Павлов С.В., Галямов С.Р., Христодуло О.И., Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет (УГАТУ), Уфа, Башкортостан, e-mail: psvgis@mail.ru, Заитов И.Н., Министерство природных ресурсов Республики Башкортостан
В последние годы по территории России в целом и в Республике Башкортостан (РБ), в частности, наблюдается рост ущерба от затопления и подтопления территорий водами весеннего половодья и дождевых паводков. Паводкоопасными на территории республики являются 205 рек, в поймах которых находятся 1323 населенных пункта, что составляет 26% от общего их числа. Почти ежегодно частичному затоплению подвергаются такие крупные населенные пункты республики как Уфа, Белорецк, Мелеуз, Стерлитамак, Салават, Бирск.
Паводки и половодье характеризуются сезонностью, скоротечностью и требуют оперативного, скоординированного и эффективного реагирования на складывающуюся ситуацию со стороны органов республиканского и местного управления с целью минимизации ущерба для населения и территории РБ от вредного воздействия вод. Для этого ежегодно создается и действует штаб Республиканской противопаводковой комиссии, в котором организовано дежурство специалистов, занимающихся сбором, обобщением и анализом поступающей информации.
Информационной основой поддержки принятия решений по обеспечению безопасного прохождения паводков и половодий являются данные (прогнозные и фактические) с гидрологических и метеорологических постов Башкирского территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, а также данные, поступающие из городских и районных администраций.
В период прохождения паводки оказывают воздействие на природные, хозяйственные, технические и другие объекты: реки, водохранилища, гидротехнические сооружения, гидрологические и метеорологические посты, природопользователи, населенные пункты и т.д. Для этих объектов характерны существенная протяженность и распределенность по всей территории РБ и сопредельных субъектов России. От полноты и доступности информации о точном местоположении объектов, их взаимном расположении и взаимосвязи напрямую зависит качество управленческих решений, принимаемых и реализуемых на различных уровнях: республиканском, территориальном и местном.
В связи с этим, при выборе подходов к созданию современного информационного обеспечения для контроля развития паводковой ситуации было принято решение ориентироваться на геоинформационные технологии. ГИС позволяют организовать обработку и представление пространственной информации как в виде традиционных наборов чисел и текстов, так и в форме электронных карт территорий. При этом все блоки информации должны содержать и атрибутивную (описательную) информацию, такую как наименование, количественные характеристики, административная принадлежность и др., и пространственную информацию, характеризующую местоположение объекта на поверхности Земли.
Исходя из анализа паводковых ситуаций на территории республики, было выявлено три класса функциональных задач:
1. Заблаговременное прогнозирование гидрологической обстановки в паводковый период (до прохождения паводка), включающее решение следующих задач:
- получение визуальной и аналитической информации по ожидаемым срокам вскрытия рек;
- ожидаемые сроки начала ледохода;
- определение минимальных и максимальных ожидаемых уровней воды по всем створам;
- сравнение максимального ожидаемого уровня воды по всем створам с предыдущим годом;
- ожидаемые зоны затопления на территории г.Уфы (по районам) на начало паводка с учетом ожидаемого максимального уровня воды рек Белая, Уфа и Дема;
- ожидаемые зоны затопления (по районам) на территории РБ на начало паводка;
- готовность водохранилищ объемом более 45 млн.куб.м. к пропуску половодья;
- гидрологическая обстановка на водохранилищах на начало паводка;
- состояние ГТС на территории РБ и их готовность к пропуску половодья.
2. Краткосрочное оперативное прогнозирование паводка (во время его прохождения), включает решение следующих задач:
- построение ежедневных гидрологических бюллетеней, отражающих выход рек на пойму и состояние водохранилищ на текущую дату;
- построение карты осадков как на текущую дату, так и на заданный интервал времени;
- получение визуальной и аналитической информации по рекам, на которых отмечался подъем уровней воды.
3. Анализ паводковой ситуации за текущий год (после прохождения паводка).
- сравнение максимального уровня воды за текущий год по всем створам с максимальным уровнем воды в предыдущие годы;
- сравнение максимального уровня воды за текущий год по всем створам с уровнем выхода воды на пойму;
- сравнение прогнозируемого и фактического максимальных уровней воды в текущем году по всем створам.
Выполнение этих задач подразумевает обмен информацией, характеризующей снижение ущерба от паводков и наводнений, предотвращение загрязнения водных источников, рациональное использование и охрану водных ресурсов.
