Наводнения: от защиты к управлению Петр Юрьевич Пушистов
Евгений Викторович Викторов
Книга представляет собой обзор избранных публикаций и материалов, отражающих характерный для начала 21 века переход от традиционной весьма ограниченной парадигмы простой «защиты от наводнений» к инновационному подходу - интегрированному управлению наводнениями, основной задачей которого является сведение к минимуму человеческих жертв, а также экономического и экологического ущерба, приносимого наводнениями, с одновременным максимальным повышением эффективности использования пойменных территорий.
Наводнения: от защиты к управлению
Научные редакторы: член-корреспондент РАН В. Н. Лыкосов и профессор В. А. Земцов
П. Ю. Пушистов
Е. В. Викторов
Редактор В. Н. Лыкосов
Редактор В. А. Земцов
Иллюстратор Г. С. Бельская
ISBN 978-5-4483-3023-0
ТАК УЖ ПОВЕЛОСЬ, ЧТО КАЖДУЮ ВЕСНУ, А ПОДЧАС И ЛЕТО, А ИНОГДА И ЗИМУ, В РОССИИ СЛУЧАЮТСЯ НАВОДНЕНИЯ. И КАЖДЫЙ РАЗ ВСЛЕД ЗА ВОЛНОЙ ПАВОДКА КАТИТСЯ ВОЛНА ЭМОЦИЙ, УВЕНЧАННАЯ ТРАДИЦИОННЫМИ РУССКИМИ ВОПРОСАМИ: «КТО ВИНОВАТ?» И «ЧТО ДЕЛАТЬ?».
(Из заключения монографии Воробьева Ю. Л., Акимова В. А., Соколова Ю. И. «Катастрофические наводнения начала 21 века: уроки и выводы», 2003г.)
ЕСЛИ СРАВНИТЬ СОСТОЯНИЕ РАБОТ ПО СОЗДАНИЮ СИСТЕМ КРАТКОСРОЧНОГО (ОПЕРАТИВНОГО) ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОЛОВОДИЙ И ПАВОДКОВ У НАС И ЗА РУБЕЖОМ, ТО НАДО СКАЗАТЬ, ЧТО В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ МЫ ЗАПАЗДЫВАЕМ С РАБОТАМИ В ЭТОЙ ОБЛАСТИ ПРИМЕРНО НА 15 -20 ЛЕТ. ЭТО ОТНОСИТСЯ И К СОЗДАНИЮ СИСТЕМ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОПУСКОМ ПАВОДКОВ ЧЕРЕЗ СТВОРЫ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ.
(Из статьи академика О. Ф. Васильева в журнале «Гидротехническое строительство» №2, 2012г.)
НАВОДНЕНИЯ БУДУТ ВСЕГДА, НО ПРАВИЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ИМИ МОЖЕТ ЗНАЧИТЕЛЬНО СНИЗИТЬ ИХ ПОСЛЕДСТВИЯ.
(Ян Кубиш - Исполнительный секретарь Европейской экономической комиссии Организации Объединённых Наций, из предисловия к публикации «Управление риском трансграничных наводнений:
опыт региона ЕЭК ООН», 2009 г.)
1. Введение
Около 70% природных стихийных бедствий на земном шаре связаны с гидрометеорологическими явлениями и процессами. По числу жертв и причиняемым ущербам наводнения исторически занимают одно из первых мест в ряду стихийных бедствий и катастроф [2,20,41,47,50,60,81]. В последние годы участились катастрофические наводнения, усугубились их экономические, социальные и экологические последствия и выросло число вызванных ими человеческих жертв [16,20,33,36,42,47,62,66]. В этой и без того тревожной ситуации, фиксируемая изменчивость климата и ожидаемые его изменения, по мнению экспертного сообщества, могут привести к тому, что наводнения станут более частыми, масштабными и интенсивными [9,14,19,24,34,45,47,58,61,69].
С другой стороны, наводнения - это природные явления, которые приносили и будут приносить пользу: сезонное затопление пойм рек является необходимым для обеспечения благополучия экосистем рек, формирования новых мест обитания фауны, отложения ила и плодородного органического материала, а также для поддержания существования водно-болотных угодий.
Социальная и экономическая уязвимость при наводнениях определяются, главным образом, качеством планирования и управления жизнедеятельностью человека - быстрым и, часто, плохо организованным аграрным и промышленным освоением пойменных земель, высокими темпами урбанизации этих территорий, эффективностью работы систем раннего предупреждения, прогнозирования и реагирования на чрезвычайные ситуации при наводнениях и т. п. [1,16,23,27,47,60,81,86,87].
1.1. Исторические аспекты защиты от наводнений
Человек с древнейших времен стремился построить жилище и освоить плодородные земли в поймах и устьевых зонах крупных рек, впадающих в моря и океаны, территории щедро обеспеченные водой для жизни, ведения сельского хозяйства и транспортных связей с внешним миром. История освоения речных пойм и прибрежных зон морей и океанов непрерывно связана с многовековой историей борьбы человека с водной стихией и, прежде всего, с историей методов и средств защиты от наводнений. Эти методы и средства достаточно хорошо описаны в научной, технической и популярной литературе (см., например, раздел «История защиты от наводнений» [47], а также [50,65,79,85,92]).
Общепринято делить методы и средства защиты от наводнений на инженерные (или структурные) и неинженерные (или неструктурные) [16,47]. Традиционно сложившимися и доминантными в практических применениях, вплоть до середины XX века, были методы инженерной защиты, основанные на следующих мероприятиях:
регулирование и перераспределение стока в речном бассейне с помощью плотин и водохранилищ;
ограждение защищаемых территорий и объектов дамбами;
увеличение пропускной способности речных русел;
повышение отметок высот защищаемых территорий до незатопляемых уровней;
переброска части стока;
некоторые специальные приемы снижения опасности наводнений.
Достаточно подробные обзоры работ с описанием целей, классификаций и недостатков строительства и эксплуатации защитных гидротехнических сооружений (ГТС) можно найти в [16,41,47,81 и др.].
Многовековая практика борьбы с наводнениями показала, что значительная часть территорий пойм и прибрежных зон морей и океанов, подверженных периодическим или потенциально возможным затоплениям, не может быть обеспечена только инженерными системами защиты [16,47,81]. Более того, доказано, что одни только инженерные методы и средства защиты не могут остановить темпы роста ущербов от наводнений, а в ряде случаев, особенно при катастрофических наводнениях, обусловленных прорывами или разрушениями инженерных ГТС, такие ущербы увеличиваются кратно. Приведем лишь один, но очень яркий пример. При известном наводнении на реке Миссисипи в августе-сентябре 1993 года, более 1000 из 1300 дамб, предназначенных для задержки водных масс при наводнениях, были прорваны, включая мощные противопаводковые дамбы, защищающие такие крупные города, как Сент-Луис (см. приложение D [81]).
При таком положении дел для плохо защищенных или совсем не защищенных территорий, где отсутствуют противопаводковые ГТС, исключительную важность (см., например, [16,41,47,81]) приобретают неинженерные предупредительные стратегические и оперативные методы и средства защиты от наводнений. К таким направлениям защиты относятся:
контроль за хозяйственным использованием опасных зон;
организация оперативного оповещения и информирования органов управления и населения об опасности наводнения;
разработка и оперативное осуществление планов эвакуации людей и материальных ценностей из угрожаемых районов;
организация высокоэффективных гидрометеорологических наблюдений;
мониторинг и прогноз развития паводковых процессов;
вынос объектов из зон периодического затопления;
развитие программ страхования от наводнений;
организация координации и эффективного управления защитой от наводнений в речном бассейне.
Каждому из указанных выше мероприятий неинженерной защиты от наводнений, успешно применявшихся на практике со второй половины XX века, посвящено большое число специальных публикаций, обзоры которых можно найти в, например, работах [10,16,41,47,50,81,94]. В конце прошлого века, вместе с формулированием принципов интегрированного управления водными ресурсами (ИУВР) [48,68,81,90], было установлено (см., например, раздел 3 [77]), что методы и средства традиционной защиты от наводнений характеризуются существенными недостатками, поскольку:
эти методы ориентированы преимущественно на «контроль», а не «управление» наводнениями;
мероприятия по контролю наводнений часто осуществляются несогласованно и разрозненно;
мероприятия по контролю наводнений основаны на реагирование на ситуацию, а не на ее предупреждение;
упор в системах противопаводковой защиты делается, главным образом, на структурные (инженерные) мероприятия;
управленческие решения разрабатываются и применяются в рамках очень ограниченного числа дисциплин или областей применяемых знаний;
как правило, не учитывается текущая и перспективная динамика морфологических характеристик рек;
редко учитываются уроки, вынесенные из ошибок в прошлом.
Интегрированный подход к управлению наводнениями, принимающий во внимание, как возможности, предоставляемые поймами для социально-экономической деятельности, так и управления рисками, и являющийся жизненно важным для устойчивого развития бассейнов рек начал интенсивно развиваться и применяться с начала текущего столетия [41,60,62,66,77,81,86,89].
1.2. Интегрированное управление наводнениями
Интегрированное управление наводнениями (ИУН) объединяет процессы развития земельных и водных ресурсов в речном бассейне в контексте интегрированного управления водными ресурсами [41,68,71,72,94] с целью максимально эффективного использования пойм и сведения к минимуму случаев гибели людей и имущества. ИУН должно быть открытым, прозрачным, всеохватывающим и коммуникативным; оно должно предусматривать децентрализацию процесса принятия решений, включать общественное обсуждение и участие представителей заинтересованных сторон в процессе планирования и реализации [77,89].
ИУН требует концептуального отказа от традиционного фрагментарного подхода к управлению наводнениями (в отечественной литературе (см. например [2,16,46]) - к защите от наводнений), который на практике часто оказывается малоэффективным (см. раздел «Заключение» [16] и приложение D [81]).
ИУН требует не только концептуального отказа от традиционного фрагментарного подхода, но и способствует эффективному использованию ресурсов речного бассейна в целом, с применением при этом стратегий по сохранению или увеличению продуктивности пойм, обеспечивая одновременно защитные меры от потерь, вызываемых наводнениями [77,89].
Устойчивое и эффективное управление водными ресурсами требует целостного подхода, увязывающего социально-экономическое развитие с защитой природных экосистем и обеспечивающего надлежащие связи на управленческом уровне между землепользованием и водохозяйственной деятельностью. Поэтому обеспечение готовности к бедствиям, обусловленным такими связанными с водой явлениями, как наводнения и засухи, должно обязательно стать элементом управления водными ресурсами, поскольку такие бедствия являются важным фактором, который необходимо учитывать при обеспечении устойчивого развития бассейнов рек [16,41,77,89].
Целостный подход к планированию и управлению, связанный с чрезвычайными ситуациями, является предпочтительным по сравнению с подходом, определяемым конкретным опасным явлением, и ИУН должно быть частью более широкой системы учета различных факторов риска и управления этими рисками. Такой подход способствует структурированному обмену информацией и формированию эффективных организационных взаимосвязей. При планировании ИУН достижение общей цели устойчивого развития требует координации процессов принятия решений любого количества органов власти и организаций, занимающихся вопросами развития. При принятии любого решения, которое влияет на гидрологические характеристики бассейна, должны приниматься во внимание все остальные аналогичные решения [41,66,77,87,89].
1.3. Ассоциированная программа управления наводнениями. Международная инициатива по наводнениям
В августе 2001 года Всемирная метеорологическая организация (ВМО) и Глобальное водное партнерство (ГВП) учредили Ассоциированную программу управления наводнениями (АПУН, англ., APFM, для целевой поддержки стран-членов в деле внедрения интегрированного управления наводнениями, как нового целостного подхода к управлению наводнениями, в том числе в трансграничном аспекте. Комитет по управлению АПУН организовал работу над программой в формате этапов: этап I, август 2001-июль 2006 гг., этап II, август 2006-март 2010гг., этап III, апрель 2010 - июль 2014 гг., этап IV, начиная с августа 2014 г.
ВМО и ГВП, с участием более двух десятков организаций-партнеров, с помощью АПУН, определяют концептуальные начала и руководящие принципы интегрированного управления наводнениями.
С момента первой публикации концептуального документа «Интегрированное управление наводнениями» в 2003 году он стал базовым справочным документом, в котором ИУН описывается в качестве практически осуществимого варианта политики в области устойчивого развития. Второе и третье, пересмотренные и дополненные издания концепции ИУН были опубликованы в 2006 и 2009 [77] годах, соответственно. Серия публикаций на тему «Политика управления наводнениями», изданных в рамках АПУН, включает в себя следующие сборники:
Законодательные и институциональные аспекты ИУН (WMO No 997, 2006);
Социальные аспекты и вовлечение представителей заинтересованных сторон в ИУН (WMO No 1008, 2006);
Аспекты охраны природы при ИУН (WMO No 1009, 2006);
Экономические аспекты ИУН (WMO No 1010, 2007).
Значительное внимание в деятельности АПУН уделяется вопросам разработки и предоставления пользователям инструментария управления наводнениями (раздел TOOL SERIES на сайте www.apfm.infowww.apfm.info(При этом основные усилия экспертов программы сосредоточены на подготовке серии отчетов об инструментальных средствах, которые включают в себя руководящие материалы (руководства, регламенты и наставления), предназначенные для практиков, занимающихся управлением наводнениями. Особенно впечатляющий по количеству и содержанию технических отчетов АПУН, является серия «Инструментарий ИУН», которая включает в себя следующие выпуски:
1. Разработка бассейнового плана управления наводнениями (выпуск 1, март 2007г., 26 с.);
2.Проведение оценок ущербов от наводнений (выпуск 2, июнь 2013г., 48с.);
3. Применение оценок состояния окружающей среды при управлении наводнениями (выпуск 3, июнь 2013г., 50 с.);
4. Организация участия общественности в управлении наводнениями (выпуск 4, март 2008г., 27 с.);
5. Эксплуатация водохранилищ и регулирование стока (выпуск 5, июнь 2011г., 60 с.);
6. Управление рисками городских наводнений (выпуск 6, март 2008г., 44 с.);
7. Роль планирования землепользованием в управлении наводнениями (выпуск 7, март 2007г., 39 с.);
8. Разделение рисков в управлении наводнениями (выпуск 8, июнь 2013г., 56с.);
9.Управление наводнениями в условиях изменяющегося климата (выпуск 9, август 2009г., 32 с.);
10. Интегрированное управление наводнениями, как адаптационный инструмент при изучении конкретных случаев изменения климата (выпуск 10, февраль 2011г., 54 с.);
11. Планирование чрезвычайных ситуаций при наводнениях (выпуск 11, февраль 2011г., 38 с.);
12. Управление рисками, связанными с наносами (выпуск 13, март 2011г., 53с.);
13. Охрана и восстановление рек и пойм (выпуск 13, май 2012г., 62 с.);
14. Управление городскими наводнениями при изменении климата (выпуск 14, февраль 2012г., 54 с.);
15.Защита от наводнений (выпуск 15, май 2012г., 46 с.);
16. Управление ливневыми паводками (выпуск 16, май 2012г., 44 с.);
17. Управление наводнениями в дельтах рек и прибрежных зонах морей (выпуск 17, май 2012г., 62 с.);
18. Управление трансграничными наводнениями (выпуск 18, март 2013г., 62 с.);
19. Прогнозирование и раннее предупреждение наводнений (выпуск 19, май 2013г., 84 с.);
20. Картирование наводнений (выпуск 20, ноябрь 2013г., 88 с.).
