ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2014, том 455, № 3, с. 342-345
ГЕОГРАФИЯ
УДК 519.6:532.5
ЭКСТРЕМАЛЬНОЕ НАВОДНЕНИЕ В ДЕЛЬТЕ ДОНА (23-24 марта 2013 г.) И ФАКТОРЫ, ЕГО ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ
© 2014 г. Академик Г. Г. Матишов, А. Л. Чикин, С. В. Бердников, И. В. Шевердяев
Поступило 22.10.2013 г.
БО1: 10.7868/80869565214090229
Повышенный интерес специалистов к долгопериодным и все еще дискуссионным климатическим тенденциям должен быть сбалансирован серьезным вниманием к погодным катаклизмам. Детальное их изучение в экспедициях [1—4] и в ходе многолетнего мониторинга [5, 6] может более прагматично ориентировать общество на оценку реальных природных рисков и их социально-экономических последствий.
В конце марта 2013 г. в результате сильного штормового нагона значительная территория в дельте Дона чрезвычайно быстро была затоплена водой. В 20 населенных пунктах более 2.4 тыс. домовладений и свыше 5.3 тыс. человек оказались пострадавшими от наводнения. Материальные потери для населения и экономики региона — более 500 млн руб. Значительный ущерб был нанесен и научно-экспедиционной базе Южного научного центра РАН (ЮНЦ РАН), расположенной на берегу гирла Свиное (рис. 1).
Экстремальные сгоны и нагоны не являются редкостью в дельте Дона. На рис. 2 представлена классификация сгонно-нагонных явлений в Таганрогском заливе и динамика изменения уровня воды в дельте Дона с 22 по 27 марта 2013 г.
Похожий по силе и воздействию нагон был в 1994 г. Он сохранился в памяти старожилов, но детальных данных об этом сегодня найти трудно, если вообще возможно. В результате созданной ЮНЦ РАН системы мониторинга за динамикой уровня воды в дельте Дона (гирло Свиное, хут. Донской) с применением автоматических уровнемеров [6], экспедиционных исследований дельты
Южный научный центр Российской Академии наук, Ростов-на-Дону
Мурманский морской биологический институт Кольского научного центра Российской Академии наук Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону Институт аридных зон Южного научного центра Российской Академии наук, Ростов-на-Дону
Дона [5], разработанных методов математического моделирования гидрологических процессов в Азовском море [7] и современных геоинформационных технологий [8] удалось документировать экстремальное наводнение 23—24 марта 2013 г. и выполнить системный анализ факторов, его определяющих.
В соответствии с [9], опасные для Таганрогского залива и дельты Дона подъемы уровня воды могут вызывать поля юго-западного ветра над Азовским морем со значительными величинами градиента давления и скорости ветра (10—15 м/с и более). Наиболее часто они возникают, когда циклоническая деятельность развивается над районом Балтийского моря, ложбина циклона направлена на Балканский полуостров или на северо-запад Черного моря. При этом Кавказ и Малая Азия заняты областью высокого давления, под влиянием которой находится юго-восток Черного моря.
С 10 часов 23 марта до 16 часов 24 марта над Таганрогским заливом произошел перепад атмосферного давления с 995 до 1015 гПа. Восточный ветер скоростью 3—11 сменился на юго-западный скоростью 15 с порывами до 20—22 м/с. Из-за шквалистого ветра от энергосетей было отключено 78 населенных пунктов, без электричества в полдень 24 марта оставались более 59 тыс. жителей и 117 социальных объектов.
В соответствии с данными автоматического уровнемера на посту ЮНЦ РАН в хут. Донской (рис. 1) после падения уровня воды примерно на 1 м в результате действия восточного ветра ("вер-ховка", скорость ветра 3—6 м/с) 20—22 марта наблюдали незначительное повышение уровня (оборотная "низовка", "черноморка", юго-западный ветер 3—7 м/с). Позже уровень воды кутовой части Таганрогского залива стал подниматься со скоростью 11—12 см/ч (штормовой нагон, юго-западный ветер до 20 м/с). К 18 часам 24 марта уровень воды достиг максимального значения. По сравнению со средним его положением прирост составил 280 см. Заметим, что за период наблюдения 2007—2012 гг. в дельте Дона максималь-
00 12 0000 1200 0000 1200 0000 1200 0000 1200 0000 1200 2400 Рис. 2. Классификация сгонно-нагонных явлений в Азовском море (на примере Таганрогского залива).
Рис. 1. Зона затопления (темное) и динамика расходов на Нижнем Дону.
м 3
1 -
Экстремальная низовка 2.4—2.8 м (Черноморка)
Западный ветер (15-25 м/с)
-1
-2 - 22.03
27.03
2
0
ный нагон (30 сентября — 1 октября 2010 г.) имел превышение уровня 230 см [6]. Разница в уровнях составила 0.5 м. На рис. 1 выделена область затопления. Повышение уровня воды было следующим: у г. Аксай — на 217 см до отметки 283 см (*от-метка неблагоприятного явления — НЯ* = 250 см); у г. Ростов-на-Дону на 226 см до отметки 217 см (НЯ = 150 см; **отметка опасного явления — ОЯ** = 300 см); у г. Азов на 271 см до отметки 740 см (ОЯ = 700 см).
