4119
9100
19800
8270
16300
22900
2340
2092
1612
533
7
19
2670
168
187
727
13300
5
209
4
218000
6
391,81
256,08
231,16
434,08
47,31
31
334,42
47,41
110,83
342,63
59,6
74900
82500
92200
165000
179000
199000
425000
450000
453000
538000
542000
560000
770000
798000
812000
833000
892000
897000
904000
912000
919000
2370000
2410000
4
89200
17400
30400
51100
71400
20300
3417
3319
3155
2977
2789
2719
2693
2508
2424
2313
2215
2103
2078
1951
1885
1825
1574
1527
1491
1457
1403
512
368
5
1505
3968
3803
3619
3464
103
278,47
259,2
253,68
225,42
194,83
183,91
178,3
165,94
157,71
151,8
139,97
134,06
133,87
123,87
118,36
109
98,16
92,58
90,16
88,5
84,95
31,05
24,61
6
113,52
508,55
412,1
334,06
287,55
38,94
Реки побережья моря Лаптевых
с. Преображенка
с. Ербогачен
с. Наканно
с. Токма
факт.Большой Порог
пос. Валек
с. Подволошино
Елагуй
264
266
267
268
269
270
271
факт Келлог
Вельмо
263
факт. Кузьмовка
факт.Чунская
Стрелка
7км ниже устья
р.Теи
Чуня
2
262
261
7
4,75
9,55
3,67
7
6,34
6,96
4,53
11,95
9
11,41
8,8
9,37
11,51
9,77
9,4
4,44
6,96
4,69
5,2
5,95
6,32
14,5
13,11
7
10,65
1,98
2,82
3,17
4,46
6,3
6,56
10,18
8,03
4,66
2,36
2,35
3,96
4,97
4,2
3,05
15
9
-0,44
0,51
1,07
3,75
2,77
3,27
3
2,05
0,28
0,02
2,78
1,28
3,27
1,1
1,03
3,6
0,05
48
3
40
6
19
9
55
11
34
1
65
5
3
19
24
100
27
80
90
72
21
40
98
8
3,01
0,8
3,62
1,1
1,9
1,93
6,75
5,90
4,71
0,1
4
1,04
0,69
2,76
2,66
8,24
5,5
3,78
4,2
4,7
0,88
2,83
6,72
9
Продолжение табл. А-1
1
5
18
54
22
20
24
16
1
1
30
9
46
6
20
97
1
8
Продолжение табл. А-1
298
299
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
Уров
Аргунь
Уда
Амур
Кулу
Малый Анюй
Амгуэма
2
Буралах
Бытантай
Индигирка
Колыма
1
Яна
Юдома
Амга
Мая
Нюкжа
Жуя
Намана
Алдан
Нюя
Олекма
Куленга
Тутура
Илга
Киренга
2
324
325
326
327
328
329
330
331
332
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
1
4
7
9
2,05
0,55
1,75
2,07
1,61
3,31
1,51
1,9
1,48
2,6
6,15
0,45
0,31
0,89
0,46
0,1
1,3
3,1
0,5
-0,2
2,75
1,85
1,06
8
2,55
2,7
2,56
2,43
1,3
0,3
0,63
1
4,54
4,49
1,4
0,95
1,3
0,98
0,77
0,83
1,29
1,36
2,8
0,53
0,7
0,4
9
Продолжение табл. А-1
51
7
30
12
62
40
13
35
11
4
28
5
3
30
2
1
7
53
3
1
68
17
5
8
Продолжение табл. А-1
27
8
2
5
3
1
4
6
83
52
11
4
3
6
179,03
88,24
15,61
201,08
38,57
19,57
621,75
354,32
136,01
15,12
1,33
2,17
3,29
1,46
2,83
4,25
3,61
4,9
10,39
10,68
4,89
3,13
2,11
10,72
11,11
6,81
2,6
5,98
3,99
3,68
8,58
5,61
7
Реки побережья Берингова и Охотского морей
с Удское
37500
83
58,29
2,66
с Покровка
370000
2820
309,89
7,63
с Джалинда
406000
2618
261,94
10,86
с. Черняево
440000
2388
205,53
6,58
с. Сергеевка
448000
2015
141,67
8,69
с. Константиновка 734000
1831
114,37
7,1
с. Казакевичево
1630000
1004
36,38
4,99
1630000
966
34,15
5,57
г. Хабаровск
с.Нижне-Тамбовское 1750000
514
13,18
8,11
с. Сухановка
1760000
417
10,22
6,72
с. Ново-Цурухайтуй 96000
603
506,76
2,2
с. Олоча
106000
425
463,88
4,04
с. Усть-Уров
4200
3
411,64
1,86
5
90
20
350
1556
969
641
83
546
224
19,24
513,81
434,82
419,96
353,46
258,74
178
504,16
406,98
172,34
148,3
408,24
405,8
142,78
165,75
153,62
134,3
214,58
175,14
340,18
274,24
143,35
101
6
9
8
4
7
15
26
4
5
12
4
7570
40000
305000
129000
287000
361000
10300
9220
11700
49
12
24
24
228
18
132
904
633
262
152
4,6
252
35
966
745
562
272
88
222
932
436
581
5
2,36
4,82
6,25
4,58
3,9
8,2
2
2,76
2,64
с. Томтор
местн. Асар
местн. Воронцово
клх. Искра
пос. Зырянка
г. Средне-Колымск
пос. Кулу
пос. Илирней
пос. Амгуэма
3
пос. Тит-Ары
2450000
с. Белоусово
2480
д. Грехова
7100
з. Половинное
7960
с. Казачинское
28800
д. Шорохово
46500
с. Курум
32600
с. Средняя Олекма
37300
с. Усть-Нюкжа
46900
местн. Джекемдэ
109000
с. Куду-Кель
115000
с. Усть-Нюкжа
32100
пр-к Светлый
4790
с. Мээкимуэ
16600
с. Усть-Миль
269000
пос. Эльдикан
484000
с.Охотский Перевоз 514000
с. Аим
108000
с. Чабда
165000
с. Югаренок
30800
с. Буяга
23900
с. Амга
56800
пос. Янский
161000
3
300
301
2
1
376
373
374
375
372
369
370
371
368
Арсеньевка
Илистая
Тымь
Поронай
Раздольная
Большая
Уссурка
Малиновка
Бикин
Уссури
Уссури
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
356
Джила
Амазар
Зея
Тында
Уркан (Правый
Уркан
Деп
Бурея
Бира (Б. Бира)
2
Онон
Иногда
1
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
3
4
6200
9710
21400
18500
4
8440
67400
2910
5890
24400
26200
132000
157000
186000
5180
4030
15700
95900
6130
12500
17700
22000
37000
2780
8000
56300
4060
5
23
308
46
141
5
126
80
260
181
545
479
193
111
56
94
66
34
12
468
386
233
219
20
0,8
149
773
14
6
61,38
237,31
57,75
146,34
6
239,66
115,06
214,71
128,33
83,34
63,89
47,75
42,04
37,82
118,51
74,06
214,41
507,4
812,3
739,02
640,57
635,1
516,06
797,61
435,34
262,04
488,13
7
1,28
1,16
3,68
2,01
7
2,65
6,94
1,38
1,14
2,43
1,68
3,08
3,46
3,52
2,19
3
1,77
2,4
2,06
2,2
1,67
3,8
4,23
1,81
2,68
5,07
3,82
Реки побережья Татарского пролива и Японского моря
г. Уссурийск
13400
94
11,58
2,88
Реки о.Сахалин
свх Ныш
4930
80
9,61
3,78
с. Абрамовка
2670
220
90,25
2
ст. Победино
4380
159
51,06
3,19
пос. Красный
6080
103
18,24
2,55
Октябрь
с. Введенка
мет.ст. Родниковая
ст. Звеньевая
с. Вострецово
3
з. Рычково
с. Каменка
ст. Биракан
ст. Бира
пос. Кировский
г. Лесозаводск
с. Козловское
с. Венюково
с. Ново-Советское
с. Яковлевка
с. Халкидон
с. Заречное
с. Чирон
с. Дешулан
с. Улеты
г. Чита
с. Атамановка
с. Красноярово
«0,8 км от устья»
ст. Амазар
с. Дамбуки
14 км
9
1,88
1,8
0,83
1,46
1,22
2,32
1,06
2,57
2,5
1,5
0,48
2,42
0,7
0,12
2,42
0,59
0,11
0,53
2,17
1,07
0,41
0,5
28
75
8
19
1
42
24
2
13
8
0,76
1,93
0,29
0,61
0,2
1,7
0,5
0,3
0,87
9
Окончание табл. А-1
Продолжение
13
5
5
18
23
42
5
27
18
35
4
34
6
3
19
3
1
2
7
3
2
2
8
Продолжение табл. А-1
302
303
1
3
с. Ловозеро
стан.
Захребетное
Рында
стан. Рында
Харловка стан. Харловка
Восточная
стан.
Лица
Восточная Лица
Варзина
с. Варзино
Иоканьга стан. Иоканьга
Поной
с. Краснощелье
«
с. Каневка
«
с. Поной
Пялица
с. Пялица
Стрельна
с. Стрельна
Чаваньга
с. Чаваньга
Варзуга
с. Варзуга
Муна
Устье
Инга
пос. Инга
Куркен-йок
Устье
Куреньга
3,1 км
Гольцовка
ст. Имандра
Малая
ст. Хибины
Белая
Вирма
Оленка
2
«
Кола
«
Воронья
3
пос. Луостари
ст. Печенга
15,5 км от устья
Устья
с. Ура-Губа
пор. Томкиш
Автодорожный
мост
Исток
г. Кола
4 км ниже
впадения р.
Серебряной
пос.
Серебрянский
стан. Голицино
2
Печенга
«
Титовка
Западная
Лица
Ура
Тулома
Аким
1
Реки
Кольского
полуострова
Пункт
Река
Бассейн
1-2
3-4
1-2
2-3
4-5
1-5
288-290
111-114
10-13
0-1
0-1
2-4
22-25
0-1
4-5
0-1
3-4
0-1
1-2
488
1010
1990
1870
1090
6020
3810
10200
15300
946
2770
1180
7940
986
395
182
509
89,8
79,9
5
4-5
140
4
44-45
19-20
53-55
8610
8670
9570
5-6
81-83
0-1
1400
575
3850
5
24-25
8-9
15-16
0-2
2-3
62-64
1610
1680
942
1660
1020
17500
4
МестопоПлощадь
ложение
водосбоучастка от
2
ра, км
устья, км
«
Ноябрь-декабрь
Декабрь-январь
Ноябрь
Ноябрь-декабрь
Октябрь-ноябрь
Март
Октябрь-январь
«
Ноябрь-декабрь
Ноябрь
Ноябрь-март
«
Ноябрь-январь
Ноябрь-февраль
Декабрь
7,0
2-2,6
1,1-1,4
0,9-1,4
-
100
100
55
83
100
80
100
86
61
100
100
Ноябрь-декабрь
«
«
0,5-0,9
3,5-4,5
8
Ноябрь-март
7
1,7
1,9
1,8
1,7
1,9
1,8
1,2
1,8
2,0
2,0
1,2
1,5
1,4
1,2
1,4
-
-
2,9
-
-
11
1,3
2,1
1,9
2,0
1,5
3,3
1,4
3,6
1,4
1,6
1,4
1,6
1,3
1,6
1,6
1,3
1,2
2,3
1,4
1,7
9
1,3
2,1
1,9
1,4
1,4
3,1
1,4
3,3
1,3
1,1
1,1
1,6
1,3
1,5
1,6
1,3
1,0
1,9
1,4
1,4
10
1,4
1,6
-
1,1
1,9
1,5
-
11
Продолжение табл. Б.1
«
100 Ноябрь-декабрь
«
1,3
1,8
2,2
«
100 Декабрь-январь
«
100
-
2,1
1,4
1,7
1,7
1,2
1,4
7
100 Октябрь-ноябрь
61
«
71
«
78
«
77 Ноябрь-декабрь
60 Декабрь-февраль
-
6
-
-
-
-
6
Уклон,
%о
Наибольшая
толщина скопления
шуги и
льда, м
Таблица Б.1
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Наибольший
подъем уровПериод, в течение ня воды при
зажоре, м
которого наблюдается образование общий
зажоров
над за счет
меже- льда
нью
8
9
10
Каталог наибольших зажоров льда на реках России
Повторяемость
Зажоров, %
304
305
1
1
Реки
бассейна
Северной
Двины
3
д. Березовая
Слободка
«
д. Брызгалово
«
д. Порог
«
д. Скорятино
«
д. Каликино
«
д. Подсосенье
«
г. Великий Устюг
Вологда
с. Молочное
«
г. Вологда
Масляная
д. Локтево
Юг
г. Никольск
«
с. Подосиновец
«
д. Гаврино
Луза
д. Красавино
Савватиевка д. Горбищево
Вычегда
с. Парч
«
с. Малая Кужба
«
с. Сторожевск
«
г. Сыктывкар
«
с. Яренск
«
д. Федяково
«
г. Сольвычегодск
Нем
с. Краснояр
Сысола
с. Палауз
«
с. Иб
«
пос. Максаковка
ГМС Шомвуква
Вымь
с. Весляна
«
Сухона
2
«
«
«
«
«
«
«
«
«
«
«
«
«
«
«
Сухона
3
д. Медведки
г. Котлас
д. Усть-Курье
с. Красноборск
пог. Лябля
д. Абрамково
с. Нижняя Тойма
д. Сидоровская
д. Березник
д. Почтовская
д. Звоз
д. Часовня
д. Погост
д. Копачево
д. Орлецы
с. Усть-Пинега
шлюз.
