книги2 / 159

Характеристика застройки НП определяется по табл. 28.

Таблица 28

Характеристика застройки НП

№ п/п Характеристика застройки

1 Городской тип с преобладанием промышленной зоны

2 Городской тип без крупных промышленных объектов

3Сельский тип

Плотность застройки НП определяется по табл. 29.

Таблица 29

Плотность застройки территории

№ п/п Характеристика застройки

1Высокая (от 60% территории включительно и выше)

2 Средняя (от 40% территории включительно и менее 60%) 3 Низкая (от 20% территории включительно и менее 40%)

4Незначительная (менее 20% территории)

Входными данными, характеризующими метеорологическую обстановку, являются: дата и время формирования метеоданных; наименование (идентификационный номер) метеостанции; географические координаты расположения метеостанции; преобладающая температура воздуха ночью, °C; преобладающая температура воздуха днем, °C; максимальная температура воздуха ночью, °C; максимальная температура воздуха днем, °C; количество осадков, мм.

3.2. Прогнозирование последствий землетрясений

В ПАМ-ЗМ вероятностной оценке с использованием байесовского классификатора подлежат гипотезы, приведенные в табл. 30.

61

Таблица 30

Перечень гипотез ПАМ-ЗМ

Номер Содержание гипотезы гипотезы

1В результате землетрясения здание (сооружение) получило (получит) 0 степень повреждения

2В результате землетрясения здание (сооружение) получило (получит) 1 степень повреждения

3В результате землетрясения здание (сооружение) получило (получит) 2 степень повреждения

4В результате землетрясения здание (сооружение) получило (получит) 3 степень повреждения

5В результате землетрясения здание (сооружение) получило (получит) 4 степень повреждения

6В результате землетрясения здание (сооружение) получило (получит) 5 степень повреждения

Втабл. 30 содержание каждой гипотезы в прошедшем времени используется на этапе обучения ПАМ-ЗМ, асодержание гипотезы в будущем времени—при прогнозировании соответствующих событий на новых значениях наблюдаемых параметров.

На этапе обучения ПАМ-ЗМ параметры (ответы) гипотез определяются на основе значений параметра «Степень повреждения здания (сооружения)».

После обучения ПАМ-ЗМ начинается процесс прогнозирования событий, соответствующих гипотезам, на новых значениях наблюдаемых параметров.

Порядок сбора новых значений наблюдаемых входных данных

иих обработки соответствует аналогичным процессам при обучении ПАМ-ЗМ, за исключением того, что параметры (ответы) гипотез (оценка апостериорных вероятностей гипотез) определяются байесовским классификатором.

При прогнозировании с использованием ПАМ-ЗМ каждое здание или сооружение рассматривается в отдельности. В этих целях заранее подготавливаются характеристики всех зданий и сооружений на контролируемой территории.

62

3.3. Выходные данные модели для прогнозирования последствий землетрясений

Выходными данными ПАМ-ЗМ являются:

а)реализуемые сприменением байесовского классификатора: степень повреждения здания или сооружения (для каждого здания исооружения на контролируемой территории);

б) реализуемые с использованием аналитической обработки результатов вероятностной оценки:

общее количество зданий и сооружений с 0–5 степенями повреждений;

общее количество людей в зданиях и сооружениях с 0–5 степенями повреждений;

в)исходные данные, используемые на каждом шаге прогнозирования.

63

Глава 4.

Модель для прогнозирования наводнений вследствие паводков

В Российской Федерации площадь паводкоопасных территорий составляет 400тыс. км2, из них 50тыс. км2 ежегодно подвергается затоплению. Катастрофические наводнения имели место и могут повториться

вбудущем на территории, где расположены 300 городов, десятки тысяч населенных пунктов и более 7 млн га сельхозугодий [42].

Под наводнением понимается резкое повышение уровня воды вреке, водоеме, водохранилище, море (или его части), приводящее кзатоплению значительных участков суши и наносящее материальный ущерб [43].

