Классификация наиболее значимых природных, антропогенных и техногенных источников и факторов риска штормовых наводнений. Оценка опасности повторения катастрофических штормовых наводнений в устье реки. Защита устьевых областей рек от штормовых наводнений.
Аннотация к работе
Для минимизации негативных экологических, социальных и экономических последствий наводнений необходим более высокий уровень междисциплинарных геоэкологических исследований, опирающихся на геоинформационные технологии, картографическое моделирование и прогнозирование, совершенствование методологии и методов оценки риска. В Балтийском регионе рискологические подходы особенно важны в исследованиях техногенно трансформированных устьев рек (Нева, Висла, Рейн, Неман, Преголя и др.), для которых в соответствии с Водной стратегией РФ должны быть предусмотрены не только оперативные меры защиты, но и превентивные (опережающие) научно-практические разработки. Гидрологическим аспектам штормовых наводнений Балтийского региона посвящено множество публикаций. Предмет - выявление пространственно-временных закономерностей развития особо опасных штормовых наводнений, совершенствование методов оценки риска затопления и ущерба портово-промышленным объектам (техногеосистемам), разработка системы мер по снижению негативных последствий, вызванных наводнениями. Впервые предложен и реализован сопряженный метод оценки риска критических, кризисных и катастрофических по превышениям максимального уровня штормовых наводнений в устьевой области р.Михайлова (1997) и др. определена автором как сложный техногенно трансформированный физико-географический комплекс, включающий часть нижнего течения реки (приустьевой участок) и устьевого взморья, сформированный в результате длительного динамического взаимодействия водных масс и донных осадков морского и континентального происхождения. Понятием «природно-техногенная геосистема» (применительно к устьевой области в условиях урбогеосистемы) объединена совокупность техногенно трансформированных природных ландшафтов, портово-промышленных, историко-культурных, хозяйственно-бытовых комплексов г. Термином «штормовое наводнение» обозначен чрезвычайно быстрый, непредсказуемый по продолжительности и последствиям процесс нагона морских вод в устьевую область, сопровождающийся резким подъемом уровня в речном русле. В качестве критериев опасности штормовых наводнений в исследуемом районе были приняты: отметка 95 см БС (над нулем Кронштадтского футштока в Балтийской системе) была принята за критическую в связи с уже случавшимся ранее подтоплением портово-промышленных комплексов; отметка 155 см БС - как индикатор особо опасного (кризисного) наводнения, приводившего к серьезным перебоям в работе многих портовых и промышленных объектов (техногеосистем) г. В длительной истории развития этой природно-техногенной геосистемы выявлено многократное увеличение повторяемости чрезвычайных геоситуаций регионального и локального масштабов, экстремальных повышений уровня вод в Юго-Восточной Балтике и штормовых нагонов в устьевые области рек (в XVI-XVIII вв. отмечалось по одному значительному наводнению, сопровождавшемуся затоплением центральной части г.Преголи, наблюденных с 1950 по 2009 гг. на гидропосту «Калининград - порт», выявление в исходном ряду трендовой и циклической составляющих, расчет статистически значимых характеристик и уравнения тренда (по методикам Рождественского и Чеботарева, 1974; Елисеевой и Юзбашева, 1998), визуальный и графический анализ цикличности, ориентировочный прогноз возможного превышения максимальных отметок уровня воды на краткосрочную перспективу (до 2016-2018 гг.). В основу оценок риска было положено представление о неоднородности исследуемого ряда максимальных значений штормовых уровней, отражающих процессы различных временных масштабов (от вековых до суточных), что потребовало соответствующих изменений в методике по сравнению со стандартной статистической обработкой данных. Эмпирико-статистическая обработка межгодовых наблюденных значений уровня в