Знаменитый
д. Рабаньга
с. Наремы
д. Дороватка
с. Усть-Толшма
г. Тотьма
д. Коченьга
2
Северная
Двина
«
«
«
«
«
«
43300
45200
46200
48600
49200
50100
50300
1280
2640
196
2310
15200
34800
16300
35,6
15700
26500
38200
66900
100000
112000
120000
4180
8750
15700
17200
8750
19100
4
165-170
115-125
54-60
49
39
15
3,0
58-63
25-30
30-36
365-370
116-121
0-38
96-101
0-3
770-777
660-665
542-550
413-420
200-207
70-77
16-23
13-18
209-215
91-96
9-15
270-276
135-153
5
-
6
-
550-555
522-527
433-447
371-391
312-348
273-289
215-220
15000
15500
23600
27100
31800
34800
39700
98
98
100
90
97
88
39
71
36
66
73
81
99
100
100
97
98
100
100
99
100
92
100
100
100
7
Ноябрь-декабрь
«
«
«
«
«
«
«
«
«
Ноябрь-январь
Октябрь-декабрь
Ноябрь-декабрь
Октябрь-декабрь
Ноябрь-март
Ноябрь-декабрь
Ноябрь
Ноябрь-декабрь
«
«
«
«
Ноябрь
«
«
«
«
Октябрь-ноябрь
8
9
1,6
2,8
2,7
3,3
2,3
2,3
3,6
3,2
3,7
5,8
4,7
3,8
5,1
5,4
2,0
1,8
3,1
3,6
3,8
3,1
2,9
2.3
3,3
10
1,6
1,8
1,7
2,0
2,1
2,1
3,6
3,2
3,7
3,5
4,2
3,8
5,1
2,9
2,0
1,8
3,1
3,3
2,2
2,8
2,4
2.0
3,3
-
1,5
0,8
1,5
11
3,6
4,0
4,0
4,6
4,1
2,7
4,3
2,2
2,6
1,4
1,3
2,7
2,8
1,7
2,0
1,9
2,6
2,0
3,0
2,7
2,1
4,5
2,4
1,9
1,9
1,8
1,9
2,8
9
3,3
3,7
3,9
4,6
3,9
2,7
4,0
2,2
2,3
1,4
1,3
2,1
1,5
1,4
2,0
1,9
1,9
2,0
2,2
2,5
2,0
3,3
1,8
1,9
1,9
1,8
1,9
2,2
10
2,1
1,2
0,8
0,4
1,3
11
Продолжение табл. Б.1
52
Ноябрь
76 Ноябрь-декабрь
95
«
67
«
87
«
87
«
100
«
«
«
«
«
«
«
«
«
«
«
98
96
98
100
97
91
100
92
227000
236000
278000
285000
285000
304000
304000
305000
305000
348000
-
8
442-462
382-389
342-365
276-282
259-261
190-233
190
170
163
135-142
7
97 Ноябрь-декабрь
100
«
100
«
96
«
100
Декабрь
96 Ноябрь-декабрь
6
-
5
715-720
673-676
668
620
598-615
491-528
86900
88300
209000
217000
217000
220000
4
Продолжение табл. Б.1
306
307
1
Реки
бассейнов
Белого и
Баренцева
морей к
востоку
от р.
Северная
Двина
1
3
3
Мудьюга д. Патракеевская
Кулой
д. Кулой
«
д. Карьеполье
Сояна
Рыбозавод
«
д. Сояна
Мезень
д. Макариб
«
с. Кослан
«
д. Разгорт
«
с. Важгорское
«
с. Койнас
«
д.
«
Малонисогорская
«
д. Бугаевская
Большая
с. Дорогорское
Лоптюга
Мезенская
д. Буткан
Пижма
Вашка
с. Ларкино
«
д. Вендинга
«
с. Вашгорт
Пёза
д. Рещельская
«
д. Сафоново
д. Игумново
Печора
с. Усть-Унья
«
д. Якша
2
Вымь
д. Ванвиздино
Яренга
с. Тохта
Ерга
д. Юркинская
Нижняя
Тойма
д. Метил
Вага
г. Шенкурск
«
с. Усть-Сюма
«
с. Кица
Пежма
д. Шелюбинское
Вель
д. Березинская
Устья
с. Шангалы
Ледь
д. Зеленинская
Ваеньга
д.
Емца
Филимоновская
«
с. Сельцо
Мехреньга
с. Емецк
Ваймуга
д. Чурозгора
Пинега
д. Пермилово
«
д. Согры
с. Усть«
Покшеньга
«
с. Кулогоры
Юла
с. Кузомень
Покшеньга д. Каренжиха
«
пос. Сылога
д. Земцово
2
257-267
105-123
58-68
18-22
48-52
24-25
31300
36700
39300
4510
2780
4050
8
Ноябрь-март
Ноябрь-декабрь
«
«
Ноябрь-март
Ноябрь-декабрь
«
«
Октябрь-декабрь
Ноябрь-декабрь
Ноябрь
«
«
Октябрь-ноябрь
0,3-1,2
-
3-7
59-61
270-275
168-174
50-60
275-308
60-70
1642-1652
2010
2930
6980
13000
19000
4520
12000
4430
9620
8
Ноябрь-декабрь
Октябрь-декабрь
Ноябрь
«
Октябрь-ноябрь
«
«
Ноябрь
Ноябрь-декабрь
«
«
«
«
92
96
Ноябрь
«
100
«
92
«
98 Ноябрь-декабрь
97
«
100 Октябрь-ноябрь
100
Ноябрь
100 Октябрь-ноябрь
7
100
98
100
100
96
100
100
100
100
100
100
100
6
9-24
206-213
103-108
32-42
17-20
673-681
600
582
340-383
323-330
186
164
40-125
2,8
1,9
4,0
2,1
1,2
2,2
1,9
2,0
2,8
2,5
2,3
2,1
2,8
1,5
1,9
2,5
3,9
2,3
1,8
1,7
2,0
2,6
2,7
9
2,2
1,6
2,6
1,7
1,2
2,2
1,7
1,7
2,5
2,4
1,6
2,1
2,1
1,5
1,5
2,3
2,8
1,9
1,6
1,3
2,0
2,5
1,8
10
1,0
1,1
0,5
-
0,9
1,0
0,4
0,3
0,7
0,4
1,0
0,9
0,4
-
11
1,8
2,0
1,8
1,9
1,8
2,0
2,6
2,2
1,4
1,4
1,6
2,1
1,4
2,3
2,4
1,2
2,1
2,3
1,4
3,6
2,6
2,0
9
1,8
2,0
1,2
1,6
1,8
1,6
2,6
2,2
1,3
1,3
1,2
1,8
1,4
2,0
2,2
1,2
2,1
2,3
1,4
3,1
2,2
1,8
10
-
-
-
0,2
1,3
0,5
0,9
-
11
Продолжение табл. Б.1
98 Ноябрь-декабрь
93
«
90
«
100
«
92
Ноябрь
92
«
100
96
100
77
96
75
76
80
88
98
92
100
97
97
85
Ноябрь
93 Октябрь-ноябрь
100
Ноябрь
7
305
3040
11700
4870
5570
6450
11700
12700
21800
26400
56400
56900
74100
5
-
31-36
150-162
54-58
32-39
15-26
19-50
100-109
39-45
36-45
56-63
6-11
28-37
33-43
653-661
1510
38400
43900
44600
1310
4840
9730
2240
2470
7980
13400
4120
2810
3120
4
-
0-5
17-25
95-105
25600
4930
417
-
6
5
4
Продолжение табл. Б.1
308
309
1
Бассейн
р. Нева
1
2
Оять
«
«
Шокша
Паша
«
Шуя
«
Суна
Водла
«
«
Нетома
Сомба
Андома
Мегра
Олонка
«
«
Важинка
Нева
«
«
Ижора
Охта
4
205000
212000
248000
295000
312000
2370
10800
9220
4980
1320
1150
17900
22700
2250
4890
9420
8500
35600
42800
67500
74600
188000
4
278000
г. Отрадное
281000
пос. Усть281000
Славянка
з-д «Большевик» 1000
пос. Усть-Ижора
340
д. Новое
768
Девяткино
1090
д. Торосозеро
2120
с. Верховье
г. Олонец
1900
д. Согинский
1910
Погост
д. Тимофеевская 4220
4930
д. Шахтиполье
744
д. Шангиничи
д. Тимофеевская 3910
5710
д. Дуброво
4080
с. Часовенское
9560
д. Канозеро
4750
д. Бесовец
6300
д. Фокина Гора
8010
д. Половина
12000
д. Водла
763
д. Харловская
689
д. Половина
1135
д. Кривцы
д. Теркино
660
д. Павловская
3
с. ТроицкоПечорск
д. Савинобор
с. Усть-Щугор
с. Усть-Кожва
с. Усть-Уса
д. Мутный
Материк
с. Щелья-Юр
с. Усть-Цильма
с. Ермицы
с. Оксино
д. Усть-Бердыш
д. Максимово
д. Мичабичевник
пос. Кожим
Рудник
с. Сыня
с. Изваиль
с. Кедвавом
д. Картайоль
д. Левкинская
д. Боровая
д. Номбур
д. Коткина
«
«
«
«
«
«
«
«
«
«
Унья
Илыч
Щугор
Кожим
Сыня
Ижма
«
«
Пижма
«
Цильма
Сула
3
2
0,7
1,0
1,0
2,0
0,15
10,0
0,36
0,08
1,5
1,0
1,0
1,0
1,0-1,5
0,2
-
23
74
35-37
27-30
14-17
155-156
86-90
37-39
0-1
136-138
50-54
175-177
9-13
89-94
143-149
126-128
39-45
0-5
0-4
37-41
46-51
6
45
29
23
0,05
5
0,9
-
-
1503-1508
1355-1360
1180-1195
1027-1037
868-876
744-773
605-615
475-485
398-429
226-254
0-144
37-44
42-50
22-35
10-17
126-136
126-136
202-210
150-156
249-255
51-57
105-123
97-104
6
5
8
8
«
«
«
«
«
«
«
«
Декабрь-январь
«
«
«
Ноябрь-декабрь
Декабрь-февраль
«
Ноябрь-январь
Ноябрь
63
«
72
Декабрь
87 Ноябрь-декабрь
38
«
100
48
75
83
63
28
72
94
56
94
100
67
3,0
3,3
3,7
4,8
3,6
1,4
1,5
2,7
2,3
1,2
1,6
2,0
2,8
1,2
1,6
2,2
3,2
10
3,0
3,3
3,7
3,4
2,4
1,1
1,5
2,7
2,3
1,2
1,6
1,8
2,6
1,2
1,5
2,2
2,5
3,0
3,0
4,2
2,6
2,6
-
-
11
1,7
1,9
2,5
3,0
1,6
2,1
2,8
2,9
1,6
2,4
4,0
1,8
2,2
2,9
1,4
1,5
1,3
1,9
1,7
2,0
2,5
3,0
3,6
3,4
2,7
9
1,2
1,4
1,6
1,9
1,5
1,8
1,6
2,0
1,6
2,4
3,4
1,5
1,4
2,2
1,2
1,5
1,2
1,5
1,4
1,6
1,2
2,9
3,2
3,3
2,0
10
0,6
0,8
3,8
1,0
-
-
5,0
5,0
6,0
-
11
Продолжение табл. Б.1
Ноябрь-декабрь
«
«
Октябрь-ноябрь
«
Ноябрь-декабрь
Ноябрь
Октябрь-ноябрь
Ноябрь
Октябрь-ноябрь
«
Ноябрь
«
«
Октябрь-ноябрь
«
«
100 Декабрь-январь
100
«
100
«
78
«
7
97
95
98
97
60
57
100
100
100
92
100
100
100
100
94
100
100
3,0
3,4
4,8
2,6
2,6
9
Продолжение табл. Б.1
96 Ноябрь-декабрь
100
«
95
«
90
«
96
Ноябрь
7
310
311
1
Реки
бассейна
Азовского
моря
Реки
южного
побережья
Финского
залива
1
д. Яхново
с. Колчаново
д. Горелуха
с. Березовский
Рядок
с. Опеченский
Посад
пос.