Наводнения вызываются различными причинами.

Для большей части территории России характерно весеннее половодье, вызванное таянием снежного покрова, накопившегося в холодный зимний период. На реках, текущих с юга на север, весенние половодья часто сопровождаются заторами льда, которые усугубляют размеры бедствия, поскольку резко снижают пропускную способность русла. К числу таких наводнений относится катастрофическое затопление г. Ленска, случившееся на р. Лене в 2001 г.

На значительной территории России опасность представляют паводки, наводнения в результате выпадения интенсивных дождевых осадков (ливней) или прохождения тайфунов имуссонов, охватывающих значительные водосборные площади и формирующих дождевые половодья. Примерами тяжелых последствий паводков, явились наводнения

вбассейне реки Кубани в 2002 году, в бассейне реки Амура в 2013 году,

вг. Тулун на реке Ия в 2019 году, когда недостаточность мероприятий территориального планирования сопровождалась плохим качеством проектирования истроительства систем инженерной защиты территорий от паводкоопасных явлений.

Ключевым поражающим фактором наводнения является зона затопления. Для расчета зоны воздействия наводнения требуется гидроморфологическая характеристика реки в период паводка, включая прогноз уровня подъема воды, расход воды искорость течения реки [44]. Гидравлические модели используют управляющие уравнения потока

64

вдвижении (сохранение принципов массы и импульса) для прогнозирования характеристик паводка. Однако решение таких уравнений может быть дорогостоящим в зависимости от их пространственного расширения. Более того, моделирование двухили трехмерного речного потока с использованием топографических данных высокого разрешения для крупномасштабных регионов практически реализуемо, по причине отсутствия необходимой сети мониторинга гидрологической обстановки.

Из большого числа существующих в мире моделей формирования стока и динамики русло-пойменных потоков, наиболее распространенной в отечественной практике является модель ECOMAG [45, 46].

Общая схема описания процессов формирования речного стока

вмодели ECOMAG выглядит следующим образом. В летний период выпадающие жидкие осадки частично перехватываются растительностью, частично попадают на поверхность почвы. Избыток воды, не поглощенный почвой, после заполнения депрессий на поверхности бассейна перемещается по уклону поверхности вречную сеть. Часть влаги, впитавшейся в почву, может перемещаться по уклону по относительно непроницаемым водоупорам. Вода, не попавшая в речную сеть, расходуется на испарение или дренаж в более глубокие горизонты почвы.

Вхолодный период года рассматриваемая схема дополняется учетом гидротермических процессов в снежном покрове и почве, включая процессы формирования снежного покрова иснеготаяния, промерзания и оттаивания почвы, инфильтрации незамерзшей влаги вмерзлую почву. Схема включает описание поверхностного и подземного стока воды на водосборе, движения воды по речной сети.

При модельной схематизации речного бассейна его поверхность разделяется нерегулярной сеткой на отдельные расчетные элементы с учетом особенностей рельефа и структуры речной сети.

Моделирование гидрологических процессов на каждом расчетном элементе выполняется для четырех уровней: для поверхностного слоя почвы (горизонтA), подстилающего его более глубокого слоя (горизонт Б), емкости грунтовых вод и емкости в зоне формирования поверхностного стока. В холодный период добавляется емкость снежного покрова.

Вметодике прогнозирования паводков (ПАМ-НВ), вкачестве математической основы моделирования наводнений предложены байесовские классификаторы, которые используют приведенные в ней основные

65

входные данные для формирования базовых обучающих множеств моделей краткосрочного и среднесрочного прогнозирования наводнений.

