Моделирование штормовых наводнений в устьевых областях балтийских рек

МОДЕЛИРОВАНИЕ 
МОДЕЛИРОВАНИЕ 

ШТОРМОВЫХ НАВОДНЕНИЙ 
ШТОРМОВЫХ НАВОДНЕНИЙ 

В УСТЬЕВЫХ ОБЛАСТЯХ 
В УСТЬЕВЫХ ОБЛАСТЯХ 

БАЛТИЙСКИХ РЕК
БАЛТИЙСКИХ РЕК

О.Е. ЛЮБИМОВА
О.Е. ЛЮБИМОВА

Б.И. КОЧУРОВ
Б.И. КОЧУРОВ

Москва
ИНФРА-М
2020

МОНОГРАФИЯ

УДК 551(075.4)
ББК 26.22
 
Л93

Любимова О.Е. 
Л93 
 
Моделирование штормовых наводнений в устьевых областях балтийских рек : монография / О.Е. Любимова, Б.И. Кочуров. — Москва : 
ИНФРА-М, 2020. — 185 с. — (Научная мысль). — www.dx.doi.org/ 
10.12737/22030.

ISBN 978-5-16-012266-3 (print)
ISBN 978-5-16-105148-1 (online)
В книге изложен геосистемно-ситуационный подход к оценке риска 
негативных геоэкологических последствий штормовых наводнений. Впервые предложен и реализован сопряженный метод оценки риска наводнений в устье р. Преголи Калининградской области с применением картографического, эмпирико-статистического моделирования и экспертных 
оценок. Динамика развития наводнений и степень их геоэкологической 
опасности для г. Калининграда отображена цифровыми картографическими моделями. Разработана многофакторная (матричная) классификация 
источников и факторов геоэкологического риска штормовых наводнений 
в устьевой области речной геосистемы. Выполнено зонирование устьевой 
области р. Преголи по совокупности природных, антропогенных и техногенных факторов. Предложена система приоритетных мер по защите природных и техногенных комплексов (техногеосистем) от наводнений.
Издание снабжено кратким глоссарием, содержащим основные термины и их определения.  
Книга предназначена  для студентов, аспирантов и может быть использована при изучении дисциплин: «Экология и природопользование», 
«Геоэкология», «География природного риска» и др. Адресована также геоэкологам и специалистам в области управления природным риском и социально-экологической безопасности.

УДК 551(075.4)
ББК 26.22

Р е ц е н з е н т ы:
Коронкевич Н.И., доктор географических наук, заведующий лабораторией гидрологии Института географии РАН;
Карлин Л.Н. (1947–2014), доктор физико-математических наук, 
профессор, ректор Российского государственного гидрометеорологического университета

ISBN 978-5-16-012266-3 (print)
ISBN 978-5-16-105148-1 (online)

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 2 ст. 1

© Любимова О.Е., Кочуров Б.И., 
2016

Памяти выдающегося ученого и прекрасного человека
Льва Николаевича Карлина

Прошлое — будущему.
Академик Д.С. Лихачев

Введение

Катастрофические штормовые наводнения в устьевых областях 
рек во многих странах почти ежегодно наносят колоссальный 
ущерб природным ландшафтам, портово-промышленным объектам и населению. Повсеместное увеличение количества, повторяемости и разрушительной силы наводнений — все это происходит на фоне повышения уровня Мирового океана, глобальных 
и региональных изменений климата, сейсмичности и других недостаточно изученных факторов. Для минимизации негативных 
экологических, социальных и экономических последствий наводнений необходим более высокий уровень междисциплинарных 
геоэкологических исследований, опирающихся на геоинформационные технологии, картографическое моделирование и прогнозирование, совершенствование методологии и методов оценки 
риска. В Балтийском регионе особенно важны такие работы для 
техногенно трансформированных устьев рек (Нева, Висла, Рейн, 
Неман, Преголя), для которых в соответствии с Водной стратегией 
РФ должны быть предусмотрены не только оперативные меры защиты, но и превентивные (опережающие) научно-практические 
разработки.
Гидрологическим аспектам штормовых наводнений Балтийского 
региона посвящено множество публикаций. Однако негативные 
геоэкологические последствия оценены лишь в отношении отдельных аспектов риска [1, 2, 3]. Научная концепция автора — геосистемно-ситуационный подход — базируется на фундаментальных 
разработках А.Г. Емельянова [4], А.М.Трофимова и В.А. Рубцова 
[5], посвященных теоретико-методологическим и методическим 
аспектам региональной геоэкологии, трудах Б.И. Кочурова [6] 
и Н.И. Коронкевича [7] по экодиагностике геоситуаций, исследованиях по антропогенной и техногенной трансформации речных 
геосистем в условиях внезапного и значительного изменения гео

