CC BY
34
о
X X
5
X
природных рисков
объектах
Территория Беларуси подвержена прогрессирующему, особенно после аварии на ЧАЭС, антропогенному воздействию, которое выражается в загрязнении атмосферного воздуха, природных поверхностных и подземных вод, растительного и животного мира и почв, (в последних также происходит деградация и эрозия).
Климатические и метеоусловия становятся иными в результате глобального изменения климата, и поэтому вероятность экологических крупномасштабных аварий и даже катастроф резко возрастает, что ведет к появлению экологически напряженных ситуаций в различных районах республики. Это увеличивает роль природного риска, а значительный износ средств производства по-прежнему делает реальной возможность возникновения техногенных чрезвычайных ситуаций (ЧС).
Комплексная мелиорация территории БССР в 1960-1980 гг. привела к созданию широкой сети водных объектов разного масштаба, в том числе прудов и водохранилищ (последних - около 70). В настоящий момент их насчитывается приблизительно 150. Суммарный объем аккумулированной в них воды составляет примерно 3 км3, площадь водного зеркала превышает 1200 км2, а протяженность береговой линии - 1200 км.
Проектный срок службы этих объектов вскоре истекает, и они нуждаются в замене технологического оборудования либо проведении капитального ремонта основных сооружений. По современным оценкам, в аварийном состоянии находится около 30% гидротехнических сооружений; изношенность металлоконструкций и водосбросных устройств достигает 80%; энергетическое оборудование малых гидроэлектростанций республики в бедственном состоянии. Из-за этого растет число техногенных и природно-техногенных аварий: в 1970-1992 гг. - примерно на 15%, в 1993-1994 гг. - на 20-30% в год. Эта динамика сохранится и в ближайшие годы. Поэтому на первое место выходят оценка и прогноз развития негативных процессов и риск-ситуаций.
В результате исследований, выполненных специалистами Объединенного института проблем информатики НАН Беларуси, Института экономики НАН Беларуси, Белорусского государственного технологического университета, Командно-инженерного института (КИИ) МЧС, были оценены природные абразионные риски на берегах около 100 водохранилищ республики с учетом их региональных особенностей, сложности и многофакторности изучаемых процессов. Также выявлены масштабы последних. Далее итоги оценки состояния территории были визуализированы на основе географических информационных систем (ГИС). Были построены тематические карты распространения различных видов риска, в частности
абразионного. В качестве исходной информации исследователи брали фондовые и опубликованные материалы, данные аэрофотосъемки и полевых обследований ряда объектов.
Основная информация, которая применяется для оценки, а затем пространственного прогноза риск-процессов, сконцентрирована в соответствующей базе данных информационно-прогнозной системы, используемой ГИС-при-ложениями. Практика показала, что правильный подход к исследованию риск-процессов должен состоять из следующих этапов: полевые натурные наблюдения, обработка и анализ результатов, построение карт распространения и масштабов процессов и, наконец, прогнозирование динамики явлений. Этот подход был принят авторами.
Термин «мониторинг» был введен для определения комплекса мероприятий, обеспечивающих сбор информации с определенных точек или постов наблюдения, обработки и анализа полученных данных, их интерпретации и визуализации для проведения прогнозных расчетов, необходимых для разработки и принятия управленческих решений.
В настоящее время существует сеть наблюдений на берегах водохранилищ, в создании которой в разное время участвовали Белорусский национальный технический университет, Белорусский государственный университет, Белорусский научно-исследовательский институт мелиорации и луговодства, а также Центральный НИИ комплексного использования водных ресурсов и РНТЦ «Экомир», в последние годы -КИИ МЧС. Эта сеть охватывает побережье около 50 водохранилищ различного типа - примерно 40% от их общего количества в республике. Кроме водоемов, на которых функционирует сеть стационарных наблюдений, имеется ряд объектов, где проводятся периодические рекогносцировочные обследования.
