Наводнения: от защиты к управлению. Научные редакторы: член-корреспондент РАН В. Н. Лыкосов и профессор В. А. Земцов - П. Пушистов

Таблица 1. Взаимодействия между потенциально конфликтными видами деятельности, связанными с рекой.

Проблемы разработки стратегии управления наводнениями обсуждаются в подразделе 3.4. При этом отмечается, что современный (до 2004 г.) подход к управлению стоком в верхнем и среднем течении реки Миссисипи является не столь интегрированным или хорошо сбалансированным, каким он мог бы быть. Подобная ситуация существует не только на этой реке, и некоторые из ее причин можно было бы устранить, изменив политику, ограничивающую всесторонние интегрированные подходы. Наводнение 1993 г. в бассейне верхней Миссисипи сфокусировало, по крайней мере на какое-то время, общенациональное внимание на этой проблеме. Вызванная этим наводнением озабоченность дала возможность провести повторную оценку и разработать стратегию интегрированного управления водными ресурсами. Одним из выводов комитета Гэллоуэя (1994 г.) был следующий: «Соединенным Штатам представилась редкая возможность изменить управление поймами. Ее не следует упустить».

Стратегия интегрированного управления водными ресурсами должна включать вопросы управления наводнениями (с учетом неопределенностей), например: как дамбы обвалования влияют на уровненный режим выше по течению, как увеличение высоты дамб или удаление их от русла влияет на уровни воды в других местах, как растительность в поймах, особенно деревья, влияют на уровни воды при наводнениях. Кроме того, должны быть определены безопасные уровни воды при наводнениях для различных видов землепользования на поймах. В отчете комитета Гэллоуэя (1994 г.) подчеркивается необходимость обеспечения гибкости и многовариантности систем защиты от наводнений. Требуют решения вопросы о том, какие уровни защиты от наводнений подходят для городских зон/промышленных объектов и сельскохозяйственных угодий, и как заключать соглашения по этим уровням.

В очень важном по смысловой нагрузке, подразделе 3.5 отмечается, что главные роли в управлении водными ресурсами, крупнейшего из речных бассейнов США, играют федеральные агентства и агентства штатов. Основные вопросы планирования или управления, а также реализации решаются с участием этих «структур – лидеров». Однако любое конкретное агентство действует в пределах своих компетенций. Это совершенно необходимо им для работы друг с другом и с частными неправительственными организациями (НПО и другими группами представителей заинтересованных сторон), когда требуется увязка плана интегрированного управления водными ресурсами или разработка стратегии. Если институциональные изменения могут облегчить этот процесс, то такие изменения должны быть рассмотрены. Могут оказаться эффективными независимые комиссии по речному бассейну, включающие представителей всех заинтересованных сторон и берущие на себя ответственность за интегрированное управление рекой, если их рекомендации вызывают интерес и их серьезно рассматривают в процессе принятия политических решений на высоком уровне.

Сбалансированный план развития бассейна верхней Миссисипи, который разрабатывается с широким участием всех заинтересованных сторон, будет способствовать лучшему пониманию сложных взаимосвязей между защитой окружающей среды, использованием ресурсов и освоением реки и поймы. Такой план развития не должен быть статическим, он должен стать основой для регулярного пересмотра с учетом новых достижений и представлений. Благодаря такой адаптации план может увеличить объем фактического использования речных ресурсов, а также сделать его более эффективным.

4. Снижение риска затопления

В разделе 4 отмечается, что существует два типа структурных альтернатив снижения рисков затоплений. Первая из них – это противопаводковая емкость водохранилищ, проектируемая для того, чтобы уменьшить пики расходов воды при наводнениях в нижнем бьефе водохранилищ. Другая альтернатива заключается в проведении работ по расширению русла и/или строительству защитных сооружений, которые позволят сдерживать пики расходов воды и уменьшать ущерб при наводнениях. В разделе 4 представлены методы моделирования обеих этих альтернатив для включения их в анализ «затраты-выгоды» или в анализ эффективности затрат. К последнему прибегают в ситуациях, когда значительную часть выгод от регулирования наводнений невозможно выразить деньгами, и цель заключается в обеспечении установленного уровня защиты при наводнениях при минимальных затратах.