Значительно скромнее на сайте АПУН представлен высокотехнологичный инструментарий средств компьютерного моделирования, которые рекомендуется использовать при управлении наводнениями. В соответствующем разделе сайта, названном «Полезное программное обеспечение» (Useful software) представлены две позиции:
1.Инструменты для оценок:
RLAT - инструмент для быстрой правовой оценки;
Flood Resilience PORTAL - платформа, которая позволяет проводить исследования и оценки рисков наводнений.
2. Программное обеспечение для гидравлического моделирования:
Mike-21-компьютерная двумерная (2D) система, разработанная Датским Гидравлическим Институтом;
KALYPSO - программная платформа с модулями: гидрология, расчет профиля и поверхности воды, 1D/2D моделирование, расчет рисков и планов эвакуации.
Следует подчеркнуть, что в преамбуле к соответствующему разделу сайта АПУН отмечается, что представленный список программных средств не является исчерпывающим и в него включены только те высокотехнологичные компьютерные продукты, которые разработаны основными партнерами АПУН.
В 2009 году ВМО и более чем 20 организаций-партнеров создали Службу поддержки интегрированного управления наводнениями (см. раздел Helpdesk на сайте www.apfm.infowww.apfm.info(через которую странам и бассейнам рек, желающим взять на вооружение концепцию ИУН, предоставляется информация о политике и стратегии управления наводнениями и об институциональном развитии в связи с наводнениями. Деятельность службы поддержки предусматривает не только проведение разъяснительной работы, формирование политики и определение направлений реализации, но и разработку необходимых для их поддержания программ развития потенциала. Замечательным ресурсом Службы поддержки является доступ к 10 платформам тематического электронного дистанционного обучения (E-learning), в области планирования и управления водными ресурсами, которые поддерживаются ведущими университетами мира и рядом международных организаций.
Концепция интегрированного управления наводнениями является основополагающей в деятельности еще одной, весьма авторитетной организацией - Международной инициативы по наводнениям (МИН, англ. IFI, Эта организация учреждена ЮНЕСКО и ВМО, совместно с Советом союза университетов (UNS) и Международной стратегией по снижению бедствий (IAHS). Ее деятельность сосредоточена на научных исследованиях, организации информационных сетей, образовании и обучении, оказании поддержки профессиональным сообществам, обеспечении технической помощи и руководства в сфере управления наводнениями. Важным результатом деятельности МИН является организация и проведение международных конференций по управлению наводнениями (ICFM), в том числе в 2000 г. в Германии, в 2002 - в Китае, в 2005 - в Нидерландах, в 2008 - в Канаде, в 2011 - в Японии, в 2014 - в Бразилии. Труды этих конференций можно найти на сайте Цель обзора. Рекомендации читателю
Цель нашей работы состоит в том, чтобы ознакомить читателя с набором кратких обзоров (синопсисов), избранных публикаций и материалов, отражающих характерный для начала XXI века переход от традиционной весьма ограниченной парадигмы простой «защиты от наводнений» к инновационному подходу - интегрированному управлению наводнениями, основной задачей которого является сведения к минимуму человеческих жертв, а также экономического и экологического ущерба, приносимого наводнениями, с одновременным максимальным повышением эффективности использования пойменных территорий в указанной выше проблемной области. Эти синопсисы объединены в общий обзор, состоящий из двух частей: «Базовые принципы ИУН» (разделы 2.1 -2.4) и «Высокотехнологичный инструментарий ИУН» (разделы 3.1 -3.4). При подготовке обзора, который можно рассматривать в качестве учебного пособия и введения в рекомендации по применения интегрированного управления наводнениями, мы исходно ориентировались на широкий круг читателей. Это и лица, принимающие решения (ЛПР) - политики, руководители различных уровней, планировщики и проектировщики в сфере
управления водными ресурсами, обеспечения устойчивого развития и безопасности жизнедеятельности населения регионов, подверженных воздействию наводнений. Это, конечно, представители заинтересованных сторон (ПЗС) - активисты структур гражданского общества и неправительственных организаций, ориентированных на решение проблем устойчивого развития, безопасности населения и охраны окружающей среды паводкоопасных территорий, представителей соответствующий научных и образовательных сообществ и, наконец, люди, которые просто интересуются вопросами: «Что делать с наводнениями?», «Можно ли ими управлять и как?».
Для лучшего понимания содержания нашего обзора, рекомендуем читателю «иметь под рукой» в качестве базовых учебных пособий и справочников две сравнительно недавно опубликованные монографии: «Катастрофические наводнения начала XXI века: уроки и выводы» (авторы: Воробьев Ю. А., Акимов В. А., Соколов Ю. И. - представители руководящего состава МЧС России, год выпуска - 2003, объем - 352с.) и «Наводнения по континентам и странам мира» (автор: Таратунин А. А. - представитель водохозяйственного комплекса России, год выпуска - 2011, объем 240с.).
Что касается первой монографии [16], то мы настоятельно рекомендуем читателям внимательно, «с карандашом в руке», прочитать (или перечитать) первую главу этой книги, в которой профессионально точно и эмоционально адекватно описаны генезис, динамика, меры по защите и последствия катастрофических наводнений в Якутии (май 2001 г.), в Иркутской области (май-июнь 2001г.), в Приморье (август 2001 г.), на Кубани (январь 2002г.), на Юге России (июнь-июль 2002г.), на Черноморском побережье Краснодарского края (август 2002 г.) и в Западной Европе (август-сентябрь 2002г.). Именно в этой главе авторы констатируют: «По числу жертв и ущербу, причиняемому обществу, наводнения занимают первое место среди стихийных бедствий, вместе с тем, как это ни парадоксально, единой общепринятой концепции защиты от наводнений паводкоопасных территорий пока нет». Подчеркнем, что именно в 2003 году, то есть в год издания монографии [16], ВМО и ГВП в рамках АПУН выпустили первое издание концептуального документа «Интегрированное управление наводнениями».
В небольших по объему последующих двух главах монографии [16] обсуждается вопрос оценок ущербов и финансирования работ по ликвидации последствий стихийных бедствий (глава 2) и описаны моральные, социальные, экологические, и санитарно-эпидемиологические последствия наводнений (глава 3). Глава 4 монографии [16] «Защита от наводнений» является центральной с точки зрения интересующей нас проблемной области - управления наводнениями. Теоретический уровень представления материалов двух основных разделов этой главы: инженерные способы защиты и неинженерные способы защиты вполне соответствуют мировому уровню на 2003 год. Читателям рекомендуется использовать в качестве учебных материалов отлично написанные обзоры о постановке дела со страхованием опасности наводнений в США (см. 4.2.1 [16]) и системах раннего предупреждения о наводнениях в США и ряде странах ЕС (см. 4.2.4. [16]). Реальная картина осуществления в РФ мероприятий по защите от наводнений на основе анализа катастрофических наводнений 2001 -2002 гг. описана в главе 4 с исчерпывающей полнотой и является преимущественно удручающей. Последнее нашло
свое отражение в заключении монографии [16], где четко указаны как основные причины, усугубившие разрушительные последствия наводнений 2001 -2002 гг., так и «частные уроки», получившие от авторов [16], оценку «неуд». К числу упомянутых основных причин отнесены: «неподготовленность общей системы водохозяйственных служб, отсутствие заблаговременного оповещения органов управления и населения о приближающемся бедствии, а также неразбериха среди собственников водных бассейнов, которая возникала всегда, когда вставал вопрос «кому заниматься очисткой рек?». Общее число так называемых «частных уроков», перечисленных в заключении [16] составляет около 30. Мы рекомендуем читателю попытаться тщательно проанализировать и осознать каждый из этих уроков. Предложения по решению проблем наводнений в РФ, содержащиеся в заключении [16] (всего 11 позиций), носят, на наш взгляд, хорошо обоснованный характер, но их практическая реализация в рамках парадигмы ИУН сильно зависит от общего перехода страны на принципы и технологии интегрированного управления водными ресурсами [13,28,29,41,68,72,73,94].
Следующая монография «Наводнения по континентам и странам мира» [47], на которую нам хотелось бы обратить внимание читателя, принадлежит перу профессионального гидролога, к.т. н. А.А. Таратунина и предназначена, в первую очередь специалистам, работающим в водохозяйственных структурах России. Напомним, что в 2000 году вышла в свет книга А. А. Таратунина «Наводнения на территории Российской Федерации», второе издание которой, исправленное и дополненное, опубликовано в 2008 году [46]. Материалы первой части монографии [47], посвященные подробному обзору отечественной научной литературы по классификации наводнений (как по условиям формирования, так и по степени социально-экономического воздействия), анализу и истории защиты от наводнений, оценкам и причинам роста ущербов от наводнений, могут служить для наших читателей, как хорошим учебным пособием, так и справочником по хронике выдающихся наводнений по странам и континентам (см. приложение 1 [47]).
Вместе с тем, во второй части книги [47], посвященной анализу современных методов защиты и руководящих принципов снижения ущербов от наводнений, автор подчеркнуто излагает «свое видение в совершенствовании защиты от наводнений» (стр.5 [47]). Как результат, такие разделы монографии (изданной в 2011 году!) как «Разработка и принятие единой международной концепции защиты и снижения ущербов от наводнений» и «Внедрение ГИС технологий в оперативное управление при возникновении угроз от наводнений» оказались «лишенными» каких либо ссылок на весьма результативные усилия мирового профессионального сообщества по переходу на принципы и технологии интегрированного управления наводнениями (см. сайты АПУН: и МИН: результатов исследования различных аспектов проблем наводнений, полученных за последние годы институтами РАН, кратко отметим следующие позиции.
В 2006 году сотрудники Института водных проблем (ИВП) РАН д.г. н. Добровольский С. Г. и к. г. н. Истомина М. Н. опубликовали монографию «Наводнения мира» [20], в которой впервые в мировой научной литературе анализируется количественная информация о наводнениях в глобальном масштабе и дается подробный исторический обзор сведений о наводнениях. Вопросы защиты от наводнений или об управлении наводнениями в этой монографии не обсуждаются.
В июне 2011 года на заседании бюро Отделения наук о Земле РАН был заслушан и обсужден доклад академика О. Ф. Васильева «О необходимости создания современных систем оперативного прогнозирования половодий и паводков на реках». Содержание этого доклада подробно изложено в статьях [10,11]. В указанном докладе и последующих публикациях [10,11] обоснованы актуальность проблемы создания в РФ высокотехнологичных информационно-моделирующих систем краткосрочного (оперативного) прогнозирования половодий и паводков и подчеркнута особая важность её решения для целей своевременного предупреждения населения об опасности наводнения, времени его наступления и обеспечении эффективной работы федеральных, региональных и местных органов власти, организаций Росгидромета, МЧС, водного хозяйства и гидроэнергетики. Рекомендуем читателю внимательно ознакомиться с разделом «Опыт решения проблемы в странах европейского сообщества» статьи [10], где, в частности, кратко представлены результаты осуществления двух проектов: «Европейская система прогнозирования наводнений» (EFFS) и «Европейская система предупреждения о
наводнениях» (EFAS). Проведя сопоставление состояния работ по созданию систем оперативного прогнозирования половодий и паводков в РФ и за рубежом (США и страны ЕС), авторы [11] приходят к выводу, «что в настоящее время мы запаздываем с работами в этой области примерно на 15 -20 лет. Это относится и к созданию систем для управления пропуском паводков через створы гидроэлектростанций. Насколько нам известно, какой-либо единой программы развертывания работ по этому важному направлению, в которой были бы определены цели, подходы к решению проблемы, основные ее разделы, состав участников и пути финансирования, в нашей стране нет, как нет и какой-либо координации действий в этой области».
Мы также рекомендуем читателю не пожалеть времени на знакомство с весьма содержательным интервью заместителя директора ИВП РАН, д.ф.-м. н. А.Н. Гельфана по поводу катастрофического ливневого паводка в Крымске 7.06.2012 г. (и с интервью директора этого института, член-корр. РАН, д.э. н. В.И. Данилова-Данильяна - по поводу катастрофического наводнения в бассейне реки Амур в июле-августе 2013 года (для нашего читателя будет знакомство с результатами работ последних лет консорциума специалистов ОАО «Научно-исследовательский институт энергетических сооружений» и сотрудников кафедры гидрологии МГУ им. М. В. Ломоносова, представленными, например, в [3,4,6,49,53 и др.][1 - Полную библиографию работ этого консорциума читатель может найти на сайте Работа этого консорциума привела к созданию и успешному практическому применению российских лицензионных программных комплексов: «FLOOD» (свидетельство об официальной регистрации №2002610941. М.: 2002, авторы: Беликов В. В., Милитеев А. Н.), «RIVER_1D» (свидетельство об официальной регистрации №2014612182. М., 2014, авторы: Беликов В. В., Кочетков В. В.),
«STREAM_2D» (свидетельство об официальной регистрации №2014612181. М., 2014, авторы: Беликов В. В., Кочетков В. В.), которые могут быть адаптированы для численных расчетов характеристик различных типов наводнений с учетом урбанизации пойменных территорий и естественно-природных и техногенных деформаций речных русел. Примеры описания успешных применений указанных комплексов для моделирования заторных наводнений в районе г. Томск, наводнений на реках Северная Двина (район г. Великий Устюг), Томь (район г. Междуреченск) и Амур (район г. Благовещенск), и катастрофического ливневого паводка в г. Крымске 6 -7 июля 2012 г. читатель может найти в работах [49,53,4], соответственно.
Характерным для всех упомянутых выше отечественных монографий, статей и докладов является отсутствие ссылок на публикации, в которых обсуждаются проблемы перехода от традиционной фрагментарной защиты к инновационному интегрированному управлению наводнениями (см. сайты АПУН и МИН, а также [41,66,77,81,87,89]). Вместе с тем, необходимо отметить недавнее появление на сайте Тематического сообщества по проблемам больших плотин: www.solex-un.ru/dams/obzory/ges-pavodkiwww.solex-un.ru/dams/obzory/ges-pavodki(обзора «Сравнение роли ГЭС и других средств минимизации последствий паводков» (составители обзора: С. И. Забелин Е. В. Лебедева А. С. Мартынов и С. А. Мартынов, дата публикации:14 апреля 2014г.) с разделом «Мировая практика управления наводнениями». В этом разделе имеются ссылки на сайт АПУН (www.apfm.infowww.apfm.info(и публикации Европейской экономической комиссии ООН [23,89].