4.1. Входные данные модели для прогнозирования наводнений вследствие паводков

Основными входными данными для формирования базового обучающего множества ПАМ-НВ в отношении наблюдаемых территорий (НТ) служат данные о наводнениях вследствие паводков, обусловленных обильными осадками на НТ; данные, характеризующие участки рек1, с участками их водосборов; данные, характеризующие водосборы наблюдаемых участков рек; данные, характеризующие водохозяйственные системы на наблюдаемых участках рек; данные, характеризующие контролируемые НП, расположенные в зонах вероятного затопления местности; данные, характеризующие гидрологическую обстановку на участках рек и данные об объектах ее формирующую; данные, характеризующие метеорологическую обстановку на наблюдаемых участках местности и данные об объектах ее формирующую; данные, характеризующие преобладающий ландшафт местности, типы и состав почв в пределах границ НП и участков водосборов наблюдаемых рек.

Входными данными, характеризующими паводок, вызванный обильными осадками на НТ, являются: дата и время наблюдения паводка, вызванного обильными осадками; координаты полигона зоны затопления НТ (долгота и широта), град.; наименование НП, подвергшегося затоплению территории; статус регистрации факта превышения подъема воды в наблюдаемой реке-пункте уровня отметки «неблагоприятное явление» (НЯ); статус регистрации факта превышения подъема воды в наблюдаемой реке-пункте уровня отметки «опасное явление» (ОЯ); статус регистрации факта скорости подъема уровня воды в наблюдаемой реке-пункте, характерного для катастрофического затопления местности; площадь зоны затопления НТ, км2; площадь затопления НТ, км2; площадь зоны затопления в границах

1 До пункта мониторинга гидрологической обстановки (ПМГО), расположенного за контролируемым населенным пунктом (НП).

66

контролируемого НП, км2; общая продолжительность наводнения в наблюдаемом НП, сут.

При отсутствии сведений о площадных характеристиках зон затоплений при паводках в границах НТ, допускается их определять по данным дистанционного зондирования земли (ДЗЗ), а также по формализованным описаниям зон затоплений местности, представленным в виде координат точек замеров уровней подъема воды на местности и уровней подъемов воды в указанных точках измерений.

Общими и геофизическими показателями, характеризующими наблюдаемую реку-пункт2, служат: наименование реки-пункта; пространственное описание полигона реки-пункта, представленное в виде географических координат (долгота и широта), град.; средние значения ширины и глубин в истоке, середине и в границе ПМГО, расположенного после НП, м; гидрографическая длина водотока реки-пункта, км; площадь акватории реки-пункта, м2; периметр акватории реки-пункта, м; направление течения реки-пункта, град.; уклон водной поверхности реки-пункта, град.; диапазон дирекционных углов направления течения реки-пункта, град.; время наступления паводковой опасности на реке-пункте, сутки с начала года; время наступления ледостава на реке-пункте, сутки с начала года; период паводковой опасности на реке-пункте, сутки; период ледостава на реке-пункте, сутки; средний многолетний слой стока реки-пункта, м3/с км2; среднегодовой расход воды в реке-пункте, км3/год.

Входными данными, характеризующими водосбор наблюдаемой реки-пункта, являются: пространственное описание полигона водосбора реки-пункта, представленное ввиде географических координат (долгота и широта), град.; площадь водосбора реки-пункта, км2; длина водосбора реки-пункта, км; средняя высота водосбора реки-пункта над уровнем моря, м; средний уклон водосбора реки-пункта, град.; средние уклоны склонов водосбора реки-пункта, град.; преобладающий тип уклона склонов водосбора; площади территорий занятых лесом, расположенные на водосборе реки-пункта, км2; площади территорий болотистой местности, расположенные на водосборе реки-пункта, км2; закарстованная площадь водосбора реки-пункта, км2; площади акваторий озер, расположенных

2 Река-пункт — часть водотока реки от истока до контролируемого места (ближайшего пункта мониторинга гидрологической обстановки, расположенного после контролируемого населенного пункта), для которого определяются гидрологические характеристики реки.

67

на водосборе реки-пункта, км2; общая длина речных долин, сухих русел, оврагов, балок и логов водосбора реки-пункта, км.

Преобладающий тип уклона склонов водосбора определяется по табл. 31.