В подразделах 4.1—4.4 описаны сравнительно простые инженерные модели для расчета противопаводковых объемов водохранилищ (подраздел 4.1), для расчета пропускной способности русла (подраздел 4.2), для оценки рисков прорыва дамб (подраздел 4.3) и для расчета ежегодного ожидаемого ущерба от прорыва дамбы (подраздел 4.4).

5. Поддержка принятия решений и прогноз

Весьма важным с позиции доступного понимания применения высокотехнологичного инструментария управления наводнениями является раздел 5. В этом разделе отмечается, что для лиц, принимающих решения, при оценке альтернативных вариантов решения проблем, встречающихся при интегрированном управлении рекой, при оповещении общественности об этих решениях и их последствиях, весьма полезными могут оказаться интерактивные компьютерные системы поддержки принятия решений (СППР). СППР могут включать современные данные о реке и пойме (с использованием географических информационных систем и баз данных) и динамические (прогностические) модели всей речной сети. Последние можно использовать для моделирования различных сценариев затопления, при этом ЛПР, а также ПЗС могут участвовать в планировании сценариев, обсуждении результатов расчетов и в принятии решений о том, что делать с учетом различных воздействий или последствий. Периодические упражнения в моделировании с помощью СППР напоминают общественности, особенно в засушливые годы, о том, что наводнения могут быть и будут, и при некоторых из них допустимы переливы воды через дамбы и причинение ущерба.

В подразделе 5.1, посвященному моделированию пойменных территорий, показано, что усилия по совершенствованию стратегии управления наводнениями почти всегда основываются на прогнозах (часто неточных) воздействий определенных структурных или неструктурных мероприятий. Эти прогнозы воздействий основываются на моделях и на их базах данных. Моделирование и передача полученных с помощью моделей результатов правительственным планирующим организациям, заинтересованным владельцам собственности и страховым компаниям становятся все более важными компонентами управления наводнениями.

При обеспечении требуемых исходных данных приходится иметь дело с неопределенностями. В исследованиях наводнений применяется экстраполяция параметров моделей и граничных условий для ситуаций, за которыми никогда не велось наблюдений. В связи с этим возникает вопрос о надежности современных процедур калибровки моделей. Качество полученных с помощью модели результатов в значительной степени зависит от имеющихся в наличии данных и их пригодности для будущего планирования. Двумерные (2D) модели требуют точных цифровых моделей рельефа (ЦМР). Сбор достаточно точных данных для исследований наводнений стал значительно дешевле благодаря использованию лазерной альтиметрии. Более того, начаты исследования по обеспечению данных о шероховатости поймы на основе комплексного анализа данных лазерной альтиметрии. Методы лазерной альтиметрии в настоящее время широко применяются для получения детальных данных об уровнях воды при наводнениях, которые могут в дальнейшем поддержать калибровку имитационных моделей наводнений. Новые методы сбора данных также дополняются гидравлическими лабораторными исследованиями для получения закономерностей и параметров, описывающих сопротивление потоку различных видов растительного покрова.

Для новых методов сбора данных также характерно заметное изменение типов данных, на которых базируются разработка и использование моделей. В целом наблюдается тенденция перехода от сбора данных в отдельных точках к получению пространственно-распределенных данных. В то время как расчетные гидрографы наводнений раньше использовались для того, чтобы формировать основу для исследований по регулированию наводнений, современные радарные данные об осадках, вместе с моделями водосборного бассейна реки позволяют разрабатывать прогностические модели штормовых ливней. Разработка двумерных моделей на базе цифровых моделей рельефа и карт шероховатости стала проще и рентабельнее, чем разработка одномерных моделей на основе точечных данных измерений в поперечниках, расположенных вдоль реки на заданных расстояниях.