Текст книги "Катастрофы: неистовая Земля"

Автор книги: Тони Уолтхэм

сообщить о нарушении

Текущая страница: 11 (всего у книги 20 страниц)

Наводнения

Ночь 31 мая 1889 г. в городе Джонстаун в штате Пенсильвания была тревожной: уже трое суток, не переставая, шел проливной дождь, вода в реке Литл-Коунмаф резко поднялась и грозила затопить низкие районы города. Однако еще большую тревогу вызывала плотина Саут-Форк, находившаяся в 16 км вверх по течению и сдерживавшая воды в заполненном до краев водохранилище. Эта старая кам-ненабросная плотина была в плохом состоянии: слишком маленькие водосбросы частично забились растительностью и обломочным материалом и не могли поэтому играть существенной роли в регулировании уровня воды. Подъем воды происходил гораздо быстрее стока и в течение ночи все водосбросы были затоплены. Вода перелилась через край водохранилища и размыла главную насыпь плотины, образовав широкий пролом во всю ее 23-метровую высоту. В одно мгновение вся вода водохранилища превратилась в гигантскую волну и ринулась вниз… Она пронеслась по долине, затопила пойму реки и практически в мгновение ока смыла город Джонстаун с лица Земли. В массе воды, несшей обломки камней и разрушенных зданий, утонуло 2209 человек.

Вода – совершенно уникальный материал; ее объемы огромны, она необходима для жизни, но, выйдя из-под контроля, может вызвать ужасные разрушения. Наводнение в Джонстауне служит прекрасным примером огромной разрушительной силы воды. Совершенно очевидно, что любое водохранилище, воды которого удерживаются плотиной, является для жителей расположенной внизу долины своего рода бомбой замедленного действия, точное время взрыва которой неизвестно.

Плотины могут разрушаться по трем причинам.

Во-первых, это происходит, если конструкция плотины не отвечает ее назначению (в чем обычно виноват проектировщик). Простое обрушение бетонной или каменной плотины наблюдается редко, однако внутренняя эрозия земляных плотин была и до сих пор остается вполне обычным явлением.

Во-вторых, вода может перелиться через плотину, и тогда (особенно, если плотина – земляная) эрозия происходит настолько быстро, что обрушение совершается почти мгновенно. Именно это случилось с плотиной Саут-Форк в Джонстауне. Причиной катастрофы были гидрологические и метеорологические условия, а также конструкция водосбросов.

Третья причина обрушения плотин – разрушение фундамента. Этот тип катастроф происходит крайне редко, но основы его – чисто геологические. Технология гражданского строительства в наши дни достигла столь высокого уровня, что сооружения можно возводить практически на любом грунте, однако при строительстве плотин геологические факторы все еще оказывают большое влияние на выбор конструкции, о чем наглядно свидетельствуют обрушения плотин.

Еще одной характерной особенностью катастрофы в Джонстауне было расположение города в пойме реки вниз по течению от плотины: поймы по своей природе весьма подвержены затоплению во время наводнений независимо от того, вызвано ли наводнение антропогенным воздействием или же является следствием естественных причин. Поскольку речное наводнение в основном обусловлено особенностями рельефа, геологические и геоморфологические исследования играют важную роль в выделении опасных участков, подверженных периодическому затоплению, которое может происходить через столь длительные интервалы времени, что не всегда есть исторические факты, на которые мы могли бы опираться. Гибельным может быть и отсутствие воды, вызванное капризами климата или тем, что человек изменил русло природных источников. Загрязнение воды, особенно запасов грунтовых вод, заиливание водохранилищ могут повлечь за собой ряд гидрологических проблем, природа и масштаб которых также в значительной мере контролируются геологическими причинами. Однако и обрушения плотин, и любые другие бедствия, вызванные вмешательством человека и его неспособностью управлять водными ресурсами, – все это меркнет в сравнении с масштабом естественных наводнений, где человек является лишь простым участником или свидетелем.

