Почему дамбы, похожие на бобровые, могут защитить населённые пункты от наводнений

Недорогие искусственные речные барьеры, похожие на те, что строят бобры, могут защитить сообщества, подверженные риску затопления.

Новое исследование показало, что такие природные барьеры намеренно повышают уровень воды выше по течению, чтобы замедлить поток реки. Эти противопаводковые барьеры сделаны из материалов вроде брёвен, веток, грязи и листьев. Они снижают уровень воды ниже по течению, намеренно блокируя реку и задерживая воду. Затем они замедляют течение реки во время шторма.

Использование природных процессов для временного хранения воды над и под землёй называется естественным управлением паводками. По сути, это использование природы в качестве губки для впитывания дождевой воды.

Это не только защищает сообщества ниже по течению от наводнений, но и имеет другие преимущества. Это помогает улучшить разнообразие среды обитания для речных насекомых и животных, улавливать загрязняющие вещества и увеличивать поступление наносов на пойму.

Это также повышает устойчивость реки в периоды сухой и жаркой погоды, предотвращая её полное пересыхание. Это было серьёзной проблемой летом 2022 года, которое стало самым тёплым в истории Великобритании.

До недавнего исследования существовало очень мало данных о том, насколько эффективны такие речные барьеры или как лучше всего использовать такие подходы. Мы также не понимали, как работают эти боброподобные плотины во время сильных штормов.

Замедление потока

Наличие ствола дерева или подобного препятствия в реке нарушит её течение. Но точная степень, в которой поток воды замедлялся одним природным барьером, не говоря уже о 50–100 барьерах, была неизвестна. Мы также не понимали, как меняется поток при разных типах штормов и в разных русловых условиях.

Теоретически, природный барьер имеет большое отверстие внизу для обычного речного стока, а также отверстия между брёвнами и ветвями в верхней части барьера, через которые вода медленно протекает после небольшого шторма.

Во время сильного дождя уровень воды поднимается и переливается через верх барьера.

Мы обнаружили, что отверстия в барьере могут увеличиваться из-за меняющегося течения реки. Кроме того, во время шторма ветки, листья и осадок, переносимые речным потоком, могут накапливаться за барьером, вызывая его увеличение в размерах. Поэтому нам нужно было понять, как эти природные барьеры развиваются со временем, чтобы понять диапазон их эффективности.

Инженеры используют компьютерные модели, называемые «гидрологическими моделями», которые используют математические уравнения для прогнозирования влияния штормов разной силы на уровень воды в реке. Это помогает предсказать, когда река выйдет из берегов, а затем местоположение и масштабы затопленной территории.

Это важно, поскольку помогает правительствам решить, какой тип защиты от наводнений необходим для защиты людей от существующих и будущих паводков. Это также помогает определить, где можно строить новые здания, которые будут безопасны от наводнений, и что такие новостройки не сделают существующие дома более уязвимыми для паводков.

Водосбор Корв в Шропшире

Мы собрали данные со 105 природных противопаводковых барьеров на небольшой реке в Шропшире, чтобы измерить их эффективность в сдерживании паводковых вод и понять, как работают природные барьеры во время шторма. Мы собирали данные об уровне воды, скорости и расходе каждые 15 минут в течение двух лет.

Мы также использовали технику «фотограмметрии». Это когда данные с фотографий, сделанных дронами, используются для получения точных измерений топографии на участках реки, покрытых деревьями и другой растительностью.

Наши результаты показали, что природные противопаводковые барьеры на участке могут накапливать достаточно воды, чтобы заполнить как минимум четыре плавательных бассейна олимпийского размера во время значительных штормов, таких как «Деннис», обрушившийся на Великобританию в феврале 2020 года.

Это показывает, что природные барьеры эффективно замедляют течение реки в периоды дождей, накапливая огромные объёмы воды, которые в противном случае пронеслись бы вниз по течению, нанося ущерб. Вместо этого эта сила медленно высвобождается в течение одной-двух недель.

Наше исследование показывает, что естественное управление паводками работает. Оно также дешевле традиционных инженерных работ и дополняет, а не заменяет существующие средства защиты от наводнений.

Информация из нашего исследования поможет более точно представить природные барьеры в гидрологических моделях, используя наши новые наблюдения за изменениями барьеров с течением времени и их эффективностью во время штормов.

Общество может получить большую отдачу от наших расходов на защиту от наводнений, поддерживая землевладельцев в установке природных решений. Это становится всё более актуальным, поскольку всё больше домов строится на землях, подверженных риску затопления.