ситуаций в приустьевых районах [8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16,17, 
18, 19,20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 и др.].
Междисциплинарное исследование базируется на принципах 
взаимообусловленности и взаимодействия природных, антропогенных и техногенных факторов, определяющих риск, связанный 
со штормовыми наводнениями в устьевых областях рек, а также 
на сопряженном анализе их геоэкологических и социально-эко-
номических последствий с применением методов картографического и эмпирико-статистического моделирования, геоморфологического профилирования, экспертных оценок риска и др. 
Картографические модели геоситуаций с учетом степени риска 
затопления городских территорий разрабатывались с применением программных комплексов Digitals и MicroStation (модуль 
Geoterrain) совместно с А.В. Ясевичем на основе анализа цифровых карт рельефа. В основу эмпирико-статистической обработки исходных данных были положены представления о нестационарности и неоднородности процессов штормовых наводнений, 
исследуемых по многолетним рядам наблюдаемых максимальных 
уровней речной воды. Межгодовая динамика максимальных значений уровня в устьевой области р. Преголи изучалась как детерминированно-стохастический процесс, включающий трендовую 
(основная тенденция), циклическую и остаточную (случайные колебания) составляющие. 
В ходе исследования были систематизированы и обобщены опубликованные и фондовые материалы лаборатории гидрофизических 
исследований Атлантического отделения Института океанологии 
им. П.П. Ширшова РАН, Государственного океанографического 
института, ВНИИ гидрометеорологической информации — Мирового центра данных (г. Обнинск) о максимальных годовых уровнях 
подъема воды в устье р. Преголи за 60 лет (1950–2009); историкогео графические сведения о штормовых наводнениях в Кенигсберге-Калининграде за ХVI–XX вв.; показатели загрязнения речной 
воды и донных илов за 1997–2010 гг. Калининградского управления 
по охране окружающей среды и природопользованию (Росприроднадзор МПР); данные о суммарном экономическом ущербе 
за 1995–2007 гг. Главного управления МЧС России по Калининградской области и территориального Центра мониторинга, лабораторного контроля и прогнозирования чрезвычайных ситуаций 
природного и техногенного характера; инженерно-геологические 
сведения о районе исследования института «Запводпроект»; материалы маршрутного обследования и геоморфологического профилирования устьевой области р. Преголи. 

Результаты исследования внедрены в Главном управлении 
МЧС России по Калининградской области для разработки мониторинговой системы наблюдений, оценок и прогноза кризисных 
ситуаций; обоснования управленческих решений по предотвращению опасных последствий наводнений и минимизации ущерба 
промышленным объектам, здоровью и жизни населения. Ряд положений может также найти применение при разработке и реализации более надежной системы защиты устьевых областей рек Балтийского региона. 
Авторы выражают искреннюю благодарность рецензентам книги 
за огромный труд по редактированию и ценные рекомендации при 
подготовке рукописи к печати.

Глава 1
МЕТОДОЛОГИЯ, ТЕРМИНОЛОГИЯ 
И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. ТИПОЛОГИЯ УСТЬЕВ

Устьевые области многих рек мира весьма разнообразны 
по своему происхождению и хозяйственному использованию. 
С 80-х годов ХХ в. возрастает интерес к их изучению [27, 28, 29, 
10, 30]. В речных геосистемах развиты сельское хозяйство; речной 
и морской водный транспорт, использующие благоприятное положение на пересечении водных путей из морей вглубь континентов 
и из рек в моря и океаны; рыбное хозяйство (устья рек — места 
нереста, нагула и миграции многих ценных пород рыб). Устья рек 
используют гидроэнергетика (сооружение приливных электростанций), коммунальное хозяйство (водоснабжение приустьевых 
портовых и промышленных центров, населенных пунктов), целлюлозная промышленность (добыча и переработка древесины), рекреация, туризм, охота и др.
Вместе с тем в устьевых областях резко обострились проблемы 
охраны биологически исключительно продуктивных экосистем, 
благодаря которым поддерживается экологическое равновесие 
на обширных сопредельных территориях и акваториях. Устьевые 
геосистемы весьма уязвимы по отношению к антропогенным изменениям режима речного стока и качества вод. Изменения экологических условий здесь сильнее и зачастую негативнее, чем в открытых водоемах и водотоках [31, 32]. 
Особенности устьев как объектов, пограничных между реками 
и морями, их повышенная уязвимость, необходимость более комплексного освоения и охраны — все это требует, чтобы при их 
использовании и, в частности, при реализации любых крупных 
водохозяйственных проектов учитывались возможные геоэкологические последствия (наводнения, заиление, загрязнение и т.п.). 
Поэтому так важны опережающие геоэкологические исследования 
устьев рек, подверженных экстремальным гидроэкологическим 
процессам [7].
По И.В. Самойлову [8], устьевая область — сложный географический комплекс в месте впадения крупной реки в море. Иногда 
его определяют как зону, в которой речной гидрологический режим 
переходит в морской [33], как переходную зону от реки к морю [34]. 