Пойменные наводнения

Пойма реки представляет собой почти плоский участок долины, который граничит с рекой и выполнен пластами осадков, отложившихся в те периоды, когда река выходила из берегов. В узких долинах с крутыми склонами, в горных районах поймы вообще отсутствуют, тогда как ширина поймы большой и сложной системы рек низменности может превышать 100 км. Река обычно отлагает осадки в своем русле в сезон минимального стока. В периоды максимального стока река заливает пойму, которая как бы предназначена для наводнений.

К сожалению, берега рек всегда были привлекательным местом для заселения. Города обычно вырастали на крутых берегах и террасах неподалеку от рек, поскольку земля в поймах очень плодородна и ее легко обрабатывать и орошать. Лондон, Париж и Вашингтон располагаются на нескольких речных террасах над современными долинами рек. В том случае, если город находится на безопасной террасе, периодическое затапливание поймы может быть весьма полезным —¦ всем хорошо известно плодородие ила, накопившегося за время ежегодных разливов Нила. Однако города строились, расширялись и занимали сами поймы, где зданиям и людям грозила непосредственная опасность. Установлено, что в настоящее время в одних лишь Соединенных Штатах Америки 10 миллионов человек живут на участках, подверженных затоплению.

Масштабы опасности при наводнениях могут быть весьма разными; наиболее яркими примерами тому служат некоторые реки в Азии. Разливы великой реки Янцзы в Китае происходят редко, однако подъемы уровня воды бывают весьма значительными. Так, в 1871 г. ниже города Чунцин высота воды в реке, протекающей здесь в ущельях, превысила нормальный средний уровень на 80 м. После такого феноменального подъема последовал резкий спад уровня воды, что едва не стало причиной катастрофы: во время быстрого понижения уровня воды плывший по реке пароход оказался как раз над затопленной скалой и очень плавно на нее опустился. После того как уровень ьоды в реке вернулся к обычной средней норме, пароход очутился в плену на скале, возвышаясь на 35 м над рекой. Утверждают, что во время разлива реки Янцзы в 1954 г. из нижней долины было эвакуировано Ю миллионов человек (хотя эта цифра, возможно, и завышена Из политических соображений).

На севере Индии река Ганг образует обширную пойму, где мощность осадков превышает 10,5 км. Ежегодно во время муссон-ных дождей Ганг разливается. Для значительной части территории, геоморфологические особенности которой обеспечивают некоторый наклон местности, эти разливы не представляют явной опасности. Однако этого нельзя сказать о районе, где к дельте Ганга присоединяется и дельта реки Брахмапутра, что занимает большую часть равнинной территории Бангладеш. В ноябре 1970 г. произошел разлив этих рек, обусловленный сочетанием резкого подъема уровня воды, высокого прилива и сильного берегового циклона. Был затоплен участок дельты площадью более 10 000 км ²с многими населенными пунктами, погибло более миллиона человек.

Река Ганг разливается каждый год, но сильные паводки бывают довольно редко. Длительные наблюдения за уровнем воды в реке показали, что существует определенная взаимосвязь между силой наводнений и интервалами их повторения, а именно: повышения уровня почти пропорциональны логарифму интервала. Поэтому маловероятно, чтобы наводнение 50-летнего цикла повторилось в годовом интервале. Эта идея может оказать неоценимую помощь при планировании застройки речных долин. Хотя хозяйственное значение района, затапливаемого во время ежегодных разливов Ганга, не подлежит сомнению, совершенно ясно, что экономически невыгодно, например, строить дом, рассчитанный на существование 100 лет, в той части равнины, которая затапливается каждые 20 лет. Следовательно, при планировании застройки пойменных районов или использования их земель необходимо учитывать интервал повторения наводнений. Но в Великобритании границу опасной зоны обычно проводят на уровне наводнений 1947 г., вызванных таянием снегов; этот уровень отвечает высоте паводков, которые могут быть один раз в 100–200 лет.

