Земляные вдольбереговые оградительные дамбы представляют собой наиболее распространенный во всем мире тип гидротехнических сооружений для защиты от наводнений. Их строительство получило особенно большое развитие в дельтах рек.
В настоящее время на протяжении многих сотен километров обвалованы Дунай, Лаура, Тиса, Рейн, По, Висла и другие реки. Очень крупные работы по обвалованию рек системы Миссисипи — Миссури выполнены в США.
Развитую систему оградительных дамб имеют долины рек Хуанхэ, Янцзы, Ганга и Брахмапутры, Иравади.
В нашей стране в широких масштабах проведено обвалование Терека, Кубани, Куры, Риони (нижнее течение в пределах Колхидской низменности), Амударьи и Сырдарьи. От амурских наводнений защищены дамбами Хабаровск, Благовещенск, Комсомольск, Биробиджан и другие города. Обвалование используется также для защиты городов, крупных промышленных объектов и ценных сельскохозяйственных земель от затопления при создании водохранилищ.
Размещение вдольбереговых дамб обвалования подчинено определенным правилам. Их располагают вдоль речных долин на таком расстоянии от меженнего русла реки, чтобы пространство между ними было достаточным для пропуска половодий и паводков заданной обеспеченности.
Дамбы обвалования примыкают к склонам долины на участках, которые не затопляются при самом высоком уровне наводнений. В местах впадения притоков защитные дамбы поворачивают в их долины; они также примыкают к незатопляе-мым склонам. На случай возможного прорыва кроме продольных дамб устраивают и поперечные, так называемые траверсы.
В местах возможного силового воздействия волн на откосы дамб их покрывают надежными креплениями из бетона, железобетона и каменной наброски.
Обвалованную территорию с помощью каналов, дренажа и насосных станций предохраняют от заболачивания водами атмосферных осадков, стекающими по склонам долины и фильтрующими со стороны реки через тело дамб в их основание.*
Ответственную и сложную технико-экономическую задачу представляет собой выбор расстояния между дамбами обвалования и их высоты. Чем больше расстояние между дамбами, тем меньше их высота и стоимость, но больше затопляемая территория. Наоборот, чем меньше расстояние между ними, тем больше их высота и выше стоимость, но зато меньше затопляемая территория.
В поисках более дешевого способа применяют дамбы, допускающие перелив воды через гребень. Такие дамбы используют для защиты объектов, периодическое затопление которых допустимо.
Нельзя допускать сильного стеснения русла дамбами, ибо при этом выше обвалованного участка реки за счет подпора неизбежно увеличивается высота наводнений и величина наносимого ими ущерба, а ниже по течению за счет расширения водного потока, выходящего из стесненного дамбами русла, могут происходить интенсивные размывы его берегов или углубление речного русла. Оно приводит к снижению уровня воды в реке, что может вызвать снижение уровня грунтовых вод на пойме, ее остепнение и снижение плодородия.
Как уже указывалось, обвалование рек имеет тот существенный недостаток, что русла рек, несущих большое количество наносов, рано или поздно оказываются выше окружающей местности, отчего опасность наводнений еще более усиливается. Так, на р. По вследствие обвалования максимальный уровень воды во время половодий и паводков одинаковой повторяемости за 200 лет увеличился более чем на 2 м. На Тисе у г. Сегед в начале нашего века такое же повышение уровней произошло за 50 лет.
Известны случаи, когда в качестве защитных сооружений от наводнений в старинных городах использовались городские стены и сами здания, располагавшиеся в определенном порядке. Например, чтобы защитить от наводнений Ригу, в XIX в. устраивали затворы, преграждающие путь воде, в воротных проемах городских стен и зданий, в защитных валах, в концах улиц между зданиями. Чтобы предотвратить проникновение воды в город по проходящему через него каналу, в его верховьях и при впадении в Даугаву были устроены шлюзы-регуляторы.
В Бирме, на р. Ситтанг, успешно применяют бездамбовый метод регулирования речного русла. По обоим берегам реки строят продольные изгороди (ограждения) из бамбуковых жердей с поперечными шпорами. Основным назначением продольных изгородей на ранней стадии регулирования русла является придание нужного направления течению реки, а на более поздней — регулирование перелива воды через берега. Продольные ограждения иногда имеют до пяти рядов. Они способствуют отложению вдоль них наносов и уменьшению скоростей перелива воды из русла на пойму. Поперечные шпоры уменьшают и продольные скорости течения на пойме. При этом вода откладывает на затопляемой территории весь находящийся в ней плодородный ил.
«Хирургия» речных русел. Устройство вдольбереговых дамб широко сочетают с хирургией речных русел, то есть с искусственным увеличением их пропускной способности. Это достигается одновременным проведением целого ряда работ — спрямления речного русла, отсечения рукавов и староречий, расширения русла, углубления и устранения всех препятствий на пути движения водного потока как в русле, так и на пойме. Все эти операции в комплексе называются регулированием речного русла. По мере того как горизонт воды в реке понижается до требуемого уровня, характер регулировочных работ сильно усложняется и объем их значительно возрастает.
При регулировании речных русел изменяют с помощью специальных сооружений структуру водного потока, которая в свою очередь изменяет форму речного русла, увеличивая его пропускную способность, припятствуя значительному отложению наносов в русле и т. д.