Потерпелицы
с. Бор
д. Девкино
д. Меглецы
г. Великие Луки
д. Сельцо
г. Холм
д. Коробинец
д. Среднее
Райково
г. Кингисепп
пгт. Вырица
д. Степановщина
д. Дорбыши
г. Опочка
д. Гуйтово
д. Пятоново
Сясь
«
Тихвинка
Мста
д. Визги
д. Славковичи
Исса
Череха
Северский
Донец
г. Изюм
«
с. Еремовка
Кубань
х. Дегтяревский
«
г. Невинномыск
«
г. Армавир
«
ст-ца
Большой
Темижбекская
Зеленчук
Лаба
ст-ца Исправная
Фарс
х. Догужиев
ст-ца
Белая
Дондуковская
х. Кирпичный
Киша
х. Северный
Курджипс
Лагерная
караулка
Пшиш
х. КрасноУбинка
Октябрьский
г. Хадыженск
ст-ца Северская
3
2
Луга
Оредеж
Нарва
Великая
«
«
«
Систа
«
Уверь
Ловать
«
«
Полисть
«
«
3
2
340-342
311-322
219-222
81-88
50-51
340-356
257-263
192-194
127-129
12700
13200
16900
22500
1750
3270
8230
14700
1160
600-602
571-572
713
698-702
584
501
77-80
17
77-79
135-136
29
0-1
0-1
182-183
17
1900
12000
1240
2310
5790
498
765
710
201
30-32
69-80
5
49-64
123-125
58-77
282-288
224-226
92-100
32-41
22600
38300
7340
8060
16900
18800
1410
1250
4
12200
659
48100
2920
3500
13400
20000
13-14
387-390
5180
573
25-27
17-19
15-17
5
6230
6900
2070
4
8
Ноябрь-январь
«
1,1-4,8
0,3-0,8
0,3-0,5
0,05-0,8
0,6
4,0
5,0
6,6-14,0
0,1-0,16
«
«
«
«
«
«
«
40
67
36
20
11
24
10
1,6
2,7
«
«
45
52
2,1
4,1
3,2
3,3
1,8
3,8
1,5
2,4
2,0
1,9
2,3
1,4
1,6
1,5
2,9
9
22 Декабрь-январь
«
19
«
86 Ноябрь-январь
«
55
«
79 Ноябрь-декабрь
20
«
0,6
-
0,03-0,25
0,3
3,7
0,5
7
8
2,4
1,8
3,4
1,9
1,9
2,8
1,8
2,1
2,2
2,7
2,2
3,9
2,4
2,4
1,9
2,9
1,9
2,2
1,9
1,4
3,1
1,7
1,5
2,1
1,4
2,0
3,6
0,5
1,2
1,4
-
2,2
1,6
0,8
1,4
-
1,5
2,4
1,7
3,0
1,8
2,1
1,3
1,5
1,5
1,8
-
1,0
1,0
11
1,6
1,8
2,1
1,8
10
1,7
2,4
1,5
1,8
2,4
1,5
1,6
1,8
1,3
1,3
1,9
2,3
1,4
1,3
1,3
2,0
10
-
-
-
-
0,7
-
11
Продолжение табл. Б.1
83
«
72
Декабрь
100 Декабрь-январь
56
«
76 Ноябрь-декабрь
90
«
80
«
62
63
Декабрь
82 Ноябрь-декабрь
72
«
78
«
67
«
100
«
56
«
14
«
43
«
66
1,9
2,1
2,4
9
Продолжение табл. Б.1
70
Декабрь
70 Ноябрь-декабрь
72
«
7
6
1,3
0,3
0,5
0,13
-
-
1,6
0,21
0,16
0,16
0,11
1,2
0,35
0,35
0,57
0,35
0,3
0,3
0,8
6
312
313
1
1
Реки
бассейна
Волги
Вятка
«
Елховка
Унжа
«
«
Межа
Ока
«
Угра
Клязьма
Ветлуга
Яйва
Вогулка
Инзер
«
Уфа
«
Ай
2
5
4
2440
1670
3160
1990
2340
2360
0,04-0,20
0,02-0,10
0,2-0,4
0,02-0,05
0,03-0,13
0,3
0,4-0,6
0,3-0,5
0,09-0,10
0,5
0,94
460-461
690-692
276-282
8
6
-
8
«
«
«
«
«
«
1,4
1,4
2,1
1,2
1,4
1,6
2,2
2,1
1,6
2,4
2,7
2,2
1,8
1,6
2,2
1,3
1,5
2,0
1,5
1,5
3,9
1,7
10
-
0,9
1,3
0,9
1,2
0,9
1,5
0,4
0,8
11
25
«
16
«
17
«
60 Декабрь-февраль
1,4
3,1
2,0
1,3
1,9
2,1
1,9
1,6
4,2
2,8
2,0
2,4
3,4
2,4
1,9
1,5
1,5
2,3
2,5
9
1,0
1,4
1,6
1,3
1,6
1,8
1,3
1,3
2,3
2,4
1,9
1,4
1,7
2,3
1,8
1,4
1,3
1,9
2,0
10
-
-
11
Продолжение табл. Б.1
1,4
1,4
3,5
1,2
1,6
2,0
3,3
3,4
1,8
2,4
3,9
2,9
2,8
3,6
4,9
2,6
1,5
2,4
1,9
1,8
4,0
2,2
9
Продолжение табл. Б.1
Декабрь-январь
«
Ноябрь-декабрь
«
Декабрь-январь
«
Ноябрь-декабрь
«
«
«
«
«
«
«
«
«
8
44
Ноябрь
47 Ноябрь-декабрь
24
«
64
«
33
«
7
«
25
«
17
«
31
«
20
«
39
«
20
«
83
«
18
«
45
«
7
97
26
64
60
100
79
52
79
73
30
71
26
47
55
75
44
91
70
61
100
86
77
0,4
0,2
0,3
0,3
0,05
0,12
-
7
6
232-289
126-185
44-50
37-39
648-649
211-215
115-116
283-292
390-392
86-88
4-6
198-199
57-58
360-361
317-318
5
150-157
117-124
27-45
40-44
23
20
9130 3368-3370
12200 3266-3268
2390
17-23
22-24
5510
147-148
594
10200 236-238
14300 135-136
79-85
19100
53-60
29000
25-31
2350
140-147
2720
107-114
7330
54-61
8740
12-18
9280
0-5
9680
26-27
1420
4
г. Кологрив
11500
г. Мантурово
16200
г. Макарьев
18500
д. Загатино
2120
с. Половское
99000
г. Муром
188000
д. Мокрое
10800
г. Владимир
14300
г. Ветлуга
222000
д. Лубнище
5740
пгт. Шамары
969
х. Калышта
1030
д. Азово
4260
с. Янбай
31800
с. Верхний Суян 32400
пос. Орловский
Рудник
803
г. Киров
48300
пгт. Аркуль
96900
д. Поляна
88,8
3
с. Ельцы
г. Ржев
д. Яровинка
д. Золотилово
д. Ряд
с. СпасЗабережье
д. Овинчищи
г. Устюжна
с. Лентьево
д. Мощеник
д. Анисимово
с. Мегрино
д. Слудно
с. Мережа
с. Лентьево
рзд. Тургош
с. БорисовоСудское
с. Торопово
д. Верхний Двор
х. Ольховец
д. Королево
д. Смолино
Волга
«
Селижаровка
Вазуза
Тверца
Молога
«
«
«
Кобожа
Чагодоща
«
«
«
«
Лидь
Суда
Колпь
«
«
Андога
Шола
3
2
314
315
3
пос. Балыкча
с. Тюнгур
с. Малый Яломан
Курорт Чемал
с. Сростки
с. Усть-Кокса
с Белый Бом
с. Майма
с. Нарлык
Усть-Иша
с. Солонешное
с. Усть-Кумир
с. Карпово
с. Белоглазово
свх. Чарышский
с. Сорокино
р.п. Тальменка
р.п. Маслянино
пгт. Балыкса
г. Междуреченск
пос. Балбынь
г. Новокузнецк
пгт. Крапивино
г. Кемерово
с. Поломошное
2
«
Катунь
«
«
«
Кокса
Чуя
Майма
Иша
«
Ануй
Чарыш
«
«
«
Чумыш
«
Бердь
Томь
«
«
«
«
«
«
1
с. УстьЧарышская
Пристань
Обь
г. Барнаул
«
с. Шелаболиха
«
г. Камень-наОби
«
с. Молчаново
«
пос. Могочин
«
г. Копашево
«
с.
Бия
Александровское
«
с. Кобезень
«
с. Турочак
«
с. Соусканиха
Чулышман с. Енисейское
с. Чодро
Обь
Реки
бассейнов
Оби и
рек,
впадающих
в
Карское
море
между
устьями
рек
Оби и
Енисея
1
2
3
Реки
Терек
ст-ца
бассей«
Черноярская
на
«
г. Моздок
запад«
с. Степное
ного
«
ст-ца Гребенская
побереАрмхи
ст-ца
жья Гизель-Дон Каргалинская
КаспийБаксан
с. Чми
ского
с. Даргаве
моря
с. Тегенекли
397
359
164-170
137-145
106-108
0-1
57-66
161
19600
20600
35400
36100
37400
292
129
180
-
0,2-0,4
9,0
9,0
6
43
25
19
17
46
56
32
27
33
7
Ноябрь
5
9-10
427-429
348
192-200
50-54
0-2
37-51
1-2
90-91
12-15
243-244
478-482
250-284
167-201
80-81
247-254
67-76
198-201
759-762
653-658
628-630
628-630
367-371
269-309
171-175
4
16600
13500
36800
48900
58400
5600
10900
780
1600
3360
2540
3480
13900
17600
20700
15900
20600
2480
762
5880
19600
29800
42600
47400
51400
0,6-1,0
1,3
0,5-0,7
2,5-3,5
2,8-3,2
0,65
2,4
-
6
82
60
100
100
81
100
49
66
40
29
23
85
90
79
51
32
32
31
100
60
23
49
22
44
32
7
1,4
2,7
2,6
2,2
3,0
1,6
2,8
1,9
1,9
1,9
2,0
2,9
2,6
2,6
4,6
2,2
2,8
1,9
1,9
2,1
1,9
2,5
1,7
1,0
-
-
-
-
11
1,6
3,6
1,7
3,4
1,8
3,2
2,2
1,8
2,2
2,2
1,0
1,3
1,9
2,3
2,5
2,6
2,1
1,5
1,8
1.9
2,5
3,0
1,9
3,9
3,9
9
1,2
3,3
1,6
3,2
1,5
3,2
1,9
1,8
2,1
1,4
0,9
1,2
1,6
1,8
2,0
2,0
1,4
1,3
1,8
1.8
2,0
2,8
1,5
3,8
2,9
10
2,7
2,0
2,6
6,0
1,2
1,1
0,4
0,6
1,3
2,5
0,6
0,7
1,1
0,6
-
11
Продолжение табл. Б.1
«
Декабрь-январь
«
«
«
Ноябрь-декабрь
«
Ноябрь
«
«
«
Ноябрь-декабрь
«
«
«
Ноябрь
«
«
Ноябрь-декабрь
«
«
«
«
Ноябрь
«
8
3,0
1,7
3,5
2,5
!.6
1,6
10
1,3
1,2
1,7
1,3
1,7
1,4
1,0
1,5
1,3
1,5
1,7
1,3
1,9
1,5
1,0
1,8
9
Продолжение табл. Б.1
Ноябрь-январь
«
«
«
«
«
«
«
8
3368-3475
169000 3282-3290 0,04-0,10 44
Ноябрь
207000
44
«
3100-3168
216000
2557
50 Ноябрь-декабрь
343000
2518
0,04
38
Ноябрь
482000
2422
39
«
486000 1830-2180
30
«
765000 270-271
38
«
21000 218-220
0,05
42 Декабрь-январь
25300
86-95
100
«
35800
39-56
76 Ноябрь-декабрь
«
36600
82-83
100
«
4700
71
138000 3545-3555
5
4
316
317
1
1
3
3
9-10
3-4
7-8
1110
1020
1860
5
200-201
0-6
210-212
72-73
0-3
3170
8790
2510
7080
1060
4
92-159
53-74
13
0,5
88-92
0-8
5
54900
57800
61400
62000
1150
3320
4
Нижняя
Терсь
пос. Пезас
930
29-30
Тайдон
пос. Медвежка
1330
48-49
Чулым
г. Ачинск
1140 1135-1140
«
с. Тегульдет
55300 597-600
«
с. Зырянское
92500 371-377
«
с. Сергеево
109000 275-283
«
пос. Коммунарка
131
131-137
Белый Июс пос. Малая Сыя 3520
120-124
Кия
пос.
