CC BY
67
УДК 504.05
ЗОНЫ ЗАТОПЛЕНИЯ ДЛЯ РАВНИННЫХ РЕК АЛТАЙСКОГО КРАЯ, РАСЧЕТ УЩЕРБОВ И АНАЛИЗ РИСКОВ
А.Б. Голубева
Институт водных и экологических проблем СО РАН, Е-таИ^о1ыЬеуап@1'№ер.ги
В статье предложены подход и методика исследования опасности затопления равнинных территорий. Методом картографического моделирования определены границы зон затопления. Получена оценка степени экономического и социального риска для исследуемой территории Алтайского края.
Ключевые слова: речные наводнения, определение границ зон затопления, ущербы, риски социальные и экономические.
Социальные, экономические и экологические проблемы регионов России часто связаны с проявлением опасных природных процессов и явлений (ОППЯ), среди которых наводнение является одинм из наиболее опасных явлений, вызывающих чрезвычайные ситуации (ЧС) и причиняющих материальный ущерб промышленным и сельскохозяйственным объектам, наносящих урон здоровью населения или приводящих к гибели людей. На реках Алтайского региона наводнения могут быть вызваны весенне-летним половодьем, дождевыми паводками и образованием ледовых заторов и зажоров.
Одна из основных причин роста ущерба от наводнений заключается в интенсивном хозяйственном освоении периодически и постоянно затапливаемых территорий, которые нередко бесконтрольно застраиваются без соответствующих мер защиты, а также вследствие увеличения стоимости объектов на данной территории, возрастания их количества. В результате паводок или половодье одной и той же обеспеченности, которые ранее причиняли незначительный ущерб, в настоящее время приносят все большие убытки.
При изучении вопросов, связанных с оценкой опасностей наводнений на водосборной территории, для принятия управленческих решений на разных
уровнях законодательной и исполнительной власти существует необходимость использования картографических материалов [1]. Эффективность управления зависит от качества научно обоснованной информации об опасных процессах и явлениях. Карты выступают в качестве инструмента исследования опасности наводнений и применяются для описания, анализа и получения новых знаний и характеристик.
Ниже представлен разработанный алгоритм оценки опасности и рисков наводнений на субрегиональном уровне, который позволит при использовании доступной статистической информации провести оценку опасности и рисков наводнений с наименьшими ошибками.
Для оценки территории Алтайского края с точки зрения опасности наводнений необходимо определить зону затопления, провести оценку рисков и рассчитать возможный ущерб. Анализ различных приемов исследования рисков показывает, что их оценка возможна по экономическим показателям или по балльной системе. В большинстве опубликованных работ [1-3] риск обычно оценивается в баллах по выбранным и обоснованным критериям с построением оценочных шкал и последующим ранжированием территории. Следует подчеркнуть, что балльная оценка не лишена субъективизма как при соизмерении
Bulletin AB RGS [Izvestiya AO RGO]. 2015. Ш 4 (39)
баллов разных процессов и явлений, так и при их суммировании. Для получения более достоверных результатов используются экспертные оценки или вводятся поправочные коэффициенты.
Стоимостные (экономические) методы оценки риска подразумевают расчеты предполагаемых потерь: всех видов прямых и косвенных ущербов в денежном выражении. Подробно данные методы в нашем исследовании не рассматривались, но, очевидно, что такие оценочные процедуры должны базироваться на данных статистического учета об объектах, имеющих временные и территориальные различия.
В зависимости от постановки задачи и территориальных особенностей объекта изучения определяются подходы и методики процедуры оценки природных опасностей и рисков (меры опасности [2]). В соответствии с назначением оценочных карт опасности наводнений выбирается масштабный ряд картографирования.
Необходимым условием является определение подходов, заключающихся в более детальном исследовании на региональном уровне, результаты которых могли бы служить объективной информационной базой для управления рисками в регионе. Субрегиональный уровень предполагает детальность оценки в масштабе 1:500000-1:50000 [2]. Для получения достоверной информации для исследуемой территории выбран масштаб 1:200000.