Частота и сила наводнений, несомненно, зависят от местных и региональных погодных и климатических условий. Значительное влияние оказывают и такие факторы, как поглощающий воду растительный покров, способствующая стоку крутизна склонов, профиль русла, который может либо сглаживать последствчя паводков, либо, напротив, усугублять их. Сильный дождь в начале зимы может иметь страшные последствия, если дождевая вода попадает на глинистые почвы, покрывшиеся за время жаркого и сухого лета жесткой спекшейся коркой. В 1973 г. при наводнении такого типа в южной Испании погибло 150 человек; река разлилась, вышла из берегов и разрушила дома, простоявшие уже больше века,

Катастрофические наводнения возникают и во время редких бурь в семиаридных районах. В 1972 г. на город Рапид-Сити в Южной Дакоте обрушилось наводнение 2000-летнего цикла; вода пронеслась вниз по каньону и вызвала ужасные разрушения, погибло 237 человек. С тех пор строительство на участке, затапливаемом при разливе реки, практически не велось; там был разбит парк.

Огромное влияние на характер затопления оказывают коренные породы. Водопроницаемые породы, например песчаники или известняки, могут свести к минимуму последствия слабых и даже средних наводнений. Но очень сильное наводнение может причинить значительный ущерб в районах, сложенных известняком, поскольку обычно сухие здесь долины мгновенно заполняются таким огромным количеством воды, что система подземного дренажа ее не вмещает и затопление, естественно, распространяется на большие площади, в том числе и на заселенные.

Наводнения 1968 г. в городе Сомерсет (горы Мендип-Хиллс) продемонстрировали эрозионную силу рек в долинах, пересеченных сплошными полезащитными и дорожными насыпями.

Необычная геологическая обстановка наблюдается над городом Карас в Перуанских Андах, где озеро перегорожено естественным барьером из полупроницаемой ледниковой морены, через которую постоянно фильтруется вода, вытекающая из озера. Все здесь пока спокойно и хорошо, но такая кажущаяся устойчивость обманчива: если об/ем воды, поступающей в озеро, превысит проницаемость морены, вода мгновенно перельется через барьер, эродирует его и тогда вниз по течению – туда, где в пойме расположен город Карас, – устремится огромная волна.

В связи с тем что во всем мире поймы рек густо заселены, борьба с наводнениями стала важным аспектом гражданского строительства. Вести ее можно различными путями. Осуществляется, например, строительство противопаводковых водохранилищ. Обычно ьх не заполняют водой до краев, чтобы сделать это в паводковый поток. Затем вся вода сбрасывается с меньшей скоростью и в течение более длительного времени. Конечно, не с каждым наводнением можно бороться таким образом, но сейчас почти каждое третье водохранилище в Соединенных Штатах служит этой цели. В 1974 г. разлив реки Брисбейн в Австралии наглядно продемонстрировал несовершенство противопаводковых плотин. Еще хуже обстояло дело во время наводнения 1966 г. во Флоренции, когда после двух суток проливных дождей слишком рано был начат сброс воды из-под двух противопаводковых плотин, и вода достигла города в самый разгар наводнения.

Самый действенный способ регулирования уровня воды в реках – это строительство искусственных дамб или наращивание высоты естественных берегов. За исключением некоторых плотин в черте города, эти сооружения обычно представляют собой земляные насыпи, достаточно высокие, расположенные через относительно большие (15 км и реже) интервалы; такие плотины должны остановить любое наводнение и защитить остальные участки поймы. g нижнем течении реки Миссисипи общая протяженность подобных защитных сооружений составляет к настоящему времени 3500 км. Кроме того, дамбы окружают здесь многие города и селения. К сожалению, и плотины не гарантируют полной защиты от наводнений. Иногда они даже приводят к более серьезным последствиям, чем сам паводок, поскольку вода может перелиться через край плотины или образовать в ней пролом и устремиться вниз со значительной скоростью. Тогда наводнение в пойме может стать более разрушительным, чем оно было бы при отсутствии дамбы.

