ОПАСНЫЕ ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ И ПРОЦЕССЫ В УСТЬЯХ НЕВЫ И ПРЕГОЛЯ2
географический факультет МГУ имени
DANGEROUS HYDROLOGICAL PHENOMENA AND PROCESSES IN THE MOUTHS OF THE NEVA RIVER AND PREGOLYA RIVER
Magritsky D. V.
Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geography
Устьевые области рек (устья рек) – особые географические объекты, расположенные в местах впадения рек в приемные водоемы (океаны, моря и озера) [4]. Они находятся под совместным влиянием режима реки и приемного водоема. Из-за постоянного и высокоэнергетического воздействия и взаимодействия речных и морских факторов, низменного рельефа поймы и дельтовой суши, обилия водных объектов, обычно большой плотности населения и хозяйственной освоенности гидролого-морфологические процессы, протекающие в устьях и ответственные за их строение, природные условия и гидрологический режим, иногда приобретают неблагоприятный и даже опасный характер для природной среды, населения и хозяйства. Внешним проявлением этих процессов служат опасные природные явления. В устьях рек перечень таких процессов, их повторяемость и магнитуда нередко выше, чем в бассейне реки и на обычных участках морского побережья. В условиях климатических изменений и сопутствующих им изменений речного стока, режима рек и морей, повышения морского уровня, из-за расширения хозяйственного использования устьев рек опасность этих процессов в одних случаях возрастает, в других, при правильно подобранных и реализованных защитных мер, снижается. Показательным примером таких изменений служит ситуация с опасными гидрологическими процессами в устьях главных балтийских рек России – Невы (г. Санкт-Петербург) и Преголя (Калининградская область) и характер ее развития с начала XX в. по настоящее время. Результаты исследований, выполненные автором на основе обширного массива соответствующей гидрометеорологической информации, данных по опасным событиям, наблюдавшимся в период с 1900 по 2015 г. (из Базы данных «Опасные гидрологические явления на морских побережья Европейской России»; Свидетельство о регистрации г.; автор БД – ), а также материалы других специалистов позволили эти особенности и закономерности, факторы и последствия опасных процессов изучить и детально описать.
Опасные гидрологические процессы в устье р. Невы. Из всей устьевой области Невы при изучении опасных гидрологических процессов выбран только устьевой участок, состоящий из дельты и придельтового отрезка реки [1, 5]. На нем главные гидрологические угрозы формируют наводнения – нагонные в дельте и зажорные на придельтовом участке, а основные ущербы, безусловно, связаны издревле с штормовыми нагонами и вызываемыми ими наводнениями.
Катастрофические нагоны охватывает дельту (до Обводного канала), а подпор от них может распространяться по руслу вплоть до истока Невы. Механизм и факторы невских нагонных наводнений известны и хорошо изучены [1, 5]; они в докладе не рассматриваются. Эти знания – залог эффективности применяемых в прогнозной практике эмпирических и гидродинамических моделей развития этого процесса. Основные параметры нагонных наводнений определяются отметкой уровня в Финском заливе, а также продолжительностью нагона, скоростью и направлением ветра, наличием льда. Принято разделять нагоны в Санкт-Петербурге на опасные (161ч210 см над "0" К. ф.), особо опасные (211ч299) и катастрофические (>300 см), хотя по некоторым оценкам, затопления по берегам происходят и при меньших уровнях. С 2011 г. Комплекс защитных сооружений (КЗС) защищает город от опасных нагонов. 7 таких нагонов уже предотвращено, тем не менее угроза сохраняется, подтверждением чему служат события 05.12.15 г. Установлено, что в 1900–2015 г. было (с учетом возможных после 2011 г.) 121 опасных (1 раз в 0,96 года), 39 особо опасных (1 в 3 года) и 1 катастрофический (23.09.1924 г.) нагон (рис. 1а). Всего же для устья Невы имеются сведения по более чем 310 штормовым нагонам, произошедшим с момента основания г. Санкт-Петербург.
Рисунок 1. Динамика нагонных наводнений в устье Невы (а) и в устье Преголя (б). Типы событий: 1 – умеренно-опасные, 2 – опасные, 3 – особо опасные, 4 – катастрофические.
За период 1900–2015 г. увеличение числа нагонов и максимальных уровней, хотя и есть (рис. 1а, 2а), но статистически незначимое (Spearman RCC<0,15). Главное, что оно соответствует общей тенденции роста уровня моря, максимальных нагонных уровней и числа опасных нагонов, обнаруженной автором также в отношении штормовых нагонов на Белом и Баренцевом моря, на Азовском и Черном морях. Исключение составляет лишь Каспийское море с особым уровенным режимом. Строгой периодичности в многолетних колебаниях уровня и числа опасных нагонов не видно, но у числа нагонов выявляются циклы в 13ч15 лет, у максимальных нагонных уровней – в 6ч7 лет, и более длительные (в 58 лет).