При оценке опасности наводнений чаще всего применяют бассейновый, таксономический, районный, вероятностно-площадной и др. подходы [3]. Бассейновый подход позволяет оценивать территории со сходными физико-географическими условиями. Однако он может использоваться лишь для создания карт масштабного уровня не ниже субрегионального. Вероятностно-
площадной подход применим для территорий муниципального уровня, характеризующихся относительно одно-
родными природными и антропогенными условиями, а также проявлением ОППЯ. Этот подход достаточно трудоемкий и требует значительного объема подробной статистической информации, однако позволяет достоверно и точно отразить распространение ОППЯ и дифференцировать территорию по степени опасности [4].
Методов определения зон затопления множество, наиболее популярны картографическое моделирование и математическое моделирование. Каждый метод имеет свою область применения. Картографический метод позволяет получить грубую, но зато достаточно быструю оценку, опираясь на информацию о рельефе речной долины и гидрологические данные. Построение математических моделей требует много дополнительной информации: помимо точной ЦМР поймы и русла нужны сведения о расходах воды во входных створах, коэффициентах шероховатости, данные о структуре течения в выходном сечении (например, уклон водной поверхности или ее уровень) и др. При наличии только грубых ЦМР для предварительных оценок достаточно использовать метод картографического моделирования. Для решения поставленных задач нами выбраны вероятностно-статистические методы, картографический и экономические методы оценки риска, позволяющие выполнить расчеты предполагаемых потерь.
Определение зон затопления для равнинных рек Алтайского края
При определении зон затопления на субрегиональном уровне с использованием топографических карт масштаба 1:200000 не имеет смысла строить ЦМР, так как шаг между горизонталями превышает разницу между уровнями различной обеспеченности. Границы зон затопления для наводнений различной обеспеченности на картах такого масштаба практически неразличимы.
Провести оценку опасности и ущерба, используя бассейновый или районный подход не рационально, так как экономические и социальные показатели берутся средние по бассейну или району, т.е. учитываются, в том числе, территории, находящиеся на удаленном расстоянии от реки и не попадающие в зону затопления. Таким образом, в расчеты включается территория, которая вообще никогда не затапливается.
В качестве рабочей гипотезы предлагается сделать оценку опасности, исходя из определения поймы. Пойма - часть речной долины, затопляемая в периоды высокой водности [5]. Поэтому она выбрана как единица исследования (пойменный подход). В ходе проведенных работ выявлено, что данная методика подходит только для равнинных рек и не может полностью описать прохождение наводнений на горных реках, т.к. их долины существенно отличаются.
Используя данные о ширине поймы и картографический метод, определены границы пойм для крупных рек Алтайского края (масштаб карты 1:200000). Сведения о ширине поймы взяты из описания постов в Гидрологических ежегодниках. Однако этого оказалось недостаточно, т.к. расстояния между постами очень большое. Для уточнения границы поймы проведено следующее:
- определено по руслу реки положение середины участка между гидропостами;
- ширина поймы в этой точке вычислена как среднее значение между шириной поймы на гидропостах;
- во всех остальных точках ширина поймы определена линейной интерполяцией.
Таким образом, следуя из определения поймы, вся ее территория и все населенные пункты на ней находятся в зоне потенциальной опасности. Будем считать, что вероятность затопления от бровки реки до границы поймы изменяется от 1 до нуля. Далее в среде ArcGIS методом интерполяции строится поле со
значениями вероятности затопления (рис. 1). Катастрофические наводнения, при которых затапливается не только пойма, но и первые террасы, крайне редки. Поэтому выделение поймы как опасной территории вполне допустимо. Для оценки опасности наводнений основными показателями являются [6]:
- повторяемость превышения критического уровня воды в паводок (частота);
- мощность паводка (определяемая превышением максимальных зафиксированных уровней над критическим уровнем);
- максимальное время стояния воды выше критического уровня за год (в сутках);
- площадь затопления прибрежных территорий.