Калининградском морском рыбном порту выявила в исходном ряду положительный линейный тренд приращения уровня на 40 см за 60 лет. Все полученные значения надежно превышают приемлемую 1%-ную обеспеченность на порядок, что указывает на срочную необходимость разработки и реализации системы превентивных мер по снижению риска вероятных последствий штормовых наводнений (экономических, экологических, социальных) в устьевой области р. Преголи очередных экстремальных по уровню наводнений в 2016-2018 гг. Ориентировочно (судя по тренду) без учета цикличности в ближайшие 4-6 лет наиболее вероятны штормовые превышения уровня до 140-160 см БС, а с учетом 16-летних циклов - до 160-180 см БС и даже несколько выше, чем определяется угроза затопления пойменных островов в устьевой области.По совокупности природных (геолого-геоморфологических, почвенных, гидродинамических и геоэкологических), антропогенных и техногенных факторов устьевая область речной геосистемы была подразделена на три зоны. Сравнительный анализ геоморфологических и гидроэкологических особенностей устьевой области р. Преголи завершился выделением в ней трех зон (рис. 4), отчетливо различающихся не только природными условиями, но и возможным ущербом портово-промышленным техногеосистемам и городскому
План
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Глава 1. Методология, терминология и методика исследования
Вывод
1. Многофакторная (матричная) классификация источников и факторов риска штормовых наводнений позволяет интегрально представить их воздействие на устьевую геосистему по наиболее значимым показателям (происхождению, масштабу и длительности воздействия, негативным последствиям, уровню риска), а также уточнить представления о риске.
В качестве критериев риска наводнений целесообразно использовать быстрые и наиболее значительные по амплитуде превышения штормовых уровенных отметок речных вод в устьевой области р. Преголи. Опасная (критическая) отметка 95 см БС над нулем Кронштадтского футштока характерна для начала подтопления портово-промышленных комплексов; особо опасная (кризисная) отметка 155 см БС связана с серьезными перебоями в работе многих промышленных предприятий г. Калининграда вплоть до их остановки, а подъем уровня до 180 см БС и выше определяет катастрофическое наводнение с негативными геоэкологическими последствиями для многих урбогеосистем (Гвардейск, Черняховск и др.).
2. Ретроспективный анализ историко-географических данных о штормовых наводнениях в устьевой области р. Преголи выявил многократное увеличение их повторяемости от одного-двух за 100 лет в XVI-XVIII вв. до 6-ти в ХІХ в. и 12-ти в ХХ в. с затоплением центральной части Кенигсберга (о-вов Кнайпхоф, Ломзе и др.), прорывами дамб, размывом берегов, активизацией оползневых процессов и другими геоэкологическими последствиями. Установлено, что в те периоды, когда количество наводнений на р. Преголе возрастало, на р. Неве оно снижалось. Разнонаправленные тенденции в балтийских реках, по-видимому, обусловлены перемещением траекторий североатлантических циклонов. В многолетней динамике штормовых наводнений на р. Преголе наиболее отчетливы 16-18-летние и 35-летние циклы, что подтверждается результатами эмпирико-статистической обработки 60-летнего ряда максимальных годовых значений уровня с 1950 по 2009 гг.
3. Для оценки риска наиболее перспективным оказалось построение цифровых моделей полей затопления портово-промышленной зоны г. Калининграда и района пос. Борисово. Методом картографического моделирования процесс возникновения и развития штормового наводнения был подразделен на 7 последовательных стадий (фаз), различающихся степенью затопления поймы и надпойменных террас. Наибольший риск в связи с возможным затоплением выявлен для промплощадок ЗАО «Цепрусс», ОАО «Мукомольный завод» и АО «Вагоностроитель» (абсолютные отметки местности здесь не выше 1,0 м). Показано, что в годы усиления штормовых наводнений экономический ущерб портово-промышленным предприятиям значительно возрастает (1995, 1997, 1999, 2007, 2011).