Суммарная протяженность береговой линии водохранилищ,
где ведутся наблюдения, - около 350 км. На рис. 1 приведена карта-схема размещения объектов, где изучаются береговая линия, состояние и развитие береговых процессов. В табл. 1 даны некоторые характеристики водохранилищ, типы имеющихся береговых склонов, а также параметры сети наблюдений.
Создание искусственного водного объекта неизбежно ведет к значительным изменениям на прилегающих территориях - развитию естественных природных процессов (абразии, оползневых явлений, просадок, подтопления и др.). Устройство прибрежных водоохранных зон и полос, а также берегозащитных сооружений требует выполнения инженерных мероприятий, которые можно назначить только при наличии соответствующей информации о динамике береговых процессов.
Систематизированные сведения, помещенные в соответствующую специализированную базу данных, которую периодически пополняют, образуют так называемый кадастр берегов [1]. В нем приводится информация о процессах, протекающих в береговой зоне водохранилища, их характеристики, а также параметры основных берегообразующих факторов. Эти материалы служат основой для разработки проектов водо- и берегозащитных мероприятий [2, 3].
Однако кадастровая информация дискретна: она дает сведения о состоянии того или иного объекта лишь на какой-то конкретный момент и поэтому не всегда позволяет оценить динамику того или иного процесса. Из-за этого невозможно прогнозировать данное явление, а затем производить инженерные расчеты для выбора варианта берегозащиты или же управления природным процессом.
Цель создания системы мониторинга берегов водоемов (СМБВ) - разработка информационного обеспечения для управления природоохранной деятельностью на территории Беларуси.
п
Владимир Анищенко,
замгендиректора по научной работе Объединенного института проблем информатики НАН Беларуси, кандидат технических наук, доцент
Виктор Левкевич,
завсектором эколого-экономических проблем Института экономики НАН Беларуси, кандидат технических наук, доцент
Виктор Мильман,
ведущий научный сотрудник Объединенного института проблем информатики НАН Беларуси, кандидат физико-
математических наук
Георгий Касперов,
завкафедрой
инженерной графики
Белорусского
государственного
технологического
университета,
кандидат
технических наук,
доцент
СМБВ базируется на существующих сетях наблюдений, так как в некоторых из них мониторинг ведется более 50 лет. Это тем более важно, что такие сети не имеют аналогов в странах бывшего Советского Союза.
Кроме стандартных методик для сплошной съемки территории государства предлагается широко применять средства дистанционного (авиационного и космического) базирования. Полученная информация станет основой для комплексных схем использования рек, защиты берегов и регулирования русла, мелиорации земель, для природоохранных мероприятий, связанных с созданием национальных парков и заповедников на базе озер республики.
Информационная база СМБВ представлена программными продуктами, которые обеспечивают работу с поступающими данными как проектирующим и эксплуатирующим водоемы организациям, так и природоохранным структурам (последние создают в рамках ГПНИ «Чрезвычайные ситуации» на 2012-2015 гг.).
В СМБВ предусмотрена возможность сбора информации о состоянии прибрежной зоны для двух основных потребителей данных. С одной стороны, это ведомства, на балансе которых находятся водохранилища и пруды (концерн «Белвод», Минэнерго, Минрыбвод, Минсельхозпрод, Минжилкоммунхоз, колхозы, лесхозы и др.), а с другой - областные
Рис. 1.
Карта-схема расположения озер и
водохранилищ, где заложена сеть наблюдений за динамикой береговых процессов
о х
X
5
X
Название водохранилища Площадь водоема, км2 Наличие сети наблюдения Типы береговых склонов
Год создания Абразионный Аккумулятивный Эрозионный
1 Заславское 1954 26,86 стационарная + + +
2 Криницы 1975 0,96 стационарная + + +
3 Дрозды 1976 2,38 стационарная + + +
4 Чижовское 1954 2,8 стационарная + + +
5 Осиповичское 1957 11,87 стационарная + + +
6 Острошицкий Городок 1959 0,6 стационарная + + +
7 Смолевичское 1979 0,95 рекогнисцировочная + +
8 Плещиницкое 1968 2,04 рекогнисцировочная +
9 Петровичское 1979 4,8 стационарная + + +
10 Волмянское 1959 0,83 рекогнисцировочная + +
11 Волковичи 1967 0,85 стационарная + + +
12 Вяча 1968 1,68 стационарная + + +
13 Вилейское 1974 77 стационарная + +
14 Гезгальское 1960 1,22 рекогнисцировочная + + +
Таблица 1.