В дальнейшем на фоне ослабленного юго-западного ветра 2—5 м/с уровень начал падать и к ночи 26 марта достиг среднего положения.
Ситуацию с затоплением усугубил повышенный (до 400 м3/с) пропуск воды через гидроузел Цимлянского водохранилища 21—25 марта (рис. 1). Водность Северского Донца в этот период колебалась от 145 до 167 м3/с, 18—21 марта сброс воды через Цимлянский гидроузел составлял 265—269, 22—25 марта 358—382, а в отдельные моменты
344
м3/с 390
350
310
270
МАТИШОВ и др.
24.03.2013 г.
22.03 23.03 24.03
00°° 1200 0000 1 200 0 000 1 200
23.03 22.03
000 1 200 0 000 1 200
Рис. 3. Встречное движение цимлянского сброса и нагона азовской воды в дельту Дона.
не исключено, что 400—427 м3/с. Уровни в верхних бьефах Николаевского, Константиновского, Кочетовского гидроузлов ежедневно увеличивались на 10—50, а 25 марта на Кочетовском гидроузле — на 147 см. В нижнем бьефе Кочетовского гидроузла (замыкающий данный каскад) 24— 25 марта уровень повысился на 67 см за счет добе-гания нагонной волны и увеличения сброса. Дошедшая до низовьев Дона за 2 сут волна половодья могла быть причиной дополнительного подпора вод, поступающих из Таганрогского залива (рис. 3).
Анализ гидрологических наблюдений за колебаниями уровня на побережье Таганрогского залива и характер затопления донской авандельты за многие десятилетия показал, что во время экстремальных нагонов поверхность азовской воды
Скорость течения, м/с Уровень воды, м
Время, час
Рис. 4. Расчетные значения скорости течения (1, 2) и уровня воды (3, 4) в восточной части Таганрогского залива при развитии штормового нагона после сгона (1, 3) и после штиля (2, 4).
поднимается до 2.5—2.8 м, а с учетом высоты цоколей домов в казачьих хуторах — до 3 м. Размах сгонно-нагонных действий от исходной точки водной поверхности может достигать 4.1—4.3 м. С помощью нивелира определили, что цоколи рыбцехов, расположенных в районе базы ЮНЦ РАН и построенных в конце XIX — начале XX веков, подняты на 3 м выше абсолютных высот среднего уреза воды в реке (рис. 3). Примерно на такой же высоте над поймой находятся насыпанные в советское время холмы для лошадей и коров на случай сильных наводнений.
С использованием математической модели гидродинамики Азовского моря [7] были выполнены расчеты развития штормового нагона в Таганрогском заливе с 20 марта по 26 марта 2013 г. Расчеты показали, что средний объем поступающей воды составил ~6 тыс. м3/с, что в 15—18 раз превышает объем воды, сброшенной через Цимлянский гидроузел.
С помощью моделирования установлено, что резкая смена сгонного эффекта на нагонный увеличивает скорость поступления воды, а следовательно, и степень затопления дельты. Сравнивали две ситуации: начало нагона при юго-западном ветре после штилевой погоды и начало нагона после сгонного явления, т.е. действия восточного ветра. Сгон моделировали при скорости восточного ветра 9, который изменялся на юго-западный со скоростью 15 м/с.
В случае предварительного сгона значительно увеличивается скорость нагонного течения, а соответственно и объем поступающей в дельту воды. Хотя в обоих случаях затопление дельты длилось 22—23 ч, что соответствует динамике повышения уровня 23—24 марта, изменения уровня воды существенно различаются. Если нагон начинается при штилевой погоде, то уровень воды
поднимается от нулевой отметки, соответствующей естественной глубине водоема (рис. 4), и дальше монотонно возрастает по мере поступления излишков воды. Если перед нагоном наблюдался сгон воды, то сначала уровень отрицателен (что характерно для сгонного явления), но затем быстро увеличивается и, в конце концов, становится выше нагона после штиля. Этот результат показывает, что при резкой смене восточного ветра на западный затопление происходит быстрее и оно сильнее по масштабу, чем при постоянно действующим западном ветре.
Важность рассматриваемого здесь экстремального нагона определяется следующими соображениями:
а) население, проживающее в дельте Дона и на низких берегах Таганрогского залива, крайне нуждается в системе заблаговременного оповещения о штормовых нагонах для уменьшения разрушительных последствий от наводнений;
б) существующие правила управления попусками воды из Цимлянского водохранилища не предусматривают каких-либо действий в случае риска возникновения штормового нагона в низовьях Дона, поэтому нуждаются в корректировке;
в) в устьевой области Дона, граница которой находится в ст. Раздорская выше по течению на 150 км, на низменных участках левого берега в районе Ростова-на-Дону, Азова, в настоящее время планируют масштабные строительные работы (стадион к чемпионату мира по футболу 2018 г. и др.), проекты которых не учитывают особенности гидрологического режима, особенно в его экстремальных проявлениях, на Нижнем Дону.
Результаты исследований ЮНЦ РАН, разработанные подходы, математические модели и технологии дают научное обоснование для поис-
ка технических решений указанных выше социально значимых задач.
Работа выполнена при финансовой поддержке Программы фундаментальных исследований Президиума РАН № 32 "Фундаментальные проблемы модернизации полиэтнического региона в условиях роста напряженности", ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007—2013 годы", гранта ЮФУ 9
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.