Волжские берега
При отсутствии регулирования речного стока на равнинных реках (а к ним относится и Волга) происходят естественные русловые процессы. При использовании реки как водного пути и для хозяйственного освоения прибрежных территорий на русло всегда приходится воздействовать: проводить дноуглубительные и выправительные путевые работы, а также укреплять берега от разрушения.
Волга, как никакая другая река в России, интенсивно используется в хозяйственном отношении. Но даже и без этого во все времена правый берег Волги разрушался, хотя люди все равно селились там - не только на первой речной террасе, но и в пойме. Так, мой дед, священник, жил в доме, построенном как раз на первой речной террасе недалеко от г. Хвалынска, основанного в 1780 г., примерно в 200 км от Саратова вверх по течению реки.
Однако на правом берегу жить можно было только на первой речной террасе, так как выше поймы все сжигали суховеи. Чуть выше поймы и на первой речной террасе все буйно росло, деревни утопали в садах. Правда, пасли скот и заготавливали сено, конечно, на левом (заливном) берегу Волги. Вот там селиться не следовало из-за ежегодного затопления огромных территорий. При сверхвысоких половодьях террасу затапливало, а после спада практически каждый раз жители отмечали, "сколько берега съела вода".
Создание водохранилищ Волжско-Камского каскада резко изменило гидрологические и гидрогеологические условия взаимодействия акваторий с берегами. Процессы переформирования берегов активизировались. Особую остроту эта проблема приобрела в связи со значительной освоенностью прибрежной и береговой зон Волжско-Камского региона, ведь на берегах этих рек расположены крупнейшие города России, сотни населенных пунктов (табл.1).
Реки Волга и Кама превратились в цепь водохранилищ. Это резко изменило условия взаимодействия акваторий с берегами. Общая протяженность берегов водохранилищ составляет 13,8 тыс. км, в том числе подверженных абразии и эрозии 7,2 тыс. км (табл. 2). Средняя ширина полосы территорий, нарушаемых переработкой берегов, составляет 40-100 м.
Процессы переформирования привели к потере 434 км2 земель различного назначения. Особенно сильное влияние на народное хозяйство оказывает переработка берегов на территории городов и населенных пунктов, их протяженность составляет 1,2 тыс. км. В этих городах и населенных пунктах проживают 15 млн человек! Берега активно используются под жилую застройку, промышленное строительство, транспортные коммуникации, зоны рекреации.
Уместен вопрос об ущербе... Да, при поселении на берегу реки люди всегда шли на осознанный риск. Хозяйственное использование берегов и дальше будет продолжаться. Значит, будет наноситься и ущерб. Однако определить его размеры и тем самым страховой риск чрезвычайно сложно. Можно, конечно, установить стоимость любой конструкции, но как оценить социальные последствия разрушения многоквартирного жилого дома в результате обрушения? Ведь в течение десятилетий не было и намека на такую возможность, ведь не землетрясение, не природный катаклизм - но техногенный! Так, по данным исследований ИВП РАН, переработка берегов в нижнем бьефе Рыбинского гидроузла практически определяется только попусками ГЭС. Если бы ГЭС работала не в пиковом режиме, переработка берегов была бы существенно менее интенсивной. Однако работа Рыбинской ГЭС в другом (базовом) режиме просто невозможна. Значит, разрушение берегов будет продолжаться и ущерб неизбежен. Проблема его оценки стоит очень остро. Берега надо защищать от обрушения везде, а гидростанции и водохранилища строились и будут строиться. Основным способом защиты берегов является строительство дорогих берегоукрепительных сооружений. Средняя стоимость укреплений берегов в городах составляет в ценах 1991 г. 2-5 млн руб. за 1 км. Защита прибрежных сельскохозяйственных угодий экономически неэффективна: при 2 млн руб. вложений на 1 км берега может быть защищено порядка 5 га сельхозугодий стоимостью 500 тыс. руб.
Принципиальные подходы к выбору участков берегоукрепления претерпели существенные изменения за прошедшие 60 лет с начала создания водохранилищ Волжско-Камского каскада. Основные принципы выбора участков для берегоукрепления определяются с учетом ряда факторов: возможностью перенести объекты с территории, осуществление альтернативных мероприятий, учет социальных, экономических, экологических и других последствий при разных вариантах.
Обоснованное решение должно базироваться на прогнозе берегопереработки. Переформирование берегов водохранилищ и их разрушение в нижних бьефах обусловлено различными, часто взаимосвязанными, факторами, которые определяют характер, размеры, интенсивность и остаточную форму их переделки и разрушений. Для различных зонально-климатических и регионально-геологических условий, а также типов водохранилищ основными факторами, обусловливающими процессы перестройки берегов, являются гидрологические, геологические, гидродинамические и технологические. Их "вклад" в разрушение различен. В связи с этим защитные и укрепительные мероприятия различаются в довольно широком диапазоне, и общих рекомендаций в принципе быть не может.
Однако в основе любых рекомендаций должны лежать расчетные методы или хотя бы достоверные оценки воздействий, прежде всего гидрологических и гидродинамических. База любых методов оценки и расчета - определение актуальных или осредненных во времени скоростей течения различных видов.
Методы прогнозов берегопереработки постоянно совершенствуются, учитывают максимально возможное количество факторов влияния, их в настоящее время насчитывается около сорока.
Ретроспективные расчеты величин берегопереработки оказываются удовлетворительными только в 60% случаев. Невысокая точность прогнозов приводит к ошибкам в оценке возможных последствий и при выработке решений о проведении необходимых мероприятий. Так, в последнее время обнаружено воздействие на переработку берегов течений, существующих десятки секунд.
Механизм разрушения берегов рек и водохранилищ довольно сложен, но ему присуща одна характерная деталь - обрушение берегового откоса происходит как бы внезапно, независимо от того, из чего сложен берег, - суглинка, супеси или песка. Грунты берегового откоса теряют запас устойчивости постепенно, и только при достижении критических значений нагрузок откос полностью утрачивает устойчивое состояние. Этот процесс может быть весьма продолжителен, но в нижних бьефах гидроузлов он достаточно быстротечен, например, из-за более или менее кратковременных попусков воды для снятия пиков потребления энергии.
Существенную роль в разрушении берегов играют ледовые процессы, особенно в период ледохода, когда огромные льдины буквально срезают берега. В дальнейшем они еще интенсивнее разрушаются: береговые откосы теряют устойчивость, что приводит к уже известным последствиям, в том числе и к разрушению подводных нефте- и газопроводов, примыкающих к берегам.
Все это говорит о том, насколько серьезна проблема защиты берегов от разрушения. Она должна решаться незамедлительно. Сегодня в мировой практике используется несколько сотен методов и способов берегоукрепления и не всегда они требуют больших материальных затрат. На основе мониторинга можно разработать прогноз береговых деформаций, а затем выбрать тип укрепления берегов, например, имеющих небольшой срок службы, но быстро и недорого восстанавливающихся.
В.К. Дебольский, доктор технических наук. Волжские берега.