Таблица 31

Типы преобладающих уклонов склонов водосбора

№ п/п Значение параметра

1Возвышенности

2Увалы

3 Холмистые равнины

4Низменности

Входными данными, характеризующими каждую водохозяйственную систему на наблюдаемой реке-пункте, являются: наименование водохозяйственной системы на реке-пункте; тип объекта водохозяйственной системы; пространственное описание объектов водохозяйственной системы, представленное в виде географических координат (долгота и широта), град.; площадь водохозяйственной системы, км2; периметр водохозяйственной системы, м; полезный объем водохозяйственной системы, км3; средняя глубина водохозяйственной системы, м.Тип объекта водохозяйственной системы определяется по табл. 32.

Таблица 32

Типы объектов водохозяйственной системы на реке-пункте

№ п/п Значение параметра

1 Естественное водохранилище

2 Искусственное водохранилище

3Каскад водохранилищ

4 Преобладают каналы водозаборных станций

5 Преобладают каналы оросительных систем

6Прочие водохозяйственные системы

Входными данными, характеризующим контролируемый НП, являются: наименования субъекта Российской Федерации, муниципального образования, НП; координаты административной границы НП (долгота иширота), град.; тип НП; расположение НП относительно реки; удаление НП от реки, км; площадь территории НП, км2; высота НП над уровнем моря, м; расстояние от НП до истока реки-пункта, км; численность

68

населения НП, чел.; количество биологических активов вНП, ед.; количество зданий (сооружений) соответствующих типов: жилые многоэтажные, жилые 1–2 этажные, производственные, социального назначения, сооружения инфраструктуры, ед.; плотность застройки НП,%; доля промышленной застройки НП; доля городской застройки НП.

Тип НП определяется по табл. 33.

Таблица 33

Тип НП, определяемый по численности населения или площадной характеристики

Расположение НП относительно реки определяется по табл. 34.

Таблица 34

Тип расположения НП в зоне возможного затопления местности

№ п/п Значение параметра

1 НП расположен по правому берегу реки

2 НП расположен по левому берегу реки

3Река проходит по территории НП

Геофизическими показателями каждого ПМГО и формируемые им общими сведениями о гидрологической обстановке на каждом участке наблюдаемой реки-пункта, являются: наименование (идентификационный номер) ПМГО; географические координаты расположения ПМГО (долгота и широта), град.; тип ПМГО; высота ПМГО над уровнем моря, м; глубина воды в реке на нулевой отметке (уровень воды в реке при значении нуль графика наблюдений) ПМГО, м; уровни воды вграницах

69

ПМГО, характеризующие НЯ и ОЯ, м; среднесезонные и максимальные уровни воды в границах ПМГО для зимнего, весеннего, летнего и осеннего периодов, м; среднесезонные имаксимальные расходы воды

вграницах ПМГО для зимнего, весеннего, летнего иосеннего периодов, м3/с км2; максимальное и минимальное значения скорости течения реки

вграницах ПМГО, м/с; максимальное и среднегодовые значения стока воды в границах ПМГО, мм; максимальное и минимальное значения напора воды в границах ПМГО, м; максимальное иминимальное значения температуры воды реки в границах ПМГО, °C; максимальное и минимальное значения площади сечения створа реки в границах ПМГО, м2; максимальное и минимальное значения приведенной длины створа реки в границах ПМГО, м; максимальное иминимальное значения приведенной глубины створа реки вграницах ПМГО, м; приведенная длина дна створа реки в границах ПМГО, м; тип живого сечения створа реки

вграницах ПМГО.

Тип ПМГО определяется по табл. 35.

Таблица 35

Типы объектов, формирующие сведения о гидрологической обстановке

№ п/п Значение параметра

1Мобильный пункт МГО

2Стационарный пункт МГО

3Гидропост

Тип живого сечения створа реки в границах ПМГО определяется по табл. 36.

Таблица 36

Типы живых сечений створов реки

№ п/п Значение параметра

1Трапецеидальное

2Прямоугольное

3Треугольное

4Параболическое

5Круговое

6Полигональное

7Двойное трапециевидное

70