Table of Contents

Понимание зон, подверженных наводнениям, и движущих сил наводнений

Наводнение подвержено регионам с повышенной восприимчивостью к затоплению, где вода превышает свои обычные границы и покрывает землю, которая обычно сухая. Эти районы определяются не одной причиной, а сложным взаимодействием физических ландшафтных характеристик и климатических условий. Выявление и понимание этих факторов имеет важное значение для общин, градостроителей и агентств по управлению чрезвычайными ситуациями для разработки эффективных стратегий смягчения последствий наводнений, улучшения систем раннего предупреждения и снижения имущественного ущерба и гибели людей. Наводнение является одной из наиболее распространенных и дорогостоящих природных опасностей во всем мире, и его частота и интенсивность увеличиваются во многих регионах. Эта статья обеспечивает всестороннее изучение физических и климатических факторов, которые делают определенные районы уязвимыми для наводнений, а также факторов человека и окружающей среды, которые усиливают этот риск.

Физические факторы, способствующие наводнению

Физическая география региона в корне определяет, как вода перемещается по ландшафту, где она накапливается, и как быстро она может стекать.Эти факторы существуют независимо от погодных явлений и создают базовый риск наводнения для любой данной местности.

Топография и подъем

Топография — наиболее влиятельный физический фактор, управляющий риском наводнений. Низколежащие районы, такие как долины, бассейны и прибрежные равнины, естественно, более склонны к наводнениям, потому что вода течет вниз по склону и собирается в самых низких точках. Регионы с плоской или мягко наклонной местностью не имеют гравитационного градиента, необходимого для быстрого перемещения воды, что приводит к бассейну и насыщению земли. Напротив, крутые склоны могут генерировать быстрый поверхностный сток, который перегружает каналы вниз по течению. Форма земли, включая наличие углублений, закрытых бассейнов и природных дамб, определяет, где вода будет концентрироваться во время сильных осадков или снегопадов. Районы, расположенные в поймах рек, особенно уязвимы, потому что они спроектированы природой для размещения перелива.

Тип почвы и проницаемость

Способность почвы поглощать воду резко варьируется в зависимости от ее состава. Песчаные почвы имеют большие поровые пространства, которые позволяют воде быстро проникать, уменьшая поверхностный сток и задерживая начало затопления. Глиняные почвы, с другой стороны, имеют очень маленькие поровые пространства и относительно непроницаемы. Когда глиняные почвы становятся насыщенными, они образуют почти водонепроницаемый слой, который заставляет дождевую воду стекать с поверхности, способствуя внезапному затоплению. Аналогично, почвы с высоким органическим содержанием, такие как торф, могут поглощать значительное количество воды, но быстро насыщаются во время продолжительных осадков. Наличие слоев твердого листа или уплотненных недр еще больше снижает инфильтрационную способность. В городских районах широко распространенная замена проницаемых природных поверхностей непроницаемым бетоном и асфальтом резко изменяет водный цикл, увеличивая объемы стока на несколько порядков по сравнению с условиями доразработки.

Системы рек и динамика поймы

Реки и связанные с ними поймы — динамические системы, которые естественным образом испытывают периодическое наводнение. Пойма — это равнинная, низменная область, прилегающая к речному каналу, который образуется отложениями осадков во время наводнений. Когда река получает больше воды, чем может содержать её канал, она проливается через её берега на пойму. Мощность речного канала определяется его шириной, глубиной и градиентом, а также наличием препятствий, таких как мосты, водовороты или обломки. Реки с узкими, ограниченными каналами более склонны к переливу во время событий высокого потока. Геометрия дренажного бассейна также имеет значение: большие, вытянутые бассейны с множеством притоков могут порождать пошатнувшийся пик наводнения, в то время как небольшие, круглые бассейны могут генерировать быстрые, интенсивные волны наводнения. Наличие природных особенностей, таких как водно-болотные угодья, озёра овец и меандры, помогает замедлить воду и уменьшить пиковые потоки, но когда эти особенности изменяются

