Рассылка ''Как делать открытия. Приемы решения научных задач''
http://subscribe.ru/catalog/science.natural.triz
Выпуск № 100. 16 декабря 2005 г.
Сайт ''Русловые процессы и ТРИЗ''
http://bedload.boom.ru ancondratyev@peterlink.ru

Здравствуйте, уважаемые читатели нашей рассылки!

Сегодня:

Водные проблемы Хабаровска

в связи с химической катастрофой на Сунгари

Здравствуйте, Александр!

Большое вам спасибо за разбор моего сообщения и
рекомендации! Конечно же все ваши замечания внимательнейшим
образом проанализирую и учту в дальнейшем.

Про бензол мне хабаровские гидрологи сказали,
что он чуть тяжелее воды и он может двигаться ближе
ко дну. (Хотя в справочнике я нашел что, наоборот - чуть легче).
Но я думаю, что в условиях повышенной турбулентности
распределение концентраций по вертикали будет равномерное и
вряд ли он прилипнет ко льду и не вмерзнет в лед.
Хотя там же в Хабаровске в ИВЭП провели опыты по замораживанию
насыщенной бензолом воды и получили эффект вмораживания.
В самом то деле в составе загрязнителей ожидается целый букет
химических соединений и строить прогнозы только на основе
свойств бензола будет неправильно.

Судя по их противоречивым заявлениям и по свидетельству
непосредственного участника всех заседаний чрезвычайной комиссии,
в первые 2 недели после получения информации об отключении
водоснабжения Харбина и объявления о возможных проблемах на Амуре
в хабаровских ученых кругах царила полнейшая паника.

Предлагаю разослать мое сообщение всем вашим подписчикам
в том виде как есть на последний момент (без рисунков).
Версию с рисунками я помещу на сервер нашей фирмы,
www.ecocity.ru , на который можно будет дать ссылку.
Пусть там даже останутся все мои авторские шероховатости, но
читателям будет интересней почитать нечто эмоциональное,
чем сухое научное.
Улучшать само сообщение особого смысла нет,
это будет топтание на месте. Мысль должна развиваться,
а там много идей, к обсуждению которых хорошо бы привлечь
гидрологическую общественность.

Про себя могу сообщить, что с 1982 по 2004 г.
работал в Хабаровске в ИВЭП ДВО РАН и
Дальневосточном региональном центре мониторинга
состояния недр.
Занимался вопросами математического моделирования
динамики поверхностных и подземных вод в
русло-пойменных системах Амура и Уссури, мониторинга и
прогнозирования размыва берегов на пограничных с КНР
участках Амура и Уссури.
Сейчас работаю в Институте экологии города
в отделе гидрогеологический исследований
в должности главного специалиста.

С уважением,
Александр Николаев

Водные проблемы Хабаровска

в связи с химической катастрофой на Сунгари

Николаев А.П.

Москва, Институт экологии города, nikolaev@ecocity.ru

Особенностью Амура является крупноструйная структура его водного потока в широком распластанном русле. Анализ космических снимков показывает, что потоки воды, попадающие в Амур с его крупными притоками и отличающиеся химическим составом и температурой, движутся в русловой системе в виде отдельных струй и не перемешиваются на очень больших расстояниях. Это говорит о том, что течение воды в Амуре имеет "макроламинарный" характер – крупноструйное течение слабо смешивающихся потоков в широких руслах. Само течение хотя и является турбулентным, но на таких широких реках как Амур, с точки зрения возможности перемешивания воды, может рассматриваться как "макроламинарное".

В обычной практике расчетов смешивания загрязняющих веществ при сбросах в реки принимается, что полное перемешивание происходит на расстоянии, равном 20 ширинам. Но совершенно другая картина наблюдается при впадении в Амур его крупных притоков - для полного перемешивания воды Верхнего Амура и Сунгари нужны расстояния более многих сотен ширин. В этом нет ничего удивительного – все соответствует законам гидравлики – для того, чтобы пассивно движущаяся загрязняющая частица переместилась с одного берега до другого, нужно приложить огромные усилия.