3420
373-388
«
Макаракский
3590
339-351
«
пос.
9820
250-300
«
Смирновский
14900
34
Яя
г. Мариинск
3460
190-200
«
д. Окунеево
11500
13-29
Иртыш
р.п. Яя
596000 1981-1988
«
с. Семеновское 769000 1744-1822
Лозьва
пгт. Черлак
4520
470-472
г. Омск
с. Бурмантово
2
с. Ярское
г. Томск
д. Козюлина
у плотбища
пгт. Уса
г. Междуреченск
улус УстьКабырза
«
г. Мыски
Кондома
с. Кондомское
«
рп. Кузедеево
Мундыбаш пгт. Мундыбаш
Тельбес
Тельбесский
Рудник
Верхняя
пос. Осиновое
Терсь
плесо
Средняя
Терсь
пос. Монашка
«
«
«
«
Уса
«
Мрас-Су
2
0,2
2,0
0,05
0,054
0,74
6
-
-
-
-
-
6
8
«
Ноябрь
«
«
«
«
8
«
1,6
0,9
0,7
1,8
0,6
0,7
0,8
2,2
1,5
2,4
2,8
1,8
2,1
1,2
1,8
2,2
1,5
2,7
4,0
2,1
2,4
1,4
1,8
1,2
1,6
1,3
1,4
1,6
1,5
2,6
1,6
1,9
1,6
1,1
2,8
4,7
3,3
2,0
3,2
2,9
3,7
1,7
9
1,0
1,3
1,2
1,4
1,6
1,5
1,4
1,5
1,0
2,5
3,0
1,8
1,9
2,4
1,9
3,7
1,7
10
0,8
0,8
0,5
0,9
0,9
2,0
-
11
Продолжение табл. Б.1
100 Ноябрь-декабрь
69
«
38
Ноябрь
30
«
33
«
54
«
54
«
100
«
100
«
68
«
46
«
29
«
60
«
54
«
17
«
29 Октябрь-ноябрь
33
Ноябрь
7
80
90 Ноябрь-декабрь
75
95
67
28
44
54
11
10
4,3
4,2
2,8
3,2
1,0
2,1
9
4,9
5,8
2,9
3,4
1,2
2,1
Продолжение табл. Б.1
68
«
79
«
25
«
44
«
47
«
88 Ноябрь-декабрь
7
318
319
1
1
Река
Енисей
и реки
восточной
части
побережья
Карского моря
3
4
5
6
7
д. Хая
с. Ина
с. Большое Уро
с. Нестериха
с. Соболиха
с. Хаим
с. Усть-Кяхта
с. НовоСеленгинск
г. Улан-Удэ
рзд. Мостовой
с. Никольское
с. Мурзино
с. Усть-Урлук
Чикойский
Кожзавод
с. Поворот
с. Аца
пр-к Дражный
с Хилкотой
г. Хилок
с. Малета
з. Хайластуй
с. Первомаевка
г. Улан-Удэ
с. Новая
Курба
Уда
Ина
Уро
Нестериха
Турка
Кика
Селенга
«
«
Аса
Менза
Хилкотой
Хилок
«
«
Уда
«
Курба
«
«
«
«
Чикой
«
3
2
5
122-150
72-73
22
4-5
26
43-44
365-371
258-273
146-152
116-126
66-67
23
244-248
128-130
20-22
15-17
12
0-3
519-522
248-250
20-22
73-78
3-5
4-5
4
52100
3270
308
177
5050
1740
283000
360000
440000
440000
445000
446000
36600
41400
44700
2010
13700
1180
15400
25700
38300
28300
34700
5500
-
0,8
1,2
1,9
1,0
0,4
0,8
0,3-0,5
-
0,1
7,6
0,18
1,3-1,5
-
6
8
3,0
1,2
2,5
2,3
1,7
1,9
1,5
1,2
0,8
3,5
1,2
1,1
7,2
2,7
2,8
3,6
2,0
Октябрь-ноябрь
Декабрь-январь
Декабрь
Ноябрь
«
«
«
«
Ноябрь-декабрь
Ноябрь
«
«
«
«
«
«
«
«
37
«
69
«
59 Октябрь-ноябрь
44
«
72
«
50
«
48
«
27
«
69
«
30
«
84
«
73
«
86
«
94 Октябрь-ноябрь
100
«
28
Ноябрь
25
10
3,0
1,2
2,5
2,3
1,4
1,8
1,5
1,2
0,8
3,5
1,2
1,0
6,5
2,2
2,8
3,6
1,9
2,8
2,3
5,4
1,8
2,5
5,3
5,1
5,0
5,8
3,3
11
9,0
-
2,3
2,1
1,6
-
0,6
0,6
1,2
1,3
1,2
1,5
0,9
1,3
1,4
0,9
0,9
2,3
2,2
3,1
2,2
2,0
1,5
2,0
1,4
1,8
1,6
0,9
1,3
1,1
9
0,6
0,6
1,2
1,3
0,9
1,4
0,9
1,3
1,4
0,9
0,9
1,6
1,4
2,9
1,5
1,4
1,5
1,9
1,4
1,2
1,6
0,9
1,3
1,1
10
-
0,9
1,4
0,8
0,7
0,9
-
2,5
3,1
-
0,6
1,9
0,8
0,9
-
11
Продолжение табл. Б.1
2,8
2,3
5,4
1,8
2,5
5,3
5,1
5,0
5,8
3.3
9
Продолжение табл. Б.1
Ноябрь-декабрь
Ноябрь-декабрь
«
«
«
Ноябрь
Ноябрь-декабрь
«
«
Ноябрь
8
70 Октябрь-ноябрь
15
48
76
Ноябрь
78
Октябрь
58
«
87
Ноябрь
7
115000 3483-3487
0,5
100
Енисей
г. Кызыл
168000 3224-3232 0,3-0,4
52
Енисей
с. Усть-Уса
95
«
Большой порог 171000 3160-3165
0,5
88
«
Крутой поворот 172000 3124-3129
0,4
90
«
пос. Никитино 182000 3015-3020
0,17
100
«
с. Казачинское 353000 2148-2214
1400000 1976-2056
0,08
100
«
г. Енисейск
1440000 1806-1878
0,08
100
«
с. Назимово
1460000 1740-1776
0,07
100
«
с. Ярцево
1510000
1660
100
«
с. Ворогово
«
Осиновый Порог
1610
100
Малый
с. Сарыг-Сеп 1520000
7670
100
1,8
100
Енисей
з. Янзели
26100
0-5
100
Кызыл-хем
пос. Иджим
3110
103-108
2,5-3,0 100
Ус
Улус Райков
31300
18-44
0,2-0,5
94
Абакан
с. Городок
36700
19-33
0,2-0,3
43
Туба
пос. Кой
3520
330-335
0,5-1,2 100
Манна
с. Нарва
4410
240-245
0,7-1,8
94
«
пос. Мина
841
17-20
2,6
83
Мимия
с. Улье
3950
490-493
85
Кан
с. Подпорог
36800
14-19
0,5-0,8
33
«
с. Ильинка
3600
28-33
2,2
79
Кунгус
с. Невон
785000 797-807
100
Ангара
с. Кежма
806000 620-630 0,11-0,16 100
«
с. Богучаны
866000 288-320
0,1
100
«
с. Каменка
д. Татарка
900000 193-210 0,12-0,16 100
«
1040000
7-32
0,17
100
«
2
320
321
Реки
побережья
ВосточноСибирского
и
Чукотского
морей
1
Реки
побережья
Берингова
и Охотского
морей
3,8 км ниже
устья р. Буркат
Норилка
Рыбная
Реки
Тутура
побереИлга
жья
Мамакан
моря
Тельмама
ЛаптеМама
вых
Конкудера
с. Пущино
с. Кирганик
Каштан
Кирганик
Большая
Кимитина
Щапина
Козыревка
Быстрая
Уксичан
Протока
Ажабачья
Радуга
Переправа
19 км
пос. Быстрая
с. Эссо
с. Эссо
Ажабачинская
РМС
с. НижнеКамчатск
р.п. Елизово
Авача
1,6 км от устья
Левая
пос. Пиначево
Авача
Пиначевская р.п. Елизово
Половинка 0,8 км от устья
пос. Шумный
Быстрая
з. Перевесный
Озерная
«
3
с. Долиновка
с. Береговое
р.п. Козыревск
р.п. Ключи
уроч. Большие
Щеки
с. НижнееКамчатск
2
Камчатка
«
«
«
«
Буюнда
3
7 км ниже
устья р. Тен
пос. Валек
29 км от устья
д. Грехова
д. Половинное
гм.ст.Тельмама
гм.ст.Тельмама
пос. Конкудера
пос. Конкудера
2
Вельмо
1
475-478
343-345
245-250
125-129
60-63
30-36
0-2
3-9
0-2
7-24
12-15
82-86
1-3
30-36
0-5
29-32
1-4
24-25
1-2
0-2
11-12
95-97
51600
53000
72,7
1430
2330
3350
4480
1580
349
540
1040
4750
1340
212
90,5
560
878
3930
5
263-267
182-187
17-19
28-29
24-25
23-25
28-30
0-1
121-122
0-1
5
12000
18900
32500
45600
4
9090
22900
19800
6060
7100
7960
9120
971
15500
4940
4
-
-
-
6
-
0,3
0,2-0,4
0,2-0,4
-
6
8
8
44
Ноябрь-декабрь
«
«
«
«
Декабрь-февраль
Декабрь-январь
«
«
«
Декабрь
Декабрь-январь
«
Ноябрь-январь
Ноябрь-декабрь
«
61 Ноябрь-декабрь
85 Ноябрь-декабрь
56
«
25
Ноябрь
70
«
7
1,2
3,6
1,5
2,0
1,7
1,9
3,7
2,6
1,7
2,0
9
1,2
2,4
1,5
1,8
!.7
1,9
3,7
2,6
1,7
2,0
10
-
-
11
1,1
1,9
2,4
2,3
1,4
1,6
2,0
1,4
1,4
1,0
1,9
2,1
1,1
1,2
1,5
1,8
2,0
2,1
1,9
1,6
1,8
9
1,1
1,9
2,4
2,3
1,4
1,2
1,4
1,4
1,4
1,0
1,9
2,0
1,1
1,2
1,3
1,8
2,0
2,1
1,9
1,6
1,8
10
1,3
2,3
1,2
1,8
1,2
1,0
1,2
1,4
1,2
1,4
1,5
1,2
0,2
0,6
0,8
-
2,4
1,4
1,0
1,6
1,4
11
Продолжение табл. Б.1
89 Октябрь-ноябрь
80 Октябрь-ноябрь
60
Октябрь
100
«
43
Ноябрь
50
«
100 Октябрь-ноябрь
100
Ноябрь
46
«
22
«
7
Продолжение табл. Б.1
322
323
12-15
32-33
3-5
35-36
0-75
46
45
32-108
16-18
2815-2823
2743-2752
1916-1925
1824-1846
1637-1642
1361-1367
1183-1193
940-966
865-876
423-425
267-268
3630
2080
3100
4000
2850
6680
10800
12000
5350
370000
385000
726000
734000
837000
864000
1410000
1630000
1670000
106000
136000
1
297-301
140-143
17-21
10-13
21-24
307-310
202-204
100-106
193-195
61-76
188-193
6750
18500
23000
2740
6200
9710
13100
21000
5030
18300
41000
с. Урюпино
с. Усть-Кара
с. Бытэв
с. Кыра
с. Дешулан
с. Мазаново
с. Стойбо
мет.ст. Бысса
ст. Бира
ст. Известковая
пос. Кировский
с. Яковлевка
с. Мельничное
с. Вострецово
пос. Вогутон
пос. Глубинное
с. Введенка
мет. ст.