Однако при использовании этих показателей следует учитывать, что:
- для площади затопления территорий (в зависимости от цели) может быть использована территория всей поймы или ее часть в границах отдельного района;
- мощности паводка принято использовать в МЧС как единый критерий опасности для территории всей страны, но природные условия слишком различны. Если для некоторых территорий превышение критического уровня в 1 м не несет серьезных последствий, то для другой это уже катастрофические наводнение. Особенно эти различия заметны для горных и равнинных территорий (скорее всего, для этого необходимо использовать отдельные критерии).
Расчет ущербов и анализ рисков
Для оценки возможных ущербов, рисков для населения и хозяйственной деятельности рассмотрим более детально физический, экономический и социальный риски от наводнений для территории Алтайского края. Риск - величина возможных потерь в случае наступления опасного события. Он описывается тремя характеристиками: негативное событие или процесс, вероятность возникновения и размер ущерба.
ВпПеИп АВ Я08 [^евйуа АО ЯОО]. 2015. N0 4 (39)
Рис. 1. Вероятность затопления пойм рек Алтайского края:
-0,2-0,4;
- 0-0,2; -0,4-0,6; - 0,8-1,0
- 0,6-0,:
Физический риск от проявления опасного процесса и явления определяется по формуле [4]:
ВД = 8(Н)хР(И), (1)
где 8(Н) - площадь поражения опасностью; Р(Н) - частота возникновения опасности (случаев в год). Показатель физического риска является основным для дальнейшего определения экономического и социального рисков на территории поймы. Экономический риск может быть определен следующим образом:
Я(е) = ВДхё(е), (2)
где Яф - физический риск; ё(е) - плотность национального богатства (руб./км2).
Следует указать, что при определении показателя ё(е) можно воспользо-
Таблица 1
Расчет социального риска для населенных пунктов в зоне затопления, пойма р. Алей
ваться известными для региона показателями ущербов при затоплении, либо известными экономическими показателями (кадастровой стоимостью земель, стоимостью основных фондов и т.д.).
Социальный риск, или вероятность нахождения в зоне опасности, при условии наличия данных по количеству населения, попадающего в зону опасности, рассчитывается следующим образом:
ад = к(в)хР(и), (3)
где N(s) - количество населения, находящегося в зоне опасности; Р(Н) - частота возникновения опасности.
Используя карту землепользования, информацию о кадастровой стоимости земель по районам Алтайского края и вероятность затопления, рассчитали экономический ущерб и риск. Следует уточнить, что согласно Лесному кодексу пойменные леса не подлежат хозяйственному использованию, т.к. являются защитными, следовательно, их затопление не несет ущерба. Экономические и социальные данные, используемые при расчете, а также результаты расчетов приведены в таблицах 1 и 2. По результатам выполненных расчетов оценки рисков наводнений для пойменных территорий, используя картографические материалы, программным средством ArcGIS построены картосхемы физического, социального и экономического рисков (рис. 2-3).
Населенные Площадь населенных Население, Повторяемость навод- Социальный риск,
пункты пунктов, км2 чел. нений, случаев/год чел./год
Гилево 1,98 440 0,32 141
Александровка 2,98 616 0,5 308
Таблица 2
Расчет экономического риска при затоплении сельскохозяйственных угодий, пойма р. Алей
Районы Площадь затоп- Повторяе- Кадастровая стои- Ущерб сель- Риск экономический
ления сельхо- мость навод- мость* сельхозуго- скохозяй- при затоплении сель-
зугодий по рай- нений, случа- дий по районам, ственный, скохозяйственных
онам, км2 ев/год руб./м2 млн. руб. угодий, млн. руб./год
Локтевский 167,66 0,17 1,71 286,71 48,74
Рубцовский 229,19 0,83 1,51 346,08 28,72
Примечание: * - по данным Кадастровой стоимости земель от 2010 г.