Наводнение в долине Миссисипи в 1973 г. было самым сильным из всех здесь известных, ущерб составил 420 млн. долл., однако, не будь защитных плотин, он возрос бы почти вдвое. На Миссисипи применялись и многие другие способы защиты от наводнений. Сокращение меандр может уменьшить длину реки, сделав уклон более крутым, что будет способствовать затоплению резервных площадей. В 1933–1936 гг. протяженность нижнего течения реки Миссисипи была укорочена подобным образом на 13 %. Размер аварийных водоотводов можно значительно варьировать. Характерной чертой тропических городов являются выложенные бетоном дождевые водостоки, сухие большую часть года. Таковы, например, отводные канавы на Миссисипи, направленные в сторону распределительного канала Атчафалай и озера Понтчар-трейн.

Если водосборная площадь реки меньше чем у Миссисипи, то значительно сократить распространение наводнения можно путем правильного планирования землепользования и размещения растительности.

Недостаток мер по борьбе с наводнениями заключается в том, что эти меры сами в какой-то степени явятся источником опасности. Мы уже говорили о возможности проломов в дамбах, но, кроме того, иногда переоценивают и защитную роль самих дамб. Так, в районе Лос-Анджелеса, где существует угроза землетрясений, противопаводковые плотины в каньонах, окружающих город, при сейсмических толчках могут обрушаться. Это едва не произошло в водохранилище Ван-Норман во время землетрясения 1971 г. в Сан-Фернандо; последствия такой катастрофы могли быть ужасными.

Кроме мероприятий по противопаводковой защите, ведется также районирование пойм по вероятности возникновения крупных наводнений. Для большинства рек исторические сведения достаточно точны, чтобы определить масштабы наводнений 40-летнего цикла, однако о силе наводнений других циклов, особенно в долинах с более крутыми склонами, можно лишь догадываться. Детальное геоморфологическое картирование, а также изучение аэрофотоснимков позволяют обнаруживать такие структурные особенности, как террасы, прирусловые отмели, зоны распространения различных речных осадков. Это помогает подразделить поймы на зоны по степени опасности возникновения крупных наводнений, планировать перенос старых городов на другое место, размещать новые застройки на потенциально менее опасных участках.

Город Шрусбери в графстве Шропшир находится на реке Северн; более 500 зданий расположено здесь в пойме реки, несмотря на то что строительство города осуществлялось в основном после 1947 г., когда правила планирования строительства стали более жесткими в связи с тем, что в течение 1947 г. в Англии произошло несколько сильных наводнений. Однако наводнение 1946 г. в Шрусбери, относящееся к 120-летнему циклу, было еще сильнее, и в настоящее время именно по нему определяют опасную зону, не подлежащую застройке. На участке, который в 1946 г. был покрыт водой, разбиты лишь парки и спортивные площадки, а новые здания заложены гораздо выше уровня этого наводнения. Важно также сводить к минимуму масштабы строительства там, где застройка разрешена, но опасность наводнения не исключается. В ряде городов идут по иному пути; в Нью-Джерси, например, при строительстве зданий предусматривают возможность свободного течения под ними вод в случае наводнений 125-летнего цикла. В ряде других городов Америки в высотных зданиях, расположенных в поймах, нижние этажи отводят под стоянки автомашин, стен при этом не сооружают.

Некоторые промышленные предприятия приходится размещать в активных поймах, но жилые дома и такие постройки, как больницы, никогда не следует возводить в столь опасных зонах. Однако на практике картина бывает несколько иной, о чем свидетельствуют два примера катастроф, несоизмеримых по своим масштабам.