Прибрежная география и штормовой нагон

Прибрежные районы сталкиваются с уникальными физическими рисками наводнений от штормового нагона, волнового действия и приливов. Штормовой нагой является повышение уровня моря, вызванное сильными ветрами и низким атмосферным давлением, связанными с тропическими циклонами и внетропическими штормами. Особенно уязвимы низменные прибрежные районы, барьерные острова и дельты. Форма береговой линии, включая наличие заливов, устьев и заливов, может воронить приливные воды внутри страны и усиливать наводнения. Прибрежные водно-болотные угодья, мангровые заросли и дюны обеспечивают естественные буферы, которые поглощают энергию волн и уменьшают затопление, но развитие и эрозия часто ставят под угрозу эти защиты. Повышение уровня моря, вызванное изменением климата, постепенно повышает базовую линию для прибрежных наводнений, делая ранее безопасные районы все более уязвимыми для рутинных приливов и штормовых событий.

Климатические факторы, способствующие наводнению

В то время как физические факторы определяют основную восприимчивость, климатические факторы вызывают фактические события наводнения, вводя чрезмерную воду в окружающую среду. Эти факторы охватывают погодные условия, сезонные циклы и долгосрочные климатические тенденции.

Сильные осадки и интенсивность осадков

Сильные осадки являются наиболее непосредственной и распространенной причиной наводнений. Связь между осадками и наводнениями зависит не только от общего количества осадков, но и от их интенсивности, продолжительности и пространственного распределения. Короткие, интенсивные всплески дождя, часто связанные с грозами, могут вызвать внезапные наводнения в течение нескольких минут или часов, подавляющие дренажные системы и вызывающие быстрое повышение уровня воды. Длительные, устойчивые осадки в течение нескольких дней могут насыщать землю и приводить к затоплению рек, поскольку вода постепенно накапливается в ручьях и реках. Концепция интенсивности осадков-длительности-частоты используется гидрологами для оценки вероятности экстремальных осадков. Шторм, который доставляет 100 мм осадков в течение одного часа, гораздо более вероятно, вызовет наводнения, чем то же количество, распространяющееся в течение недели, потому что земля не может поглощать воду достаточно быстро. Изменение климата увеличивает частоту и интенсивность экстремальных осадков во многих регионах, что приводит к более частым и сильным наводнениям.

Тропические циклоны, ураганы и муссоны

Тропические циклоны, в том числе ураганы и тайфуны, являются одними из самых мощных наводнительных погодных систем на Земле. Эти штормы несут тройную угрозу: экстремальные осадки, штормовой нагон и сильные ветры. Медленное движение некоторых штормов может привести к катастрофическим суммам осадков, превышающим 500 мм за одно событие. Муссонные системы, характеризующиеся сезонными сдвигами в ветровых моделях, которые приносят длительные периоды сильных дождей, несут ответственность за разрушительные наводнения по всей Южной Азии, Юго-Восточной Азии и части Африки и Америки. Муссонные наводнения часто усугубляются кумулятивным насыщением земли в течение недель или месяцев, снижая способность ландшафта поглощать дополнительные осадки. Понимание путей, интенсивности и сроков этих крупномасштабных погодных систем имеет решающее значение для прогнозирования риска наводнений и своевременного предупреждения.

Снегопад и ледяные джемы

В более высоких широтах и горных районах снегопад является основным фактором весеннего наводнения. По мере повышения температуры весной накопленный снежный покров тает и выделяет большой объем воды в течение относительно короткого периода. При быстром потеплении, особенно в сочетании с осадками на снегу, возникающий стоок может значительно превышать пропускную способность ручьев и рек. Риск наиболее высок, когда земля остается замороженной, предотвращая инфильтрацию и вынуждая всю талую воду утекать по поверхности. Ледяные пробки являются еще одной опасностью наводнения в холодном регионе. Во время весеннего разрыва куски речного льда могут накапливаться в узких точках, мостах или изгибах, образуя плотину, которая подкрепляет воду и вызывает наводнения вверх по течению. Когда ледяной покров внезапно высвобождается, всплеск воды и льда может вызвать внезапные наводнения вниз по течению. Как снегоплавание, так и затопление ледяного покрова очень чувствительны к колебаниям температуры и изменяются в результате изменения климата, поскольку зимние температуры теплые и снежный покров уменьшается в