Выбор публикаций, вошедших в обзор
Выбор основных публикаций, вошедших в настоящий обзор проводился в едином понятийном пространстве на методологическом базисе, состоящем из трех компонентов:
I. принципы и инструментарий интегрированного управления водными ресурсами (ИУВР) [29,32,41,55,59,68,70,72, 76,81],
II. системы поддержки принятия решений при управлении речными бассейнами (СППР ИУРБ) [5,7,14,21,22,25,39,40,66,73,75, 81,84,87,91],
III. междисциплинарный прикладной системный анализ водных ресурсов (ПСА ВР) [37,38,40,44,81].
Главные принципы ИУВР были определены в Дублине в 1992 г. на Международной конференции по проблемам воды и окружающей среды и они заключаются в том, что: а) ресурсы пресной воды не бесконечны, вода - основа жизни и устойчивого развития общества; б) развитие и управление водными ресурсами должно равномерно распределяться между теми, кто пользуется водой, теми, кто планирует и принимает решения на всех уровнях; в) вода имеет экономическую стоимость и должна восприниматься как экономическое благо [29,32,68,81,90]. Эти принципы получили одобрение для приоритетного практического применения на состоявшейся в Рио-де-Жанейро встречи на высшем уровне «Планета Земля» (Организация Объединенных Наций, 1993 г.). Последующие совещания (в первую очередь, Всемирная встреча на высшем уровне по устойчивому развитию в Йоханнесбурге в 2002 г.) еще раз подчеркнули, что ИУВР является необходимым условием устойчивого развития [29,48,68,81].
Концепция ИУВР основывается на ряде ключевых принципов, которые и определяют ее практическую сущность. В обобщенном виде эти принципы заключаются в следующем:
управление водными ресурсами осуществляется в пределах гидрографических границ, в соответствии с морфологией конкретного речного бассейна;
управление предусматривает учет и использование всех видов водных ресурсов (поверхностных, подземных и возвратных вод), принимая во внимание климатические особенности регионов;
тесная увязка всех видов водопользования и всех участвующих в управлении водными ресурсами организаций по горизонтали между отраслями и по вертикали между уровнями водохозяйственной иерархии;
общественное участие не только в управлении, но и в планировании и развитии водохозяйственной инфраструктуры;
приоритет природоохранных требований в деятельности водохозяйственных органов;
нацеленность на водосбережение и борьбу с непродуктивными потерями воды водохозяйственными организациями и водопользователями; управление спросом на воду, наряду с управлением ресурсами;
информационное обеспечение, открытость и прозрачность системы управления водными ресурсами;
экономическая и финансовая стабильность управления.
Согласно позиции Глобального водного партнерства [68] «Интегрированное управление водными ресурсами - это процесс, который способствует скоординированному освоению и регулированию водных, земельных и связанных с ними ресурсов в целях извлечения на равной основе вытекающей из этого максимальной пользы с точки зрения экономического и социального благосостояния, без ущерба для устойчивости важнейших экосистем». Глобальное водное партнерство [68 -72] интерпретирует «интегрированное управление» как понятие, включающее в себя развитие и управление. Устойчивое и эффективное управление водными ресурсами требует целостного подхода, связывающего социально-экономическое развитие с защитой природных экосистем и обеспечивающего надлежащие связи на управленческом уровне между землепользованием и водохозяйственной деятельностью. Поэтому обеспечение готовности к бедствиям, обусловленным такими связанными с водой явлениями, как наводнения и засухи, должно стать элементом интегрированного управления водными ресурсами, поскольку такие бедствия являются важным фактором, который необходимо учитывать при обеспечении
устойчивого развития.
Таким образом, базовые принципы перехода к ИУН должны рассматриваться на основе и как неотъемлемая составная часть ИУВР, что и явилось причиной выбора публикаций [66,77,81,89] для подготовки синопсисов раздела 2 нашего обзора.
Наша рекомендация тем читателям, которые захотят улучшить свое понимание принципов и инструментария ИУВР - выберите в качестве исходного учебного пособия «Курс интегрированного управления водными ресурсами в Российской Федерации», разработанный в 2009 -2011гг. объединенной командой российских и голландских ученых и преподавателей [29]. В качестве полезного дополнительного учебного материала читателям рекомендуется использовать перевод на русский язык книги «Вместе учимся совместному управлению - развитие участия в управлении водными ресурсами», подготовленную командой проекта «HarmoniCOP», объединяющей представителей 15 университетов и организаций стран ЕС [12]. В качестве следующей ступени обучения мы рекомендуем читателям проработку двух руководств, подготовленных Глобальным водным партнерством: «Руководство по ИУВР в бассейнах рек» [71] и «Инструментальный ящик ИУВР. Совместное использование знаний для справедливого, действенного и устойчивого управления водными ресурсами» [72][2 - Перевод на русский язык [71] и [72] можно найти на сайте элементом практического внедрения принципов ИУВР является
создание информационно-моделирующего инструмента, способного обеспечить устойчивое управление системой водных ресурсов. Опыт внедрения на практике принципов ИУВР, накопленный в США (и ЕС (однозначно свидетельствует, что таким инструментом может быть инновационная методология создания высокотехнологичных полноструктурных систем поддержки принятия решений при интегрированном управлении речным бассейном (СППР ИУРБ), которые могут быть использованы для поддержки процесса принятия политических, стратегических и тактических (оперативных) решений [73,81]. В СППР ИУРБ структурированный и интегрированный подход к управлению речным бассейном объединяется с достижениями в области информационных технологий, такими как географические информационные системы (ГИС), имитационные и оптимизационные компьютерные модели, приводя в результате к инструменту, который дает возможность обрабатывать, анализировать, прогнозировать и предоставлять информацию о пространственно-временных переменных системы водных ресурсов. СППР помогает ЛПР, распознавать какая информация является значимой на любом заданном этапе процесса принятия
решения. С помощью такой информации может быть улучшено качество анализа эффективности различных мероприятий, которые вырабатываются в процессе принятия решений. С одной стороны эти мероприятия связаны с содержимым стратегии ИУВР, таким как анализ решаемых проблем, прогнозирование будущих состояний, планирование и проверка альтернатив, оценка воздействий, сравнение и ранжирование альтернатив. С другой стороны, эти мероприятия включают в себя такие процессообеспечивающие действия как информационное взаимодействие (интерактивность) и соучастие представителей заинтересованных сторон в процессе принятия решений.
Общая конфигурация СППР ИУРБ, как открытой системы коллективного пользования для планирования и управления водными ресурсами, включает в себя ряд уровней (функциональных систем) и блоков [5,39,73,81].
К уровню 1 относится измерительно-коммуникационная система с блоками: данные дистанционного зондирования земли (ДЗЗ), метеорологических, гидрологических гидрохимических и гидробиологических наблюдений на сети станций и постов (включая on-line данные автоматических станций раннего предупреждения об опасных явлениях и процессах), данные контроля за работой гидротехнических сооружений, данные инженерно-полевых изысканий русловых процессов, информация о точечных и диффузионных источниках загрязнения водных объектов и т. п.
Уровень 2 образует информационная система с блоками: ГИС, базы исторических и оперативных данных о системе природных ресурсов, о социально-экономической и административно-институциональных системах, базы знаний и правил.
Уровень 3 составляет моделирующая система с блоками: модели природных систем, социально-экономические модели, модели управления водопотреблением и водопользованием, модели техногенных воздействий и источников загрязняющих веществ, модели землепользования, модели урбанизированных территорий и т. п.
Наконец, к уровню 4 относится экспертно-аналитическая система с блоками сервисных программ: диагноза и развития ССПР, разработки стратегий, оценок и нормирования.
Рубежными в современной истории создания и эксплуатации СППР ИУРБ, общее количество которых насчитывает многие десятки, если не первые сотни, в мире, являются, по нашему мнению, 1993 и 2013 годы. В 1993 году началась разработка вероятно первой в мире СППР ИУРБ для участка реки Колорадо на территории штата Колорадо (США), которая была сдана в эксплуатацию в 1998 году.[3 - Одна из первых и успешных попыток анализа осуществимости проекта специализированной СППР для управления наводнениями в бассейне реки Ред (Канада, США) была предпринята в том же 1998 году и её результаты изложены в отчете [88]] К 1913 году в штате Колорадо поэтапно «бассейн за бассейном» была разработана и успешно функционирует единая сеть СППР для интегрированного управления всеми бассейнами основных рек штата (см. сайт технический Комитет Глобального Водного Партнерства (www.gwp.orgwww.gwp.org(опубликовал отчет «Роль систем поддержки принятия решений и моделей в интегрированном управлении речными бассейнами» [73], обобщающий знания и опыт партнеров ГВП в указанной проблемной области и предназначенной в качестве практического
руководства при разработке и верификации инструментальных средств типа СППР и информационно-моделирующих систем, призванных помочь ЛПР и ПЗС в деле реализации принципов и инновационных технологий ИУВР.
Понятие СППР ИУРБ не используется в Водном кодексе 2006 г. [15] и Водной стратегии Российской Федерации на период до 2020 года [13]. Вместе с тем отдельные попытки разработки СППР предпринимались в нашей стране чаще всего в исследовательских вариантах и в рамках международных проектов [5,7,8,25,39 и др.]. Однако, в своем выступлении на Всероссийской конференции «Водные проблемы крупных речных бассейнов и пути их решения» (6 -11 июня 2009 года, г. Барнаул) советник РАН, академик О. Ф. Васильев подчеркнул: «Россия отстает от США в разработке и реализации СППР управления речными бассейнами приблизительно на 20 лет. Несомненно, приоритетной задачей в области инновационного управления водными ресурсами нашей страны является задача ликвидации этого отставания».
Читателям заинтересованным в получении информации доступного уровня об ИУВР и СППР ИУРБ, включая описание результатов реализации конкретного проекта СППР для ИУВР Санкт-Петербурга и Ленинградской области, рекомендуем обратиться к монографии [5].
В нашем обзоре проблемы разработки и эксплуатации СППР ИУРБ, включая примеры применения СППР ИУН, обсуждаются в разделах 3.1 и 3.2, а так же упоминаются в разделах 2.1 и 2.4.
«Интеллектуальным» ядром СППР ИУРБ, позволяющим прогнозировать переменные системы водных ресурсов и проводить анализ сценариев на тему «Что будет, если…?» относительно факторов внешних воздействий (например, изменения переменных климата; изменения параметров растительного покрова; строительство гидротехнических сооружений и т.п.) является моделирующая система СППР [5,25,26,43,63,81,91]. Методологической основой разработки моделирующей системы служит междисциплинарный прикладной системный анализ водных ресурсов (ПСА ВР) [37,38,44,73,81,95 и др.]. Сравнительно простой вариант прикладного системного анализа водных объектов/экосистем [38,44] включает интегрированную реализацию следующих этапов: реальный объект - экспериментальное и теоретическое изучение объекта - феноменологическая/концептуальная модель - математическая модель - имитационная/численная модель - испытание модели (калибровка, верификация, анализ чувствительности и неопределенностей) - анализ результатов моделирования - получение новых знаний об объекте.
В нашем обзоре методология применения ПСА ВР для создания моделирующих компонентов СППР представлена в разделах 3.1, 3.2 и 3.4.
О системном определении понятия «наводнение»
Раздел 1.1 монографии [20] носит название «Понятие „наводнение“: природные и социально-экономические аспекты». В этом разделе авторы [20] обсуждают две исторически сложившиеся группы в определении понятия «наводнение». К первой группе они относят формулировки, в которых под наводнением понимается стихийный природный процесс, выражающийся в физическом затоплении суши в результате подъема уровня воды в реке, озере или море [17,30,31]. Ко второй группе авторы [20] относят определения, в которых под наводнением понимается затопление используемых человеком земель, в результате чего причиняется социально-экономический ущерб [2,27,35].
В нашем определении понятия «наводнение» мы воспользуемся фундаментальным представлением [81] о том, что систему водных ресурсов (СВР) при решении проблем планирования и управления, можно рассматривать как «продукт» взаимодействия системы природных ресурсов (СПР), социально-экономической системы (СЭС) и административно-институциональной системы (АИС). Подробное аналитическое описание характеристик СПР, СЭС и АИС и их взаимодействия можно найти в приложении Е монографии [81]. В результате такого представления под наводнением будем понимать: «Временное природное или природно-техногенное затопление территории, освоенной человеком для проживания и различных хозяйственных целей, вызывающее отрицательные последствия социально-экономического характера (включая, гибель людей, эвакуацию населения, материальный и нематериальный ущербы) и требующее применения эффективных методов и средств административно-институционального характера (включая принципы и инструментарий интегрированного управления наводнениями). Таким образом, в данном определении понятия «наводнение», в отличие от определения второй группы,
подчеркивается принципиальная важность высокоэффективного управления наводнениями и ответственность ЛПР (читай, государство) и ПЗС (читай, институты гражданского общества) за обеспечение такого управления.
Примечание: технические переводы на русский язык публикаций, указанных в заголовках разделов 2.1, 2.4 - 3.3, выполнил первый автор этой книги. Им также выполнено редактирование текстов переводов на русский язык (см. сайты www.apfm.infowww.apfm.info(и www.unece.orgwww.unece.org(публикаций, синопсисы которых содержатся в разделах 2.2 и 2.3.
2. Обзор избранных публикаций на тему «Базовые принципы интегрированного управления наводнениями»
2.1. Управление наводнениями. Синопсис приложения D монографии Д. П. Лоукса и Е. ван Бика «Планирование и управление системами водных ресурсов. Введение в методы, модели и приложения». Издание UNESCO and WLI Delft Hydraulics, 2005г
Оглавление приложения D
1. Введение
2. Управление наводнениями в Нидерландах
2.1. Частота наводнений и защита от них
2.2. Бассейн реки Рейн
2.3. Проблемы и решения
2.4. Управление риском
2.4.1. Регулирование стока
2.4.2. Меры по увеличению пропускной способности реки
2.4.3. «Зеленые реки»
2.4.4. Использование существующей сети водотоков
2.4.5. Общая картина
2.5. Борьба с неопределенностями
2.6. Итоги
3. Управление наводнениями на Миссисипи
3.1. Общая история
3.2. Другие соображения
3.3. Взаимодействия между группами пользователей
3.4. Разработка стратегий управления наводнениями
3.5. Роль правительства и неправительственных организаций
4. Снижение риска затопления
4.1. Противопаводковая емкость водохранилища
4.2. Пропускная способность русла
4.3. Оценка риска разрушения дамб
4.4. Ежегодный ожидаемый ущерб от разрушения дамб
4.4.1. Анализы, основанные на рисках
5. Поддержка принятия решений и прогноз
5.1. Моделирование поймы
5.2. Интегрированное 1D - 2D моделирование
6. Выводы
7. Список литературы
В приложении D [81], состоящего из введения, 5 разделов, выводов и списка цитируемой литературы, обсуждаются вопросы эволюции методов и средств управления наводнениями в Нидерландах и США и подходы к управлению поймами, разработка которых в Европе и Северной Америке, была мотивированна событиями экстремальных наводнений в середине 1990-х и в начале 2000-х гг.
В преамбуле приложения D отмечается, что наводнения во всех случаях затрудняют освоение и развитие территорий речных пойм. Любое число защитных гидротехнических сооружений (ГТС) не исключает ущербов, наносимых потоками паводковых вод, а также связанных с ними наносов грязи, обломков и загрязняющих веществ. Следовательно, вызов заключается в том, что необходимо быть заранее готовым к управлению наводнениями и к смягчению результирующего ущерба, когда наводнения произойдут. Вкратце, это означает, что заранее должно быть подготовлено достаточное аккумулирующее пространство для приема избыточных вод, если наводнения произойдут, и это пространство должно оставаться доступным даже тогда, когда наводнений не будет. Проблема заключается в том, чтобы найти такое сочетание свободного пространства и хозяйственного использования пойменных земель, которое обеспечивает наибольшие результатирующие потенциальные финансовые, экологические и социальные выгоды, получаемые от такого сочетания.