Линмут – привлекательная деревушка, завоевавшая популярность среди туристов. Расположена она на побережье северного Девона, в узкой Y-образной долине у слияния рек Ист-Лин и Уэст-Лин. Площади водосбора обеих рек состоят из крутых, узких ущелий в почти водонепроницаемых сланцах и крупнозернистых песчаниках Эксмур, и паводковая вода всегда настолько быстро несется вниз по течению, что предупредить об опасности заблаговременно бывает невозможно.

В августе 1952 г. две недели, не переставая, лил дождь, и земля насквозь промокла; в довершение 15 августа над Эксмуром разразилась сильнейшая буря. Среднее количество осадков на всей площади водосбора реки Лин, превышающей 100 000 км2, составило 142 мм, причем больше всего их выпало в бассейне реки Уэст-Лин. Началось наводнение. Потоки бушующей воды обрушились на деревушку. В самый разгар наводнения сток в Линмуте достигал 510 м ³в секунду, это можно сравнить с сильнейшим наводнением на Темзе. Деревня была залита водой, главным образом наличием множества узких старых русел, пересекающих деревню. В такой узкой долине, как у реки Уэст-Лин, едва ли можно говорить о пойме, однако здесь есть четко выраженная зона, которая затапливается при любой скорости течения, как только вода выходит из нормального русла. При планировании поселка было разрешено строить у реки дома и отели, что в значительной степени разрушило берега. Однако худшим было другое – высота арки моста через реку Уэст-Лин оказалась вдвое меньше необходимой, чтобы беспрепятственно пропустить воды наводнения. При возведении построек в поселке и сооружении моста совершенно не учитывались имевшиеся данные о сильных наводнениях 1607 и 1769 г., последнее, судя по описаниям, было гораздо сильнее наводнения 1952 г.

Последствия застройки в такой опасной зоне можно было заранее предсказать. Вода затопила деревню, и река Уэст-Лин проложила новое русло там, где ее движению не мешал мост. За те несколько часов, что продолжалось наводнение, были смыты здания, мосты и дороги и пострадало 34 человека. Но это был еще счастливый исход. Валуны до 10 т и больше сносились водой вниз по крутым руслам рек и обрушивались на дома, круша их; после отступления воды вся деревня была завалена огромными каменными глыбами. Ущерб усугубился тем, что сильные волны, возникшие в результате обрушения временных плотин, образовали из деревьев и оползневых масс огромные завалы.

После катастрофы деревня Линмут была отстроена заново на том же самом привлекательном месте, поскольку выбора практически не было – вдоль всего побережья протягиваются только узкие долины. Однако теперь деревня выглядит по-иному: в самом ее центре прорыты глубокие, большие, правильной формы каналы. Сейчас реки почти теряются на дне каналов, но эти долгосрочные меры предосторожности сделали Линмут гораздо более безопасным местом.

Хуанхэ в переводе с китайского означает «Желтая река», но она известна и под другим названием – «Скорбь Китая». Эта удивительная река пользуется недоброй славой; она послужила причиной гибели гораздо большего числа людей, чем любой другой объект земной поверхности. Причиной тому – ее совершенно уникальная морфология: почти 4000 км река протекает среди гор и по плато в северном Китае и, размывая на своем пути рыхлые лёссовые породы, захватывает огромные количества ила. Когда вода достигает города Кайфын, она почти на 40 % состоит из желтого ила (отсюда и название реки). От Кайфына река течет еще 800 км к морю через огромную Желтую равнину, представляющую собой, по существу, огромный аллювиальный конус выноса, падающий более круто, чем истинная дельта, ширина которой также 800 км. Дельта располагается по обеим сторонам от гор Шаньдун, которые когда-то, вероятно, были островом.

От Кайфына по равнине в разные стороны расходятся 15 русел. Каждый раз, когда воды Хуанхэ выступают из берегов, происходят сильные наводнения, а по окончании разлива река продолжает течь по одному из этих русел.