Рассмотрим некоторые примеры работы подсистемы информационного обеспечения контроля развития паводковой ситуации при решении приведенных классов задач.
1) До начала паводковой ситуации из Башкирского территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды в МПР поступают прогнозные данные, характеризующие развитие весеннего половодья. В частности, противопаводковая комиссия получает информацию по ожидаемым датам вскрытия рек.
Используя средства ГИС, эту ситуацию можно визуализировать на карте РБ, представить ожидаемые даты вскрытия рек на территории РБ на начало паводка (рис. 1). Эта задача относится к 1-му классу рассмотренных выше задач – «Заблаговременное прогнозирование».
Рис. 1. Ожидаемые даты вскрытия рек.
На приведенной карте представлены посты наблюдений, на которых указаны прогнозные даты вскрытия рек. Разными цветами показано, сколько дней осталось до прогнозной даны относительно указанного числа, в данном случае – до 30.03.06. Красный цвет сигнализирует о скором наступлении прогнозного вскрытия реки.
2) Ежедневно, в период прохождения паводка, из Башкирского территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды поступает информация следующего содержания:
- ожидаемые максимальные уровни воды;
- предупреждения об ожидаемых затоплениях на территории РБ;
- предупреждения об ожидаемых затоплениях на территории г.Уфы;
- ожидаемые максимальные расходы воды;
- данные с гидрологических постов (уровень/дата);
- ожидаемый объем весеннего половодья;
- ожидаемые сроки начала ледохода;
- данные с метеорологических постов (температура/осадки/дата);
На основе этих данных решаются задачи 2-го класса – «Краткосрочное оперативное прогнозирование». Для примера рассмотрим две наиболее востребованные задачи.
А. Построение ежедневного гидрологического бюллетеня, отражающего выход рек на пойму на текущую дату. На карте (рис. 2) показана Республика Башкортостан с отмеченными на ней гидрологическими постами. В подписи поста представлены его название, уровень воды на указанную дату и уровень поймы. Районы республики раскрашены в соответствии с текущей паводковой ситуацией: красным цветом помечены районы, в которых наблюдается превышение уровня поймы, желтым – ситуация близкая к превышению уровня поймы, зеленым – нет выхода на пойму.
Рис. 2. Ежедневный гидрологический бюллетень выхода рек на пойму.
Б. Построение карты осадков как на текущую дату, так и на заданный интервал времени. На рис. 3 показано распределение осадков на территории РБ. Зеленый цвет говорит об отсутствии осадков или об их малом количестве, белым цветом выделены области с наибольшим количеством осадков.
Рис. 3. Карта осадков.
3) После прохождения паводка для определения последствий весеннего половодья, учета всех объективных и субъективных факторов и подведения итогов очень важно провести анализ паводковой ситуации за текущий год. На рис. 4 показаны результаты сравнения максимального уровня воды 2006 г. по всем створам с максимальным уровнем воды 2005 г. На карте результат сравнения представлен разными цветами. Красный цвет говорит о том, что в этом году максимальный наблюдаемый уровень на посту был выше уровня поймы. Желтый – максимальный уровень воды был близок к уровню поймы. Зеленый (темный) – максимальный уровень воды был ниже уровня поймы.
Рис. 4. Сравнение реального максимального уровня воды с уровнем поймы.
Разработанная система предназначена не только для решения задач отображения и интерпретации статистических и измерительных данных, она также позволяет проводить математическую обработку всей ГИС информации, хранящейся в базе данных. На рис. 5 представлены разные способы обработки информации об изменении уровня воды на гидрологических постах: в табличном виде, в виде графиков, а также в картографической форме.
Рис. 5. Варианты представления паводковой информации.
Дальнейшее развитие подсистемы информационного обеспечения контроля развития паводковой ситуации планируется вести по следующим направлениям:
- моделирование зон затопления в период паводков и половодий по данным об уровнях воды на гидрологических постах и цифровой модели местности;
- использование данных дистанционного зондирования для определения зон фактического затопления в период паводков и половодий.
В результате решения вышеперечисленных задач поэтапно будет создана геоинформационная система Министерства природных ресурсов Республики Башкорстан, содержащая пространственную и атрибутивную информацию о текущем и ретроспективном состоянии экологической обстановки и природных ресурсов с инструментарием для анализа, моделирования и прогнозирования основных показателей природных и техногенных процессов на территории республики.