Родниковая
пос. Красный Яр
с. Бичевая
ст. Аксака
с. Бактор
с. Гуга
«
Шилка
Онон
Кыра
Ингода
Зея
Селемджа
Бысса
Бира
Кульдур
Уссури
Арсентьевка
Большая
Уссурка
«
«
Дальняя
Малиновка
Бикин
«
Хор
Хунгари
Горин
Амгунь
139-148
274-279
435-437
38-40
350-468
263-271
325-327
93-96
179-182
11
542-548
89-95
145000
183000
49500
5100
6130
198000
19600
2410
5890
1080
24400
5180
3
2
5
8-10
763
4
5
100-103
28-30
4
642
4210
3
пос. Дальний
с. Ленино
Наблюдательный пункт
2
Большая
Плотникова
«
Утка
с. Соболево
Большая
Воровская с. Крутогорово
с. НижнеКрутогорова
Облуковина Облуковино
с. Ича
с. Белоголовое
Ича
46 км
Белоголовая
Хайрюзова с. Хайрюзово
с. Тигиль
«
с. Корн
Тигиль
Воямполка
Реки
с. Покровка
Амур
бассейс. Игнашино
«
на
с. Гродеково
«
р. Амур
с.
«
Константиновка
«
с. Иннокентьевна
«
с. ЕкатериноНикольское
«
с. Ленинск
«
г. Хабаровск
«
с. Елабуга
Аргунь
с. Олоча
«
с. Усть-Уров
1
0,3
-
1-1,4
0,5
-
6
8
41
69
39
54
10
53
«
«
Ноябрь
«
«
«
60 Ноябрь-декабрь
78
«
58
«
74
«
20
«
45
«
33
«
48
Ноябрь
32
«
17
Ноябрь
100 Октябрь-ноябрь
38
Ноябрь
53 Октябрь-ноябрь
48
Ноябрь
16
«
53 Ноябрь-декабрь
27
Ноябрь
7
11
-
1,4
1,8
1,4
1,8
1,7
1,9
2,6
1,2
-
1,6
1,3
1,0
1,7
1,2
1,6
1,8
1,2
2,3
2,0
1,1
2,0
1,2
1,8
1,9
1,4
1,6
1,1
1,0
0,8
0,9
1,1
2,9
1,1
1,4
1,9
1,3
2,0
1,8
9
1,4
1,2
1,7
2,0
1,0
2,0
1,2
1,5
1,5
1,4
1,3
1,0
1,0
0,8
0,9
1,1
2,5
1,1
1,4
1,8
1,3
1,6
1,3
10
2,0
2,9
-
-
-
11
Продолжение табл. Б.1
3,6
3,8
3,5
2,9
1,5
0,9
3,6
3,8
3,8
3,0
1,8
0,9
«
«
«
«
«
«
1,3
1,6
2,1
2,4
2,3
2,6
2,4
2,7
2,1
3,4
3,0
2,9
1,7
1,6
2,5
2,6
2,8
2,9
2,4
2,8
2,1
3,4
3,1
3,7
Ноябрь-декабрь
Ноябрь
«
«
«
«
«
«
Ноябрь-декабрь
«
«
«
28
29
34
17
11
15
1,4
1,7
1,7
1,7
-
2,2
2,5
21
31
34
25
58
10
1,7
1,5
2,4
9
1,7
1,5
2,7
8
«
91 Ноябрь-декабрь
85 Декабрь-январь
40
92
Январь
48
50 Ноябрь-декабрь
100
Ноябрь
7
-
-
6
Продолжение табл. Б.1
324
325
3
пос. Новое
г. Макаров
пос. Быков
пос. Чапланово
пос. Подгорное
пос. Чистоводное
с. Костромское
г. Томари
пос. Дачный
с. Лопатино
с. Краснополье
г. Лесогорск
с. Агиево
2
Нитуй
Макарова
Найба
Лютога
«
Тиобут
Кострома
Томаринка
Айнская
Красногорка
Углегорка
Лесогорка
Агиево
с. Белая
с. Пограничное
с. Абрамовка
ст. Победино
пос. Красный
Октябрь
с. Лесная
пос. Леонидово
523
580
679
667
1350
129
233
207
514
296
877
986
716
2-3
1-4
51-52
77-81
22-32
21
5-6
2-5
36
25
56-57
0-8
1-6
5
101-105
31
39-42
6080
346
451
4
29
167-168
79-83
15-19
0-4
219-221
156-160
65-68
20
26-29
8-9
3-7
25-26
42-44
13900
1410
7280
2110
2160
1510
3120
480
3420
4930
613
1320
2670
4380
5
4
8
6
0,5-1,7
до 5
до 1,5
2,5
0,9-1,6
4,0
0,3-1,5
1,0-2,0
0,5
1,6-3,0
0,5-2,0
1,5
до 2
7
81
100
100
90
100
52
44
76
30
29
75
100
83
Ноябрь
Ноябрь-декабрь
«
Декабрь-январь
Ноябрь-январь
Декабрь-январь
«
Ноябрь-декабрь
Ноябрь-декабрь
«
Ноябрь
«
«
8
1,3
0,8
1,1
1,1
1,4
2,7
1,6
2,1
1,6
1,2
10
11
1,2
2,0
2,3
3,5
1,8
1,6
1,2
0,8
1,1
1,4
1,6
1,9
1,0
1,3
1,9
1,1
2,1
1,4
1,2
1,5
1,0
2,4
1,4
1,6
1,3
1,1
10
1,2
2,0
1,7
1,4
2,2
0,8
1,4
1,5
1,4
1,1
1,3
1,4
1,1
9
1,2
2,2
1,8
1,4
2,6
0,8
1,6
1,9
2,4
1,2
1,9
2,6
1,9
1,8
1,1
2,0
1,5
1,6
1,2
2,2
2,4
3,6
11
Продолжение
Окончание табл. Б.1
100
100
75
0,6-0,8
до 4
до 5
«
«
«
«
25
Ноябрь
29
100
«
100
«
100
«
77
«
100 Ноябрь-декабрь
1,6
1,0
2,4
1,4
1,6
1,4
1,1
9
Продолжение табл. Б.1
100
«
- Ноябрь-декабрь
«
«
«
«
Декабрь
7
0,1-1,2
0,2-1,0
0,2-1,0
0,3-1,0
0,2-1,0
70
100
60
77
83
50
6
Примечание. С уменьшением ледовой составляющей подъема уровня уменьшается повторяемость зажоров.
1
Малая
Тымь
Лангери
Поронай
«
«
Житница
«
1
2
3
Реки
Тумини
ст. Тумини
побереМули
ст. Джигласи
жья
Самарга
с. Унты
ТатарЕдинка
с. Перетычиха
ского Максимовка с. Максимовка
пролива Зеркальная
с. Богополь
и Япон- Партизанг. Партизанск
ского
ская
моря
Реки
пос. Пильтун
Пильтун
о.
Тымь
с. Адо-Тымово
Сахалин
«
свх. Ныш
ПРИЛОЖЕНИЕ В
Таблица В.1
Окончание табл. В.1
1
2
3
г. Назарово
В последние 5 – 6 лет увеличилась повторяемость мощных заторов, в результате
формирования которых затапливается
часть города, прилегающая к реке. При
этом не ясна причина усиления интенсивности процесса заторообразования,
что затрудняет выбор противозаторных
мероприятий.
г. Манусинск
Имеются затруднения в работе водозаборных сооружений города в период замерзания
реки в результате образования зажоров, что
обусловливает необходимость подготовки
рекомендаций по режиму работы Майнской
ГЭС в этот период.
г. Якутск
Несмотря на построенную вдольбереговую
дамбу нижняя по течению реки часть города
по прежнему затапливается. Необходима
научно обоснованная система планирования
противозаторных мероприятий, основанная
на гидрологическом прогнозе.
г. Среднеколымск
При уровнях воды, обусловленных заторами,
свыше 1200 см затапливается часть города,
что наносит значительный материальный
ущерб. На строящейся ГЭС возникают проблемы с пропуском больших объемов льда в
период весеннего ледохода.
г. Хабаровск
После ввода в эксплуатацию Зейской и
Бурейской ГЭС увеличился сток реки Амур
у города в зимний период, что в свою очередь привело к увеличению интенсивности
образования внутриводного льда, шуги и
зажоров, что угрожает стабильной работе
водозаборов ГРЭС и других хозяйственных
объектов.
Перечень некоторых участков на реках России с проблемами,
обусловленными их ледовым режимом
Река
1
Нева
Нижний Выг
Северная
Двина
Сухона
Варзуга
Ока
Пункт
2
Проблема, связанная с ледовыми процессами
3
г. С.-Петербург
Наводнения, обусловленные образованием
скоплений льда в период замерзания реки и
зимних подвижек льда. Подтопляется прилегающая к реке восточная часть города.
Заносятся шугой водозаборные сооружения.
г. Беломорск
Наводнения в г. Беломорск, причиной
которых является стеснение русла реки при
впадении ее в Сорокскую губу Белого моря
и самой губы скоплениями шугового льда.
Этот лед образуется в нижнем бьефе Беломорской ГЭС, а также на порогах ниже по
течению.
г. Холмогоры
Затопление части города при формировании
мощных заторов в процессе вскрытия реки
весной. Отсутствуют методика прогноза
наводнений, обусловленных заторами, и
технология проведения противозаторных
мероприятий.
г. Великий Устюг
При мощных весенних заторах льда затапливается прилегающая к реке часть города. Отсутствует научно обоснованная технология
борьбы с заторами.
с. Варзуга
В последние годы наблюдается увеличение
мощности весенних заторов льда, формирующихся в хвосте зажора, располагающегося
ежегодно в излучине реки ниже села. При
мощных заторах затапливается полностью
левобережная часть села. Необходима разработка инженерной защиты села от наводнений с учетом важного рыбохозяйственного
значения реки.
После заполнения Чебоксарского водохранилища нижнее течение реки оказалось в зоне
выклинивания его подпора, что увеличило
г. Нижний Новгород повторяемость весенних заторов льда в черте
города и создало определенную угрозу для
нижегородских мостов через Оку, не рассчитанных на новые ледовые условия.
326
Чулым
Енисей
Лена
Колыма
Амур
Прочие реки
На большинстве рек России наблюдается
переход к так называемому зажорному типу
замерзания, что возможно связано с климатическими изменениями. Для этого типа
замерзания характерны ледовые затруднения,
обусловленные интенсивным формированием внутриводного льда и шуги, зимними
подвижками ледяного покрова, в результате
чего образуются мощные зажорно-заторные
скопления льда.
327
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
Обзор процессов кристаллизации и образования льда в водных
объектах суши (реки, озера, водохранилища и др.), а также сравнительный анализ наиболее известных классификаций льда показал, что
лед в природе принимает разнообразные формы (состояния). Если
рассматривать пресноводный лед в реках и водохранилищах как функциональную категорию моделирования, то используя структурнофункциональный метод (Д. В. Козлов [70]), его можно представить как
динамическую структуру, включающую в себя около 20 взаимосвязанных форм (состояний) и отражающих практически полную картину функционального развития льда, как объекта (табл. П. Г. 1), являющегося элементом конкретной природной или природно-технической
системы (реки, водохранилища и т. п.).