В.Н. Михайлов и др. [35, 11] устьевую область рассматривают как 
особый физико-географический объект, расположенный при впадении реки (или охватывающий район впадения) в приемный водоем (океан, море, озеро и др.).
К устьевой области р. Преголи автор относит собственно устье — 
место ее впадения в эстуарный водоем (Вислинская лагуна); часть 
нижнего течения реки (в пределах г. Калининграда) и прибрежной 
зоны — устьевого взморья, формирующиеся в результате динамического взаимодействия, смешения и трансформации водных 
речных масс и приемного водоема (морского залива). Эстуарий р. 
Преголи характеризуется специфическим, часто азональным ландшафтом, переходным от речного к морскому гидрологическим 
режимом, резким изменением физических, химических и биологических свойств водных масс. Здесь многочисленны геоморфологические, седиментологические, геохимические и гидробиологические барьеры между рекой и приемным водоемом. 
На формирование устьевой области рек влияют многочисленные природные факторы: речной сток и его изменение во времени; количество и состав обломочного материала, переносимого 
рекой; соленость морской воды; морские течения; изменения 
уровня Мирового океана (океанизация); приливы и отливы; неотектонические движения. Главную роль при этом играют объем поставляемого рекой обломочного материала, знак и амплитуда движений земной коры. В зависимости от их соотношений выделяются 
два основных типа устьев: дельтовый и эстуарный (рис.1). Иногда 
к ним добавляют третий тип — нормальное (простое) устье, когда 
река сохраняет приближенно постоянной свою ширину до места 
впадения в приемный водоем [8, 36, 37, 38, 11, 21]. 
Общие классификации устьев рек. Их подразделяют на морские 
и озерные [39]. Среди морских устьев, в свою очередь, различают 
приливные — на побережьях океанов и окраинных морей и неприливные — устья рек внутренних морей [33]. Преобладающий 
режим устьев рек может быть стоковым, приливным и сгонно-нагонным [40].
Многие трансформированные человеком речные устья представляют собой природно-технические (техногенные) геосистемы [41], их русла спрямлены и служат водоприемниками осушительных систем. В Калининградской области некоторые реки 
в прошлом были соединены каналами, например р. Преголя с некогда самостоятельной р. Деймой. В устье р. Преголи расположены 
морской канал и три крупных портово-промышленных комплекса 
(морской, торговый и рыбный). Калининградский регион — един

ственный в России, в котором распространены обвалованные 
земли (польдеры), лежащие ниже уровня моря в дельте Немана, 
в пойме Преголи, а также на побережье Куршского и Вислинского 
заливов[42, 43]. Избыточные воды польдеров во времена СССР откачивались 117 осушительными насосными станциями. Польдеры 
были защищены от наводнений дамбами общей протяженностью 
723 км. Кроме того, ежегодно паводок сдерживали 55 плотин и тысяча иных водорегулирующих сооружений [44]. Реки Лава, Шешупе, 
Анграпа, Писса использовались для получения электроэнергии.

Рис. 1. Типология устьевых частей рек [8, с дополнениями авторов]

По морфогенетическим признакам (характер устьевого взморья 
и наличие или отсутствие дельты) устьевые области рек, впадающих 
в Балтийское море, нами подразделяются на две основные группы 
(эстуарную и дельтовую). К эстуарной группе [35]относятся:
 
• полузакрытые устьевые области с устьевым взморьем в виде узкого залива, лимана, губы, лагуны, эстуария. Вследствие относительно малого стока наносов или мощного воздействия приливных течений такие устьевые области не имеют сформировавшихся дельт. Примером служат устья Ю. Буга, Мезени, Кулоя, 
Темзы и др. К этому типу относится и устье р. Преголи;
 
• открытые устьевые области свойственны небольшим рекам, 
выходящим на приглубую открытую акваторию моря со значительным воздействием волнения, препятствующим образованию дельты. 