Рис. 2. Социальный риск для населённых Рис. 3. Экономический риск при затоплении пунктов в зоне затопления, тыс.чел/год: -0,001-2,9;
- 5,8-8,7;
- 2,9-5,8;
- 8,7-11,6;
- 11,6-14,6
сельскохозяйственных угодий, млн.руб/год: - 0,6-92,76; - 184,89,8-277,01; - 369,14-461,26;
- 553,38-645,51;
- 737,63-829,76;
- 92,76-184,89;
- 277,01-369,14;
- 461,26-553,38;
- 645,51-737,63;
- 829,76-921,88
мических потерь оценен только сельскохозяйственный ущерб.
Заключение
Результаты и их обсуждение
Полученный картографический материал наглядно отражает различный уровень опасности и рисков, обуслов-
Оценка опасностей и рисков навод-
ленный концентрацией населения и сте-
нений с помощью пойменного подхода
пенью освоенности пойменных терри-
позволяет детально ранжировать пойму торий. Картосхема, отражающая веро- т-т
по степени опасности. Полученный кар-ятность затопления пойм рек Алтайско- ,
тографический материал наглядно от-
го края (рис. 1), является основой для
ражает различный уровень опасности и
дальнейших исследований и отображает
рисков, обусловленных концентрацией
физический риск для населения и ин-
населения и степенью освоенности
фраструктуры в пределах поймы. На
пойменных территорий. Результаты ра-
ней видны изменения риска от границы
бот по определению территорий с высо-
поймы к руслу реки.
ким экономическим и социальным
На картосхеме социального риска
риском могут найти применение при
(рис. 2) отображены населенные пункты
экономическом планировании, при за-
и численность населения, попадающего
стройке города, в т.ч. для создания сив зоны с разной вероятностью затопле-
стемы поддержки и принятия решений. ния. Это позволило получить информа- ТГ
Карты опасностей и рисков наводнений
цию не только о количестве человек,
можно рассматривать как основу при
проживающих в зоне затопления, но и
принятии управленческих решений по
социальный риск для каждого населен-
хозяйственной деятельности и рацио-
ного пункта. Среди различных эконо-
^ ^ нальному использованию территорий.
Работа выполнена в рамках проекта по программе фундаментальных
исследований СО РАН VIII.76.LL «Исследование процессов формирования стока и
разработка информационно-моделирующих систем оперативного прогнозирования
опасных гидрологических ситуаций для крупных речных систем Сибири».
Bulletin AB RGS [Izvestiya AO RGO]. 2015. No 4 (39)
Список литературы
1. Осипов В.И. Природные катастрофы на рубеже XXI в. // Вест. РАН. - Т. 71. -2001. - № 4. - С. 291-302.
2. Осипов В.И. Оценка природных рисков / Геоэкология. Инженерная Геология. Гидрогеология. Геокриология. - 2004. - № 6. - С. 483-490.
3. Корытный Л.М. Гидрологические опасности Сибири: классификация, распространенность, взаимообусловленность // Тез. докл. VI Всерос. гидролог. съезда, 28 сентября - 1 октября 2004 г. Секция 2: Наводнения и другие опасные гидрологические явления: оценка, прогноз и смягчение негативных последствий. - СПб., 2004. - С. 21-25.
4. Голубева А.Б., Курепина Н.Ю. Опыт оценки и картографирования опасности наводнения для территорий различных иерархических уровней (на примере Обь-Иртышского бассейна) // Ползуновский вестник. - 2011. - № 4-2. - С. 34-37.
5. Чеботарев А.И. Гидрологический словарь. - Л., 1978. - 307 с.
6. Природные опасности России. Т. 6. Оценка и управление природными рисками. - М., 2003. - 320 с.
FLOODING ZONES FOR THE FLAT RIVERS OF ALTAI KRAI, CALCULATION OF DAMAGES AND RISK ANALYSIS
A.B. Golubeva
The Institute for Water and Environmental Problems SB RAS, E-mail: [email protected]
The paper presents the approach and the research technique for studying danger of flooding the territory of a subregional level. The method of cartographic modeling allows to determine the boundaries of flood zones. The assessment of economic and social risk for the studied territory of Altai Krai has been made.
Keywords: river floods, determination of flood areas, damages, social and economic risks.