Некоторые
характеристики
водохранилищ
и сети наблюдений
за береговыми
процессами
о
X X
5
X
и районные инспекции по охране окружающей природной среды (организации Минприроды).
Приведенное разграничение потребителей информации определяет и требования, предъявляемые к легализации съемки, их масштабам, к технологии проведения съемки и стоимости мониторинговых работ. Так, для природоохранных структур целесообразно выполнять плановую съемку водных объектов дистанционно, используя информацию, получаемую с Белорусского космического аппарата, а также с российских систем. Для организаций, которые проектируют и эксплуатируют водоемы, необходимо проводить наземную детальную съемку по закрепленной реперной сети стационарных наблюдений.
Натурные исследования и измерения береговых процессов выполняются обычно по специально разработанной программе, которая, как правило, включает систематическое изучение морфологии склонов и отмели около берегов, а также геоморфологических, гидрологических, гидрогеологических и метеорологических условий в этих местах.
Периодичность выполнения различных наблюдений колеблется от двух раз в год (контроль за процессами переработки,
эрозии берегов) до одного раза в четыре-шесть лет (отбор проб размываемых грунтов, наносов с прибрежной отмели и др.). Съемка береговой линии происходит следующим образом. Исследователи разбивают поперечники по контрольным створам и закрепляют реперами и створными знаками репрезентативные участки побережья, а после нивелируют поперечники по намеченной схеме. Специалисты делают продольную (плановую) съемку контура береговой линии с использованием наземных методов теодолитной съемки, системы спутникового позиционирования УП1 ОР5. Пробы грунтов отбираются с надводной и подводной частей профиля и привязываются к реперам, а на основе их лабораторного анализа строятся кривые гранулометрического состава размываемых грунтов и наносов. Исследователи фотографируют поперечники с фиксированием на местности точек съемки, районируют береговую линию по доминирующему процессу и составляют ее план, карты территориального разграничения, а также поперечные профили береговых склонов.
Применение традиционных наземных методов исследований и наблюдений - дискретная по характеру получаемой информа-
ции технология, которая ограничивается сбором сведений через достаточно большие интервалы времени. Поэтому при съемке объекта - водохранилища, озера, пруда - целесообразно использовать дистанционные методы, отображающие процессы, происходящие в прибрежной зоне, на разных стадиях. Повторные измерения, выполняемые через эквидистантные временные интервалы или по выбранным событиям, позволяют получить пространственно-временную характеристику того или иного процесса. За счет последовательного накопления данных об элементарном процессе по некоторым участкам побережья можно сделать выводы как о динамике, так и о тенденциях развития этого процесса под влиянием внешних факторов.
Использование дистанционных средств обеспечивает одновременную (в расчете на масштаб процесса) съемку большого района береговой зоны (размер поля съемки в несколько квадратных километров) и контроль ее состояния при небольшом временном смещении. Эта технология дает возможность выявить пространственную связь морфологических, гидродинамических и гидрологических условий, характерных для объекта наблюдений.
Данный метод в полной мере удовлетворяет требованиям охраны окружающей среды и водного хозяйства в прибрежных районах. На основе высокого информационного содержания материалов съемки возможно как топографическое, так и тематическое изменение карт, используемых в народном хозяйстве.
