Оценка эффективности смягчения максимума наводнений при управлении дамбами в участках плетущихся рек: кейс нижнего течения Хуанхэ

Почему эта история о реке важна

Нижнее течение Хуанхэ в Китае знаменито как тем, что кормит миллионы людей, так и разрушительными наводнениями. На протяжении веков огромные массы наносов подняли русло реки настолько, что во многих местах уровень воды оказался выше прилегающей земли, образуя так называемую «реку в небе». В этом исследовании поставлен простой, но принципиально важный вопрос, имеющий глобальное значение: как располагать дамбы — далеко друг от друга или близко — чтобы сдерживать опасные пиковые потоки, не поднимая при этом уровень воды до ещё большей и более опасной высоты для жителей поблизости?

Беспокойная река на густонаселенном плато

Исследование сосредоточено на участке длиной 275 километров в нижнем течении Хуанхэ, где русло дробится и снова сливается вокруг многочисленных баров, образуя то, что учёные называют плетущейся рекой. Эта территория проходит через интенсивно обрабатываемые земли и быстро растущие города. Десятилетия инженерных работ, включая высокие дамбы и плотины вверх по течению, частично снизили проблемы с наводнениями и наносами, но также сжали реку, усилили оседание ила в основном русле и усугубили состояние «висящей реки». В некоторых местах дно русла теперь находится более чем на метр выше ближайшей поймы, поэтому прорыв дамбы может обрушить поток воды на сообщества и поля, расположенные значительно ниже.

Два способа обрамить реку

Авторы сравнивают две схемы искусственного расположения дамб вдоль ключевого плетущегося участка между Цзяхэтанем и Гаоцунем: схему «широких» интервалов и схему «узких» интервалов. При выборе с широким расположением дамбы в среднем стоят на расстоянии 2–5 километров, оставляя широкие поймы, где высокие потоки могут растекаться и замедляться. В варианте с узким расположением дамбы подтянуты ближе друг к другу, сужая коридор, в котором проходит основное русло. Узкое размещение лучше защищает населённые пункты на пойме и снижает расходы на переселение людей и инфраструктуры, но даёт потоку меньше пространства для растекания. Текущая практика, состоящая из многих небольших местных дамб низкого стандарта, используется как базовый вариант для сравнения.

Моделирование будущих наводнений

Чтобы проверить поведение этих проектов при штормах разной силы, команда создала двумерную компьютерную модель потока воды, используя известную гидродинамическую программу. Модель была откалибрована по реальным измерениям уровней воды и течений во время двух крупных наводнений — в 1996 и 2020 годах — и показала хорошее совпадение моделируемых и наблюдаемых величин. Затем они прогнали 21 сценарий «что‑если», комбинируя три степени тяжести наводнений (типичное 5‑летнее, 10‑летнее и редкое 100‑летнее событие) с разными конструкциями дамб и стандартами защиты. Это позволило проследить, как меняются пиковые расходы и уровни воды в нескольких ключевых поперечных сечениях вдоль реки.

Ниже пики, выше уровни

Моделирование показывает, что как схема с широкими, так и с узкими интервалами дамб способны существенно снизить пиковые потоки по сравнению с нынешним разрозненным набором низких дамб, и что выгода растёт по мере увеличения силы наводнения. При 100‑летнем наводнении проект с широкими интервалами снижает пиковый поток в нижнем участке Баочэн примерно на 986 кубометров в секунду в максимуме, тогда как узкая схема достигает максимального снижения примерно на 670 кубометров в секунду. Однако имеется компромисс: ограничение реки между более прочными дамбами повышает уровни воды внутри этого коридора. Узкая схема, которая сильнее всего сжимает реку, вызывает наибольшие подъёмы — до примерно 1,45 метра в некоторых точках — тогда как широкая схема держит подъём ближе к примерно 0,6–1,1 метра. В верховьях могут даже наблюдаться небольшие увеличения пикового расхода, тогда как в низовьях достигаются самые сильные сокращения, что отражает то, как вода при наводнении растекается и временно хранится на пойме.

Баланс безопасности, пространства и стоимости

Когда авторы объединили изменения уровней воды для разных размеров наводнений в единый показатель, лучше всех показала себя схема с широкими интервалами: она сильно сокращала опасные пики наводнений и при этом сохраняла относительно умеренные подъёмы уровня воды. Схема с узкими интервалами также снижала пики и помогала защищать часто затопляемые, густонаселённые районы, но ценой более высоких уровней воды и меньшего пространства для естественной адаптации реки. В исследовании также отмечено то, что пока не удалось полностью учесть: долговременное накопление наносов и изменение русла, которые со временем могут изменить эффективность любой конструкции.

Что это значит для людей у больших рек

Для жителей и планировщиков вдоль Хуанхэ — и других крупных рек во всём мире — вывод прост. Предоставление реке большего пространства за счёт более широких дамбовых коридоров может быть эффективным способом смягчить наихудшие наводнения, особенно редкие, но катастрофические события. Однако это сопровождается более высокими затратами на землю и переселение и сохранением затопляемости некоторых пойм. Узкие дамбы, наоборот, могут лучше защищать большее число сообществ в повседневных условиях, но повышают уровни воды и оставляют меньше запаса прочности. Авторы приходят к выводу, что зоны с высоким риском и серьёзными угрозами наводнений должны отдавать предпочтение широкому расположению дамб, тогда как плотно заселённые территории с более умеренным риском могут разумно использовать более узкие дамбы. Умное управление наводнениями, по их мнению, требует настройки расположения дамб как с учётом физики воды, так и реальной жизни людей вдоль реки.

Цитирование: Chen, J., Zhang, L. & Wang, H. Evaluating flood peak attenuation effectiveness of levee management strategies in braided river reaches: a case study of the lower Yellow River. Sci Rep 16, 7277 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38415-9

Ключевые слова: контроль наводнений, проектирование дамб, Хуанхэ, плетущиеся реки, моделирование наводнений