Структурно-функциональная схема (рисунок П. Г. 1) может применяться как логическая диаграмма для предсказания типа формирующегося льда и возможности появления опасного ледового явления (затора, зажора и др.) в зависимости от метеоусловий (скорости
ветра, температуры воздуха и осадков) и скорости течения в реках
и водохранилищах.
Таблица П. Г. 1
Формы пресноводного льда в реках и водохранилищах
A. Первичные формы льда
Наименование
1
Определение
2
A. I. Внутриводный Внутриводный лед – это кристаллы льда, образовавлед
шиеся во всей толще переохлажденной воды.\4\
Внутриводные льды – это льды, которые образуются
при наличии переохлажденной воды в потоках с достаточно большой скоростью, дающей возможность
переохлажденным частицам воды попадать с поверхности в глубь потока. Там частицы замерзают и в сечении самого потока образуют шугу или выпадают
на дне в виде донного льда [15].
Внутриводный лед – представляет собой агломераты
первичных ледовых кристаллов, которые возникают
внутри водной толщи, в сплошь переохлажденной
воде с высокой интенсивностью турбулентности.
328
Продолжение табл. П.Г.1
1
2
Целесообразно различать внутриводный лед взвешенный, прикрепленный и донный [6].
Внутриводный лед – скопление ледяных кристаллов
(пластинчатых, круглых, чечевицеобразных и др.)
в толще воды в виде губчатой непрозрачной массы.
Образуются при охлаждении воды ниже точки замерзания и интенсивном ее перемешивании [1].
Внутриводный лед – мелкие кристаллы льда, взвешенные в потоке [7].
Внутриводный лед – плавучие скопления растущих
ледяных губок [10].
Внутриводный лед – шуга и донный лед, образовавшиеся из переохлажденной воды [16].
Внутриводный лед – скопление ледяных кристаллов,
находящихся в толще воды или на дне водоемов (рек,
озер, водохранилищ, морей). Представляет собой губчатую непрозрачную массу. Образуется при охлаждении
воды ниже температуры замерзания и наличии ядер
кристаллизации (частиц взвешенных наносов, пузырьки холодного воздуха, погруженные в воду предметы).
Образование внутриводного льда возможно только при
открытой водной поверхности, оно особенно активно
происходит в условиях интенсивного перемешивания
воды на горных реках, ниже порогов и водосбросов [2].
Внутриводный лед -кристаллы льда (иглы, зерна, пластины), возникающие при переохлаждении воды [13].
Внутриводный лед – это кристаллы льда, образовавшиеся во всей толще переохлажденной воды [4].
Внутриводные льды – это льды, которые образуются
при наличии переохлажденной воды в потоках с достаточно большой скоростью, дающей возможность
переохлажденным частицам воды попадать с поверхности в глубь потока. Там частицы замерзают и в сечении самого потока образуют шугу или выпадают
на дне в виде донного льда [15].
Внутриводный лед – представляет собой агломераты
первичных ледовых кристаллов, которые возникают
внутри водной толщи, в сплошь переохлажденной
воде с высокой интенсивностью турбулентности.
Целесообразно различать внутриводный лед взвешенный, прикрепленный и донный [6].
Внутриводный лед – скопление ледяных кристаллов
(пластинчатых, круглых, чечевицеобразных и др.)
в толще воды в виде губчатой непрозрачной массы.
329
Продолжение табл. П.Г.1
1
2
Продолжение табл. П.Г.1
1
2
Образуются при охлаждении воды ниже точки замерзания и интенсивном ее перемешивании [1].
Внутриводный лед – мелкие кристаллы льда, взвешенные в потоке [7].
Внутриводный лед – плавучие скопления растущих
ледяных губок [10].
Внутриводный лед – шуга и донный лед, образовавшиеся из переохлажденной воды [16].
Внутриводный лед – скопление ледяных кристаллов,
находящихся в толще воды или на дне водоемов (рек,
озер, водохранилищ, морей). Представляет собой губчатую непрозрачную массу. Образуется при охлаждении
воды ниже температуры замерзания и наличии ядер
кристаллизации (частиц взвешенных наносов, пузырьки холодного воздуха, погруженные в воду предметы).
Образование внутриводного льда возможно только при
открытой водной поверхности, оно особенно активно
происходит в условиях интенсивного перемешивания
воды на горных реках, ниже порогов и водосбросов [2].
Внутриводный лед -кристаллы льда (иглы, зерна, пластины), возникающие при переохлаждении воды [13].
Внутриводный лед – скопление ледяных кристаллов,
находящихся в толще воды или на дне реки (озера,
водохранилища, моря). Представляет собой губчатую непрозрачную массу. Образуется в начале зимы
в водоемах и водотоках перед ледоставом при охлаждении воды ниже температуры замерзания и наличия
ядер кристаллизации. При значительных скоплениях
внутриводного льда нередко возникают зажоры [24].
A. I.1. Взвешенный Внутриводный лед – это кристаллы льда, образоваввнутриводный лед шиеся во всей толще переохлажденной воды [4].
Внутриводный лед – представляет собой агломераты
первичных ледовых кристаллов, которые возникают
внутри водной толщи, в сплошь переохлажденной
воде с высокой интенсивностью турбулентности.
Целесообразно различать внутриводный лед взвешенный, прикрепленный и донный [6].
Внутриводный лед – скопление ледяных кристаллов
(пластинчатых, круглых, чечевицеобразных и др.)
в толще воды в виде губчатой непрозрачной массы.
Образуются при охлаждении воды ниже точки замерзания и интенсивном ее перемешивании [1].
Внутриводный взвешенный лед – мелкие кристаллы льда, взвешенные в потоке [7].
A. I.2. Прикреплен- Прикрепленный лед – образован ледовыми кристалный лед
лами, возникающими на переохлажденных предметах
и подхватывающимися ими. Непрозрачная масса
прикрепленного льда отличается губчатой структурой
и прочно закрепляется на предметах и конструкциях
в глубине под поверхностью воды. При отрыве этот
лед всплывает на поверхность [6].
A. I.3. Донный лед Донный лед – скопление (примерзание) внутриводного льда на дне и на находящихся в воде предметах
[4].
Донный лед – образован ледовыми кристаллами,
возникающими на переохлажденном льду, на камнях
и других предметах. Структура донного льда губчатая,
непрозрачная [6].
Донный лед – активная шуга прикрепленная к материалам на дне реки [7].
Донный лед – лед на дне реки [10].
Донный лед – внутриводный лед, располагающийся
на дне потока в тех зонах, где имеют место благоприятные гидравлические условия для намерзания
и накопления.
[18].
Донный (якорный) лед – лед, который находится
в прикрепленном, «заякоренном» ко дну реки или потока состоянии [15].
Донный лед – лед, образовавшийся на телах, обтекаемых переохлажденным потоком (на дне рек и каналов,
на нижней поверхности ЛП, на сороудерживающих
решетках водоприемников, на якорях и тросах, погруженных в воду) [16].
Донный лед – лед, отлагающийся на дне рек, морей,
и небольших озер, на погруженных в воду мелких
предметах и в мелких местах. Образуется при кристаллизации переохлажденной воды [1].
Донный лед – это внутриводный лед, появляющийся
на дне водотока, чаще покрытого камнями, валунами
и т. п. [9].
Донный лед – форма внутриводного льда; образуется
на дне рек [13].
330
331
Продолжение табл. П.Г.1
1
2
Поверхностный водный лед – лед из чистой воды
(без примеси иных, образовавшихся видов льда),
образовавшийся при понижении температуры поверхностного слоя до точки замерзания и при продолжающейся отдаче тепла водой преимущественно
в направлении, перпендикулярном к водной поверхности, и имеющий шестоватое строение и состоящий из столбчатых кристаллов различной толщины,
оси которых расположены нормально к поверхности
замерзания [15].
Поверхностный водяной лед – монолитный лед, составленный из плотно прилегающих друг к другу кристаллов, упорядоченно ориентированных, с гладкой
поверхностью замерзания и возможными вкраплениями в ледяной массив воздушных пузырьков, занимающих весьма малую часть объема [16].
Поверхностный (кристаллический) лед – лед, образующийся на водной поверхности путем кристаллизации при воздействии холодного воздуха, плотностью
0,92 т\м3 [18]
A.II.1. Ледяное сало Сало – агломераты ледовых кристаллов, плавающих
на поверхности как жирные пятна или же как тонкий
и упругий ледовый слой, как правило, серого цвета.
На водохранилищах появляется редко [6].
Сало – начальный вид льда, скопление на поверхности воды смерзающихся ледяных игл в виде пятен или
тонкого сплошного слоя серовато-свинцового цвета.
Поверхность водоема, покрытая ледяным салом, имеет матовый оттенок [15].
Сало – образовавшиеся в воде при ее замерзании кристаллы льда, имеющие иглообразную и пластинчатую
форму, всплывшие на поверхность и образовавшие
пятна, напоминающие вылитый на воду жир [4].
Сало – поверхностные первичные ледяные образования, состоящие из мелких иглообразных, слабо связанных между собой кристаллов льда, по внешнему
виду напоминающие пятна застывшего жира и превращающиеся по мере нарастания в тонкие ледяные
пленки [1].
Сало – первые иглообразные кристаллы льда, появляющиеся в штилевую погоду в тонком слабо перемешиваемом переохлажденном до нескольких сотых
градуса ниже нуля поверхностном слое водоема,
смерзщиеся в виде тонкой пленки [21].
Продолжение табл. П.Г.1
1
A.II. Поверхностный лед
332
A.II.2. Снежура
2
Сало – при штиле и отсутствии заметных течений в водохранилищах переохлаждение наблюдается в тонком
поверхностном слое и достигает нескольких сотых градуса ниже нуля. В этом слое происходит образование
первичных иглообразных кристаллов – сало [5].
Сало – скопления на поверхности воды смерзающихся
ледяных игл в виде пятен или тонкого слоя льда [17].
Ледяное сало – густой слой мелких ледяных игл
на поверхности воды, которые при смерзании принимают вид застывающего сала с особым сероватостальным или свинцовым налетом, бывает в виде
пятен или сплошного слоя. Первый вид льда, по которому отмечается начало ледообразования [1].
Ледяное сало – образование в виде гряды, сложенной
из масс шуги и обломков льда, возникающей во время
осеннего ледохода у волноприбойных берегов озер
и водохранилищ и вдоль берегов на реках с быстрым
течением, преимущественно на незамерзающих [1].
Снежура – комья снега, несомые потоком. Снег попадает в реку или при снегопаде, или путем переноса
его метелями [18].
Снежура – снег, плавающий в воде в виде комковатых
скоплений; образуется в результате обильных снегопадов и представляет собой рыхлую, вязкую массу,
внешне похожую на намокшую в воде вату.
Один из начальных видов льда, вязкая, кашеобразная
масса, образующаяся при обильном выпадении снега
на охлажденную воду [15].
Снежура – комки снега на поверхности воды, первичная форма льда [7].
Снежура – сыроватый снег [10].
Снежура – скопление снега, плавающего в воде [11].
Снежура – снег, плавающий в воде в виде ледяных
пластинок, зерен и их скоплений, образовавшийся
в результате обильных снегопадов и представляющий
собой рыхлую, вязкую массу, внешне похожую на намокшую в воде вату [17].
Снежура – плавающий снег, возникает при интенсивном выпадении снега в условиях отрицательных
температур и появления шуги [9].
Снежура – снег, плавающий в воде в виде комковатых
скоплений, внешне похожих на намокшую в воде вату;
образуется при выпадении значительного количества
снега на охлажденную водную поверхность [24].
333
B. Вторичные формы льда
Продолжение табл. В
1
Наименование
1
B.1. Шуга и шуговые комья
Определение
2
Шуга – возникает из-за промерзания воды, содержащей талый снег, а чаще из-за соединения и промерзания блинов из шуги на поверхности воды. Это значит,
что она образуется частицами внутриводного льда [6].
Шуга – рыхлые скопления льда, возникающие
из всплывшего на поверхность внутриводного льда,
снежуры, сала, мелко битого льда, заберегов. Может
находиться в состоянии движения (шугоход) или забивать живое сечение под ледяным покровом, вызывая
явления зажора [1].
