10903

Рис. 18.15. Схема глубин залегания уровня грунтовых вод 50% обеспеченности в заречной части г. Нижнего Новгорода [141]

120

поступление воды при сосредоточенных поливах в коллективных садах; отсутствие единой системы ливневой канализации.

Расчеты баланса грунтовых вод для летней межени показывают, что их питание и разгрузка на территории Заречной части г. Нижнего Новгорода практически равнозначны: величина прихода составляет 50 102 м3/сут, расхода – 49 648 м3/сут, при невязке баланса +454 м3/сут (0,9 % от статьи прихода). Суммарная величина естественного питания грунтовых вод в межень составляет 11 785 м3/сут, техногенного питания – 38 317 м3/сут (76,5 % статьи прихода). Равнозначность статей прихода и расхода свидетельствует о динамической стабильности современного водоносного горизонта. Динамическое равновесие притока и оттока грунтовых вод по пласту обеспечивается регионально действующим природным фактором: оттоком грунтовых вод через слои слабопроницаемых нижнетатарских отложений в трещиннокарстовый нижнеказанский водоносный горизонт.

Геофильтрационное моделирование подпора грунтовых вод при отметке НПУ = 68,0 м Чебоксарского водохранилища обещает, что при современном состоянии дренажно-осушительной сети, 4 434 га (39 %) территории застройки заречной части г. Нижнего Новгорода при НПУ = 68,0 м Чебоксарского водохранилища станут непригодными для проживания людей и производственной деятельности [141; 441].

Не умаляя достоинств прогнозов уместно сделать следующий комментарий. По данным ВВБВУ зимами, отличающимися оттепелями, уровни в р. Волге у г. Нижнего Новгорода стоят выше отметки 68,00 м БС. Увеличения подтопления заречной части города никто не замечает. В последние годы такое бывает каждую зиму.

Начиная с 1970-х гг. проектными институтами предлагались схемы инженерной защиты Заречной части г. Нижнего Новгорода от подтопления при НПУ 63,0 и 68,0 м Чебоксарского водохранилища. Водопонизительные мероприятия включают дренажные каналы по руслам малых водотоков, подземные коллекторные и лучевые дренажи, ливневую канализацию и пр. Теоретически водопонижение реально, но на практике много лет не реализуется.

Таким образом, при прогнозировании и оценке подтопления урбанизированных территорий следует анализировать все возможные причины, а не считать его процессом, происходящим только под влиянием повышения уровней грунтовых вод вследствие их подпора от водохранилищ [346].

121

ГЛАВА 19. ИЗМЕНЕНИЕ СЕЙСМИЧНОСТИ В ЗОНАХ ВЛИЯНИЯ ВОДОХРАНИЛИЩ

Землетрясения на Земле вызваны тектоническими деформациями земной коры (теория тектоники плит). Земная кора представляет собой сферическую плиту сложного строения (рис. 19.1). Известно, что она имеет толщину 6 – 8 км под дном океанов и до 50 км в районах горных массивов [36]. Для ее изучения на Кольском полуострове в 10 км от г. Заполярного закладывали сверхглубокую скважину (рис. 19.2). Целью ученых было пройти нижнюю границу земной коры, так называемую поверхность Мохоровича,

идобраться до мантии. Бурение начали в 1970 г. Оно шло трудно. В 1990 г. была достигнута глубина 12262 м, причем отклонение скважины от вертикали составило 870 м. Выяснилось, что температура пород земной коры до глубины 3 км увеличивается на 1°С через каждые 100 м, затем на 2,5°С через 100 м и на 12-километровой глубине равна 230°С. На этом бурение прекратили. Скважину забросили. Сейчас здесь разрушенные строения и ржавый диск, прикрученный болтами, как кажется, к самой земле (см. рис. 19.2), а под ним – скважина, занесенная в Книгу Гиннеса как самое глубокое вторжение человека в земную кору.

Сейсмические события по отношению к размерам Земли носят локальный характер. Их проявления в одних местах, как правило, не влекут за собой подобные события в других, удаленных. Землетрясения с глубинами более 50 км случаются крайне редко. Сложность строения литосферных плит

имногофакторность внешних воздействий явились той причиной, что до сих пор нет признанного и строго установленного фактора или факторов, являющихся наиболее ответственными за нарастание сейсмической напряженности в них. Понятно одно: землетрясение – это разрушение литосферной плиты, происходящее с высвобождением упругой энергии, накопившейся в ней за счет внешних воздействий [36].

Сейсмичность региона характеризуется распределением землетрясений по территории, повторяемостью по времени, характером и площадью разрушений, связью очагов землетрясений с геологическим строением.

122

Интенсивность землетрясений оценивается по бальной шкале и по шкале магнитуд.