Поэтому в Амуре любые загрязняющие вещества в растворенном или пленочном виде движутся вдоль того же берега, с которого они поступили. Именно поэтому же образующийся при размыве берегов взвешенный и влекомый материал переносится и откладывается в виде наносов на той же стороне от фарватера, на которой он образовался. Все это говорит о том, что для  таких широких рек как Амур, характерен особый тип русловых процессов.

Характер перемещения струй крупных притоков Амура можно четко прослеживать на космических снимках.

Рис. 1. Амур ниже впадения Сунгари. Ярко голубая полоса вдоль правого берега – сунгарийская струя.

Струю Сунгари на космических снимках можно четко видеть на расстояниях более 270 км ниже ее устья - вплоть до Хабаровска. Причем потоки Верхнего Амура и Сунгари текут, не смешиваясь, как на разветвленных, так и неразветвленных участках Амура. Именно благодаря "макроламинарности" все левобережные российские населенные пункты практически до Хабаровска находятся вне досягаемости грязной воды Сунгари.

 К примеру,  в районе сел Ленинское и Нижне-Ленинское грязная вода р.Сунгари ни коим образом не может попадать от правого берега к левому. Поэтому в черте этих поселков бесполезно отбирать пробы воды из Амура у кромки берега для того, чтобы оценить влияниие Сунгари на Амур. Воду для анализа нужно брать из сунгарийской струи – по правую сторону от фарватера, т.е. на территории Китая, т.к. по горбачевскому соглашению о демаркации именно по фарватеру проходит государственная граница, которая до этого проходила непосредственно вдоль китайского берега.

Рис. 2. Распределение верхнеамурской, сунгарийской и уссурийской струй в Хабаровском водном узле

На снимках отчетливо видно, что ниже китайского города Фуюань четко наблюдаются 2 струи -  Верхнего Амура и Сунгари. Значительная часть струи Сунгари, дополнительно загрязненная стоками Фуюаня, уходит в протоку Казакевичева. До перекрытия протоки Прямая глухой дамбой часть этого потока возвращалась в Амур.

По протоке Казакевичева загрязненная струя Сунгари приходит в протоку Амурская, где с ней сливается поток Уссури. При этом две струи – грязная сунгарийская и чистая уссурийская - текут по руслу Амурской протоки, не перемешиваясь на всем ее протяжении более 40 км. При этом в центральной части протоки Амурская, вплоть до его устья, движется наиболее загрязненная часть сунгарийской струи, несущей в себе все стоки города Фуюань.

По главному руслу Амура ниже истока протоки Казакевичева текут две струи – верхнеамурская и сунгарийская. При достижении истока протоки Пемзенская большая часть верхнеамурской струи уходит в эту протоку. Таким образом, вся прибрежная территория ЕАО вдоль Амура ниже впадения Сунгари омывается верхнеамурской водой. Это благоприятно также и для Хабаровска, т.к. перспективное для централизованного водоснабжения города Тунгусское месторождение подземных вод, значительную часть своих ресурсов черпает из Пемзенской протоки.

В истоке протоки Бешеная происходит дальнейшее разделение потоков – сюда уходит оставшаяся часть верхнеамурской струи и часть сунгарийской. А по главному руслу к Хабаровску движется исключительно струя сунгарийской воды, которая сливается ниже по течению с потоком Амурской протоки.

Таким образом, в главном русле Амура в центре Хабаровска распределение струй является наиболее сложным. Здесь можно выделить, по крайней мере, 3 струи, отличающиеся своим химическим составом. Напротив площади Славы сливаются сунгарийская струя, пришедшая по главному руслу Амура, и другая сунгарийская струя, попавшая в Амурскую протоку по протоке Казакевичева, несущая в дополнение к сунгарийской грязи все стоки китайских населенных пунктов от устья Сунгари до Фуюаня включительно.