Изменение климата и изменение погодных условий

Изменение климата усиливает многие климатические факторы, способствующие наводнениям. Более теплый воздух содержит больше влаги, увеличивая потенциал для экстремальных событий осадков. Отношения Клаузиуса-Клапейрона указывают на то, что атмосфера может удерживать примерно на 7% больше водяного пара на каждый градус Цельсия потепления, что напрямую приводит к увеличению количества осадков во время штормов. Изменения в атмосферных режимах циркуляции, такие как струйный поток, могут привести к тому, что погодные системы застопорятся или станут более устойчивыми, что приведет к длительным осадкам и повторным наводнениям в том же районе. Кроме того, изменение климата усиливает гидрологический цикл, что приводит к более частым и сильным засухам в некоторых регионах и более интенсивным наводнениям в других. Сочетание повышения уровня моря, повышенной интенсивности штормов и измененных моделей осадков означает, что районы, которые исторически считались малоопасными, могут столкнуться с новыми или повышенными опасностями наводнений. Межправительственная группа экспертов по изменению климата (IPCC) подробно документировала эти тенденции, подчеркивая растущую потребность в адаптивном управлении наводнениями

Человеческие и экологические факторы, усиливающие уязвимость от наводнений

Хотя физические и климатические факторы закладывают основу, деятельность человека и решения в области землепользования часто резко повышают уязвимость населения и инфраструктуры к наводнениям.

Урбанизация и непроницаемые поверхности

Урбанизация является одним из наиболее значительных человеческих факторов, способствующих увеличению риска наводнений. Преобразование лесов, сельскохозяйственных угодий и водно-болотных угодий в города и пригороды заменяет проницаемые поверхности крышами, дорогами, парковками и тротуарами. Эти непроницаемые поверхности предотвращают быстрое проникновение дождевой воды в ливневые стоки и водные пути. Результатом является более высокий объем стока, более быстрое время пикового сброса и больший риск внезапных наводнений. Городские дренажные системы, даже когда хорошо спроектированы, имеют конечную мощность и могут быть перегружены во время экстремальных событий. Расширение городских районов также часто посягает на природные поймы, помещая больше людей и имущества непосредственно в пути вреда. Агентство по охране окружающей среды США выступает за зеленые инфраструктурные решения , такие как дождевые сады, проницаемое тротуар и зеленые крыши для смягчения городского стока и снижения риска наводнений.

Вырубка лесов и изменение землепользования

Леса играют важнейшую роль в регулировании водного цикла. Деревья перехватывают осадки, замедляют их спуск к земле и способствуют инфильтрации через их корневые системы. Леса также переносят большое количество воды обратно в атмосферу, уменьшая объем воды, достигающей ручьев и рек. Когда леса очищаются для сельского хозяйства, лесозаготовок или развития, эти естественные гидрологические функции теряются. Обезлесение ускоряет поверхностный сток, увеличивает эрозию почвы и снижает способность ландшафта буферизировать сильные осадки. Потеря лесного покрова в водосборных бассейнах вверх по течению может усиливать пики наводнений вниз по течению, затрагивая общины, далекие от первоначальной очистки. Аналогичным образом, преобразование водно-болотных угодий, которые действуют как естественные губки, которые поглощают и медленно выделяют воду, устраняет критический актив смягчения наводнений. Изменения в землепользовании, которые заменяют местную растительность сельскохозяйственными культурами или пастбищами, часто приводят к уплотнению почвы и уменьшен