1. ВВЕДЕНИЕ
Во введении авторы напоминают читателю, что «Наводнения - это природные события. Ущерб от наводнений обычно является результатом того, что люди и их строения размещаются на пространстве, необходимом для приема избытка воды. При наступлении наводнения, как это хорошо известно, происходит затопление объектов, построенных людьми. Чем больше объем этих объектов, занимающих пространство, необходимое наводнениям, тем выше будут уровни воды при наводнениях и тем больше будут затапливаемые площади. События наводнений происходят не так часто, чтобы постоянно напоминать людям, что пойменные земли могут быть и будут затоплены».
Далее во введении представлено краткое описание катастрофических наводнений 2002 г. в Центральной Европе, Азии и ряде стран Латинской Америки и Африки с указанием числа жертв и нанесенного ущерба. Важным представляется вывод авторов: «Несмотря на то, что во второй половине прошлого века были проведены значительные исследования и выработаны практические рекомендации по проблемам планирования и управления наводнениями и несмотря на увеличение средств, потраченных на защитные ГТС, ежегодный ущерб от наводнений возрастает почти повсеместно».
Сильнейшие за последнее десятилетие прошлого века наводнения имели место на р. Миссисипи и некоторых ее притоках в центральной части США (1993 г.) и на р. Рейн (1993 и 1995 гг.). Обе реки - крупнейшие водные пути многоцелевого назначения, которые используются, в том числе и для перевозок грузов на баржах, что имеет первостепенное значение для экономики регионов, где протекают эти реки.
В приложении D также обсуждаются подходы к управлению поймами в Нидерландах и в некоторых частях Соединенных Штатов. Цель в обоих случаях заключается в том, чтобы избежать возрастающих по непрерывной спирали расходов на защиту от наводнений и затем на возмещение нанесенного ими ущерба, когда защитные меры не срабатывают.
2. УПРАВЛЕНИЕ НАВОДНЕНИЯМИ В НИДЕРЛАНДАХ
В разделе 2 описываются проблемы управления наводнениями в Нидерландах. Зафиксировано, что задача защиты от наводнений в Нидерландах несомненно имеет высший приоритет, поскольку значительная часть земной поверхности этой страны находится ниже уровня моря. В подразделе 2.1 отмечается, что важная с точки зрения экономики низменная часть Нидерландов (приблизительно западная половина страны) защищена дамбами обвалования. Расчетные уровни этих дамб привязаны к наступлению определенной стадии наводнения. Расчетная вероятность их наступления, или уровни риска, регламентируются парламентом Нидерландов.
Работа инженеров состоит в том, чтобы перевести эти риски в высоты дамб. Дамбы вдоль густонаселенного побережья и районов с развитой индустрией проектируются таким образом, чтобы обеспечить защиту от всех штормов, сила которых может быть превышена в среднем один раз в 10 000 лет. Для прибрежных районов с меньшей плотностью населения проектируемый уровень риска соответствует штормам, ожидаемым один раз в 4000 лет. Вдоль рек Рейн и Маасе частота наводнений составляет одно за 1250 лет, т.е. вероятность превышения в любой заданный год равна 0,0008. Эти, так называемые, проектные или расчетные наводнения также служат ограничениями во всех проектах ландшафтного планирования на пойме. Для проведения предлагаемых русловых работ с целью восстановления природных ресурсов, для добычи песка или для иных целей требуется официальное разрешение в соответствии с законом о реках.
В подразделе 2.2. дано краткое гидролого-климатическое описание бассейна реки Рейн, одной из крупнейших европейских рек протяженностью 1320 км, которая протекает по Швейцарии, Франции, Германии и Нидерландам. На территорию Нидерландов Рейн приходит в Лобите (Lobith) и примерно через 170 км впадает в Северное море. В настоящее время у Рейна смешанное питание, представленное дождевыми осадками и таянием снегов. Для зимы характерны наибольшие расходы воды из-за осадков в немецкой и французской частях бассейна. Летние расходы в основном обусловлены таянием снегов в Швейцарских Альпах, когда испарение превышает осадки в районе горных долин. Для современных климатических сценариев характерно повышение температуры воздуха в сочетании с увеличением дождевых осадков в бассейне в зимнее время года. В соответствии с этими сценариями река Рейн может от смешанного режима питания с таянием снегов и дождевыми осадками почти полностью перейти на режим питания за счет дождевых осадков. Если это произойдет, то периоды наводнений и засух станут более частыми.
Для соблюдения указанных выше стандартов безопасности при наводнениях потребуются дополнительные меры защиты от наводнений. В будущем снабжение водными ресурсами будет ограниченным именно тогда, когда такие ресурсы больше всего необходимы и периоды засух, вероятно, станут более частыми.
Для того, чтобы создать и сохранить условия, пригодные для заселения и освоения той части Нидерландов, которая находится ниже уровня моря, были построены дамбы. Начиная с середины XIV века, сложилась почти полностью взаимосвязанная система дамб, создавшая ландшафт Нидерландов в его нынешнем виде. С каждой стороны поймы располагаются по две дамбы - летняя и зимняя (для сезонных наводнений). Они показаны на рис. 1.
Рис. 1. Схема структур двухрядных обвалований и противопаводковых бун для защиты от наводнений вдоль рек в Нидерландах.[4 - Рисунок 1 и последующие в этом разделе адаптированы из [81]]
Нидерланды сумели достичь расцвета экономики отчасти благодаря своему расположению в дельте Рейна. Сельское хозяйство Нидерландов сумело извлечь выгоду из отложенных Рейном плодородных почв. Сильная экономическая позиция Нидерландов частично также связана с дамбами. В то же самое время дамбы стали для страны чем-то вроде «ахиллесовой пяты».
Значительная часть Нидерландов лежит ниже максимального уровня подъема воды при наводнениях на главных реках. В настоящее время уровень моря постепенно повышается в результате изменения глобального климата. Такие изменения климата совместно с изменениями в землепользовании на водосборной площади как внутри Нидерландов, так и выше по течению, могут привести к росту максимальных расходов воды Рейна и Мааса. Тем временем, земли, защищенные дамбами, опускаются вниз - главным образом, из-за оседания и окисления торфа, поскольку почва там хорошо дренируется. Это увеличивает перепад между уровнями воды на территории, защищенной дамбами, и за пределами этой территории.
Вместе с тем, существует разумный предел дальнейшему увеличению высоты дамб и их усилению. Общественность ясно высказалась против роста высоты дамб, поскольку в этой густонаселенной стране многие ощущают себя в ограниченном замкнутом пространстве. Сегодня идет поиск более естественного решения.
В подразделе 2.3 отмечается, что для сохранения нынешнего уровня защиты от наводнений необходимо возводить более высокие дамбы. Чем выше уровень воды в реке, тем тяжелее последствия в случае наступления сильного наводнения, превосходящего несущую способность дамбы. Однако в действительности более высокие противопаводковые дамбы превратятся в проблему, поскольку общественность ясно высказалась против такого решения. Возникает вопрос: «Как можно обеспечить дополнительную защиту, которая должна соответствовать расчетным или проектным критериям риска, установленным парламентом Голландии?»
Задача заключается в разработке и осуществлении мероприятий, которые, несмотря на больший расчетный расход воды, подлежащий пропуску по реке, не потребуют дополнительного увеличения высоты дамб. Этого можно добиться только путем создания большего пространства для пропуска паводковых вод при существующей высоте дамб. Это означает необходимость увеличения ширины или глубины рек или их пойм и обустройства зон перелива паводковых вод за пределы защищенной дамбами поймы, для их использования по мере того, как внутреннее пространство, защищенное дамбами, будет заполнено. К 2015 г. должны быть завершены специальные работы по планированию и проектированию поймы и другие мероприятия, с условием расчетного расхода воды, равного 16000 м^3^/с.
В подразделе 2.4 справедливо указано, что всегда есть вероятность того, что уровень воды вдоль по реке превысит расчетную высоту дамб. Желаемый уровень безопасности выбирает общество. Если общество желает полной и всеобщей безопасности, то единственный способ достичь этого - выехать всем за пределы поймы. Для таких природных явлений, как ветер, дождь и расход воды в реке, не существует абсолютных верхних пределов. Поэтому нет никаких гарантий абсолютной безопасности; конечный риск затопления будет существовать всегда. Однако общество может обеспечить защиту в разумных пределах, подготовившись к событиям наводнений, превышающим расчетную способность любых имеющихся защитных сооружений. Контролируемое затопление на участках чрезвычайно быстрого подъема воды является одним из способов управления событиями наводнений, превышающих расчетные уровни воды.
Понятие риска наводнения учитывает как саму возможность затопления, так и неблагоприятные последствия этого события. Сведение к минимуму возможности затопления - это не единственно возможный вариант снижения риска. Уменьшение неблагоприятных последствий события также снижает риск. Эта идея, в частности, лежит в основе проектирования или расчета специальных участков чрезвычайно быстрого подъема уровней воды: лучше иметь контролируемое затопление с небольшим ущербом, чем не контролируемое наводнение с большим ущербом.
Политика управления рисками наводнений включает в себя следующие позиции:
качественное прогнозирование наводнений, вместо того, чтобы просто реагировать на них;
увеличение живого сечения и пространства для пропуска воды, а не только упование на технические меры, например, на увеличение высоты дамб;
предотвращение распространения наводнений вниз по течению путем задержания и накопления части стока.
Есть несколько способов для сохранения расчетных уровней воды при повышении расчетных расходов воды в Рейне:
удерживать воду на водосборной площади выше по течению от Нидерландов;
аккумулировать на территории Нидерландов избытки воды в Рейнских рукавах;
пропускать избытки воды через Рейнские рукава.
Первый вариант - это попытка добиться того, чтобы осадки, выпадающие на водосборе выше по течению, не приводили позже к более высоким расходам ниже по течению. Для этого нужны мероприятия на водосборе выше по течению, а именно, в Германии, например, изменения в землепользовании или задержание воды. Аналогичные меры в Нидерландах также могут помочь в уменьшении дополнительного стока из притоков и каналов в Рейнские рукава.
В Нидерландах могут быть применены варианты с аккумулированием и пропуском паводковых вод. Меры по аккумулированию речной воды (они подробно описаны в подразделе 2.4.1) на участках задержания стока Рейнских рукавов приводят к снижению пиков расходов, понижая уровни воды ниже участков задержания. А меры по увеличению пропускной способности речного русла (они описаны в подразделе 2.4.2), наоборот приводят к понижению уровней воды выше по течению. Примеры: удаление препятствий в русле, таких, как высоко расположенные участки, пандусы паромных переправ или опоры моста, земляные работы в поймах, уменьшение высоты бун или струенаправляющих дамб, дноуглубительные работы на пониженном участке русла и перенос дамб от русла. Некоторые из этих примеров показаны на рис.2.
Рис. 2. Альтернативные варианты увеличения пропускной способности рек без увеличения высоты дамб.
Если перенос или строительство дамбы оказываются малоэффективными, то тогда (см. подраздел 2.4.3) следует обратиться к альтернативному способу снижения уровней воды при наводнениях, который иногда называют «зеленая река». «Зеленая река» это часть поймы между двумя дамбами, которая затапливается только в периоды наводнений. «Зеленые реки» можно использовать для сельскохозяйственных целей или для природных резерватов и/ или зон отдыха. Это не исключает возможности строительства канала или водоема в такой зоне, например, для рекреационных целей. Разработка проекта «зеленой реки» зависит от местонахождения участка. На рис. 3 показан участок поймы, превращенный в «зеленую реку». «Зеленые реки» могут обеспечить существенное снижение уровней воды в месте их нахождения и выше по течению. Значит, на таких речных участках отпадает необходимость применения других мер, снижающих уровни воды при наводнениях.
Рис. 3. Реальная ситуация (слева) в пойме Рейна рядом с голландским городом Хафтен (Haaften) и взгляд художника (справа) на обустройство территории от «зеленой реки» к северу от города.
Выводы, сделанные авторами в заключении раздела 2 сводятся к следующему.
1. Основным направлением в использовании Рейна в Нидерландах и выше по течению в настоящее время являются задачи смягчения наводнений и восстановления благоприятных экологических условий. Относительно небольшое внимание уделяется вопросам маловодья, которое может привести к ухудшению качества воды и условий судоходства.
2. До последнего времени стратегия предотвращения наводнений сводилась к наращиванию высоты дамб (обвалований) вдоль пойменных земель. В настоящее время эта стратегия столкнулась с социальным сопротивлением и критикой её негибкости, что недопустимо при неопределенном будущем. Альтернативные решения сосредоточены на понижении уровней воды при наводнениях путем создания вдоль Рейна в Германии аккумулирующих бассейнов (емкостей), а в Нидерландах - понижение поверхности поймы для увеличения пропускной способности живого сечения реки. В то же время, поймы, которые проектируются таким образом, больше соответствуют поймам, которые сформировались бы за счет естественных морфологических и экологических процессов.
3. В дельте Рейна, будущие адаптационные действия сосредоточены на дальнейшем расширении пойм и на планировании «зеленых рек». Эти «зеленые реки» будут затапливаться только в периоды наводнений. На участках выше по течению в Германии, внимание будет сосредоточенно на ландшафтном планировании, при котором вода будет стекать из поймы в реку, как можно более медленно.
3. УПРАВЛЕНИЕ НАВОДНЕНИЯМИ НА МИССИСИПИ
В разделе 3 авторы обсуждают проблемы управления наводнениями на реке Миссисипи, крупнейшей реки Северной Америки и США. Длина реки - свыше 3700 км, она течет из северо-западной части штата Миннесота на юг, впадая в Мексиканский залив несколько ниже города Новый Орлеан. Площадь водосбора составляет 3,2 млн кв. км, или приблизительно 40% территории США. Миссисипи занимает 6-е место в мире по расходу воды; ее средний годовой расход равен 14000 м^3^/с, чему соответствует пресноводный сток в залив в объеме 580 км^3^/год. Это важнейшая транспортная артерия, вместе со своими крупными притоками (реками Миссури и Огайо), занимает третье место в мире среди речных транспортных систем.
Обычно в месте впадения р. Миссисипи в Мексиканский залив расход воды в разные сезоны года разный, с повышенным стоком в марте-мае и самым низким стоком в августе-октябре. Однако в августе и сентябре 1993 г. выпали очень сильные дожди. Средние месячные расходы в апреле и мае 1993 г. были приблизительно на 50% выше среднемесячных многолетних значений. В августе и сентябре 1993 г. расходы воды превысили максимальные значения, зафиксированные за последние 63 года наблюдений. Это вызвало катастрофическое наводнение.
Больше всего пострадали штаты Миннесота, Айова, Иллинойс и Миссури. В Сент-Луисе уровень воды в реке поднялся до отметки 15 м, примерно на 6 м выше расчетного уровня наводнения и почти на 2 метра выше прежнего максимального уровня, зафиксированного в 1973 году.