Именно из этой грязной струи забирается вода центральным городским водозабором для снабжения жителей города Хабаровска. Этот водозабор обеспечивает 90% потребности города в воде. Лишь вдоль правого берега Амура узкой полосой (насколько узкой?) течет пока еще чистая уссурийская струя, загрязняемая собственными стоками Хабаровска.

В свете всего сказанного выше, очевидно, что в связи со случившимся аварийным химическим загрязнением Сунгари, при достижении фронта загрязнения Хабаровска концентрации загрязняющих веществ будут гораздо больше расчетных величин, которые обычно вычисляются в предположении "мгновенного" полного разбавления сунгарийской воды с верхнеамурской и уссурийской водой. Таким образом, в связи с сунгарийской химической катастрофой существует реальная опасность прямого попадания загрязняющих веществ в центральный городской водозабор Хабаровска.

Не нужно очередной раз пытаться изменить природу!

Сегодня властями Хабаровского края озвучено очередное "гениальное" решение – "временно" перекрыть протоку Казакевичева. Более вредного решения невозможно придумать для Амура и Хабаровска.

Это совершенно бесполезное мероприятие ничуть не улучшит ситуацию  в районе ковша центрального городского водозабора на месте слияния Амура с Амурской протокой.

В случае перекрытия протоки Казакевичева сунгарийская струя все равно будет приходить к городскому водозабору! Она будет двигаться,  прижимаясь к большому Уссурийскому острову, и не доходя устья Амурской протоки будет уходить в протоку Чумная и попадать в Амурскую протоку.

Поэтому, заведомо недостижимая цель – защитить центральный городской водозабор от сунгарийской струи – не будет достигнута. Зато будет получен новый букет проблем в связи с активизацией размыва дна и берегов протоки Чумная! Мгновенно повысится содержание взвешенных и влекомых частиц в речной воде и начнется резкое нарастание отложений наносов в ухвостье безымянного острова в сторону ковша водозабора. В итоге ковш центрального водозабора в кратчайшие сроки окажется занесенным наносами и Хабаровск вообще останется без воды!

Эта ситуация очевидна и поэтому не нужно трогать протоку Казакевичева!

Только в том случае, если хабаровские власти хотят сделать очередной подарок китайцам, они могут перекрывать протоку Казакевичева так же, как они сделали в свое время, перекрыв протоку Прямая.

Единственный результат от перекрытия протоки Казакевичева – исполнение "вековой китайской мечты" – присоединение острова Тарабаров и Большой Уссурийский к Китаю. И поэтому "временное" перекрытие, без сомнений, превратится в постоянное.

То же самое хабаровские власти творят, перекрывая  протоки Пемзенская и Бешеная. Игры с дамбами на протоках Хабаровского водного узла приведут к очередным более глобальным проблемам для города – выведут из строя центральный городской водозабор, активизируют разрушение правого берега Амура в черте города, создадут реальную угрозу уникальному авто-железнодорожному мосту, подводным и подземным сооружениям под Амуром.

Рис. 3. Перераспределение сунгарийской струи в районе центрального городского водозабора в случае перекрытия протоки Казакевичева.

Срочно сократить сбросы из водохранилища Бурейской ГЭС!

Заботясь о разбавлении "бензольного пятна" принято очередное "мудрое" решение об увеличении стока Амура за счет резкого увеличения сброса Бурейской ГЭС. Это означает, что за счет увеличения ширины верхнеамурской струи, сунгарийская струя будет еще сильнее отжиматься в правую сторону. Поэтому в условиях прохождения этого попуска сунгарийская струя в районе Хабаровска еще сильнее будет прижиматься в сторону города.