Шуга – рыхлая масса льда, движущаяся разрозненными частицами по глубине потока или пластом на поверхности потока в зависимости от скорости течения.
Шуга наблюдается в различных формах [18]:
пластинчатая и игольчатая шуга представляет собой
активную форму, легко примерзающую к обтекаемым
предметам.
чечевицеобразная и шарообразная шуга, встречающаяся преимущественно в горных реках, легко проходит
по сооружениям и не примерзает.
Количество шуги, переносимой рекой, может доходить в отдельных случаях до 10–15% от расхода воды.
Плотность шуговых скоплений при несмерзшихся
частицах 0,6–0,65. С увеличением скорости течения
воды частицы шуги постепенно заносятся в глубину
потока. Предельной скоростью движения шуговых
пластов без распада является 1,8–2,0 м\с.
Шуга – это рыхлые скопления льда, образовавшиеся
из всплывшего на поверхность внутриводного и донного льда, снежуры, сала, мелкобитого льда заберегов\4\
Шуга – находящийся в глубине потока или всплывший на поверхность внутриводный лед в виде ледяных пластинок, зерен и их скоплений. Может находиться в состоянии движения или в виде скопления
масс под ледяным покровом [15].
Шуга – смерзшийся плавающий внутриводный лед [10].
Шуга – внутриводный лед из мелких пластинчатых
кристаллов, которые, слипаясь, формируют скопления
в виде комьев (шуги) [21].
Шуга – внутриводный лед в виде круглых линз чечевицеобразной, пластинчатой и шарообразной форм [5].
334
2
Шуга – внутриводный лед, образующийся в воде
во взвешенном состоянии – в речном потоке или
в слое ветрового перемешивания водохранилищ [16].
Шуга – находящийся в глубине потока или всплывший на поверхность внутриводный лед, образовавшийся в переохлажденной воде [17].
Шуга – скопления рыхлого губчатого льда, находящиеся в водной толще (глубинная шуга) или на поверхности водоема (поверхностная шуга), образующиеся
главным образом из кристалликов глубинного (внутриводного и донного) льда, а также сала и снежуры
до ледостава преимущественно на горных и порожистых реках при переохлаждении воды ниже 0 °C [2].
Шуга – это частицы льда в виде игл, зерен чечевицы
или горошин, пластин, комьев и т. п., образованные
в толще потока при охлаждении воды до температуры
–0,02 …-0,05 °C, а иногда до –0,1 °C [9].
Шуга – различные образования неплотного льда
в виде комьев, венков и пр. Может находиться в движении (шугоход) или существовать в виде скоплений
под ледяным покровом [13].
Шуга – всплывший на поверхность, образовавшийся
в глубине потока переохлажденной воды внутриводный лед и плывущий по поверхности в виде комьев,
венков, ковров или скапливающийся подо льдом [23].
Шуга – находящиеся в глубине потока или всплывший
на поверхность внутриводный лед в виде отдельных
зерен и их скоплений, комьев, венков; может находиться в состоянии движения (шугоход) или в виде
скоплений масс под ледяным покровом [24].
B.2. Водный (кри- Водяной лед (кристаллический) – преимущественно
сталлический лед) прозрачный лед с выраженной первичной структурой, образованный замерзанием воды и состоящий
из столбчатых кристаллов разной толщины, оси
которых направлены перпендикулярно к замерзающей
поверхности [6].
Водный (кристаллический) лед – образуется при
непосредственном замерзании поверхностного слоя
чистой воды без примеси иных, ранее образовавшихся, видов льда [12].
Водный (кристаллический) лед – образуется при замерзании поверхностного слоя чистой воды, без примеси других (ранее образовавшихся) видов льда [19].
335
Продолжение табл. В
1
2
B.3. Снежный (сне- Снежный лед – образуется промерзанием талого снега
говой) лед
на поверхности воды при густом снегопаде или же
талого снега на льду, пересыщенного водой. Снежный
лед прозрачный, с большим количеством воздушных
пузырей [6].
Снеговой лед – образуется из смоченного водою и затем смерзшегося снега, выпавшего на поверхность
водного льда [12].
Снеговой лед – образуется в результате смерзания
пропитанного водой снега и по своим механическим
свойствам приближается к шуговому льду. Имеет
зернистую структуру и непрозрачен из-за большого
количества пузырьков воздуха [19].
В.4. Водно–
Водно-снеговой лед – лед из смоченного водой снега,
снеговой (снежно– выпавшего на поверхности воды или находящегося
кристаллический) на ледяном покрове и насыщенного водой, непрозралед
чен и имеет кристаллическую структуру с большим
количеством полостей [15].
В.5. Водно–
Водно-шуговой лед – образующийся при замерзашуговый (шуго–
нии воды, содержащей шугу, менее прозрачен, чем
кристаллический, водный лед, и имеет более неправильную структушуговой) лед
ру [12].
Шуговый (водно-шуговый) лед – образуется при промерзании скоплений шуги. Включения шуги представлены в виде мутных пятен неправильной формы
с различной ориентацией осей кристаллов. Содержит
обычно много пузырьков воздуха, а также включения
взвешенных наносов и грунта, как среда он менее
прозрачен, чем водный лед [19].
Шуговый лед – ковер шуги, промерзший в ледяной
покров, структуру которого можно считать вторичной.
Ледяной покров из шуги содержит, как правило, также
ледовые осколки или же льдины [6].
Водно-шуговой лед – лед, возникающий при замерзании воды, содержащей шуговые образования. Он
менее прозрачен, чем водный, и имеет неправильную
структуру [15].
Шуговой лед- лед, образовавшийся в результате смерзания шуги [24].
В.6. Снежно–
шуговый лед
336
Продолжение табл. В
1
2
В.7. Слоистый
(смешанный) лед
Слоистый ледяной покров – может быть образован
из нескольких слоев водного льда, снежного льда
и из шуги [6].
Слоистый лед (лед смешанного строения) – верхние
слои обычно формируются из снегового льда, нижние
и средние – из водного льда с включением шугового льда [12].
В.8. Блинчатый лед Блинчатый лед – ледяные образования круглой формы
диаметром от нескольких сантиметров до 3–4 м, толщиной до 10 см, обычно серого цвета, каждое из образований, как правило, окаймлено валиком более
светлого оттенка. Образуется обычно при слабом
волнении из ледяного сала, шуги и снежуры, иногда при штиле из всплывающего внутриводного льда
(взвешенной шуги) [15].
Блинчатый лед – всплывшие к поверхности воды
неправильные ледяные пластинки размером 10–15 мм
по наибольшему поперечнику и соединенные в более
или менее полусферические скопления льда [7].
В.9. Битый (лома- Битый лед – льдины неправильной формы и различный) лед
ной крупности, образующиеся при разломе заберегов
и ледяных полей [15].
Битый лед – льдины неправильной формы и различной крупности, образующиеся при разломе заберегов
и ледяных полей [17].
В.10. Наледный лед Наледный лед – образуется за счет послойного намо(наледь)
раживания воды, поступающей на поверхность ледяного покрова, структура – слоистая с толщиной слоев
до нескольких сантиметров. Оптические свойства
промежуточные между снеговым и водным льдом. Характерен для рек в районах с суровым климатом.\19\
Наледь – лед, образовавшийся в результате смерзания воды, вытекшей но сформированный ледяной
покров [6].
Наледь – ледяные образования, возникающие в результате замерзания воды, выступающей через
трещины на поверхность ледяного покрова. Наледи
образуются также в результате замерзания воды на поверхности сильно охлажденных предметов (камнях,
скалах, металлических обшивках щитов и пр.) при
последовательном смачивании их водой [15].
337
Продолжение табл. В
1
2
Наледь – ледяное образование, возникающее в результате замерзания воды, выходящей через трещины на поверхность ледяного покрова вследствие
уменьшения живого сечения рнки при закупоривании его внутриводным льдом или при промерзании
реки. Различают – речную, подземных вод и смешанную [1].
Наледь поверхностных вод – представляет собой
ледяной массив на поверхности льда, сформировавшийся в результате послойного намораживания
воды естественного происхождения. Основными
причинами излияния наледных вод являются: стеснение живого сечения потока зажором и закупорка
русла шугой, изостазия (перегрузка ледяного покрова снегом или торосами), повышение расходов
воды, промерзание подруслового потока, снежные
обвалы [21].
Наледи – кристаллический лед, намерзший на поверхности сооружений и затворов. Намерзание происходит
тонкими слоями, вследствие чего прочность такого льда значительна и температура его близка к температуре воздуха [18].
Наледь – ледяное образование, возникающее в результате замерзания воды, выходящей через трещины на поверхность ледяного покрова вследствие
уменьшения живого сечения реки при закупоривании его внутриводным льдом или при промерзании
реки [17].
Наледь – скопление льда, возникающее при замерзании излившихся на поверхность подземных или
речных вод. Распространены в области многолетнемерзлых горных пород [2].
Наледь – ледяное тело, образующееся в результате
замерзания речных или подземных вод, излившихся
на дневную поверхность или в полость в горных породах вследствие напорной разгрузки подземных или
поверхностных вод при перемерзании русел рек или
водоносных горизонтов [2].
Наледь – нарост льда, возникающий при выходе воды
на поверхность ледяного покрова [23].
338
Продолжение табл. В
1
В.11. Торосы (лед
торошения)
В.12. Зажор
2
Торосы – нагромождение обломков льда в результате
сжатия ледяного покрова [22]
Торосы – плавающие ледяные образования, состоящие из консолидированных обломков ледяных
полей и имеющих надводную («парус») и подводную
(«киль») части. Они возникают в результате сжатия
и разрушения ледяных полей (торосы сжатия), а также
сдвига одной льдины относительно другой и торошения по линии контакта (торосы сдвига) [3].
Зажор – скопление шуги и других образований
внутриводного льда в русле реки, стесняющее живое
сечение потока и приводящее к подпору, снижению
пропускной способности русла или отверстия водопропускного сооружения [9].
Зажор – возникает в связи с накоплением шуги и ледовых осколков в русле водотока и сопровождается значительным уменьшением живого сечения русла [6].
Зажор – скопление шуги в русле реки, сопровождающееся забивкой некоторой части живого сечения и повышением уровня воды [13].
Зажор – массивные отложения внутриводного льда
под ледяным покровом (могут доходить до дна потока), вызывающие перекрытие русла и приводящие
к значительному подъему уровня воды [7].
Зажор – беспорядочное накопление ледяных масс
на участке реки или канала, на котором создалось препятствие движению льда и шуги [18].
Зажор -скопление смерзшегося плавающего под ледяным покровом внутриводного льда или так называемой шуги [10].
Зажор – скопление шуги с включением мелкобитого льда, вызывыающее стеснение водного сечения
и связанный с этим подъем уровня воды [4].
Зажор – закупорка живого сечения реки в период
осеннего ледохода или в начале ледостава массой
внутриводного льда и шуги, сопровождающаяся повышением уровня воды [1].
Зажор – скопление шуги (а также отдельные льдины
и снежура) в русле реки, сопровождающееся забивкой некоторой части живого сечения и повышением
уровня воды [15].
339
Продолжение табл. В
1
В.13. Затор
2
Зажор – скопление внутриводного льда, сопровождающееся уменьшением живого сечения и подъемами
уровня воды, приводящими к зимним наводнениям.
Наиболее мощные зажоры обычно наблюдаются
ниже порогов, перекатов, больших полыней в нижних
бьефах ГЭС и в зонах выклинивания подпора водохранилищ [15].
Зажор – скопление шуги в русле реки, сопровождающееся забивкой некоторой части его живого сечения
и связанным с этим повышением уровня воды выше
данного скопления. Частично в состав зажора могут
входить отдельные льдины, снежура. «Голова» зажора – участок зажора на месте его первоначального образования, расположенный ниже по течению; «хвост»
зажора – участок в конце его, расположенный выше
по течению [13].
Затор – скопление и нагромождение льда в русле, дополнительно стесняющие живое сечение и, как правило, приводящие к повышению уровней воды в месте
скопления [9].
Затор – представляет собой скопление льдин, возникших в связи с разрушением ледяного покрова при
ледоходе, и сопровождается уменьшением живого
сечения [6].