При наводнении 1993 г. уровень воды в течение 36 суток на 3 м или более превышал расчетный уровень наводнения, а отметку наводнения, повторяющегося один раз в 50 лет - в течение 23 суток; отметку наводнения, повторяющегося один раз в 100 лет - в течение 8 суток. За весь период наблюдений с 1861 г. до 1993 г. набралось всего 12 суток с таким или большим превышением расчетного уровня наводнения.
Работа транспорта и промышленности вдоль реки Миссисипи была нарушена на несколько месяцев. Наземным и речным перевозкам в этой зоне был нанесен самый крупный ущерб за всю историю США.
Свыше 1000 из 1300 дамб, спроектированных для задержки водных масс при наводнениях, были прорваны, хотя крупные города вдоль рек, такие как Сент-Луис, были защищены от затопления мощными противопаводковыми дамбами. Было эвакуировано более 70000 человек, повреждено или разрушено около 50000 домов и затоплено более, чем 31000 кв. км сельскохозяйственных земель. Погибли 52 человека. Ущерб оценивается в диапазоне от 12 до 20 млрд долл. США, различаясь в зависимости от числа учитываемых показателей.
Это наводнение явилось еще одним «спусковым крючком» для оценки схем существующих систем инженерной защиты и процедур управления режимами рек и пойм в бассейне Миссисипи. В то же время вопросы будущего использования рек и их пойм, особенно в контексте экономического развития в сочетании с улучшением экологической обстановки, стали важной политической проблемой.
Исторически значительное внимание уделялось решению проблем, связанных с особыми интересами водопользователей. В бассейне Миссисипи в их число входят: судоходство, гидроэнергетика, охрана природы и обеспечение некоторой безопасности при затоплении сельскохозяйственных, индустриальных и городских земель. В течении многих лет было выполнено большое число структурных и неструктурных мероприятий, которые внесли существенный вклад в экономику региона, обеспечение безопасности населения и охрану природных объектов. В то же время недостаточное внимание уделялось вопросам конкретной и приемлемой для большей части водопользователей перспективной политики или стратегии долгосрочного использования водных ресурсов всего бассейна Миссисипи.
Исследования Федерального межведомственного комитета по оценке управления поймами (более известного как комитет Гэллоуэя), позже поддержанные исследованиями Корпуса инженеров армии США (USACE), выполненными после крупных наводнений, внесли существенный вклад в обсуждение вариантов будущей стратегии управления реками. Были оценены различные альтернативные решения по управлению пойменными землями, но конкретные рабочие предложения не рассматривались и не вошли в этот комплекс исследований.
При рассмотрении перспективных направлений будущей стратегии управления реками возникают два вопроса:
Должна ли стратегия управления реками базироваться на продолжении исторической практики проведения инженерных работ на реках, использования водохранилищ и дамб обвалования для обеспечения определенного уровня безопасности при наводнениях в сочетании с дноуглубительными работами в интересах судоходства? Или эта будущая стратегия должна ориентироваться на использование речных русел и пойм, с целью повышения природоохранной деятельности, при которой одновременно уменьшаются потенциальные ущербы от наводнений?
Каким образом и в каких пределах ресурсы рек и их пойм могут быть использованы обществом в будущем для развития региональной и национальной экономики, не ставя под угрозу речные экосистемы?
Стратегия управления речными бассейнами требует решения еще двух дополнительных вопросов:
Как должны быть организованы федеральные и региональные структуры для эффективного управления речными бассейнами?
Каким образом должны быть реформированы структуры управления и планирования, для того, чтобы водопользователи (представители промышленности, экологические группы, фермеры, городское население и др.) были активно вовлечены в процесс управления?
В подразделе 3.1 приведены краткие обзоры общей истории развития водных ресурсов США, включая вопросы регулирования наводнений, управления поймами и развития водоснабжения, на протяжении прошлого столетия и истории управления наводнениями в верхнем течении Миссисипи.
В подразделе 3.3 обсуждаются проблемы взаимодействия между различными группами водопользователей. В условиях многоцелевого использования воды и поймы верхнего течения реки Миссисипи некоторые цели дополняют друг друга, а другие вступают в конфликт; то же самое относится и к различным группам пользователей или представителей заинтересованных сторон.
Таблица 1 дает общее представление о диапазонах некоторых потенциально наиболее конфликтных взаимодействий. В колонках таблицы указаны виды деятельности, в строках - влияние на конкретные виды деятельности. Баллы +1 и +2 указывают на взаимодополняемость и положительные взаимодействия, 0 - нейтралитет, а -1 и -2 - на конкуренцию или отрицательное взаимодействие. Объединенное планирование с участием всех заинтересованных сторон может помочь сдвинуть эти относительные показатели в положительную сторону, характеризуемую меньшей конфликтностью и более положительными взаимодействиями.
Существуют и другие важные виды водопользования, не упомянутые в табл. 1 по причине очевидности и прямого характера взаимодействий. В их числе, например, гидроэнергетика.
Некоторые из указанных в табл. 1 категорий конфликтов создают серьезные проблемы в бассейне верхней Миссисипи. Некоторые потенциально положительные взаимодействия развиты весьма слабо. По-видимому, самые острые конфликты возникают между экологами и специалистами сельского хозяйства, а также с теми, кто хотел бы развивать промышленные объекты посредством регулирования наводнений и увеличения объема речного судоходства, но находится под давлением законодательства, ограничивающего освоение пойменных земель.
Существуют серьезные конфликты по поводу степени и масштабов регулирования наводнений, того, как это должно быть обеспеченно и какие методы необходимо использовать. Между двумя крайностями есть немало возможностей: одни считают, что уровни защиты от наводнений следует существенно нарастить, в первую очередь, за счет увеличения высоты дамб обвалования вдоль всей реки; другие полагают, что следует активно отказываться от освоения поймы и сокращать те способы ее использования, которые ограничивают сток при наводнениях. Аргументы в пользу первого подхода в основном базируются на том, что экономическое развитие региона, особенно сельского хозяйства и промышленности, будет эффективно обслуживаться защитой от наводнений. Аргументы в пользу второго подхода в первую очередь основаны на том, что защита пойм и компенсация ущербов от затопления обходятся очень дорого и что нет веских доводов в пользу государственного субсидирования освоения пойм при наличии других мест для сельского хозяйства и промышленности за их пределами. Кроме того, меры по защите пойм от затопления зачастую оказывают не самое
благоприятное воздействие на окружающую среду. Сокращение использования пойм позволит вернуться к более естественным условиям.
Таблица 1. Взаимодействия между потенциально конфликтными видами деятельности, связанными с рекой.
Проблемы разработки стратегии управления наводнениями обсуждаются в подразделе 3.4. При этом отмечается, что современный (до 2004 г.) подход к управлению стоком в верхнем и среднем течении реки Миссисипи является не столь интегрированным или хорошо сбалансированным, каким он мог бы быть. Подобная ситуация существует не только на этой реке, и некоторые из ее причин можно было бы устранить, изменив политику, ограничивающую всесторонние интегрированные подходы. Наводнение 1993 г. в бассейне верхней Миссисипи сфокусировало, по крайней мере на какое-то время, общенациональное внимание на этой проблеме. Вызванная этим наводнением озабоченность дала возможность провести повторную оценку и разработать стратегию интегрированного управления водными ресурсами. Одним из выводов комитета Гэллоуэя (1994 г.) был следующий: «Соединенным Штатам представилась редкая возможность изменить управление поймами. Ее не следует упустить».
Стратегия интегрированного управления водными ресурсами должна включать вопросы управления наводнениями (с учетом неопределенностей), например: как дамбы обвалования влияют на уровненный режим выше по течению, как увеличение высоты дамб или удаление их от русла влияет на уровни воды в других местах, как растительность в поймах, особенно деревья, влияют на уровни воды при наводнениях. Кроме того, должны быть определены безопасные уровни воды при наводнениях для различных видов землепользования на поймах. В отчете комитета Гэллоуэя (1994 г.) подчеркивается необходимость обеспечения гибкости и многовариантности систем защиты от наводнений. Требуют решения вопросы о том, какие уровни защиты от наводнений подходят для городских зон/промышленных объектов и сельскохозяйственных угодий, и как заключать соглашения по этим уровням.
В очень важном по смысловой нагрузке, подразделе 3.5 отмечается, что главные роли в управлении водными ресурсами, крупнейшего из речных бассейнов США, играют федеральные агентства и агентства штатов. Основные вопросы планирования или управления, а также реализации решаются с участием этих «структур - лидеров». Однако любое конкретное агентство действует в пределах своих компетенций. Это совершенно необходимо им для работы друг с другом и с частными неправительственными организациями (НПО и другими группами представителей заинтересованных сторон), когда требуется увязка плана интегрированного управления водными ресурсами или разработка стратегии. Если институциональные изменения могут облегчить этот процесс, то такие изменения должны быть рассмотрены. Могут оказаться эффективными независимые комиссии по речному бассейну, включающие представителей всех заинтересованных сторон и берущие на себя ответственность за интегрированное управление рекой, если их рекомендации вызывают интерес и их серьезно рассматривают в процессе принятия политических решений на высоком уровне.
Сбалансированный план развития бассейна верхней Миссисипи, который разрабатывается с широким участием всех заинтересованных сторон, будет способствовать лучшему пониманию сложных взаимосвязей между защитой окружающей среды, использованием ресурсов и освоением реки и поймы. Такой план развития не должен быть статическим, он должен стать основой для регулярного пересмотра с учетом новых достижений и представлений. Благодаря такой адаптации план может увеличить объем фактического использования речных ресурсов, а также сделать его более эффективным.
4. СНИЖЕНИЕ РИСКА ЗАТОПЛЕНИЯ
В разделе 4 отмечается, что существует два типа структурных альтернатив снижения рисков затоплений. Первая из них - это противопаводковая емкость водохранилищ, проектируемая для того, чтобы уменьшить пики расходов воды при наводнениях в нижнем бьефе водохранилищ. Другая альтернатива заключается в проведении работ по расширению русла и/или строительству защитных сооружений, которые позволят сдерживать пики расходов воды и уменьшать ущерб при наводнениях. В разделе 4 представлены методы моделирования обеих этих альтернатив для включения их в анализ «затраты-выгоды» или в анализ эффективности затрат. К последнему прибегают в ситуациях, когда значительную часть выгод от регулирования наводнений невозможно выразить деньгами, и цель заключается в обеспечении установленного уровня защиты при наводнениях при минимальных затратах.
В подразделах 4.1 -4.4 описаны сравнительно простые инженерные модели для расчета противопаводковых объемов водохранилищ (подраздел 4.1), для расчета пропускной способности русла (подраздел 4.2), для оценки рисков прорыва дамб (подраздел 4.3) и для расчета ежегодного ожидаемого ущерба от прорыва дамбы (подраздел 4.4).
5. ПОДДЕРЖКА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ И ПРОГНОЗ
Весьма важным с позиции доступного понимания применения высокотехнологичного инструментария управления наводнениями является раздел 5. В этом разделе отмечается, что для лиц, принимающих решения, при оценке альтернативных вариантов решения проблем, встречающихся при интегрированном управлении рекой, при оповещении общественности об этих решениях и их последствиях, весьма полезными могут оказаться интерактивные компьютерные системы поддержки принятия решений (СППР). СППР могут включать современные данные о реке и пойме (с использованием географических информационных систем и баз данных) и динамические (прогностические) модели всей речной сети. Последние можно использовать для моделирования различных сценариев затопления, при этом ЛПР, а также ПЗС могут участвовать в планировании сценариев, обсуждении результатов расчетов и в принятии решений о том, что делать с учетом различных воздействий или последствий. Периодические упражнения в моделировании с помощью СППР напоминают общественности, особенно в засушливые годы, о том, что наводнения могут быть и будут, и при некоторых из них допустимы переливы
воды через дамбы и причинение ущерба.
В подразделе 5.1, посвященному моделированию пойменных территорий, показано, что усилия по совершенствованию стратегии управления наводнениями почти всегда основываются на прогнозах (часто неточных) воздействий определенных структурных или неструктурных мероприятий. Эти прогнозы воздействий основываются на моделях и на их базах данных. Моделирование и передача полученных с помощью моделей результатов правительственным планирующим организациям, заинтересованным владельцам собственности и страховым компаниям становятся все более важными компонентами управления наводнениями.
При обеспечении требуемых исходных данных приходится иметь дело с неопределенностями. В исследованиях наводнений применяется экстраполяция параметров моделей и граничных условий для ситуаций, за которыми никогда не велось наблюдений. В связи с этим возникает вопрос о надежности современных процедур калибровки моделей. Качество полученных с помощью модели результатов в значительной степени зависит от имеющихся в наличии данных и их пригодности для будущего планирования. Двумерные (2D) модели требуют точных цифровых моделей рельефа (ЦМР). Сбор достаточно точных данных для исследований наводнений стал значительно дешевле благодаря использованию лазерной альтиметрии. Более того, начаты исследования по обеспечению данных о шероховатости поймы на основе комплексного анализа данных лазерной альтиметрии. Методы лазерной альтиметрии в настоящее время широко применяются для получения детальных данных об уровнях воды при наводнениях, которые могут в дальнейшем поддержать калибровку имитационных моделей наводнений. Новые методы сбора данных также дополняются гидравлическими лабораторными исследованиями для
получения закономерностей и параметров, описывающих сопротивление потоку различных видов растительного покрова.
Для новых методов сбора данных также характерно заметное изменение типов данных, на которых базируются разработка и использование моделей. В целом наблюдается тенденция перехода от сбора данных в отдельных точках к получению пространственно-распределенных данных. В то время как расчетные гидрографы наводнений раньше использовались для того, чтобы формировать основу для исследований по регулированию наводнений, современные радарные данные об осадках, вместе с моделями водосборного бассейна реки позволяют разрабатывать прогностические модели штормовых ливней. Разработка двумерных моделей на базе цифровых моделей рельефа и карт шероховатости стала проще и рентабельнее, чем разработка одномерных моделей на основе точечных данных измерений в поперечниках, расположенных вдоль реки на заданных расстояниях.
В подразделе 5.2 обсуждаются технологические вопросы практически эффективного объединения одно- (1D) и двумерных моделей (2D) гидрологических и гидравлических систем для сценарных и прогностических расчетов наводнений. Эти вопросы мы подробно рассмотрим в разделе 3.3. нашего обзора.
6. ВЫВОДЫ
Общие выводы, сделанные в приложении D [81], представляются нам настолько важными, что, несмотря на формат синопсиса, воспроизведем их ниже в полном объеме.
«Вслед за необычно сильными наводнениями на реке Рейн и в верхнем течении Миссисипи в начале и середине 1990-х гг. и столь же сильными наводнениями во многих частях мира, включая Центральную Европу и Азию, случивимися в 2002 и 2004 гг., возникло нарастающее согласие по ряду проблем, включая следующие. Люди должны обеспечить пространство для размещения избытка воды при наводнениях тогда и там, где эти наводнения происходят и где наводнениями необходимо управлять лучше. Это не новая идея. Однако сегодня ясно, что единственный эффективный путь в условиях продолжающегося цикла нарастания ущербов от наводнений и увеличения стоимости защитных мероприятий - это восстановление естественных пойм, способных аккумулировать воды речных паводков. Наводнения привели к мысли, что целесообразнее не обваловывать реки дамбами, а восстанавливать их естественно-природное состояние. Многие из тех, кто традиционно поддерживал инженерные/структурные подходы к защите от затоплений, все больше проникаются идеей, что реки нуждаются в свободном пространстве для пропуска наводнений. Задачи защиты от затоплений в сочетании с
потребностью в чистой питьевой воде и рекреации являются стимулом восстановления речных экосистем.