Для того чтобы отвести грязные сунгарийские воды от ковша центрального водозабора нужно уменьшать расход Амура, а не увеличивать! Поэтому нельзя сбрасывать воду из Бурейского водохранилища. Тем самым только усугубляется ситуация вокруг ковша. В сочетании с другим необдуманным решением о перекрытии протоки Казакевичева будет происходить резкое усиление размыва протоки Чумная, что приведет к еще более быстрому заносу ковша центрального водозабора наносами.

Срочные меры по водоснабжению Хабаровска

Сегодня необходимо принять срочные меры по предотвращению "бензольной" беды, которая движется к Хабаровску со средней скоростью 5 км/ч и дойдет от устья Сунгари до центрального городского водозабора за 2 суток! И очевидно самое простое решение – немедленно прекратить забор воды из сунгарийской струи и начать брать воду из уссурийской струи. Для этого достаточно устроить забор воды из Амурской протоки трубами на расстоянии 50-100 м от правого берега. Собственные неорганизованные стоки Хабаровска тянутся тонкой струей непосредственно вдоль берега и не смогут повлиять на этот водозабор. А где именно выбрать место для этого временного водозабора будет определяться только удобством подключения к центральному городскому водозабору.

Главное, этот вариант реализуем очень быстро и гораздо меньшими средствами, чем уже затрачено на всю суету вокруг этой проблемы "бензольного" загрязнения.

Долгосрочные меры по водоснабжению Хабаровска

Возможно, этот случай с "бензольной" бедой позволит наконец-то найти в федеральном бюджете средства для перевода водоснабжения города Хабаровска на источники, защищенные от трансграничных загрязнений.

Хабаровский водоканал десятилетиями упорно поит город сточными водами Китая, хотя к городу сама природа подает чистейшую воду рек Тунгусска, Кия и Хор. Еще при советской власти прорабатывались варианты водоснабжения г. Хабаровска из поверхностных и подземных источников.

Выбор был сделан в пользу самого дорогостоящего проекта (рис. 4) – месторождения подземных вод на амурской террасе, которое названо "Тунгусское", хотя оно не имеет никакого отношения к реке Тунгусска и ему больше подходит название "Пемзенское". На разведку этого месторождения, расположенного в непосредственной близости от Пемзенской протоки, были вложены значительные суммы и в итоге оценены запасы подземных вод в 100 тыс. кубометров в сутки (первая очередь), не пригодных для прямого использования. Эти подземные воды содержат столько железа и марганца, что для приведения их в соответствие с санитарными  нормами потребуется создание целой фабрики по их очистке. Это связано с тем, что в балансе этого месторождения преобладают подземные воды, поступающие из нижних горизонтов и со стороны водоразделов, пересыщенные железом и марганцем.

Привлекаемых вод Амура и Пемзенской протоки недостаточно для естественного обезжелезивания подземных вод месторождения. А проект обезжелезивания подземных вод непосредственно в пласте, пригодный лишь для небольших водозаборов при низких концентрациях железа и марганца,  является еще одним способом бесконтрольной траты денег.

Для подачи воды в город с проектируемого водозабора потребуется проложить трубопроводы через три водные преграды – протоки Пемзенская, Бешеная и сам Амур, дно и берега которых на участке возможного перехода являются сильно размываемыми.

В свете всех этих проблем более привлекательным вариантом является создание водозабора в пойме реки Тунгусска, впадающей в Амур в черте города, но только по левому берегу Амура на расстоянии около 7 км ниже знаменитого хабаровского моста. Здесь воду можно брать непосредственно из чистейшей реки Тунгуска или из инфильтрационных водозаборов на ее пойме. Подача воды в город может быть осуществлена по водопроводу, проложенному по хабаровскому авто-железнодорожному мосту или существующему туннелю под Амуром.

