ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК, 2014, том 84, № 9, с. 817-825
С КАФЕДРЫ ПРЕЗИДИУМА РАН
Б01: 10.7868/80869587314090060
Наводнение 2013 г. в бассейне р. Амур стало сильнейшим в регионе за последние десятилетия. Оно захватило все реки бассейна, включая его китайскую часть. Это бедствие имело катастрофические последствия, несмотря на то, что Зейское и Бурейское водохранилища смягчили влияние паводковых волн на уровневый режим среднего Амура. В докладе, заслушанном 10 декабря 2013 г. на заседании Президиума РАН, обсуждались причины, приведшие к наводнению, его последствия, методы моделирования и прогноза подобных событий в будущем.
ЭКСТРАОРДИНАРНОЕ НАВОДНЕНИЕ В БАССЕЙНЕ РЕКИ АМУР
В.И. Данилов-Данильян, А.Н. Гельфан
Наводнение в бассейне р. Амур, произошедшее летом и в начале осени 2013 г., принесло огромный экономический ущерб, оставило без жилья десятки тысяч людей. Важно понять, какими причинами было обусловлено это явление, насколько вероятно и в какие сроки повторение чего-либо подобного, что мы можем сделать, чтобы, по крайней мере, снизить ущерб при повторении таких явлений, как изучать возможные последствия тех мероприятий, которые мы в состоянии реализовать, чего не хватает, чтобы дальше развивать науку, дающую ответы на такие вопросы.
Амур, как и все крупные реки мира, — уникальный водный объект. Его притоки — это горные реки. Сам Амур, начинающийся от слияния рек Шилка и Аргунь, — река в основном равнинная. В среднем и нижнем течении он имеет очень малый уклон, что определяет многие из тех нега-
ДАНИЛОВ-ДАНИЛЬЯН Виктор Иванович - член-корреспондент РАН, директор Института водных проблем РАН. ГЕЛЬФАН Александр Наумович — доктор физико-математических наук, заместитель директора по научной работе того же института. tina@aqua.laser.ru; hydrowpi@aqua.laser.ru
тивных явлений, которые произошли минувшим летом. Наводнения на Амуре, учитывая и характер самой реки, и муссонный климат в её бассейне, — явление вполне обычное, они случаются там отнюдь не редко, разница только в их силе. Наводнение 2013 г. было экстраординарным.
На рисунке 1 представлен гидрограф р. Амур, построенный по среднемноголетним данным. Наибольшую водность река имеет в летне-осенний сезон муссонных дождей, когда за три-четыре месяца проходит более 75% общего годового стока воды. В отдельных частях бассейна летние дождевые паводки наступают в разное время, из-за чего паводковый сезон может продолжаться до полугода. В среднем летних дождевых паводков наблюдается от трёх до восьми в год. Сток реки очень неравномерен по годам: маловодные годы, в которые даже затруднено судоходство, чередуются с годами мощных паводков. К примеру, у Хабаровска наибольший расход воды в реке, зарегистрированный в августе 2013 г., и наименьший, зафиксированный более 90 лет назад, различаются почти в 300 раз. Подобного не наблюдается ни на одной реке Российской Федерации, и вообще это чрезвычайно редкое явление для рек мира, это снова подтверждает, что Амур — река особенная.
Какие же факторы привели к экстраординарному наводнению в 2013 г.? Первый — сформировалась высокая фронтальная зона, вдоль которой в течение двух месяцев непрерывно перемещались глубокие, насыщенные водой циклоны, типичные для регионов муссонного климата, в том числе и для бассейна р. Амур. Но в данном случае площадь, на которой они распространялись, была резко сокращена благодаря тому, что сформировалась блокирующая область высокого давления над северо-западом Тихого океана. Там образовался антициклон, который препятствовал
4
817
м 24000
20813
я 2 К
I
К
Л & ю « л & ю « л & ю « л & ю
к и и £ О и и ч
Рис. 1. Среднемесячные расходы воды р. Амур (Комсомольск-на-Амуре), м3
перемещению циклонов за пределы Амурского бассейна в сторону Охотского моря. В результате огромное количество влаги, которая обычно за муссонный сезон выливается на значительные территории, гораздо большие, чем бассейн Амура, выпало именно над ним.
Следствием синоптических макропроцессов стало формирование аномальных по объёму, про-
Рис. 2. Последствия наводнения в бассейне р. Амур
должительности и площади распространения дождевых осадков в бассейнах крупнейших рек региона. По данным Росгидромета, в некоторых частях бассейна р. Амур слой осадков, выпавших в июле—августе 2013 г., превысил годовую норму. Есть основания полагать, что возникновение подобных синоптических аномалий связано с наблюдаемыми изменениями климата, одно из проявлений которых — увеличение количества и мощности циклонов в Северном полушарии, рост повторяемости периодов с интенсивными осадками и вместе с тем увеличение масштаба засух.
Другой важнейший фактор — высокая насыщенность почвогрунтов водой на огромных площадях речных бассейнов к началу паводкового сезона. По данным Росгидромета, высокая влажность почвогрунтов стала результатом снежной холодной зимы, приведшей к формированию мощного снежного покрова в этих бассейнах, и поздней весны, в течение которой значительная часть талой воды была поглощена почвогрунта-ми. Насыщение водой почвогрунтов привело к критическому снижению их впитывающей способности и резкому уменьшению естественной регулирующей ёмкости речных бассейнов перед выпадением дождей.