4. Установлено, что расчетные значения относительных частот превышений максимальных отметок уровня вод р. Преголи (для 95, 155 и 180 см БС) надежно превышают приемлемый уровень 1%-ной обеспеченности на порядок, в связи с чем необходима разработка системы превентивных мер по снижению риска возможного ущерба. Методом наименьших квадратов получено уравнение положительного линейного тренда (y=0,7066х 85) и выявлена основная тенденция приращения уровня вод в среднем на 40 см за 60 лет. Графически и визуально в многолетнем ряду наблюденных уровней наиболее отчетливо прослежена 16-18-летняя и 35-летняя цикличность (квазипериодичность), с учетом которой и основной тенденции (тренда) в ближайшие 4-6 лет здесь возможны штормовые наводнения с превышением кризисной (155 см БС) и катастрофической (180 см БС) отметок.
5. Штормовые наводнения на р. Преголе сопряжены со значительными геоэкологическими последствиями: размывом и разрушением речных берегов, активизацией оползневых процессов, нарушением гидрологического режима, глубинной и боковой эрозией, изменением состава твердых стоков, русловой и пойменной аккумуляцией, а также перемещением массы солоноватых морских вод, взвесей и токсичных техногенных илов на значительное расстояние вверх по течению (на 56-123 км). Самоочищающая способность экосистемы в нижнем течении реки почти полностью утрачена в результате многолетнего загрязнения промышленными и бытовыми отходами.
По данным Калининградского центра гидрометеорологии и мониторинга окружающей среды, ООО «Водоканал», ежегодным отчетам региональных органов «Росприроднадзор» и «Ростехнадзор» с 1997 по 2010 гг. прослежена тенденция возрастания в речной воде БПК, взвеси, нефтепродуктов, коли-индекса и других контаминантов, что указывает на углубление кризисного состояния речной геосистемы. В результате мощных наводнений водозаборы г. Калининграда оказываются загрязненными встречными потоками эстуарных и морских вод, чем возможно обусловлены вспышки инфекционных заболеваний местного населения.
6. С учетом риска наводнений по совокупности морфоструктурных особенностей в устьевой области р. Преголи выделены: зона судоходного морского канала, портово-промышленная зона и зона городской застройки. В первой из них риск обусловлен заилением и обмелением речного русла - фарватера Калининградского морского канала, что препятствует проводке судов. Во второй зоне риск связан с экономическим ущербом портовым и промышленным объектам, а в третьей - с проникновением загрязненных эстуарных вод на городские водозаборы и возрастанием риска здоровью населения городов и поселков. Наиболее высока степень риска для перерабатывающей и транспортной техногеосистем (более 90%), высокая - для целлюлозно-бумажной (60-90%), значительная - для портовой (30-60%) и умеренная - для судоремонтной техногеосистем (менее 30%).
7. Для защиты р. Преголи от наводнений предложено систематически проводить экомониторинг всей системы "море - эстуарий - река", а также экоаудит предприятий в зонах возможного затопления и загрязнения по предложенному алгоритму действий. Опережающие геоэкологические исследования и разработки многовариантных систем оценок риска - важнейшее звено предупреждения наводнений и минимизации ущерба в случае их возникновения. Более последовательно следует использовать и эколого-правовые инструменты, совершенствовать их на региональном и федеральном уровнях с целью безусловного ограничения и даже прекращения деятельности предприятий, наносящих значительный ущерб речной геосистеме неочищенными токсичными стоками.
Список литературы
В ведущих изданиях (по перечню ВАК): 1. Любимова О.Е., Краснов Е.В. Картографическое моделирование кризисных ситуаций в прибрежно-морских районах // Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология, 2006, № 2. - С. 160-168 (0,5 п.л.).
2. Любимова О.Е. Техногенная трансформация устьев рек и ее геоэкологические последствия // Вестн. РГУ им. И. Канта, 2011. Вып. 1. - С. 35-39 (0,3 п.л.).