Затор – скопление льда в русле, состоящее преимущественно из крупно- и мелко битых льдин и стесняющее живое сечение и вызывающее, тем самым,
подъем уровня воды в месте скопления и на некотором участке выше его [13].
Затор – может быть двух форм: 1) возникает, когда
волна расхода воды перемещается вниз по реке и двигает ледяной покров, который затем забивает поперечное сечение реки, что вызывает временный подъем
уровня воды за счет накопления воды выше затора; 2)
возникает, когда поток льда натыкается на неподвижный ледяной покров ниже по течению, либо на участок реки с меньшим уклоном; способность реки
к транспортировке льда уменьшается, лед торосится
и блокирует сечение [7].
Затор – беспорядочное накопление ледяных масс
на участке реки или канала, на котором создалось препятствие движению льда и шуги [18].
340
Продолжение табл. В
1
2
Затор – многослойное скопление льдин в русле.\17\
Затор – скопление льдин в русле реки во время ледохода, вызывающее стеснение водного сечения и связанный с этим подъем уровня воды [4].
Затор – нагромождение поверхностного битого льда
в русле реки, сопровождающееся уменьшением живого сечения русла и повышением уровня воды в водотоке [1].
Затор – нагромождение поверхностного льда в русле
реки, сопровождающееся уменьшением живого сечения русла и повышением уровня воды в реке (в водотоке) выше затора [15].
Затор – скопление льдин в русле водотока во время
ледохода, вызывающее стеснение водного сечения
и связанный с этим подъем уровня воды [23].
Затор – скопление и нагромождение поверхностного
битого льда в русле реки, преимущественно во время
весеннего ледохода, вызывающее уменьшение живого
сечения русла и связанного с этим повышением уровня воды в водотоке выше данного нагромождения.
«Голова» затора – участок на месте первоначального
возникновения затора, расположенный ниже по течению; нижняя точка «головы» затора называется
«замком» затора; «хвост» затора – концевой участок
затора, расположенный выше по течению [24].
В.14. Натасованный Натасованный лед – скопление льдин в несколько слолед
ев, обычно несмерзшихся друг с другом, образующееся в результате подвижек, разрушения ледяных полей
и заторов, подныривания льдин друг под друга [23].
Список источников литературы к таблице П. Г. 1
1. Алтунина Г. С. Экология водного хозяйства (Краткая энциклопедия). М.: АО «ПО Совинтервод», 1994. 226 с.
2. Большая Советская Энциклопедия. Изд. 3.
Советский Энциклопедический Словарь; Гл. ред. А. М. Прохоров.
4-е изд. М.: Советская энциклопедия, 1988. 1600 с.
3. Беккер А. Т. Вероятностные характеристики ледовых нагрузок
на сооружения континентального шельфа. Владивосток: Дальнаука,
2004. 346 с.
341
4. Винников С. Д., Проскуряков Б. В. Гидрофизика. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 248 с.
5. Готлиб Я. Л., Донченко Р. В., Пехович А. И., Соколов И. Н. Лед
в водохранилищах и нижних бьефах ГЭС. Л.: Гидрометеоиздат, 1983.
200 с.
3. Дебольский В. К., Матоушек В., Патера А. Образование и развитие ледовых явлений и процессов в водохранилищах и нижних бьефах.
Прага: Международная гидрологическая программа, 1991. 114 с.
4. Динамика масс снега и льда: Перев. с англ. и ред. А. Н. Кренке. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 456 с.
5. Донченко Р. В. Ледовый режим рек СССР. Л.: Гидрометеоиздат,
1987. 249 с.
6. Кавешников Н. Т. Эксплуатация и ремонт гидротехнических
сооружений. М.: Агропромиздат, 1989. 272 с.
7. Канавин Е. В. Проблемы шугового льда, связанные с планированием и использованием водной энергии в Норвегии. МАГИ Симпозиум «Лед и его воздействие на гидротехнические сооружения». Л.:
1972. С. 195–202.
8. Карнович В. Н., Новоженин В. Д., Смирнов Е. А. Особенности
работы каналов в зимних условиях. М.: Энергоатомиздат, 1986. 80 с.
9. Коржавин К. Н. Воздействие льда на инженерные сооружения.
Новосибирск: Изд-во СО АН СССР, 1962. 204 с.
10. Методические указания по борьбе с заторами и зажорами льда. ВСН-028–70. Минэнерго СССР. Л.: «Энергия», Ленинградское отд-ние, 1970. 151 с.
11. Одрова Т. В. Гидрофизика водоемов суши. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. 311 с.
12. Песчанский И. С. Ледоведение и ледотехника. Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1967. 461 с.
13. Пехович А. И. Основы гидроледотермики. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1983. 200 с.
14. Пособие к СНИП 2.05.03–84 «Мосты и трубы» по изысканиям
и проектированию железнодорожных и автодорожных мостовых переходов через водотоки (ПМП-91). М.: ГК «Трасстрой», 1992. 412 с.
15. Потапов В. М. Ледовый режим деривационных сельских гидроэлектростанций. М.: ГИЛ по строительству и архитектуре, 1955.
176 с.
16. Пропуск льда через гидротехнические сооружения / Я. Л. Готлиб, К. Н. Коржавин, В. А. Кореньков, И. Н. Соколов. М.: Энергоатомиздат, 1990. 184 с.
17. Снег: Справочник; Под ред. Д. М. Грея и Д. Х. Мэйла / Пер.
с англ. В. М. Котлякова. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 752 с.
18. Чижов А. Н. Формирование ледяного покрова и пространственное распределение его толщины. Л.: Гидрометеоиздат, 1990.
128 с.
19. Широкова В. А., Фролова Н. Л. Вода: океаны и моря, реки
и озера: Энциклопедия ОЛМА. М.: ОЛМА Медиа Групп, 2012. 304 с.
20. Инструкция по учету условий пропуска льда при проектировании, строительстве и эксплуатации гидроузлов. М.: ОАО «РусГидро», 2012 (Стандарт организации).
21. Методические рекомендации по предотвращению образования ледовых заторов на реках Российской Федерации. А. М. Шахраманьян, А. Б. Векслер, Д. В. Козлов и др. М.: ФЦ ВНИИ ГОЧС,
2004.
342
343
СОДЕРЖАНИЕ
Рис. П. Г. 1. Структурно-функциональная схема
процессов формирования и развития пресноводного льда
в реках и водохранилищах
344
ГЛАВА 1. ОПАСНЫЕ ЛЕДОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ НА РЕКАХ
И ВОДОХРАНИЛИЩАХ ...................................................................... 8
1.1. Зажорные явления на реках ............................................................ 8
1.2. Заторные явления на реках ........................................................... 18
1.3. Зажоры и заторы льда на водохранилищах и в нижних
бьефах гидроузлов ............................................................................... 29
1.4. Опасные проявления ледового режима рек и водохранилищ ... 36
ГЛАВА 2. РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ РОССИИ
ПО ГЕНЕЗИСУ ЛЕДОВЫХ ЯВЛЕНИЙ ........................................... 43
ГЛАВА 3. ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ ЯВЛЕНИЯ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ
ЗАТОРАМИ И ЗАЖОРАМИ ЛЬДА НА РЕКАХ РОССИИ .............. 51
3.1. Распространение заторов льда на реках России ........................ 51
3.2. Опасность затопления пойм рек при заторах льда .................... 55
3.3. Чрезвычайные явления на реках и в нижних бьефах
гидроузлов, обусловленные зажорами льда ...................................... 61
3.4. Прочие ледовые явления, вызывающие трудности
функционирования хозяйственных объектов на берегах рек
и водохранилищ ................................................................................... 67
ГЛАВА 4. ОБРАЗОВАНИЕ ЗАЖОРОВ И ЗАТОРОВ ЛЬДА
В УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА
И АНТРОПОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ЛЕДОВЫЙ
РЕЖИМ РЕК ......................................................................................... 71
4.1. Формирование зажоров и заторов в условиях изменения
климата .................................................................................................. 71
1.2. Многолетние изменения максимальных зажорных
и заторных уровней воды .................................................................... 78
4.3. Влияние антропогенных воздействий на процессы зажорои заторообразования ............................................................................ 86
ГЛАВА 5. МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ПРОГНОЗА
ХАРАКТЕРИСТИК ЗАЖОРОВ И ЗАТОРОВ В УСЛОВИЯХ
ИЗМЕНЯЮЩЕГОСЯ ЛЕДОВОГО РЕЖИМА РЕК ......................... 99
5.1. Расчёт наивысших уровней воды, обусловленных
зажорами и заторами ............................................................................ 99
345
5.2. Пример расчёта наивысшего заторного уровня
при отсутствии данных многолетних гидрометрических
наблюдений ......................................................................................... 105
5.3. Определение повторяемости зажорных и заторных
явлений. Оценка толщины скоплений льда ниже зоны подпора
воды в зажорах и заторах ................................................................... 112
5.4. Прогнозы максимальных зажорных и заторных уровней
воды ..................................................................................................... 113
5.5. Влияние противозаторных мероприятий на качество
методик прогноза заторов льда и заторных наводнений ................ 124
1.5. Пример прогноза максимального заторного уровня воды р.
Лены у г. Ленска ................................................................................. 127
ГЛАВА 6. ПРОТИВОЗАЖОРНЫЕ И ПРОТИВОЗАТОРНЫЕ
МЕРОПРИЯТИЯ. ИХ ПОСЛЕДСТВИЯ И ОЦЕНКА
ЭФФЕКТИВНОСТИ .......................................................................... 132
6.1. Мероприятия по предупреждению и ликвидации
зажоров льда ....................................................................................... 132
6.2. Мероприятия по предупреждению и ликвидации
заторов льда ........................................................................................ 135
1.3. Эффективность мероприятий по предупреждению
и ликвидации заторов и зажоров льда .............................................. 144
6.4. Оценка эффективности противозажорных
и противозаторных мероприятий ..................................................... 154
6.4.2. Комплексная оценка ущерба от негативного воздействия
вод, связанного с опасными ледовыми явлениями (на примере
затороопасного участка бассейна Северной Двины) ...................... 163
ГЛАВА 7. СОВРЕМЕННАЯ МЕТОДОЛОГИЯ ИЗУЧЕНИЯ
ПРОЦЕССОВ ЗАЖОРО- И ЗАТОРООБРАЗОВАНИЯ .................. 196
7.1. Натурные исследования зажоров и заторов льда ..................... 196
7.2. Лабораторное моделирование процесса заторообразования .. 222
7.3. Математическое моделирование зажоров и заторов ................ 226
7.4. Рекомендации по составу, объёму и уровню детализации
исходных данных для изучения процессов зажорои заторообразования .......................................................................... 230
7.5. Информационные базы данных о ледовых явлениях
на основе наземной и дистанционной информации ....................... 232
7.6. Методология оценки гидроэкологической безопасности
водопользования (на примере рек севера ЕТР) ............................... 240
7.7. Принципы районирования территории по степени
опасности ледовых явлений (на примере крупных регионов
ЕТР) ..................................................................................................... 256
Заключение ......................................................................................... 264
Библиографический список .............................................................. 271
Приложение А .................................................................................... 283
Приложение Б ..................................................................................... 302
Приложение В .................................................................................... 326
Приложение Г ..................................................................................... 328
346
347
Научное издание
Козлов Дмитрий Вячеславович
Бузин Владимир Александрович
Фролова Наталья Леонидовна
Агафонова Светлана Андреевна
Бабурин Вячеслав Леонидович
Банщикова Любовь Святославовна
Горошкова Наталия Ивановна
Завадский Александр Сергеевич
Крыленко Инна Николаевна
Савельев Константин Леонидович
Козлов Константин Дмитриевич
Бузина Людмила Федоровна
ОПАСНЫЕ ЛЕДОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
НА РЕКАХ И ВОДОХРАНИЛИЩАХ
РОССИИ
Монография
Под редакцией д.т.н., профессора Д.В. Козлова
Подписано в печать 25.05.2015 г. Формат 60×84 1/16
Усл. печ. л. 21,8. Уч.-изд. л. 17,5.
Тираж 500 экз. Зак. 346.
Издательство РГАУ-МСХА
127550, Москва, Тимирязевская ул., 44
Тел.: 977-00-12, 977-40-64