Рисунок 2. Многолетние изменения максимальных нагонных уровней воды на посту Горный институт в устье р. Невы (а, 1) и на посту Калининград-порт в устье р. Преголя (б, 1) с разностной интегральной кривой (2; правая ось) и линейным трендом (3)
С 1970-х по 2000-е гг. прослеживается связь числа нагонов со штормовыми событиями в Балтийском море. Опасные нагоны случаются в основном осенью и зимой (89%; в ноябре – 26%), особо опасные - только с августа по январь (октябрь – 37,5%). Между уровнем в Невской губе и характеристиками нагонных наводнений тесная связь [5]. Так, для уровней 150, 200, 250, 300, 350 и 400 см БС площадь затопления в Санкт-Петербурге составляет 10, 45, 76, 97, 110 и 120 км2.
Осенне-зимние зажоры, образующиеся ежегодно, могут приводить к наводнениям (на участке между Большеохтинским мостом и устьем р. Мга), так и обмелениям на всем протяжении реки и в дельте. Наиболее мощные зажоры образуются выше д. Новосаратовки (с ноября по март; средняя и максимальная длительность – 1,5 и 4 мес.; максимальные подъемы уровня – 3ч3,5 см), тогда как основные затопления и подтопления (в силу особенностей строения берегов и поймы, уклона реки) – ниже по течению, в городской черте. Поскольку в 90% случаев и выше (1945–2013 гг.) максимумы уровни приходятся на зажоры и ледостав с шугой, их годовая повторяемость отлична от водного стока. Их величина снижается (как и мощность зажоров), реагируя и на изменения водности реки, и на потепление, противозажорные мероприятия (рис. 3а). В многолетнем ходе видны циклы в 25ч30 лет. Всего в 1900–1913 гг. было 1 катастрофическое, 11 больших и 25 умеренно опасных зажорных наводнений. Их частота почти не уменьшается и имеет такую же цикличность, что и у уровней. Площадь затопления до 2,5ч3 км2.
Рисунок 3. Динамика зажорных наводнений в устье Невы (а), стоковых, стоково-заторных наводнений в устье Преголя (б). Типы событий: 1 – умеренно-опасные, 2 – опасные, 3 – особо опасные, 4 – катастрофические.
В Санкт-Петербурге все чаще случаются ливневые затопления (последнее 17.07.15 г.). Причина, по наблюдениям на метеостанции в городе, – значительное увеличение с середины XX в. суммы осадков на 100 мм (во все сезоны). При этом число дней с осадками с 1970-х гг. уменьшилось, т. е. рост происходил за счет их интенсивности.
Временную изменчивость минимальных уровней на придельтовом участке формируют колебания водного стока и зажоры выше по течению. Относительно отметки опасного явления было всего 11 лет (с 1900 г.) с уровнями ниже ее. Сгоны существенны и неблагоприятны в дельте и Невской губе; имеют бимодальное внутригодовое распределение и рост минимальных уровней. Пик приходится на весну.
Устьевой участок р. Преголя. Здесь много факторов затопления заселенных и освоенных территорий [2]. В г. Калининграде и на побережье одноименного залива, где как и в г. Санкт-Петербурге издревле ведется летопись стихийных событий, основную угрозу создают штормовые нагоны. В периоды 1903–1932 и 1952–2010 гг. зафиксировано 58 умеренно опасных, 47 опасных, 6 особо опасных и 1 катастрофический нагон (4.12.1999 г.; p<1%) с затоплениями (рис. 1б). 67% из них было с ноября по январь.
В годы, когда циклоны следовали один за другим, нагоны проходили сериями: в 1970 (3 нагона за 12 сут.), 1975 (4 за 1 нед.), 1983 (11 за 3 нед.), 1990 (4 за 8 сут.), 1993. (7 за 3 нед.) и 2005 г. (3 за 2 нед.). 17% наводнений можно считать нагонными, 18,5% происходили при повышенном стоке реки, а 64,5% при больших расходах воды, т. е. были стоково-нагонными. Вклад разных факторов еще предстоит оценить.
Согласно [3], при уровне 110 см БС на ГП Калининград–порт затопляется 42 тыс. м2 портовой зоны, при 150 см – 603 тыс. м2, 170 см – 1,02 млн. м2 (или 35,3%). Границы затопления в известной мере известны. Сравнительно тесна связь уровней и с продолжительностью стояния критических его значений. В многолетнем масштабе динамика максимальных уровней и числа опасных нагонов имеют те же черты, что и в устье р. Невы, но тенденция их роста статистически значимая (Spearman RCC=0,32) (рис. 1б, 2б). Причины, на наш взгляд, не только синоптического характера, но и влияние дамбы КЗС на уровенный режим Невской губы уже с 1990-х гг., бульшая интенсивность относительного повышения уровня моря в калининградской части побережья Балтики.