В России с 1952 г. принята 12-бальная шкала для выражения интенсивности землетрясений (рис. 19.3). При определении балла землетрясения по этой шкале учитывается совокупность многих признаков: показания сейсмологических станций, характер, степень и количество повреждений зданий и сооружений, остаточные явления в грунтах, изменения режима подземных и наземных вод, субъективные ощущения толчков и колебаний. Упрощенная характеристика землетрясений по 12-бальной шкале следующая: 1…4 – слабые, не вызывают разрушений; 5…7 – сильные, разрушают некапитальные постройки; 9 – опустошительные, разрушается большинство зданий, появляются значительные трещины на поверхности Земли; 11…12

– катастрофы, разрушение всех сооружений, изменения рельефа местности. Магнитуда землетрясения – условная величина, характеризующая количество энергии, выделившейся в очаге землетрясения. Определяется как логарифм отношения максимальных амплитуд волн данного землетрясения к амплитудам таких же волн некоторого стандартного землетрясения. Величина магнитуды связана с энергией землетрясения эмпирическим соотношением. Характеристика землетрясений по магнитуде: 0 – наименьший толчок, зарегистрированный чувствительным прибором вблизи эпицентра; 5 – землетрясение, сопровождающееся небольшими разрушениями; 7 – сильное

землетрясение; 9 – самое сильное из зарегистрированных землетрясений. Землетрясения, спровоцированные человеческой деятельностью,

называют техногенными. Их причинами могут быть глубокие разработки земных недр и изъятие горных пород на поверхность, закачка в отработанные шахты балластного вещества, сильные взрывы, создание больших водных резервуаров и др. Районы Земли, где в силу указанных причин возможны землетрясения, называют районами с наведенной сейсмичностью

[515].

По мере увеличения в мире числа больших водохранилищ начали накапливаться сведения, позволявшие предполагать, что создание некоторых из них интенсифицировало сейсмичность прилегающих районов. Исследователи констатировали концентрацию сейсмических толчков вблизи отдельных вновь созданных водохранилищ и данное явление стали рассматривать как неслучайное (табл. 19.1). Привлечению внимания к нему способствовали нередко катастрофические последствия землетрясений.

Самым сильным, связываемым с созданием водохранилища, называют землетрясение в районе плотины Шиваджисагар на р. Койна в Индии.

123

Т а б л и ц а 19.1

Примеры землетрясений после заполнения водохранилищ [131]

В основании плотины лежат базальты. С началом наполнения водохранилища (глубина 100 м, объем 2,78 км³, наполнено в 1962 – 1964 гг.) в районе стали ощущаться толчки средней силы, сопровождаемые звуками, похожими на взрывы, интенсивность и частота которых, особенно вблизи плотины, постепенно усиливались. 10 октября 1967 г. произошло землетрясение с магнитудой 5,9 – 7,0. В результате 200 человек погибли, более 1,5 тысячи были ранены и несколько тысяч остались без крова. Пострадала плотина. В последующем толчки меньшей силы продолжались и их эпицентры концентрировались по-прежнему в районе водохранилища [122; 288].

Связь между режимом уровней воды в водохранилище и сейсмичностью района наблюдалась в зоне глубоководного (более 250 м) водохранилища Вайонт на р. Пьяве в Италии, построенного в 1960 г. Заполнение водохранилища сопровождалось повышением сейсмической активности, падение уровня воды – ее снижением. 9 октября 1963 г. в результате подземных толчков с левого борта каньона за 20 секунд обрушился в водохранилище горный массив объемом 238 млн м³. Возникла волна вытеснения высотой 270 м. Около 25 млн м3 воды перехлестнулось через гребень арочной плотины в нижний бьеф, создав волну высотой 70 м. Плотина выстояла, но в долине р. Пьяве волна затопила и разрушила 5 небольших городов, оказавшихся на ее пути, и привела к гибели 4 400 человек [122; 151; 424].

В нашей стране изменение сейсмичности отмечается в районе Чиркейского водохранилища на р. Сулак (площадь 43 км², объем 2,78 км³, годы заполнения 1974 – 1976, высота плотины 233 м), расположенного в переходной зоне от предгорий к горной части Дагестана. После начала наполнения очаги землетрясений стали стягиваться к чаше водохранилища, большинство из них располагается не далее 20 км от него [122], однако магнитуда наибольших землетрясений не увеличилась (6,9 – до заполнения, 4,9 – после заполнения водохранилища) [288]. Указывалось на некоторое повышение

124

Рис. 19.1. Модель Земли. Радиус Земли 6371 км, толщина земной коры от 6 до 50 км [36]

Рис. 19.2. Строения Кольской сверхглубокой скважины (1990 г.) и ее устье

(2019 г.) [http://superdeep.pechenga.ru/index.htm]

125

Рис. 19.3. Сейсмическое районирование территории Российской Федерации. Карта землетрясений вероятностью p = 0,1 % в баллах по шкале МSK-64 [515]

