Prototype this по-русски - выпуск 99. По капельке
Сегодня мы поговорим о наводнениях. Мы о них уже говорили, предлагая использовать напорные ливневки, то есть отдельные ливневые магистрали с принудительным отводом воды на высокой скорости с помощью насоса, для скорейшего исчерпания притока и отвода его в безопасное место. Но это можно реализовывать в городах. А вот что делать в сельской местности? И главное - что делать на огромных просторах, откуда до мест безопасного сброса воды могут быть многие сотни километров? Вот вопрос.
Современный подход заключается, в частности, в защите крупных инфраструктурных объектов, например, городов, дамбами. Также возможно расширение и углубление русла, с целью усиления естественного стока воды. Плотины на водохранилищах и управление режимом стока позволяют использовать гидротехнические сооружения для аккумулирования (временного) избытка воды и последующего сброса в безопасном режиме. Но - все это весьма дорогостоящие мероприятия.
Есть ли возможность что-то сделать с наводнениями с помощью относительно небольшого объема работ, причем сделать системно, надежно?
Ребята, если вы читаете этот журнал, то знаете - тут, конечно, ерунды много, хотя порой... :)
Все просто. Все даже более, чем просто. Сейчас объясню идею, только не торопите.
Есть такое понятие - водосбор. Суть его такова, что вода, бегущая по реке - она собирается с определенной территории. Чем больше территория, и чем больше осадки - тем, соответственно, полноводнее река. И когда происходит паводок, и начинается таяние снегов - со всей территории водосбора собираются водяные массы, стекаются в русло...
Если площадь водосбора - 1000 км.кв., если площадь места затопления - 1 км.кв., и если средняя норма воды, образующаяся при таянии снега - 10 см, то при реализации всего накопления при паводке уровень воды в месте затопления будет - 100 метров. Понимаете идею? В большинстве случаев, у нас по крайней мере, наводнения происходят не от того, что воды много - а потому, что много воды собирается с огромной территории - на маленьком пятачке.
То есть, если при таянии снега в верхнем течении у нас имеется пятьдесят сантиметров воды, то при сборе со всего водосбора мы имеем... Мы имеем... Короче - мы имеем то, что на верхнем фото.
А если воду в верхнем течении, образованную таянием снегов, в верхнем же течении и удержать - то никакого наводнения не будет, потому что собираться будет и нечему.
Правда, просто?
В чем цимес решения? Цимес в том, что нам не нужно строить мощные многометровые дамбы, пути отвода паводковых вод и прочего, так как мы будем работать с небольшим превышением уровня воды. Давайте посмотрим на максимальное количество осадков. Максимум был достигнут в Индии, и составил 26,46 метров. Это - за год. И у нас - не Индия ни разу. Средняя норма осадков в год по планете - порядка одного метра. Что это значит?
Это значит, что если разделить водосбор на небольшие участки дамбами метровой высоты - то паводковые воды, которые не год собираются, а гораздо меньше - останутся на месте, и не создадут наводнения в нижнем течении.
Гидротехники уже все поняли, начали себя хлопать ладонями по коленям и смеяться. А чтобы эта невинная радость перешла в понимание - мы продолжим уточнять детали.
Первое. Если мы сделаем глухие дамбы, то фактически - заблокируем воду в верховьях. В результате у нас образуется большое количество запруд, и в зависимости от режима осадков местности мы можем прийти к ситуации, года в одну весну вода накопится, за лето уйти не успеет, и к зиме наши запруды останутся заполненными. А это означает, что следующий паводок перекроет наши дамбы - и эффект уже не сработает. То есть - наши дамбы должны иметь дренаж, гарантирующий расход воды, но - в течении более долгого срока, нежели естественный. То есть - если полный сбор воды с водосбора дает нам недельный паводок с наводнением в низинах, то растянув приход воды с верховьев на две недели, мы тем самым уменьшим уровень воды внизу - она будет успевать уходить через естественный путь оттока. При этом после паводка верховья будут опустошаться за летний период, и к следующему сезону наши дамбы будут готовы вновь принять в себя талые воды.