Равнина по берегам реки густо населена, и число жертв наводнений здесь достигает астрономической цифры; кроме того, гибнет урожай, что вызывает голод и сеет смерть.

Хронология основных событий в истории этой реки говорит сама за себя.

2356 г. до н. э. – после сильного наводнения река впадала в залив Джили у города Тяньцзинь.

602 г. до н. э. – усиление наводнений навело на мысль о строительстве первых дамб; в этом году Хуанхэ вместе с рекой Хуайхэ стала впадать непосредственно в Желтое море.

69 г. н. э. – на равнине уже была создана единая серия дамб, но река продолжала менять русла в интервале между современным ее ложем и самым северным руслом, впадающим в тот же залив Джили у Тяньцзиня.

1324 г. – река возвратилась в свое южное русло и вместе с рекой Хуайхэ стала опять впадать в Желтое море.

1851 г. – река повернула на север и потекла по своему современному руслу.

1887 г. – в результате сильного наводнения 2 000 000 людей утонуло и умерло от голода.

1931 г. – самое сильное наводнение из когда-либо происходивших, погибло 3 700 000 человек.

1938 г. – в дамбах были устроены шлюзы, чтобы, спустив через них воду, остановить наступление японской армии; воды Хуанхэ, потекшие по новым руслам, действительно задержали захватчиков, но при этом погибло около полумиллиона местных жителей.

1947 г. – после ремонта дамб река была возвращена в свое современное русло.

Масштабы этих наводнений определить трудно. При каждом значительном изменении русла реки ее устье перемещалось примерно на 435 км. Это то же самое, как если бы Темза вдруг стала впадать в Северное море у Ньюкасла, а Колумбия потекла бы в Тихий океан через северную Калифорнию. Наводнение 1933 г. не было самым сильным, но тем не менее сток превысил 23 000 м3 в секунду и в пойме реки отложилось около 17 млрд. м3 ила.

Плотины, сооружение которых было начато более 2500 лет назад, необходимо постоянно перестраивать; эти работы ведутся трудоемкими ручными методами, которыми так славятся китайцы, поскольку надстраивать дамбы можно только илом. В связи с постоянным наращиванием высоты плотин река Хуанхэ теперь пересекает равнину, протекая примерно на 75 м выше уровня окружающей местности между внутренними и внешними дамбами, образующими пояс шириной 20 км. Причиной всему этому —¦ ил, поскольку он постоянно осаждается в русле, и уровень воды в реке поднимается еще выше, поэтому перед китайцами стоит буквально бесконечная задача постоянной достройки дамб. В связи с этим у Хуанхэ на протяжении более чем 650 км теперь нет притоков, и многие люди живут ниже уровня реки под постоянной угрозой наводнения. На равнине нет холмов, и в случае наводнения спасаться негде.

Средняя площадь ежегодно затапливаемого участка составляет около 8300 км ². Так как окружающая равнина расположена ниже уровня реки, она не осушается и остается затопленной до самого горизонта в течение всего года. Поэтому совершенно необходимо постоянно наблюдать за течением реки, поскольку даже и мелкие промоины в дамбах на реке Хуанхэ и на других реках Желтой равнины починить трудно из-за отсутствия поблизости каменного материала, который надо привозить за сотни километров. Несомненно, очень опасно жить в этом районе, где единственной возвышенностью является искусственно созданная насыпь, по которой течет часто разливающаяся капризная река.

Примерно до 2000 г. до н. э. река Хуанхэ находилась на уровне равнины, но, как было отмечено выше, из-за частых наводнений пришлось построить дамбы, а потом выйти из этого порочного круга уже было невозможно. Теперь угроза наводнения и затопления окрестной равнины стала постоянной. Река Хуанхэ не только создала Желтую равнину, но и до сих пор продолжает господствовать над ней, не обращая внимания на усилия и суету человека.