Получаемые в результате мониторинговой съемки данные после обработки можно представить в виде обобщенных таблиц с перечнем материалов общего плана (основные эксплуатационные, морфологические, гидрологические и прочие характеристики), а также специальных чисто мониторинговых показателей (параметры береговой линии
водных объектов, оценка их динамики, масштабов, интенсивности и др.). Кроме цифровой формы описания свойств береговых процессов может использоваться и графическая форма интерпретации данных мониторинговой съемки, полученная в результате построения поперечных профилей и наложения многолетней информации на исходный поперечник, а также данных повторной аэрофотосъемки на контур исходной береговой линии. Сопоставление вышеупомянутых сведений позволяет отслеживать динамику береговых процессов, уточнять кратко- и долгосрочные прогнозы (на 2-5 и 10-25 лет соответственно), корректировать ретроспективные прогнозы с учетом техногенного воздействия на береговую линию [4].
Обобщенная информация поставляется потребителю в виде справочника или базы данных. Получаемая ежегодно информационная база - основа для принятия заинтересованными ведомствами, проектными и эксплуатирующими водоемы организациями решений по бере-гозащите и управлению береговыми процессами.
В основу концепции прогнозирования и управления природными рисками (на примере искусственных водных объектов) положены базовые посылки и допущения:
■ природные риски характеризуются многофакторностью и, как правило, обладают определенной синергетикой;
■ на развитие экологических рисков влияет состояние экономической системы региона;
■ природные риск-ситуации имеют детерминированный стохастический характер;
■ для оперативных прогнозов масштабов и динамики протекания риск-процессов в современных условиях необходимо применять информационные технологии, базирующиеся на использовании ГИС с построением тематических электронных карт и соответствующих баз данных.
приемлемыи уровень риска
среднии уровень риска
высокии уровень риска
Результаты прогноза и оценки риска отображаются на картах крупного (1:50000 и более), среднего (1:100000, 1:500000), мелкого (1:1000000 - 1:2500000) масштаба и обзорных картах (1:5000000 и менее). Все они часто сильно различаются по содержанию. Под картами опасности понимаются те, на которых показан прогноз вероятностей проявления того или иного генетического типа процесса, в частности абразионный риск на водохранилищах.
На картах отображаются экономический, социальный и экологический риски на заданное время от конкретного генетического типа процесса. В инженерно-геологических исследованиях для проектирования защитных сооружений применяются карты разного масштаба в зависимости от поставленных задач, стадии проекта, величины защищаемой территории и др.
В ходе районирования территорий по уровням риска выделяются зоны, для которых в связи с высокой потенциальной опасностью должен быть установлен особый режим использования, определяемый нормативными правовыми и техническими актами в области защиты населения и территорий от ЧС. Отметим, что благодаря выполненному райони-
рованию можно при разработке схем комплексного обустройства учесть и предусмотреть необходимые инженерные мероприятия по предотвращению развития отрицательных явлений, к которым относится, например, абразия берегов водохранилищ. Кроме того, можно составлять схемы и карты развития эрозионных и аккумулятивных процессов, а также подтопления и затопления территорий.
Для апробации методики районирования территории по природным рискам в качестве опытного полигона была выбрана Минская область, где разделили искусственные водные объекты по величине абразионного риска (рис. 2). ■
Литература
1. Левкевич В.Е., Ковалев А.А., Павловский А.А. Ведение кадастра берегов водных объектов (озер, водохранилищ, прудов) с помощью ПЭВМ. - Препринт №29, Мн., 1994.
2. Левкевич В.Е. Экологический риск - закономерности развития, прогноз и мониторинг. - Мн., 2004.
3. Касперов Г.И., Левкевич В.Е., Пастухов С.М., Кукшинов М.С. Методические рекомендации по оценке рисков на искусственных водных объектах Республики Беларусь. - Мн., 2007.
4. Анищенко В.В., Левкевич В.Е., Мильман В.А. Технология мониторинга и оценки рисков на водных объектах Беларуси // Актуальные проблемы экономики. 2010, №10 (112). С. 307-314.
Рис. 2.
Районирование
территории
Минской области
по величине
территориального
абразионного
риска
о х
X
5
X
