CC BY
46
КАРТОГРАФИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ПРОТИВОПАВОДКОВЫХ МЕРОПРИЯТИЙ В КРАСНОЯРСКОМ КРАЕ
Валерий Васильевич Ничепорчук
Институт вычислительного моделирования СО РАН, 660036, Россия, г. Красноярск, Академгородок, 50, строение 44, кандидат технических наук, старший научный сотрудник,
тел. (391)290-74-53, e-mail: [email protected]
Рассмотрена проблема информационной поддержки принятия решений по проведению предупредительных противопаводковых мероприятий в Красноярском крае. Предложена структура информационных ресурсов для комплексного решения различных функциональных задач. Приведено описание методов пространственного анализа и картографического отображения данных.
Ключевые слова: поддержка принятия решений, банк пространственных данных, моделирование последствий затоплений.
CARTOGRAPHIC SUPPORT OF FLOOD PROTECTION MEASURES IN KRASNOYARSK REGION
Valeriy V. Nicheporchuk
Institute Of Computational Modelling SB RAS, 660036, Russia, Krasnoyarsk, Akademgorodok, 50, build. 44, Ph. D., senior re searcher, tel. (391)290-74-53, e-mail: [email protected]
In this paper, the problem of decision support for flood protection measures in the Krasnoyarsk region is considered. The authors propose the structure of database for different complex tasks. Paper presents methods of the spatial data analysis and cartographic data representation.
Key words: decision support, spatial database, flood modeling.
Практические ежегодно в Красноярском крае регистрируются несколько чрезвычайных ситуаций (ЧС), связанных с затоплением территорий. Это обусловлено большой территорией с различными физико-географическими характеристиками и развитой речной сетью, длительностью весеннего паводкового периода (более двух месяцев), наличием аварийных гидротехнических сооружений (ГТС). Большое количество населенных пунктов региона, объектов промышленного и социально-бытового назначения, участков транспортных коммуникаций находятся в долинах рек, поэтому опасность их затопления находится на высоком уровне. Затопление строений и коммуникаций, сопровождающееся длительным стоянием воды, приводит к снижению их капитальности и даже полному выводу их из эксплуатации. Заторы льда при вскрытии рек в северных территориях могут значительно переформатировать берега, привести к разрушениям инфраструктуры поселений. Аварии на ГТС имеют скоротечный характер и сопровождаются формированием волн прорыва большой разрушительной силы.
Смягчить последствия стихии, предотвратить значительные ущербы может комплексный подход к проведению предупредительных и оперативных противопаводковых мероприятий. Это требует серьёзных научных исследований, разработки новых методов оценки природных и техногенных рисков. Решение этих задач осложняет слабая гидрологическая изученность рек Сибири, дефицит методик прогнозирования половодья, оценки возможных ущербов чрезвычайных ситуаций, а также разобщённость данных, отсутствие межведомственного информационного обмена мониторинговыми и статистическими данными. Необходимо развитие методов моделирования волн прорыва и зон затопления с использованием высокопроизводительных систем, картографического анализа, использование технологий web, DataMining и др.
В статье описаны результаты работ по созданию информационной базы и средств оперативной поддержки принятия решений на основе ГИС-технологий. Исследования включают математическое моделирование зон затопления различной природы, обоснование алгоритмов расчётов, создание электронных атласов опасностей и рисков, связанных с затоплением территорий, а также разработку средств динамического геомоделирования данных оперативного мониторинга территории.
Описание структуры информационных ресурсов
Информационные ресурсы, используемые для поддержки принятия решений, интегрированы в банк пространственных данных (картографическая информация) и консолидированное хранилище данных (оперативные и архивные данные мониторинга окружающей среды) [1]. Структура информационных ресурсов показана на рисунке 1.
Банк пространственных данных содержит векторные и растровые слои, необходимые для поведения вычислительных операций и разработки различных карт. Векторные слои представляют собой данные топографической основы масштабов М1:1 000 000, М1:100 000 (для
обзорных карт) и М1:25 000, М1:2 000 для детализированных карт оценки опасностей. Процесс создания новых тематических слоёв карт включает в себя геокодирование, математическое моделирование с корректировкой результатов, оцифровку растровых материалов с последующей географической трансформацией.
Динамические слои являются представлением данных оперативного мониторинга, формируемыми на основе базовых слоев (топографической основы и сети наблюдений). При загрузке пакета данных оперативных наблюдений по какой-либо обстановке происходит пространственная привязка данных к местоположению пунктов наблюдений и визуализация результатов измерений в виде числовых значений (уровни воды, температура воздуха, количество осадков и др.) или символов (суточное изменение уровней воды, ледовые явления, направление и скорость ветра).
Результаты моделирования зон затопления представляют собой площадные слои, иллюстрирующие подъём уровня воды на определённую высоту. Расчётная модель учитывает уклон поверхности водотока, наличие
притоков, тип события (разлив реки, затор льда, прорыв плотины и пр.). Точность расчёта определяется качеством цифровых моделей рельефа и составляет примерно один метр.