Правительства могут мотивировать более ответственное управление поймами. Национальные правительства могут принять на себя лидерство с тем, чтобы четко распределить обязанности и обеспечить финансовую поддержку при управлении наводнениями со стороны структур более низкого уровня. На примере опыта в бассейне верхней Миссисипи видно, что правительства могут:
обеспечивать помощь при переселении и выкупе собственности людей, проживающих на пойме;
прекратить выплаты пособий жертвам природных катастроф и субсидирование страхования от наводнений тех, кто продолжает жить на подверженных затоплению землях или застраивать их;
сделать обязательным страхование от наводнений, там где они происходят, указывая в полисе зависимость страховой премии от рисков наводнений;
строго следить за выполнением требований к строительству на пойменных землях.
В Соединенных Штатах программа управления наводнениями, разработанная Корпусом инженеров армии США, оказала существенное влияние на освоение пойменных земель. В настоящее время многие могут заявлять об отрицательных последствиях этой программы, но Корпус сделал то, о чем просили Конгресс и общество. Для защиты от затоплений были построены сотни плотин и тысячи километров дамб. В результате, и это следует признать, активизировалось дальнейшее развитие на паводкоопасных землях. Существующие объекты, построенные по проектам Корпуса, продолжают влиять на управление реками и их поймами, включая бассейны рек Миссисипи, Миссури, Огайо и Колумбии. Хотя в США принятие решений об использовании земель в конечном счете является ответственностью местной администрации, построенные Корпусом сооружения защиты от наводнений стимулируют развитие пойм.
Выполняемые Корпусом анализы выгод и затрат традиционно приводят к выводу о преимуществах проектов структурного управления наводнениями (т.е. с помощью ГТС). Строительство ГТС нравится инженерам. Однако в последнее время многие сотрудники Корпуса признают, что пришла пора рассмотреть и другие, более взвешенные подходы и позволить неструктурным (т.е. без ГТС) проектам управления наводнениями соперничать со структурными.
То же самое можно сказать и о Нидерландах. Здесь люди говорят: «Бог создал Землю, но голландцы создали Нидерланды». Без гидротехнических сооружений значительная часть территории страны постоянно была бы под водой. Однако здесь, как и во многих других странах, подверженных наводнениям, управление наводнениями должно стать частью интегрированного управления водными и земельными ресурсами. Запросы многочисленных пользователей и секторов экономики, а также интересы представителей заинтересованных сторон, должны учитываться при разработке планов и стратегий интегрированного управления водными ресурсами и землепользованием.
В число мер по управлению пойменными землями, которые могут осуществлять местные власти, входит зонирование при землепользовании. Зонирование должно основываться на интегрированных планах землепользования, которые определяют видение того, как сообщество должно развиваться, и где такое развитие не должно происходить. При этом землепользователи должны быть ориентированы как на получение прибылей, так и на возможность ясного понимая опасностей или рисков. Например, земли с риском затопления могут использоваться как парки, поля для гольфа, заповедники, заказники и другие подобные территории, совместимые с процессами природных затоплений.
Сохранение открытых пространств не должно ограничиваться поймами, поскольку некоторые участки водосбора (вне пойм) могут быть критическими в управлении поверхностным стоком, что обостряет проблему затоплений. Площади земель, которые должны сохраняться в естественном состоянии, следует вносить в специальные перечни программ (планов) совершенствования землепользования и инвестирования.
Зонирование и сохранение открытых пространств - это возможности оградить от рискованного развития, находящиеся под угрозой или уязвимые территории. Правила землепользования на поймах могут включать строительные регламенты, определяющие, что можно и что нельзя сооружать на пойме. С помощью этих правил можно предотвратить ущербы от затопления строений, дорог и других объектов и не допустить усугубления проблем затоплений при освоении пойм. Можно указать три наиболее распространенных вида регламентирующих документов для пойменных земель: постановления местных органов власти о районировании, решения о запретах на изменение состояния поймы, а также строительные нормы и правила.
Максимальный сток с водосбора ливневых или талых вод может быть уменьшен несколькими способами. Правила регулирования, задержания и накопления паводковых вод, обычно являющиеся частью постановлений местных органов власти, обязывают застройщиков сооружать водозадерживающие и водонакопительные водоемы для того, чтобы минимизировать нарастание поверхностного стока, связанного с созданием новых водонепроницаемых поверхностей (например, заасфальтированных) или новых дренажных систем. Лучшие практики управления уменьшают поступление загрязняющих веществ с поверхностным стоком в водотоки. Загрязняющие вещества в стоках могут включать удобрения для газонов, пестициды, сельскохозяйственные ядохимикаты и нефтепродукты, смытые с поверхностей улиц и промышленных территорий.
Болота фильтруют поверхностный сток и защищают от загрязнений озера, заливы и реки, а также множество источников питьевой воды. Они способны аккумулировать большие объемы паводкового стока, уменьшая расходы воды ниже по течению. Они могут предотвращать размыв береговой зоны. Они также служат источником многих видов ценных (для коммерческого и любительского лова) рыб, моллюсков и других водных обитателей.
Самый надежный и безопасный способ уменьшения риска затопления - это перемещение строений из паводкоопасной зоны на более высокие участки земли. Приобретение объектов собственности на паводкоопасных землях для их перемещения осуществляется государственными структурами, так что затраты по переносу не возлагаются на владельцев собственности. После переноса объектов с паводкоопасных территорий, земля обычно предоставляется для общественных нужд, например, для парков и мест отдыха, или может быть возвращена в естественно-природное состояние. Существуют различные программы субсидирования для поддержки местных проектов приобретения паводкоопасных земель. Так, например, после наводнения на Миссисипи в 1993 г. правительство США выкупило или перенесло более 8000 домов.
На основании уроков связанных с наводнениями и с усилиями по защите от них во всем мире можно сформулировать следующие принципиальные суждения.
Следует восстанавливать природные речные системы и их функции, что улучшит управление наводнениями, а время и труд, потраченные на восстановление естественных водотоков и их экосистем, позволят:
восстановить в разумных пределах естественную (историческую) пропускную способность речных русел и пойм для лучшего пропуска паводковых вод посредством переноса обвалований и дамб с целью расширения пути паводковых вод в русле реки;
увеличивать площадь болот и прибрежных лесов, расширяя тем самым речную зону;
увеличивать планируемое затопление поймы для уменьшения пиков наводнений ниже по течению;
укреплять существующие и обоснованно размещенные дамбы, защищающие дорогостоящие объекты, которые не могут быть вынесены с территории поймы;
пересмотреть правила эксплуатации водохранилищ и ГТС с целью обеспечения эффективного, надежного и безопасного использования систем управления наводнениями. В некоторых случаях плотины и сооружения инженерной защиты должны быть перестроены для улучшения их возможности регулировать расходы воды с целью предотвращения затоплений ниже по течению;
лучше использовать прогнозы погоды и мониторинг условий выше по течению для совершенствования систем раннего предупреждения о времени прихода волны наводнения.
Следует использовать пойменные земли таким образом, чтобы минимизировать расходы налогоплательщиков и максимизировать экологическое благополучие пойм, стремясь при этом:
предельно уменьшить стимулы и субсидии для освоения и развития самых опасных участков поймы. Не должно быть людей, которые выбирают такой ущербный путь развития;
реформировать программы картирования пойменных земель так, чтобы они точно отражали риски и последствия возможных наводнений. Обеспечить понимание людьми сути риска наводнения в тех местах, где они располагаются;
гарантировать наличие в проектах нового строительства на пойме мер по уменьшению ущерба от наводнений, прогнозируемых в обозримом будущем;
доводить до людей информацию о рисках проживания, работы или сельскохозяйственного производства на землях подверженных затоплениям, и точно знать готовы ли они нести соответствующую финансовую ответственность за свою деятельность на этих территориях;
стремиться переселить наиболее уязвимых людей и целые общины, которые добровольно согласны на переезд в безопасные места;
обеспечить готовность федеральных и местных органов власти, ответственных за использование пойменных земель, нести повышенную финансовую ответственность при ликвидации последствий затопления.
Следует управлять всем водосбором с целью наилучшей защиты от наводнений и достижения максимального природоохранного эффекта, стремясь при этом:
ограничивать хозяйственное освоение оставшихся заболоченных земель и пойм, которые действуют, как естественная «губка», впитывающая воду и ослабляющая сток усиливающий наводнения;
развивать программы выкупа или получения права использования заболоченных и пойменных владений для восстановления естественных условий на этих землях, являющихся элементом речных систем;
ограничивать вырубку лесов и строительство дорог на оползнеопасных участках;
по мере возможности заменять на склонах привнесенную однолетнюю растительность на природную многолетнюю для улучшения поглощения дождевой воды и уменьшения склоновой эрозии.
Современные технологии позволяют разрабатывать модели для изучения прохождения наводнений через поймы, прибрежные площади и урбанизированные территории. Они включают возможность использования средств дистанционной лазерной альтиметрии, что удешевляет и делает более точными модели земной поверхности. Кроме того, эти технологии обеспечивают определение параметров сопротивления потоку в моделях наводнений. Это, в свою очередь, весьма полезно при калибровке моделей на основе данных мониторинга уровней воды при прохождении волн паводков.
Имитационные возможности моделей наводнений были значительно расширены при неявном объединении 1D и 2D схематизаций. Объединенная 1D-2D модель динамики поверхностных и грунтовых вод может применяться в исследованиях затоплений пойм и городских территорий. Такое применение может привести к лучшему пониманию природы наводнений, более точному их прогнозированию и лучшему планированию противопаводковых мероприятий».
2.2. Концептуальный документ «Интегрированное управление наводнениями». Синопсис публикации ВМО, №1047, 2009 г.
Оглавление
1. Введение
2. Наводнения и процесс развития
3. Варианты традиционных методов управления наводнениями
4. Проблемы управления наводнениями
5. Интегрированное управление наводнениями - концепция
6. Практическое осуществление интегрированного управления наводнениями
Справочная и дополнительная литература
1. ВВЕДЕНИЕ
Во введении концептуального документа [77] отмечается, что устойчивое развитие, обеспечиваемое благодаря интегрированному управлению водными ресурсами (ИУВР), направлено на непрерывное повышение уровня жизни всех граждан в условиях справедливости, безопасности и свободы выбора. ИУВР требует интеграции как природных, так и антропогенных систем, а также рационального использования земельных и водных ресурсов. При этом здесь также подчеркивается, что в литературе по ИУВР редко рассматриваются вопросы управления наводнениями в связи с управлением водными ресурсами, и по-прежнему существует необходимость достижения лучшего понимания того, каким образом включить вопросы управления наводнениями в ИУВР.
В документе [77] интегрированное управление наводнениями (ИУН) представляется как неотъемлемая составная часть ИУВР и дается описание взаимосвязи между наводнениями и процессом развития. В нем рассматривается традиционная практика управления наводнениями; определяются основные проблемы для специалистов, отвечающих за управление наводнениями, и для лиц, принимающих решения (ЛПР), занимающихся вопросами устойчивого развития; а также дается описание основных положений и требований ИУН. Концептуальный документ [77] является «флагманской» публикацией серии «Политика управления наводнениями» (В последующих документах (см. список выпусков 1 -20 подраздела 1.2 нашей книги) содержится более подробная информация, предназначенная для оказания конкретной помощи в реализации данной концепции лицам, занимающимся вопросами управления наводнениями. Для понимания этой серии документов требуется знакомство с вопросами управления наводнениями и концепцией ИУВР.
Интегрированное управление наводнениями не является универсально применимым и скорее требует адаптации к конкретным ситуациям, меняющимся в зависимости от генезиса и динамики наводнений, проблем, порождаемых затоплениями, социально-экономических условий и уровня риска, который общество готово принять (или вынуждено принять) для достижения своих целей в области развития. Кроме того, применение ИУН на разных административных уровнях или в разных географических масштабах (например, национальные или транснациональные бассейны) подразумевает дифференцированные подходы к данному процессу и формулированию соответствующей политики.
2. НАВОДНЕНИЯ И ПРОЦЕСС РАЗВИТИЯ
В разделе 2 концептуального документа констатируется, что наводнение представляет собой одну из наибольших природных опасностей для устойчивого развития. Потери от наводнений подрывают имущественную базу семей, групп населения и общества в целом вследствие уничтожения сельскохозяйственных культур на корню, жилищ, инфраструктуры, производственного оборудования и зданий, не говоря уже о трагической гибели людей. В некоторых случаях последствия экстремального наводнения являются колоссальными не только на уровне индивидуальных домашних хозяйств, но и для страны в целом. В этом разделе также отмечается, что хотя жизнь людей в пойме реки связана с опасностью наводнения, она также дает и огромные преимущества. Глубокий плодородный слой аллювиальной почвы в поймах рек, результат происходивших на протяжении веков затоплений паводковыми водами, является идеальным для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур, а местоположение вблизи от водного объекта обеспечивает хороший доступ к рынкам. В поймах обычно имеет место высокая плотность населения, например в Нидерландах и Бангладеш, а ВВП на
квадратный километр является высоким в странах, территории которых представляют собой главным образом поймы.
При этом, чрезвычайно важным является достижение оптимального баланса между потребностями в области развития и соответствующими рисками. Фактические данные, полученные из всех стран мира, показывают, что люди не будут, а в определенных обстоятельствах не могут, покидать подверженные наводнениями районы, независимо от того, находятся ли они в сравнительно малонаселенной пойме Миссисипи, в горах Гондураса или в густонаселенных дельтовых регионах Бангладеш. Поэтому есть необходимость изыскания способов обеспечения устойчивой жизни в поймах, даже если существует значительная опасность для жизни и имущества. Наилучшим подходом для этого является интегрированное управление наводнениями.
Выбор метода управления наводнениями в значительной мере зависит от понимания взаимосвязи между наводнениями и процессом развития, что очень важно для выяснения того, каким образом текущие и будущие процессы развития могут повышать и действительно повышают риск наводнений.
В заключительной части раздела 2 приводятся определения понятий «риск» и «уязвимость». При этом риск, согласно концептуальному документу, является сочетанием вероятности наступления конкретного события и тех последствий, которые данное событие повлекло бы за собой, если бы оно произошло. Поэтому риск состоит из двух компонентов, а именно: возможности (или вероятности) наступления события и воздействий (или последствий), связанных с этим событием. Тогда как уязвимость находится в прямо пропорциональной зависимости от способности общества, групп населения и семей мобилизовать имеющиеся ресурсы для решения проблем, связанных с наводнением. Способность общества поддерживать или улучшать качество жизни, несмотря на подобные воздействия внешних факторов, может быть повышена либо за счет уменьшения масштабов наводнений, либо за счет совершенствования возможностей общества, которые позволяют справиться с подобными негативными воздействиями.