Второе. Паводковые воды могут идти верхом и низом. Если они идут низом, то есть проходят через водоносные слои - то сопротивление водоносных слоев грунта уже тормозит поток воды, замедляет его. Это дает нам одну возможную конструкцию дамбы, как водонепроницаемую насыпь поверх водопроницаемого слоя грунта. Тут уже проблемы размытия и так далее - но это гидроинженеры уже умеют оценивать и с этим работать. В случае, если водопроницаемый слой использовать нерационально, подошва дамбы должна быть углублена до водоупорного слоя, а в самой дамбе должен быть предусмотрен нижний дренаж, пропускная способность которого рассчитывается исходя из необходимых параметров. Наконец, существует вариант скрытой дамбы. При большой толщине водоносного слоя (песчаные массы значительной толщины), дамба может быть зарыта в эти самые песчаные массы, при этом на поверхности у нас как было ровное место - так оно и останется. Естественно, нижний дренаж должен быть, этого никто не отменял. НО. В данном варианте песчаная обсыпка будет держать такую подземную дамбу и препятствовать ее эрозии.
Третье. Здесь мы касаемся пожаров лесных. Пожары лесные хорошо развиваются в сухих лесах, и плохо - во влажных. Накопление влаги в грунте с помощью дамб способно создавать резервуары, которые будут улучшать водный режим растительности, и наш лес будет влажным продолжительное время. То есть - сможет сопротивляться пожарам естественным образом в течении большей части сезона.
Четвертое. Дамбы наши, поскольку они не запруды, а регуляторы расхода - будут продолжать отводить воду из грунта и в осенне-зимний период. То есть, наверху выпал снег, и создал термоизолирующий слой, а в грунте вода продолжает покидать наш резервуар по дренажу, опустошая его, и готовя к приему талых вод весной.
Пятое. По режиму хозяйствования на подготовленных таким образом землях мы столкнемся с большими периодами затопления. Это может показаться неудобным, но с другой стороны - неделя туда-сюда часто происходит и в результате погодных флуктуаций.
Шестое. Звери дикие и так далее. Зверье весной в лесу часто сталкивается с подтоплениями. И прекрасно справляется с ним, уходя на возвышенности. Поскольку все большие горизонтальные площади давным-давно заняты (по понятным причинам удобства) под сельское хозяйство - дикие звери всегда найдут бугорок, где можно переждать. Особенно ретивые и старательные люди могут и насыпать им этих бугорков - речь идет о нескольких метрах, это не строительство ГЭС.
Седьмое. Суммирующий эффект. Верхние дамбы будут дренироваться в нижние дамбы. Соответственно, период подтопления в нижних дамбах будет серьезно больше. Казалось бы - это проблема. Однако есть и очевидное решение. Понимаете, в чем дело... Строить трубопровод ради того, чтобы по нему текла вода одну неделю в году - никто не будет. А вот уложить трубу, по которой накопленная масса воды будет концентрированно уходить вниз, и масса воды это будет большая - уже вполне можно. Иными словами, наша система дамб может быть оборудована специальными коллекторами, которые - в зависимости от ситуации в низовьях - будут дополнительно сбрасывать накопленную воду - вполне можно, и даже несложно.
В общем и целом, в таком варианте мы получаем гидротехническую систему, которая работает автоматически (только коллекторы требуют управления), и которая растягивает поступление талых (и дождевых) вод с верховьев водосбора в русло реки таким образом, чтобы минимизировать подтопление. Данная система состоит из большого количества компактных локальных объектов (дамб), каждый из которых обладает низкой стоимостью, низкой трудоемкостью, может вводиться изолированно (самостоятельно) от других, и требует минимального - в силу простоты - сопровождения и обслуживания. Данная система не требует энергии или топлива для своей работы. Данная система минимально влияет на экологию, а при разумном подходе это влияние можно еще уменьшить. Данная система существенным образом не влияет на возможность эксплуатации земель в хозяйственном цикле. Данная система начинает работать - на каждом отдельном участке - сразу по завершении строительства.
Да, данная система зависит от особенностей рельефа, нормы осадков, грунтов и т.д. Ну так это совершенно естественно. И данная система не универсальна - ну так универсальных систем нет, есть подходящие и неподходящие, только и всего...
Наконец, если проектирование элементов системы на конкретной территории и требует знаний, и возможно, необходимо участие гидрологов, геологов и экологов, то уж в процессе строительства, и тем более - эксплуатации - вполне подъемна и ненапряжна для местных бюджетов, местных строительных организаций и даже - для отдельных муниципалитетов и коммерческих компаний.
И да - по срокам строительства ее вполне можно запроектировать и построить на тестовом участке уже в следующем году, и посмотреть, как она работает - весной 2021 года... :)