Дельтовая группа объединяет:
 
• полузакрытые устьевые области, формирующиеся в узких заливах, лиманах, губах, лагунах, эстуариях в условиях ослабленного воздействия морских факторов вследствие изолированности (вытянутости и узкости) устьевого взморья или их блокированности аккумулятивными морскими косами-пересыпями. 
К таким областям относятся устья Оби, Енисея, Днепра, Печоры, Немана, Вислы;
 
• открытые устьевые области, формирующиеся на открытом морском побережье, к примеру устья Волги, Урала, Куры, Амударьи, 
Дуная, Лены, Миссисипи.
В понимании терминов «дельта» и «эстуарий» существует ряд 
противоречий и разночтений. Геоморфологический подход отражает 
определение дельты как аккумулятивной формы, создаваемой 
рекой на участке впадения ее в конечный водоем [36]. Дельтой 
считаются также более или менее треугольный участок аллювиальной суши в устье реки, низкие, заболоченные, медленно погружающиеся прибрежные площади [45]. Однако еще Ч. Лайель (1854) 
дельтой называл аллювиальную равнину в речном устье вне зависимости от ее формы [46, 47]. Гидрологи и гидрографы определяют 
дельту как многорукавный участок реки в ее устье [48, 49, 50, 33]. 
В других работах [51, 52] дельта трактуется как комплекс аккумулятивных форм рельефа (конусов выноса, баров, кос) и системы 
водотоков и водоемов. Геологический подход отличается представлением дельты как толщи речных отложений в устье реки. Это представление широко укоренилось в литературе [53, 54, 55, 56, 57].
Эстуарии — прибрежные частично замкнутые водоемы, водные 
массы которых постоянно или периодически сообщаются с морем 
и в пределах которых соленость весьма изменчива в результате 
смешения морской и пресной воды. Г.А. Сафьянов [29] определяет 
эстуарии (лагуны, бухты, заливы, устьевые области рек и др.) как 
уникальные географические объекты, в которых происходит взаимодействие литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы. 
Таким образом, и термин «эстуарий» применяется в довольно 
различных значениях. Во-первых, это затопляемое, расширяющееся к морю воронкообразное устье реки [58], залив, возникающий при затоплении речной долины [45], непосредственно примыкающий к морю участок реки, где происходит резкое изменение 
ширины русла [59]. 
Во-вторых, воронкообразное устье реки подвержено влиянию 
приливов [39, 60, 37]. Близко к этому толкование эстуария как залива, образовавшегося в результате подтопления низовьев речной 

долины и преобразованного воздействием волнового, речного 
и приливного факторов.
В-третьих, эстуарием считают полузакрытый, сообщающийся 
с морем прибрежный водоем, в котором происходит смешение 
речных и морских вод [61]. Наибольшую известность получило аналогичное определение П.У. Притчарда [62] — полузакрытый прибрежный водоем, имеющий свободную связь с открытым морем, 
в пределах которого морская вода заметно разбавляется пресной, 
поступающей с речного водосбора. Это определение прочно вошло 
в литературу и широко применяется [29, 63, 64].
В-четвертых, это любое устье реки. К примеру, в американской 
литературе эстуариями называют любые устья, даже дельтовые [61]. 
Д.В. Хансеном и М. Раттри [65] под эстуарием понимается переходная зона между рекой и океаном.

1.2. ШТОРМОВЫЕ НАВОДНЕНИЯ В УСТЬЕВЫХ ОБЛАСТЯХ 
РЕК РОССИИ И ЗАРУБЕЖНЫХ СТРАН 

К опасным природным процессам и явлениям относятся все те, 
которые отклоняют состояние природной среды от оптимального 
для жизни населения и ведущегося им хозяйства [1]. По происхождению они подразделяются на солнечно-космические, метеорологические, гидрологические, геолого-геоморфологические, биогеохимические и биологические.
К гидрологическим опасным природным процессам относятся 
прежде всего наводнения или аномальные понижения уровня воды; 
морские штормы; волнение; абразия берегов морей и водохранилищ; раннее льдообразование и появление льда на трассах судов 
или интенсивный дрейф ледовых полей; аномальные гидрологические режимы в прибрежной зоне и проливах, например, поступление соленых вод в устья рек и др. 
Причинами наводнений могут быть обильные дожди, таяние 
снега (в горах — также ледников), подпруживание рек льдом, обвалами, оползнями т.п., прорыв естественных и искусственных 
плотин, попуски воды из водохранилищ, а также нагоны воды 
с моря. Около 50% наводнений связаны со снеготаянием, 30% — 
с особо сильными и (или) продолжительными дождями, по 10% — 
с заторами льда и ветровым нагоном воды. 
Штормовые нагонные наводнения представляют угрозу для 
приморских регионов, лежащих на пути движения циклонов. Они 
наблюдаются во многих районах земного шара, в том числе и в 
России. Значительный ущерб нагоны причиняют странам Западной