3. ВАРИАНТЫ ТРАДИЦИОННЫХ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ НАВОДНЕНИЯМИ
В разделе 3 концептуального документа рассматривается список традиционных мероприятий, применяемых в прошлом, а в некоторых странах и в настоящее время, по обеспечению управления наводнениями. В нашем обзоре этот список из 7 позиций приведен в подразделе 1.1 введения к обзору. В преамбуле раздела 3 отмечается, что при традиционном управлении паводками применялись структурные (инженерные) и неструктурные (неинженерные), физические и институциональные мероприятия. Эти мероприятия осуществлялись до, во время и после наводнения и часто частично дублировали друг друга.
Борьба с источниками наводнений, согласно разделу 3, представляет собой «вмешательство» в процесс трансформации жидких осадков или снеготаяния в поверхностный сток и состоит в задержании осадков на земной поверхности или в переводе их в приповерхностные слои почв. При применении такого представления обычно учитывается влияние на процесс формирования поверхностного стока эрозии, времени влагообмена в почве и динамики эвапотранспирации. При оценке вероятной эффективности того или иного источника также учитываются условия, предшествующие наступлению наводнения, такие как степень насыщения почвы влагой и была ли земля промерзшей или нет. Таким образом, потенциальной трудностью описание определенных видов источников, а также любой другой деятельности по изменению типа землепользования, такой, например, как лесонасаждение, является то, что способность поглощать и удерживать воду зависит от условий на водосборном бассейне, предшествующих наводнению.
Аккумулирование поверхностных вод при помощи таких сооружений, как дамбы, запруды и резервуары-накопители, является традиционным подходом к снижению наивысших уровней паводка. Посредством водонакопителей изменяется процесс формирования наводнений благодаря замедлению темпов подъема воды, увеличению периода времени, за который достигается пиковый уровень, и снижению этого уровня. Достаточно часто такие водонакопители служат многим целям и именно водохранилища для аккумулирования паводкового стока при наводнениях могут стать первой причиной, обуславливающей возникновение среди водопользователей конфликтных ситуаций. Кроме того, в результате «полной ликвидации» низкоуровенных паводков подобные меры могут породить ложное чувство безопасности. Создание водонакопителей необходимо использовать в должном сочетании с другими инженерными и неинженерными мероприятиями. По-видимому, очевидной, но часто игнорируемой на практике, является необходимость того, чтобы управление наводнением стало частью не только планирования и проектирования, но также и процесса эксплуатации водохранилищ. Попуски из водохранилищ
могут создавать риски, а осторожная эксплуатация водохранилищ может свести к минимуму случаи гибели людей и имущества в результате подобных попусков. В этом контексте необходимым является трансграничное сотрудничество.
Увеличение пропускной способности рек изменяет их естественные морфологические режимы и экосистемы, влияет на другие виды использования рек и в большинстве случаев просто отодвигает проблемы в пространстве и во времени. Углубление каналов может также негативно повлиять на режим подземных вод в данном регионе. Плотины и паводкоудерживающие дамбы, вероятно, лучше всего подходят для пойм, которые уже интенсивно используются, например, в процессе урбанизации, или когда остаточные риски интенсивного использования поймы могут легче регулироваться по сравнению с другими рисками (например, связанными с оползнями или другими опасными явлениями).
Контроль землепользования обычно осуществляется в тех случаях, когда интенсивное освоение какой-либо поймы является нежелательным. Стимулирование развития на других территориях может оказаться более эффективным, нежели просто попытки запрета на освоение данной поймы. Однако контроль землепользования является, вероятно, менее эффективным в тех случаях, когда земельные ресурсы уже чрезмерно эксплуатируются, особенно в связи с их несанкционированным освоением. Защита домов от паводковых вод или увеличение высоты фундамента зданий лучше всего подходят в тех случаях, когда интенсивность освоения является низкой и застроенные земельные участки разбросаны, или когда требуется малая заблаговременность предупреждения об опасности. В районах, подверженных частым затоплениям, противопаводковая защита инфраструктуры или коммуникационных линий может уменьшить разрушительные последствия наводнений для экономики.
Предупреждения о наводнениях и своевременные мероприятия при чрезвычайных ситуациях являются очень важным дополнением ко всем видам вмешательства. Сочетание ясных и точных предупреждающих сообщений с высоким уровнем осведомленности населения обеспечивает наивысший уровень готовности к самостоятельным действиям в периоды наводнений. При этом подчеркивается, что программы просвещения населения являются исключительно важными для успеха предупреждений, предназначенных для того, чтобы исключить возможность превращения опасного явления в бедствие.
Эвакуация является существенным компонентом планирования действий на случай чрезвычайных ситуаций, а маршруты эвакуации, в зависимости от местных обстоятельств, могут вести к убежищу от наводнения, расположенному на более возвышенной территории или за пределами опасной зоны. Эвакуация за пределы опасной зоны обычно необходима в случае большой глубины, высоких скоростей нарастания уровней воды и уязвимости строений. Успешная эвакуация требует планирования и осведомленности населения о том, что надо делать в чрезвычайных ситуациях, связанных с наводнениями.
Активное участие населения на этапе планирования и проведения регулярных учений для оценки жизнеспособности системы управления наводнениями способствуют эффективности эвакуации. Обеспечение предметами первой необходимости, а также водоснабжением, санитарией и безопасностью в местах сбора беженцев, имеет особенно важное значение для создания жизнеспособной системы эвакуации.
4. ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НАВОДНЕНИЯМИ
Проблемы управления наводнениями представлены в разделе 4 концептуального документа в форме следующих тематических подразделов:
1) «Обеспечение безопасности жизнедеятельности»,
2) «Быстрая урбанизация»,
3) «Иллюзия абсолютной защиты от наводнений»,
4) «Экосистемный подход»,
5) «Изменчивость и изменение климата».
В подразделе 1) отмечается, что риск наводнения сильно увеличивается в результате возрастающего демографического давления и более активной экономической деятельности на поймах, такой как сооружение зданий и объектов инфраструктуры. Во многих случаях поймы обеспечивают прекрасные и легкие с технической точки зрения возможности для получения средств к существованию. В развивающихся странах, где главную роль в экономике играет сельское хозяйство, продовольственная безопасность является синонимом гарантии получения средств к существованию. Поймы вносят значительный вклад в производство продовольствия, которое обеспечивает питанием население этих стран. Хотя можно утверждать, что торговля виртуальной водой (это вода, которая используется для производства товаров или услуг) - и как логический вывод из этого меньшая зависимость от подверженных наводнениям районов и районов со скудными водными ресурсами - могла бы решить проблему продовольственной безопасности, но она не решает проблему обеспечения безопасности жизнедеятельности. Программы переселения и другие стратегические мероприятия, касающиеся пойм,
должны быть оценены с точки зрения их общего влияния на возможности обеспечения средствами к существованию групп населения, подвергаемых риску наводнений.
В подразделе 2) зафиксировано, что доля городского населения в общей численности мирового населения возросла с 13% в 1900 г. до 49% в 2005 г. Эта цифра, вероятно, увеличится до 57% к 2025 г. и почти до 70% - в 2050 г. В большинстве случаев эта урбанизация происходит и будет происходить в развивающихся странах, где такой рост является в значительной мере незапланированным и органичным. Урбанизация является причиной изменения гидрологического режима водосборов и затрагивает формы рельефа, качество воды и среду обитания животного и растительного мира. Рост численности населения и миграция в незапланированные городские поселения на поймах и в прибрежных зонах морей и океанов увеличивают уязвимость к наводнениям самых бедных слоев населения в развивающихся странах. Политика в области управления наводнениями должна учитывать потребности этих групп населения.
В подразделе 3) отмечается, что абсолютная защита от наводнения является технически неосуществимой и нецелесообразной с экономической и экологической точек зрения. Ни одна проектная норма защиты не может учитывать неизбежные неточности в оценках интенсивности потенциальных экстремальных наводнений или изменения с течением времени, являющиеся результатом изменения климата.
Аналитическую дилемму порождает вопрос о необходимости разработки мероприятий, которые обеспечат защиту от сильных наводнений или уменьшат потери, вызываемые частой повторяемостью наводнений. Проектирование с учетом большой частоты наводнений влечет за собой повышенный риск катастрофических последствий в случае более экстремальных явлений. Аналогичным образом, проектирование с учетом крупных наводнений должно учитывать вероятность того, что аварии на инженерных сооружениях могут случаться даже при наводнениях, величина которых ниже, чем предусмотрено номинальным проектно-конструкторским стандартом. В этих случаях аварии могут иметь место, когда некоторые инженерно-технические сооружения, такие как дамбы и обводные каналы, не поддерживаются в должном состоянии из-за их долгого неиспользования или отсутствия финансовых средств и не могут более функционировать должным образом. При учете риска наводнений следует оценивать вероятность подобных аварий, определять, каким образом они могли бы произойти, и предусматривать меры, которые необходимо предпринимать в таких случаях.
В подразделе 4) отмечается, что прибрежные водные экосистемы, включая реки, заболоченные земли и эстуарии, обеспечивают потребность населения в чистой питьевой воде, пище, строительных материалах, очистке вод, смягчении последствий наводнений, а также рекреационные возможности. Изменчивость объема, времени и продолжительности фаз речного стока имеет критически важное значение для поддержания нормального функционирования речной экосистемы. Например, периоды затопления позволяют сохранять места нерестилищ рыб, способствуют их миграции, а также удалению обломков мусора, наносов и солей. Эти периоды имеют особенно важное значение в регионах с засушливым климатом, где сезонные наводнения чередуются с периодами засухи. Различные меры по управлению наводнениями оказывают разнообразные воздействия на экосистему, и в то же время изменения в экосистеме сказываются соответствующим образом на паводковой ситуации, динамике прохождения наводнений, а также на поведении самой реки.
Некоторые меры вмешательства, связанные с управлением наводнениями, пагубно сказываются на речных экосистемах, способствуя снижению повторяемости затоплений на заболоченных землях, которые возникают вокруг пойм. Необходимо найти компромисс между сталкивающимися интересами в речном бассейне в отношении величины и изменчивости режима стока для того, чтобы извлечь максимальные выгоды для общества и чтобы поддерживать здоровую прибрежную экосистему. Возможности для совершенствования системы управления могут быть обеспечены благодаря инновационным «мерам вмешательства», реконструкции существующих инженерных структур и внесению корректировок в правила эксплуатации существующих ГТС.
Экосистемный подход - это стратегия интегрированного управления земельными, водными и биологическими ресурсами, стратегия, которая способствует их сохранению и устойчивому использованию. Как интегрированное управление водными ресурсами, так и интегрированное управление наводнениями включают основные принципы экосистемного подхода, рассматривая всю экосистему бассейна в качестве единого целого и учитывая последствия экономического вмешательства для всего бассейна.
В подразделе 5) обращается внимание на то, что изменение климата порождает серьезную концептуальную проблему, поскольку оно разрушает общепринятое предположение, согласно которому в долгосрочной исторической перспективе гидрологические условия сохранятся. В то же время, путь будущего развития и соответствующие последствия изменения климата можно лучше всего спроецировать при помощи различных сценариев развития. Для решения проблем, связанных со сдерживанием процесса изменения климата, требуется руководство, перспективное видение, потенциал и ресурсы, превышающие наши сегодняшние познания и возможности. Однако как позитивный момент следует отметить, что специалисты-практики, осуществляющие управление наводнениями, уже на протяжении десятилетий, сталкиваются с экстремальными явлениями, обусловленными изменчивостью климата, пытаясь учесть все виды неопределенности, например, при расчете высоты гребней защитных дамб и плотин при их проектировании.
Изменение климата на региональном уровне, в частности, изменение среднегодового количества осадков, может происходить более быстрыми темпами по сравнению с глобальными изменениями. В свете такой вероятности при выборе расчетного паводка следует уравновешивать риски и выгоды, исходя при этом из научно обоснованных принципов, сведений о предыдущих явлениях наводнений и того, каким образом население относится к риску.
В заключении раздела 4 отмечается, то во многих местах политика управления наводнениями уже изменилась, перейдя к подходу, выходящему за пределы мифа об «абсолютной защите от наводнения», т. е. к более гибкому и адаптивному подходу - «жить в условиях риска наводнения». Подобный подход признает ценное значение мер по защите от наводнений, но также признает при этом существование остаточных рисков, таких как прорывы дамб. Управление наводнениями должно обеспечивать наличие стратегий для подобных возможных событий, учитывающих необходимость сбалансированного сочетания инженерного и неинженерного подходов. Обеспечение сбалансированности и последовательного характера сочетания «мягких» (институциональных) мер, и «жестких» (инфраструктурных) мер, связанных с инвестициями, является сложной задачей и требует навыков и знаний в области адаптации применительно к управлению водными ресурсами в целом и наводнениями, в частности.
5. ИНТЕГРИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ НАВОДНЕНИЯМИ - КОНЦЕПЦИЯ
Центральный раздел концептуального документа [77] - это раздел 5, который включает в себя 12 подразделов. Среди них:
1) «Интегрированное управление водными ресурсами».
2) «Определение интегрированного управления наводнениями».
3) «Элементы интегрированного управления наводнениями».
4) «Управление водным циклом как единым целым».
5) «Интегрированное управление земельными и водными ресурсами».
6) «Управление рисками и неопределенностями».
7) «Принятие наилучшего сочетания стратегий».
8) «Обеспечение подхода, предполагающего широкий круг участников».
9) «Определение и участие заинтересованных сторон».
10) «Принципы управления „снизу вверх“ и „сверху вниз“».
11) «Интегрирование институциональных возможностей».
12) «Принятие интегрированных подходов к решению проблем, связанных с опасными явлениями».
В подразделе 1) перечислены принципы интегрированного управления водными ресурсами (ИУВР), которые уже достаточно полно описаны во введении нашего обзора (см. раздел 1.5).
В подразделе 2) отмечается, что интегрированное управление наводнениями (ИУН) - это процесс, содействующий внедрению интегрированного, а не фрагментарного подхода к мероприятиям, связанным с управлением наводнениями. Этот процесс объединяет развитие земельных и водных ресурсов речного бассейна в контексте ИУВР, а его основной целью является получение максимальной выгоды от использования территорий пойм и сведения к минимуму случаев гибели людей в результате наводнений.
В рамках концепции интегрированного управления наводнениями речной бассейн рассматривается как динамичная система, характеризуемая многочисленными взаимодействиями и потоками энергии и субстанций между сушей и водными объектами. В контексте ИУН отправной точкой является пространственно-временное видение того, каким должен быть речной бассейн. Включение в это видение перспективы устойчивой жизнедеятельности означает поиск способов движения вперед в условиях создания возможностей функционирования системы как единого целого. К значительным последствиям могут привести потоки воды, наносы и загрязняющие вещества, перемещающиеся из верхних частей водосбора реки в устьевую зону, часто проходя десятки километров и затрагивая значительную часть речного бассейна. Поскольку эстуарии покрывают как речной бассейн, так и прибрежную зону моря, важно включать вопросы управления прибрежными зонами в ИУН.