Сгоны, по имеющимся данным, серьезных ущербов не формируют, возможно из-за полузакрытого характера устьевого взморья. А вот проникновения морских вод в русло реки при штормовых нагонах, особенно при H>155 см БС могут создавать серьезные ограничения по водопользованию на участке до 20 км. Соленость может возрасти до 5‰. В целом, информация по ним ограниченная. Устью Невы этот процесс не характерен.
На верхней границе устьевого участка в 1902–1915, 1936–1942 и 1947–2013 гг. отмечено 84 случая наводнений – 50 умеренно опасных, 33 опасных и 1 особо опасное (21.01–22.02.2011 г.) (рис. 3б). 6% из них стоково-нагонные, 14% стоково-заторные (зажорные), остальные стоковые, в том числе на фоне ледовых явлений. Всего 63 года с наводнениями. 80% наводнений были в январе–апреле. К г. Калининграду усиливается роль штормовых нагонов и их участии в формировании смешанного (речного–морского) типа затоплений и наводнений.
Согласно моделированию в ПК Mike 21 (DHI) [2], средняя ширина зоны затопления в период таких наводнений и Q(p=5%) составляет между гг. Гвардейск и Калининград 1ч1,5 км, максимальная – 5ч6 км. Зона затопления протянулась и вдоль рук. Дейма.
Продолжительность первоначального затопления зависит от максимального уровня в реке (r=0,83). Тесной зависимости между частотой наводнений и многолетними тенденциями колебаний стока реки нет, в силу значительного влияния ледовых явлений. Статистически значимого тренда нет ни у одной из характеристик. Тем не менее, повышенное число наводнений было в 1970–1980-х гг. при повышенной водности реки.
По неблагоприятным и опасным маловодьям в реке надежной информации пока нет, в том числе ввиду отсутствия сведений по критическим значениям.
Выводы. Таким образом, в устьях рек Невы и Преголи гидрологические риски по-прежнему высоки, несмотря на принимаемые меры. В числе последних и наиболее эффективных – Комплекс защитных сооружений в Финском заливе, повышение отметок местности в устье Невы (еще с момента основания города Петром I), защитные вдольрусловые дамбы и набережные (в обоих устьях), ослабление и разрушение ледяного покрова и заторов льда. Особенно неблагоприятно ситуация оценивается для устья Преголи: по штормовым нагонам и смешанного типа наводнениям, по ливневым (или "городским") наводнениям, проникновениям морских вод на устьевой участок. В устье Невы растет число ущербов, вызываемых "городскими" наводнениями, в будущем – рост морского уровня и усиление синоптической неустойчивости в регионе может вновь обострить проблему с опасными морскими гидрологическими и морфологическими процессами (их перечень большой, не все в докладе обозначены). В то же время, в связи с ростом того же уровня Балтийского моря величина и повторяемость опасных сгонов будет постепенно уменьшаться.
Литература.
1. Гидрология устьевой области Невы. М., 1965. 383 с.
2. , Магрицкий на устьевом участке реки Преголи и возможности их моделирования // Материалы Всероссийской научной конференции «Водная стихия: опасности, возможности прогнозирования, управления и предотвращения угроз». Новочеркасск, 2013. С.72-78.
3. Любимова риска штормовых наводнений и их геоэкологических последствий в устьевой области реки Преголи (Калининградская область) / Диссертация на соиск. уч. степени канд. геогр. наук. Калининград, 2012. 165 с.
4. Михайлов устьев рек: Учебник. М., 1998. 176 с.
5. Нежиховский гидрологии реки Невы и Невской губы. Л., 1988. 223 с.
Abstracts. The report presents the results of a comprehensive analysis of the structure and location of dangerous hydrological processes in the mouths of the Neva river and the Pregolya river, long-term and seasonal variability of their characteristics. The character of this variability was studied in comparison with the chronology and the features of the implementation of protective measures in the mouths of the Neva and the Pregolya, with natural hydroclimatic changes. Important conclusions about their relationships were obtained.
1Исследования выполнены при финансовой поддержке гранта РФФИ №14-05-00949 и в рамках госбюджетной темы 1.10 " Гидрологический режим водных объектов суши в условиях изменения климата и антропогенного воздействия"
2Исследования выполнены при финансовой поддержке гранта РФФИ №14-05-00949 и в рамках госбюджетной темы 1.10 " Гидрологический режим водных объектов суши в условиях изменения климата и антропогенного воздействия"