Рис. 19.4. Сейсмотектоническая схема района водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС [133]

126

сейсмической активности в районе Саяно-Шушенской ГЭС на р. Енисее [636] и других крупных ГЭС [372]. Но точка зрения об активизации возбужденной сейсмичности после создания водохранилищ зачастую не подтверждается фактическим материалом. Так, в районе Саяно-Шушенского водохранилища фоновая сейсмичность 8 баллов по шкале MSK-64. В течение 150 лет крупные сейсмособытия связаны здесь с Саяно-Тувинским и Большепорожским разломами (рис. 19.4). За 50-летний период эксплуатации водохранилища максимальная интенсивность зарегистрированных землетрясений составила 3 балла (Шагонарское, 1994 г.) и 4 балла (Горно-Алтайское, 2003 г.). Признаков возбужденной сейсмичности, связанной с созданием водохранилища, не выявлено [131].

В настоящее время трудно однозначно объяснить природу наблюдавшейся активизации сейсмичности в районах создаваемых больших водохранилищ. Ее связывают с изменением напряженного состояния горных пород и концентрацией напряжений в зонах разрывных нарушений под влиянием нагрузки, обусловленной созданием водохранилища, возрастающего гидростатического давления подземных вод, изменения теплового режима горных пород и др. [122; 470; 636]. Считается, что для провоцирования повышения сейсмической активности необходимо сочетание целого ряда факторов: высота плотины более 90 м; объем водохранилища более 10 км3; наличие блочной структуры основания (блоковой тектоники); отсутствие водоупора под водохранилищем; наличие крупных трещин, обеспечивающих гидравлическую связь вод водохранилища с более глубокими горизонтами (5 км и более); простирание субвертикальных тектонических зон вдоль водохранилища; значительные скорости наполнения или сработки водохранилища; продолжительный период, в течение которого сохраняется высокий уровень водохранилища (наибольшая нагрузка); наличие на глубинах 5–10 км ослабленных зон, по которым возможна потеря прочности; заранее накопленные избыточные тектонические напряжения [133]. По мнению специалистов ЮНЕСКО от возбужденных землетрясений не гарантирован ни один из крупных гидроузлов. Вместе с этим отмечается, что наполнение ряда больших водохранилищ, расположенных в сейсмических районах, не вызвало активизаций землетрясений. Таким образом, нельзя считать, что создание водохранилищ обязательно должно приводить к повышению сей-

смичности [122; 133; 270; 288].

Сегодня нет достаточно надежной методики прогноза землетрясений на определенный период. Разработка проблемы наведенных землетрясений

127

находится на стадии гипотез и дискуссий, далеких от практического применения [471]. Для продвижения в этом направлении при всех гидроузлах I и II классов в районах с исходной сейсмичностью 7 баллов и выше и при наличии в составе гидроузла водохранилища объемом не менее 0,1 км3 с максимальной глубиной свыше 50 м представляется целесообразным создание локальной сети для проведения сейсмологических наблюдений [544; 618; 624]. Изучение явления, его прогнозирование и разработка мероприятий, направленных если не на его предотвращение, то хотя бы на максимальное сокращение ущербов – важная и нужная задача науки [122; 270; 471].

128

ГЛАВА 20. ИЗМЕНЕНИЕ МЕСТНОГО КЛИМАТА ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ВОДОХРАНИЛИЩ

20.1. Климат и погода

Климат определяют как атмосферные условия в данной местности, преобладающие в течение длительного периода времени, которые в краткосрочном проявлении составляют погоду. Такими условиями являются солнечное излучение, температура, влажность воздуха, виды, частота и количество осадков, атмосферное давление, скорость и направление ветра. Эти основные характеристики называют метеорологическими элементами или элементами погоды. Кроме того, погоду принято характеризовать и атмосферными явлениями: гроза, туман, метель, гололед и др. Многолетние наблюдения за погодными условиями позволяют определить климат в данной местности.

Климатические условия всегда носят переменный (циклический) характер [285]. Изменения климата запечатлевались в памяти человеческого общества. Сведения о таких изменениях передавались из поколения в поколение, записывались в летописях, особенно это касалось опасных метеорологических и гидрологических явлений. Исторические свидетельства говорят, к примеру, о том, что период с 900 по 1100 гг. в северной Европе был теплее, а в 1-й половине XV в. и с 1600 по 1700 гг. – холоднее, чем настоящее время [109]. В последние два столетия погодные и климатические изменения регистрируются наблюдениями специальных служб. В 2019 г. отметила свое 185-летие Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды России (Росгидромет) [440].

В докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) от 2007 г. определено, что на протяжении XX в. произошло повышение средней температуры поверхности Земли на 0,6 С, и это глобальное потепление связывается с выбросом в атмосферу большого

129