Недостаточная инфраструктура для дренажа и защита от наводнений

Во многих регионах дренажная инфраструктура устарела, невелика или плохо поддерживается. Системы ливневой воды, предназначенные для исторической интенсивности осадков, могут быть недостаточными для борьбы с более экстремальными явлениями, связанными с изменением климата. Закупоренные стоки, разрушенные водопроводы и заблокированные каналы могут вызывать локализованные наводнения даже при умеренных осадках. В развивающихся странах и быстро урбанизирующихся районах расширение дренажных сетей часто отстает от роста населения, оставляя новые поселения без адекватной защиты. Проектирование и обслуживание дамб, паводковых стен, плотин и удержания бассейнов также являются критическими факторами. Неудачи защитных сооружений от наводнений могут привести к катастрофическим и внезапным наводнениям, как это было во время урагана Катрина в Новом Орлеане и наводнения в Таиланде в 2011 году. Надежность этих структур зависит от регулярных проверок, обслуживания и модернизации для удовлетворения меняющихся уровней риска. Карты наводнений FEMA и стандарты Национальной программы страхования от наводнений

Модели роста и расселения населения

Растущее население все больше концентрируется в подверженных наводнениям районах, включая прибрежные зоны, речные долины и мегаполисы, расположенные на дельтах. Во многих частях мира экономические возможности и доступность жилья заставляют людей селиться в районах, которые по своей природе уязвимы для наводнений. Неформальные поселения и трущобы часто занимают самые опасные места, такие как крутые склоны холмов, подверженные оползням или низменные земли, подверженные затоплению. Эти общины обычно не имеют доступа к формальным дренажным системам, предупреждениям о наводнениях и безопасным маршрутам эвакуации, что делает их непропорционально уязвимыми для наводнений. Рост населения также увеличивает спрос на воду, энергию и транспортную инфраструктуру, что может еще больше изменить гидрологию и увеличить риск наводнений. Эффективное планирование землепользования, управление поймами и строительные кодексы являются важными инструментами для снижения уязвимости, но они требуют политической воли и правоприменительного потенциала, которого часто не хватает.

Региональные перспективы и тематические исследования

Взаимодействие физических и климатических факторов существенно различается в разных регионах мира, создавая различные профили риска наводнений. Понимание этих региональных различий важно для разработки целевых решений.

Южноазиатская муссонный пойма

Дельта Ганга-Брахмапутра-Мегна в Бангладеш и восточной Индии является одним из наиболее подверженных наводнениям регионов на Земле. Низкая высота региона в сочетании с огромным объемом воды, перевозимой гималайскими реками в течение летнего муссона, создает ежегодные наводнения, которые затрагивают миллионы людей. Изменение климата усиливает муссонный дождь и увеличивает частоту экстремальных явлений, в то время как повышение уровня моря ухудшает дренаж и вторжение соленой воды в прибрежные районы. Несмотря на эти проблемы, сообщества разработали сложные стратегии адаптации, включая поднятые усадьбы, плавучее сельское хозяйство и системы раннего предупреждения на уровне общин.

Опасности прибрежных и штормовых нагрузок в Мексиканском заливе и Атлантическом побережье

Побережье Мексиканского залива США и Атлантическое побережье сталкиваются с хроническими рисками наводнений от тропических циклонов и штормовых нагонов. Сочетание низменной прибрежной топографии, обширного развития и оседания от добычи нефти и газа повысило уязвимость в таких городах, как Хьюстон, Новый Орлеан и Майами. Ураган Харви в 2017 году и ураган Ян в 2022 году продемонстрировали катастрофический потенциал наводнений, вызванных осадками и всплесками в этих регионах. Инвестиции в восстановление прибрежных районов, защиту водно-болотных угодий и инфраструктуру защиты от наводнений продолжаются, но сталкиваются с проблемами из-за повышения уровня моря и конкурирующих экономических интересов. NOAA Climate.gov предоставляет обширные ресурсы на повышение уровня моря и его последствия для прибрежных наводнений .