На фотографиях (рис. 2) видно, к чему привела паводковая волна, прошедшая по руслу Амура. Календарь самого наводнения по основным пунктам, в которых производились измерения, представлен в таблице. Максимальный уровень воды в Хабаровске почти на 1.7 м превысил исторический максимум 1897 г., а в Комсомольске-на-Амуре — более чем на 2 м исторический максимум 1959 г. Во многих пунктах наблюдений на протяжении среднего и нижнего Амура уровень затопления превысил отметки опасного явления, и продолжительность стояния воды над этой отметкой достигала почти полутора месяцев.
На рисунке 3, а представлена карта двух участков Амура до наводнения. Вверху — нижнее течение, внизу — среднее течение. Для нижнего течения особенно характерно наличие озёр, с которыми Амур связан протоками, причём во время муссонных дождей вода течёт из Амура в эти озёра, а в межень (когда осадков мало и сток незначительный) течение, наоборот, идёт из озёр в Амур. На рисунке 3, б показано, во что превратились эти участки в 2013 г. после выпадения аномально сильных осадков. Это уже не река, это область, залитая водой, в которой в силу малого уклона Амура, низинного характера его в среднем и нижнем течении вода движется крайне медленно: паводковая волна шла больше двух месяцев. Это явление нехарактерно для рек вообще, но чрезвычайно характерно для Амура (а кроме него, и для некоторых совсем немногочисленных рек мира).
ЭКСТРАОРДИНАРНОЕ НАВОДНЕНИЕ В БАССЕЙНЕ РЕКИ АМУР 819
Максимальные уровни воды на пойме и продолжительность её затопления в период прохождения паводка 2013 г.
Пост Отметка затопления поймы, см Максимальный уровень, см Начало затопления поймы Конец затопления поймы Продолжительность, сутки
Благовещенск 510 821 24 июля 30 августа 38
Константиновка 500 924 24 июля 11 сентября 50
Поярково 500 833 26 июля 05 сентября 42
Иннокентьевка 640 1081 27 июля 07 сентября 43
Пашково 1300 1802 06 августа 05 сентября 31
Ленинское 620 1044 13 июля 12 октября 92
Хабаровск 300 808 14 июля 17 октября 96
Троицкое 250 610 22 июля 21 октября 92
Комсомольск-на-Амуре 300 910 25 июля середина ноября >100
Каковы возможности оценки максимальных расходов воды редкой повторяемости, превышающих максимальные величины за период предшествующих инструментальных измерений на основе имеющихся данных о стоке Амура? Надо сказать, что основные проблемы, возникающие при попытке оценить повторяемость максимального стока р. Амур в 2013 г., — недостаток ежедневных данных о расходах воды по длине реки и малая продолжительность рядов наблюдений за стоком. В настоящее время на р. Амур длиной почти 3000 км (от слияния рек Шилка и Аргунь) располагается всего два пункта измерений расходов воды (Хабаровск, Богородское), то есть достовер-
ные оценки повторяемости максимального стока по имеющимся рядам наблюдений могут быть сделаны лишь для малой части реки. Максимальный расход, который был замерен при обсуждаемом наводнении в створе Хабаровска, — 46 тыс. м3/с.
Если обработать имеющиеся данные, аппроксимировать (приблизить) эмпирическое распределение максимальных расходов у Хабаровска, то получится, что, по методу советских гидрологов С.Н. Крицкого и М.Ф. Менкеля, оценка повторяемости расхода 46 тыс. м3/с составляет 1 раз в 270—300 лет, а по распределению лог-Пирсона III типа (логистическое распределение Пирсона),
Рис. 3. Космические снимки затоплений в бассейне Амура а — два участка Амура до затопления; б — они же после наводнения
1.0
0.8
1 /
0.6
0.4 У 2
0.2
0 - 1 1 1 1111 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
10 100 Срок эксплуатации ГТС, годы
1000
Рис. 4. Вероятность того, что расчётный расход будет зарегистрирован хотя бы раз за время эксплуатации гидротехнического сооружения
1 — кривая лог-Пирсона III типа; 2 — кривая Крицкого— Менкеля
применяемому для решения подобных задач в США, — 1 раз в 100 лет. Велика ли эта разница? На рисунке 4 представлены кривые, показывающие вероятность того, что максимальный расход воды заданной повторяемости наступит в течение расчётного срока службы гидротехнического сооружения (ГТС). Например, при расчётном сроке службы сооружения 60 лет расход воды, равный наблюдавшемуся в 2013 г., скорее всего, не наступит, если оценивать надёжность по кривой Крицкого—Менкеля. Однако при оценке по кривой лог-Пирсона III типа вероятность такого события становится почти 0.5.
Таким образом, оценки паводковой опасности на р. Амур, полученные на основе статистической обработки имеющихся данных, содержат значительную неопределённость, которая может приводить к ошибкам при проектировании защитных мероприятий. Для повышения эффективности защиты от наводнений необходимо привлекать дополнительную информацию об особенностях формирования максимального стока в бассейне Амура, движения волн паводков по речной сети, динамики затоплений и т.д. Такая ин
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.