Рис. 1. Структура информационных ресурсов
Для получения более точных оценок степени возможного затопления территорий необходимо проведение детальной топографической съёмки с использованием наземных средств и летательных аппаратов, в том числе беспилотных. Для повышения качества модельных расчётов сформированные зоны затопления корректируются с учётом данных натурных наблюдений и опросов местных жителей. Из-за больших объёмов и дефицита специалистов-картографов такая работа выполнена для крупных населённых пунктов, подверженных периодическим затоплениям. По Красноярскому краю выполнены оценки последствий ЧС для всех населенных пунктов, находящихся в зонах потенциальной опасности затоплений различной природы: разливов рек, заторных явлений, дождевых паводков, аварий на ГТС.
На основе результатов моделирования с помощью методов картографического анализа сформированы перечни затопляемых объектов (строений, дорог, объектов жизнеобеспечения и инфраструктуры). Из-за дефицита статистического материала расчёты ущербов и количества пострадавшего населения проводились по методике фоновой оценки [2], допускающей, что жители равномерно распределены по территории населённого пункта и количество пострадавших пропорционально площади затопленной части поселения.
С появлением детализированных данных по застройке всех населённых пунктов с характеристиками строений и уточнённых сведений переписи населения Красноярского края появилась возможность более точной оценки последствий половодья различной обеспеченности. Таким образом, характеристики населённых пунктов дополнены сведениями о количестве объектов, затапливаемых при различных уровнях воды, оценкой численности пострадавшего населения и примерным размером ущербов. Для отображения зон затопления на среднемасштабных картах затопляемые населённые пункты сгруппированы по бассейнам крупных рек (гидрологическим районам), что позволяет оценить последствия прохождения волны паводка в целом. Поскольку результаты моделирования представляют собой цифровые слои специалистам МЧС России стали доступны методы пространственного анализа, возможность отображения на различных картах и космических снимках как в настольных ГИС, так и в web-приложениях.
Атрибутивные данные векторных слоёв связаны с таблицами консолидированного хранилища данных. Хранилище разработано с целью проведения оперативного анализа данных по технологии OLAP и визуализации статистической и мониторинговой информации. На основе данных наблюдений и моделирования ЧС построены картограммы Красноярского края с выделением муниципальных районов и населенных пунктов по различным характеристикам рисков (вероятности, масштабам последствий и т.д.).
Использование мультимасштабных цифровых карт позволяет визуализировать процессы и явления как на уровне региона, так и на уровнях муниципального образования. Это обеспечивает информационную
поддержку проведения превентивных и оперативных противопаводковых мероприятий на различных уровнях управления, проводить детализацию и агрегацию данных.
Заключение
Результаты работ по оценке и картографированию рисков ЧС позволяют повысить эффективность территориального управления, снизить затраты на ликвидацию последствий затоплений различной природы и компенсацию ущербов. Например, планирование и реализация мероприятий по рыхлению льда на затороопасных участках рек с помощью взрывных работ осуществляется на основе моделирования обстановки на крупномасштабных лоцманских картах. Для контроля и надзора за состоянием гидротехнических сооружений разработано приложение, в основу которого также положена геоинформационная система [3].
Карты рисков использованы для обоснования инвестиционных проектов в области гидроэнергетики, добычи и транспортировки нефтепродуктов и других природных ресурсов. Они позволяют в наглядной форме визуализировать оценки степень воздействия эксплуатирующихся и проектируемых объектов на окружающую среду и население, а также синергетические эффекты природных и техногенных опасностей.
Результаты комплексного анализа природных и антропогенных рисков являются основой долгосрочных оценок экологической безопасности территории, районирования территорий по уровню опасности, планирования новых видов природопользования и реализации мер, направленных на предотвращение возможных ущербов. Выполнение таких задач возможно только с использованием современных геоинформационных технологий.
Полученные при подготовке к весеннему паводковому сезону новые картографические материалы планируется использовать для расширения базы знаний экспертной системы «Паводок», разработанной в ИВМ СО РАН для органов управления МЧС России [4].
Автор благодарит сотрудников Территориального центра мониторинга и прогнозирования ЧС Красноярского края О.В. Белозерцеву и А.З. Мильман за помощь в практической апробации предложенных методов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ноженкова Л.Ф., Ничепорчук В.В., Бадмаева К.В., Пенькова Т.Г., Коробко А.В., Евсюков А.А., Ноженков А.И., Марков А.А., Морозов Р.В., Есавкин С.Е. Система консолидации и анализа данных мониторинга чрезвычайных ситуаций в Красноярском крае // Проблемы безопасности в чрезвычайных ситуациях. - 2012. - №4. - С. 63-73.
2. РД 153-34.2-002-01. «Временная методика оценки ущерба, возможного вследствие аварии гидротехнического сооружения». М.: ОАО «Научно-исследовательский институт энергетических сооружений», 2001. - 45 с.
3. Милькова И.А., Симонов К.В., Ничепорчук В.В., Бурцев А.А. Информационное обеспечение для решения задач безопасности ГТС / Проблемы информатизации региона. ПИР-2013: Материалы XIII Всероссийской научно-практической конференции / Под ред. Л.Ф. Ноженковой. - Красноярск: ИВМ СО РАН, 2013. - С. 219-226.
4. Ничепорчук В.В., Ноженкова Л.Ф. Экспертная ГИС поддержки принятия решений паводкоопасных ситуациях для территорий Сибирского региона // Вестник Кемеровского государственного университета. - 2Q12. - № 4/2(52). - С. 97-1Q4.
© В. В. Ничепорчук, 2014