Наводнение в реках Центральной и Западной Европы

Центральная и Западная Европа в последние годы пережили разрушительное речное наводнение, причем наводнения 2021 года в Германии, Бельгии и Нидерландах были одними из самых смертоносных за последние десятилетия. Топография региона, при которой многие реки осушают Альпы и другие горные хребты, создает естественный риск наводнений, который усугубляется речным проектированием, канализацией и развитием в поймах. Изменение климата увеличивает частоту экстремальных осадков в регионе, при более высоких температурах, позволяющих атмосфере переносить больше влаги. Европейские страны вложили значительные средства в прогнозирование наводнений, системы раннего предупреждения и структурную защиту, но экстремальные события продолжают проверять пределы этих систем.

Комплексное управление рисками наводнений и смягчение их последствий

Для устранения риска наводнений необходим комплексный подход, который объединяет понимание физических и климатических факторов с планированием землепользования, инвестициями в инфраструктуру и готовностью общин.

Структурные и неструктурные меры

Стратегии управления наводнениями обычно включают в себя комбинацию структурных и неструктурных мер. Структурные меры включают физическую инфраструктуру, предназначенную для контроля или перенаправления воды, такую как дамбы, плотины, стенки для затопления, бассейны удержания и улучшения каналов. Хотя эти меры могут обеспечить значительную защиту, они также могут создавать ложное чувство безопасности и могут быть перегружены во время экстремальных событий. Неструктурные меры сосредоточены на снижении уязвимости и воздействия посредством планирования землепользования, ограничений зонирования, строительных норм, страхования от наводнений, систем раннего предупреждения и государственного образования. Наиболее эффективные стратегии управления наводнениями сочетают оба подхода, признавая, что ни одно решение не устраняет риск наводнений полностью. Управление Организации Объединенных Наций по уменьшению риска бедствий (UNDRR) предоставляет терминологию и рамки для комплексного управления рисками .

Экосистемная адаптация и природные решения

Растет признание ценности экосистемной адаптации для смягчения последствий наводнений. Восстановление и защита водно-болотных угодий, пойм, мангровых зарослей и лесов могут обеспечить естественные буферы для наводнений, которые поглощают избыточную воду, уменьшают пиковые потоки и стабилизируют береговые линии. Природные решения, такие как восстановление связи рек с их поймами, лесовосстановление водосборных бассейнов и создание живых береговых линий, предлагают множество преимуществ, включая защиту от наводнений, улучшение качества воды, сохранение среды обитания и улавливание углерода. Эти подходы часто более рентабельны и устойчивы, чем чисто инженерные решения, особенно перед лицом климатической неопределенности.

Устойчивость и готовность сообщества

В конечном счете эффективность управления наводнениями зависит от устойчивости общин и их способности готовиться, реагировать и восстанавливаться после наводнений. Кампании по информированию общественности, учения о наводнениях, системы раннего предупреждения и планы эвакуации являются важными компонентами готовности общин. Социальные сети, местные знания и общинные организации играют жизненно важную роль в распространении информации и координации усилий по реагированию. Инвестиции в доступное жилье, страхование и помощь в восстановлении после стихийных бедствий помогают общинам быстрее восстанавливаться после наводнения. Повышение устойчивости также требует решения основных социальных и экономических неравенств, которые делают некоторые группы населения более уязвимыми, чем другие.

Заключение

Склонные к наводнениям районы определяются сложным взаимодействием физических и климатических факторов, включая топографию, тип почвы, динамику рек, прибрежную географию, интенсивность осадков, штормовые системы, таяние снега и изменение климата. Эти природные факторы часто усиливаются человеческой деятельностью, такой как урбанизация, обезлесение, неадекватная инфраструктура и рост населения в опасных районах. Понимание специфической комбинации факторов, способствующих наводнениям в любом данном регионе, является основой для эффективного управления рисками. Поскольку изменение климата продолжает усиливать экстремальные погодные явления и повышение уровня моря, необходимость в комплексных, адаптивных и перспективных стратегиях управления наводнениями никогда не была более актуальной. Объединяя структурные защиты, экосистемные решения, планирование землепользования и готовность сообществ, общества могут уменьшить разрушительные последствия наводнений и построить более устойчивое будущее для людей, живущих в подверженных наводнениям районах.