В иных изданиях: 3. Любимова О.Е., Краснов Е.В. Природные экологические кризисы и катастрофы в истории Калининградской области // Материалы Международной науч.-техн. конф. Ч.1. - Калининград: КГТУ, 2000. - С. 165-166 (0,06 п.л.).
4. Любимова О.Е. Критерии выделения зон экологической опасности в Калининградской области // Экологические проблемы Калининградской области и Балтийского региона: Сб. науч. тр. - Калининград: КГУ, 2001. - С. 35-37 (0,2 п.л.).
5. Ljubimova O.E. Risk assessment of the present pollution situation in Kaliningrad Region // Regional Aspects of Sustainability and the Role of the Universities: Proceedings of the Regional INES Seminar / INES. - Dortmund, Germany, 2001. - S. 81-82 (0,1 п.л.).
6. Любимова О.Е., Краснов Е.В., Ясевич А.В. Использование ГИС-технологий для создания региональных картографических моделей // Экологическая политика и устойчивое развитие регионов России: Материалы Всероссийской науч.-практ. конф. - Пенза: Приволжский Дом знаний, 2002. - С. 226-228 (0,09 п.л.).
7. Любимова О.Е., Краснов Е.В., Ясевич А.В. Геоэкологическое картографирование и моделирование в системе оптимизации регионального природопользования // Актуальные проблемы геоэкологии: Материалы Международной науч. конф. Ч.1. - Тверь: Тверской государственный университет, 2002. - С. 82-83 (0,06 п.л.).
8. Любимова О.Е., Краснов Е.В., Баринова Г.М., Зотов С.И. Опыт эколого-географического моделирования в Калининградской области // Фундаментальные исследования взаимодействия суши, океана и атмосферы: Материалы Юбилейной Всероссийской науч. конф. - М.: МГУ, 2002. - С. 257-258 (0,04 п.л.).
9. Любимова О.Е., Краснов Е.В. Цифровое картографирование геоэкологических ситуаций и моделирование зон затопления в приморском регионе // Проблемы управления социально-экономическими процессами региона: Материалы Международной науч.-практ. конф. - Калининград: Ин-т «КВШУ», 2005. - С. 99-102 (0,1 п.л.).
10. Любимова О.Е. Классификация чрезвычайных геоэкологических ситуаций приморского региона (на примере Калининградской области) // Геоэкология и природопользование: Труды ХІІ Съезда РГО. Т. 4. - СПБ, 2005. - С. 120-125 (0,4 п.л.).
11. Любимова О.Е. Польдеры Калининградской области как природно-технические системы и их современное состояние // Проблемы управления социально-экономическими процессами региона: Материалы II международной науч.- практ. конф. - Калининград: Ин-т «КВШУ», 2006. - С. 113-118 (0,4 п.л.).
12. Любимова О.Е., Иванов С.Н., Бережный Б.Д. Анализ динамики уровня в устьевой зоне р. Преголи у г. Калининграда // Проблемы управления социально-экономическими процессами регионов: Материалы VI международной науч.-практ. конф. - Калининград: АНО ВПО «КИУ», 2010. - С. 103-107 (0,2 п.л.).
13. Любимова О.Е., Краснов Е.В. Многофакторная оценка риска возникновения чрезвычайных экологических ситуаций в Калининградской области // Вестн. КГУ, 2000. - С. 90-98 (0,3 п.л.).
14. Любимова О.Е. Картографическая оценка природного и антропогенного риска в Калининградской области // Ученые записки Русского географического общества (Калининградское отделение). Т.1, 2001. - С. 2D1-2D7(0,4 п.л.).
15. Любимова О.Е. Чрезвычайные экологические ситуации и их классификация // Проблемы географических наук: Материалы постоянных научных семинаров. - Калининград: КГУ, 2002. - С. 19-22 (0,2 п.л.).
16. Любимова О.Е. Новое об экологическом риске // Вестн. РГУ им. И. Канта: Серия Естественные науки, 2006, № 1. - С. 115-117 (0,2 п.л.).