Правильный выбор состава регулировочно-выправительных работ представляет собой сложную инженерную задачу. Практика знает случаи, когда в результате проведения этих работ понижался базис эрозии (высотная отметка, определяющая нижний предел врезания русла в дно речной долины) рек, что нарушало работу ГЭС, водного транспорта, портовых устройств, водозаборов, систем водоснабжения и других гидросооружений.
В этом отношении поучительна история регулирования русла р. Рейн, на участке от г. Базеля до г. Мангейм. В марте 1812 г. немецкий инженер Тулла разработал проект гидротехнического строительства на Рейне для борьбы с наводнениями. Задолго до этого на реке неоднократно проводились работы по защите от наводнений; ее русло в ряде мест было спрямлено и ограждено дамбами, под защитой которых местное население осваивало пойму. Однако периодически высокая вода прорывала защитные дамбы, размывала созданное для нее искусственное русло, меняла направление течения и возвращалась в свое старое ложе.
Рейн в прошлом представлял собой беспорядочное сплетение проток и русел, образовавших бесчисленные острова. Только на баденском отрезке реки насчитывалось две тысячи островов. В пределах государства Баден 5 городов, 37 деревень и 5 поместий попадали в зону затопления при авариях земляных дамб.
В соответствии с проектом Туллы Рейн был спрямлен. Все его меандры и старицы были отсечены от основного русла дамбами, пороги взорваны, река получила новое искусственное ложе. Произошло то, что и ожидалось: река промыла и углубила свое собственное русло и паводки стали проходить при более низких уровнях. Опасность наводнений снизилась. Староречья и отсеченные меандры высохли, и появилась возможность осушать болота. Работы по спрямлению Рейна продолжались* до 1872 г. В 18 местах было произведено спрямление реки, что сократило длину ее русла со 135 до 85 км; на верхнем участке река была укорочена с 219 до 188 км.
Спрямленный Рейн стал бунтовать. Скорость течения в верхнем течении реки возросла до 3—4 м/сек, что значительно затруднило судоходство. Движение донных наносов в реке стало беспорядочным. Русло ее начало неудержимо углубляться. В отдельных местах Рейн за одно столетие углубил свое русла в галечниковое ложе на 5, а местами даже на 10 м. Это na*J губно отразилось на окружающем ландшафте. Из-за недостатка влаги на месте великолепного леса с высокими пышными вя* зами, тополями, дубами, ивами появился кустарник: терн, кизил, боярышник. Снижение горизонтов воды привело к тому, что Рейн стал играть роль колоссальной дрены, вызвавшей резкое снижение уровня грунтовых вод. Особенно это почувствовали люди, связанные с сельским хозяйством. Шварцвальдские ручьи начали иссякать, колодцы пересыхать, засухи стали бичом этого края, сто лет назад славившегося влажными пастбищами.
Беда пришла на берега Рейна и в нижнем течении, в Рурской области. В районе одного из крупнейших речных портов Германии — Дуйсбурга река стала ежегодно углублять свое русло на 3—4 см. За период с 1885 по 1948 г. средний уровень воды в районе порта и дно реки понизились почти на 3 м, минимальный уровень воды в реке упал еще ниже. Такое понижение дна реки серьезно затруднило работу порта.
На Тисе после исправления ошибок, о которых рассказывалось в части I, паводки стали проходить быстрее, при более низких уровнях, угроза наводнений уменьшилась. В результате в долине реки к концу XIX в. удалось предохранить от регулярных затоплений и осушить 1,6 млн. га плодородных пойменных земель. Но туда скоро пришла другая беда. Распашка осушенных пойменных земель, долины и земель в речном бассейне вызвала усиление водной эрозии почв. Чрезмерный выпас скота на песчаных почвах междуречья Тиса — Дунай привел пески в движение. Началось интенсивное заиление реки и ее притоков, их обмеление, повышение уровней воды. Произошло и повышение уровня грунтовых вод, и, как следствие этого, засоление сотен тысяч гектаров земель. Особенно сильной трансформации подверглись земли пушты Хортобадь, расположенной западней г. Дебрецен, так как в ряде мест ее переосушили. Стало ясно, что борьба с наводнениями и осушение в Потисье должны проводиться в комплексе с орошением, поскольку там в периоды вегетации растений в песчаных почвах не хватает влаги. Решение этой задачи взяло на себя правительство Венгерской Народной Республики.
В свое время было неправильно отрегулировано и сильно стеснено дамбами русло р. Эльбы, что послужило причиной резкого подъема уровней воды в половодье против ранее наблюдавшихся. Вследствие этого возник подпор ее притока р. Ха-фель. Она стала течь в половодье вспять, заливать и заболачивать низины в своей древней долине.
Инженерный просчет был допущен и при зпрямлении и углублении р. Шпрее, проведенных в 1912 г. для борьбы с наводнениями. В результате район Шпреевальде, славившийся заливными лугами и плодородными пойменными землями, из-за резкого снижения уровня грунтовых вод превратился в бесплодную пустошь. При этом наводнения на реке ликвидировать не удалось, так как одновременно с русловыправительными работами в ее долине и бассейне провели ряд непродуманных мелиоративных мероприятий, способствовавших усилению -и ускорению поступления в реку дождевых осадков и талых вод.
Приведенные здесь примеры свидетельствуют о том, что такая сложная и тонкая операция, как хирургическое вмешательство в жизнь речного русла, приносит ожидаемые результаты только тогда, когда тщательно и всесторонне взвешиваются все возможные последствия этого вмешательства.