Рис. 4. Варианты водоснабжения г. Хабаровска за счет левобережных источников:

1 - существующий проект размещения "Тунгусского" месторождения железистых подземных вод (со станцией обезжелезивания и переброской воды по дюкеру через 3 водотока);

2 – альтернативный вариант размещения комплексного водозабора на пойме р. Тунгусска (с переброской воды через Амур по авто-железнодорожному мосту)

Выше Хабаровска по правому берегу в р.Уссури впадают реки Кия и Хор с кристально чистой водой с заповедных территорий. Причем возможна подача воды напрямую в город или через буферное водохранилище в долине р. Сита (рис. 5) Достаточно проложить трубопровод длиной порядка 50 км и проблема решится на века. Но это никого из "водных" чиновников такие простые решения не устраивают, ибо это слишком быстро и дешево.

Рис. 5. Варианты снабжения Хабаровска водой из рек Кия и Хор с буферным водохранилищем в долине р.Сита

Нельзя отдавать Китаю острова Большой Уссурийский и Тарабаров!

Отдавая Китаю ради сомнительной дружбы амурские и уссурийские острова, власти уже заложили основу для еще больших проблем для приамурских городов, и в первую очередь для Хабаровска, к которому будет стекать вся грязь с наиболее индустриально развитой части Китая, где сосредоточены наиболее опасные производства.

Хабаровский водный узел, включающий главное русло Амура и его протоки Казакевичева, Прямая, Амурская, Пемзенская и Бешеная, является особенным водным объектом, чутко реагирующим на любое вмешательство человека. Проблемы хабаровского центрального водозабора, авто-железнодорожного моста, устойчивости правого берега Амура в черте города и многое другое напрямую связаны с процессами перераспределения воды между составляющими водного узла.

Чтобы решить эти проблемы не нужно ничего перекрывать, а наоборот, следует создавать новые каналы – протоки, увеличивающие пропускную способность Амура. Для того чтобы уменьшить поток через протоку Пемзенскую, не нужно было ее перекрывать, а требовалось увеличить пропускную способность протоки Казакевичева и создать новые протоки, перебрасывающие воду из Амура в Амурскую протоку.

Передача Китаю островов Тарабаров и Большой Уссурийский означает полную потерю возможности управления протокой Казакевичева. А последняя инициатива хабаровских властей по перекрытию протоки Казакевичева делает вообще невозможным управление русловыми процессами в Хабаровском водном узле.  

Поэтому в свете этих событий необходимо кардинальное решение – создание судоходной протоки Шершиха с переносом в нее судового хода из современного главного русла Амура. Причем оба берега этой протоки будут российскими территориями, что позволит не повторять проблем протоки Казакевичева, где российская сторона не могла выполнять никаких дноуглубительных работ.

Рис. 6. Вариант спасения Хабаровского водного узла – создание судоходной  протоки Шершиха – позволит сохранить то немногое, что еще осталось от острова Большой Уссурийский

Создание судоходной протоки Шершиха позволит перенаправить мимо Хабаровска поток китайских гражданских и военных судов, которые сегодня курсируют непосредственно через центр города.

Кроме решения этой политической задачи, перенаправление большей части потока Амура в Амурскую протоку позволит снять нагрузку на протоки Пемзенская и Бешеная, на авто-железнодорожный мост, а также на злосчастный ковш центрального водозабора Хабаровска.

Перекрытие протоки Казакевичева в самое ближайшее время "бензольную" проблему действительно превратит в катастрофу. А передача Китаю территорий островов Большой Уссурийский и Тарабаров,  манипуляции с дамбами на протоках приведут к еще большой катастрофе, чем "бензольное" загрязнение.

Рассылка "Русловые процессы" здесь: http://subscribe.ru/catalog/science.natural.river

Профессиональный прогноз русловых деформаций.

В письмах, пожалуйста, используйте информативный Subj (чтобы не ушло в корзину со спамом), а также указывайте - "в рассылку" или "ни в коем случае не в рассылку"

Уважаемые друзья,
Желаю Вам радости в жизни!

Ведущий - Александр Кондратьев  ancondratyev@peterlink.ru