Необходимо понимать, что цель ИУН состоит не только в уменьшении ущерба от наводнений, но также и в максимальном увеличении эффективности использования пойм, особенно там, где земельные ресурсы являются ограниченными, осознавая при этом опасность наводнений. Иными словами, хотя высшим приоритетом должно по-прежнему оставаться уменьшение числа случаев гибели людей, задача уменьшения ущерба в результате наводнений должна быть вторичной по отношению к общей цели оптимального использования пойм. В свою очередь, увеличение ущерба от наводнений может быть вызвано повышением эффективности использования как пойм в частности, так и речного бассейна в целом.
В подразделе 3) подчеркивается, что интегрированное управление наводнениями характеризуется совместным, межсекторальным и прозрачным подходом к процессу принятия решений. Определяющей характеристикой ИУН является интегрирование, выраженное одновременно в различных формах: надлежащие сочетания стратегий, тщательно выбранные территории, где предпринимаются соответствующие меры, а также надлежащие виды мер (инженерные или неинженерные, кратковременные или долгопериодные).
План интегрированного управления наводнениями должен включать следующие шесть ключевых элементов, которые являются логическим следствием в контексте подхода ИУВР:
• управление водным циклом как единым целым;
• интегрирование управления земельными и водными ресурсами;
• учет факторов риска и неопределенностей;
• принятие наилучшего сочетания стратегий;
• обеспечение подхода, предполагающего широкий круг участников;
• принятие подходов интегрированного управления опасностями и/или рисками.
В подразделе 4) отмечается, что интегрированное управление наводнениями сосредоточено на управлении наземной фазой водного цикла в целом, учитывая весь диапазон наводнений - небольших, средних и экстремальных/катастрофических. Оно признает влияние наводнений на пополнение запасов подземных вод, которые образуют важный источник воды во время засушливых периодов, и учитывает другое экстремальное проявление гидрологического цикла, а именно, засуху.
Планы управления наводнениями должны включать борьбу с засухой, а также меры по обеспечению максимальных преимуществ от позитивных аспектов наводнений, например, за счет задержания части паводковых вод для их использования в сельскохозяйственном производстве. Заливные территории, в частности, дают возможность накапливать воду, поступающую на них в период наводнений, в глубоких грунтовых слоях. При интегрированном управлении наводнениями подземные и поверхностные воды следует рассматривать в качестве взаимосвязанных ресурсов, а также учитывать роль водоудерживающей способности почв пойм в пополнении запасов подземных вод. Планы управления наводнениями должны характеризоваться целостным подходом к использованию возможностей для ускоренного искусственного пополнения запасов подземных вод при определенных геологических условиях. В то же время, при осуществлении мероприятий, изменяющих режим стока, необходимо учитывать потенциальные негативные последствия.
Интегрированное управление наводнениями признает необходимость регулирования всех затоплений, а не только тех, защита от которых предусмотрена принятыми расчетными стандартами. Планы ИУН должны учитывать возможность наступления более экстремального наводнения по сравнению с расчетным наводнением и предусматривать то, каким образом будет осуществляться управление подобным наводнением. В планах должны четко определяться территории, которыми пожертвуют для аккумуляции паводковой воды, с тем, чтобы защитить жизненно важные территории в случае экстремального наводнения.
Управление наводнениями в городах должно однозначно включать три базовых компонента управления водохозяйственной деятельностью в крупных населенных пунктах: снабжение питьевой водой, удаление сточных вод и удаление поверхностного стока. Планы управления наводнениями в городах должны предусматривать регулирование, как объема ливневых вод, так и воздействия ливневых вод на качество водных ресурсов. Загрязненные паводковые воды порождают одну из самых серьезных послепаводковых проблем в городских районах.
В подразделе 5) указывается, что планирование землепользованием и управление водными ресурсами следует осуществлять путем составления единого синтезированного плана, имеющего общий раздел, такой как картирование опасности и рисков наводнений, с тем чтобы обеспечить обмен информацией между органами планирования землепользованием и органами, занимающимися управлением водными ресурсами. Логическим обоснованием для подобного интегрирования является тот факт, что землепользование оказывает воздействие как на количество, так и на качество водных ресурсов. Три основных элемента управления речным бассейном, а именно, управление количеством, управление качеством и управление процессами эрозии и отложения наносов, неразрывно связаны между собой и являются первостепенными причинами принятия подхода ИУН, основанного на рассмотрении речного бассейна как единого целого.
Изменения в землепользовании на территориях, расположенных выше по течению, особенно преобразование лесных и водно-болотных угодий в другие виды землепользования, могут радикально изменить характеристики наводнений и соответствующих параметров качества водных ресурсов, а также процессы транспорта наносов. Процесс урбанизации в районах, расположенных выше по течению, а также работы по регулированию речных русел могут стать причиной увеличения пиковых значений наводнений, а также более раннего времени их наступления на участках, расположенных ниже по течению. Низко расположенные котловины могут играть важную роль в ослаблении наводнений, однако последующее отложение в них твердых наносов может ухудшить санитарно-гигиенические условия и повысить пиковые значения наводнений на расположенных ниже по течению участках водотоков. Игнорирование таких взаимосвязей в прошлом часто приводило к аварийным ситуациям. В рамках управления наводнениями необходимо осознать, проанализировать и учесть такого рода связи для проведения интегрированных мероприятий с целью улучшения характеристик функционирования речных
бассейнов.
В подразделе 6) отмечается, что жизнь на территории поймы связана с риском причинения ущерба имуществу и гибели людей, однако она обеспечивается здесь также соответствующими возможностями. При формулировании политики регионального развития следует учитывать риск наводнения в контексте других доминирующих рисков для отдельных лиц, домашних хозяйств и населенных пунктов. Иными словами, политика, направленная на уменьшение опасности наводнений, может одновременно иметь непреднамеренные последствия, заключающиеся в уменьшении возможностей для обеспечения средств к существованию в результате таких мер, как ограничительное регулирование пойм или программы переселения, основанные на недостаточном понимании социально-экономических последствий.
Риски наводнений также связаны с метеорологическими и гидрологическими неопределенностями. Наши сегодняшние знания являются неполными, и, в общем, мы недостаточно точно понимаем действующие причинно-следственные гидрометеорологические процессы. Масштабы будущих изменений невозможно предсказать с достаточной точностью, поскольку эти изменения могут быть случайными (изменчивость погоды и климата), систематическими (изменение климата) или квазициклическими (например, явление Эль-Ниньо). В то же время гидрологическая неопределенность, вероятно, зависит от неопределенностей в социальной, экономической и политической сферах, поскольку наибольшие и наименьшее плохо предсказуемые изменения в этих сферах связаны с увеличением численности населения и его экономической деятельностью.
Применение подхода, основанного на управлении рисками, предусматривает принятие мер, направленных на предотвращение превращения опасного явления в бедствие. Управление рисками наводнений заключается в осуществлении систематических действий в рамках цикла: готовность, реагирование и восстановление и оно должно являться частью ИУВР. Предпринимаемые действия зависят от условий риска в рамках сложившихся социальных, экономических и физических обстоятельств, при этом главное внимание уделяется уменьшению уязвимости.
Управление рисками наводнений также включает усилия, направленные на уменьшение остаточных рисков посредством следующих мер: землепользование с учетом возможности наводнений и территориальное планирование, системы заблаговременных предупреждений, планы эвакуации, подготовка к оказанию помощи в случае бедствий и противопаводковая защитa, и в качестве последней возможности - страхование и другие механизмы сокращения риска.
В подразделе 7) констатируется, что выбор стратегии целиком и полностью зависит от водно-ресурсных и климатических характеристик рассматриваемой речной системы и региона. Три взаимосвязанных фактора определяют, какая стратегия или сочетание стратегий наиболее подходят для конкретного речного бассейна, а именно: погода и климат, характеристики водосборного бассейна и социально-экономические условия в регионе. Характер региональных наводнений и последствия этих наводнений являются функцией этих взаимосвязанных факторов.
В таблице 2 показаны стратегии и варианты, которые обычно используются в управлении наводнениями.
Таблица 2. Стратегии и варианты управления наводнениями
Оптимальность принимаемых решения зависит от того, насколько информация о взаимосвязанных факторах и условиях является полной, определенной и точной. В свете неопределенности в отношении будущего необходимо для планов управления наводнениями принимать стратегии, которые являются гибкими, жизнеспособными и которые могут быть адаптированы к изменяющимся условиям. Такие стратегии должны быть многосторонними и со множеством вариантов.
Интегрированное управление наводнениями исключает отдельные фрагментарные и изолированные перспективы и ошибочное предположение, что некоторые виды вмешательств всегда являются правильными, а другие всегда приводят к плохому результату. При успешном ИУН рассматривается ситуация в целом, сравниваются реально доступные меры и выбирается стратегия или комбинация стратегий, которые больше всего подходят в данной конкретной ситуации. Планы управления наводнениями должны предусматривать оценку, выбор и реализацию тех инженерных и неинженерных мер, которые подходят именно для данного региона, а также должны предусматривать противодействие созданию новых опасных ситуаций или переносу решения какой-либо острой проблемы во времени и в пространстве.
В рамках многих социально-экономических систем стоимость уменьшения риска - чаще всего путем проведения дорогостоящих инженерных мероприятий или осуществления политики, направленной на перемещение с «рискованных» земель, - является просто слишком высокой для того, чтобы быть приемлемой. Побочные эффекты от подобных мероприятий могут также оказаться слишком разрушительными для окружающей среды или вступать в противоречие с целями в области развития общества. В подобных случаях более подходящей стратегией могло бы быть уменьшение уязвимости благодаря обеспечению готовности к бедствиям и принятию чрезвычайных мер по борьбе с наводнениями.
Случаи гибели людей или причинения материального ущерба могут быть сведены к минимуму, если разработаны и хорошо отлажены соответствующие планы реагирования на бедствия, подкрепленные достаточно точными и достоверными прогнозами. Карты опасности затопления, показывающие районы, которым угрожает опасность наводнения с определенной степенью вероятности, обеспечивают наиболее заблаговременные предупреждения о вероятном опасном явлении и помогают населению принимать решения, касающиеся инвестирования в этих районах.
В планах управления наводнениями важно избегать тенденции принятия только долгосрочных мер вмешательства, особенно после экстремальных наводнений. Успех стратегии зависит от того, смогут ли представители заинтересованных сторон, особенно те, кто непосредственно пострадал от наводнений, как можно скорее обрести уверенность в безопасности благодаря краткосрочным мерам. В этой связи в планы управления наводнениями необходимо включать как долгосрочные, так и краткосрочные меры вмешательства.
В подразделе 8) подчеркивается, что в определении устойчивого развития, принятом на встрече на высшем уровне «Планета Земля» в Рио-де-Жанейро в 1992 г., особое значение придается участию общественности на всех уровнях процесса принятия решений. В отношении водных ресурсов в этом определении подчеркивается «управление на самом низшем соответствующем уровне».
В подразделе 9) отмечается, что интегрированное управление наводнениями, равно как и интегрированное управление водными ресурсами, должно поощрять участие пользователей, политиков и планирующих органов на всех уровнях. Данный подход должен быть открытым, прозрачным, всеохватывающим и коммуникативным; он должен требовать децентрализации процесса принятия решений, а также включать консультации с общественностью и привлечение представителей заинтересованных сторон к планированию и реализации планов.
Важно, чтобы широкий репрезентативный круг представителей заинтересованных сторон привлекался к участию в диалоге и процессу принятия решений, касающихся ИУН. Во время консультаций с ними необходимо предусмотреть участие национальных меньшинств, коренных народов и более слабых в социальном или экономическом плане слоев общества, а при планировании мер на случай наводнения следует учитывать интересы уязвимых групп населения, таких как дети и пожилые люди. Знания и опыт коренных жителей в отношении того, каким образом справляться с наводнениями, должнo быть положенo в основу комплекса принимаемых мер.
В то же время, темпы изменений в гидрологических и климатических системах, вызванных деятельностью человека, свидетельствуют о необходимости регулярной переоценки адекватности принятых и предлагаемых мер. Поскольку ИУВР и ИУН не являются изолированными процессами и обычно отражают общие характеристики и проблемы общества, принятая модель участия представителей заинтересованных сторон будет изменяться в зависимости от конкретных обстоятельств.
В подразделе 10) подчеркивается, что успешноe осуществлениe стратегий предотвращения бедствий и ликвидации их последствий охватывает широкий круг мероприятий и учреждений. В нем участвуют отдельные лица, семьи и группы населения, а также представительная группа органов управления и структур гражданского общества, а именно научно-исследовательские учреждения и неправительственные организации. Все эти учреждения играют исключительно важную роль в преобразовании предупреждений в превентивные действия. Представители всех секторов и разных дисциплин должны участвовать в данном процессе и осуществлять деятельность в поддержку осуществления планов управления наводнениями и смягчения последствий стихийных бедствий.
Экстремальный подход к управлению по принципу «снизу вверх» рискует быть скорее фрагментарным, чем интегрированным. С другой стороны, уроки, полученные в результате предпринятых в прошлом попыток реализации подходов по жесткому принципу «сверху вниз», ясно свидетельствуют о том, что местные организации и группы пытаются прилагать огромные усилия с целью срыва планов ведомства, которое отвечает за общее управление соответствующим бассейном. Важно воспользоваться сильными сторонами обоих этих подходов для обеспечения ИУВР и ИУН.
В подразделе 11) отмечается, что все организации и учреждения обязательно имеют географические и функциональные границы своей деятельности. Необходимо учитывать все секторальные мнения и интересы в процессе принятия решений. Все виды деятельности местных, региональных и национальных организаций и учреждений, занимающихся вопросами развития, следует координировать на должном уровне. Эти организации и учреждения могут включать департаменты и министерства, а также частные предприятия, работающие в таких областях, как сельское хозяйство, развитие городов и водосборных бассейнов, промышленность и горнодобывающая отрасль, транспорт, обеспечение питьевой водой и санитарии, здравоохранение, охрана окружающей среды, лесное хозяйство, рыбные промыслы и все другие соответствующие секторы. Сложная задача заключается в обеспечении координации и сотрудничества этих структур, особенно при пересечении функциональных и административных границ. Комитеты или организации (советы, комиссии и т.п.) речных бассейнов, занимающиеся деятельностью на уровне бассейна или суббассейна, могут обеспечить соответствующие форумы
для подобной координации и интегрирования. Лучшими примерами подобной практики являются, вероятно, те случаи, когда обстоятельства требовали координации и сотрудничества уже существующих организаций и учреждений.
В подразделе 12) зафиксировано, что вероятность реализации разнообразных опасных явлений и процессов (от оползней до штормовых нагонов), требует особого подхода, ориентированного на комплексы многих опасных явлений. Целостный многоцелевой подход к планированию и управлению чрезвычайными ситуациями является более предпочтительным по сравнению c подходoм, ориентированным только на конкретные опасные явления, и ИУН должно быть частью более широкой системы управления рисками. Подобный подход способствует структурированному обмену информацией и созданию эффективных организационных связей.
Интегрированный подход к управлению при возникновении опасных явлений включает решение проблем развития наряду с планированием на случай чрезвычайных ситуаций и разработкой схем мероприятий по их предотвращению, восстановлению и смягчению последствий, что позволяет также лучше учитывать разнообразные риски для жизни и более эффективно использовать ресурсы и персонал. Такой подход обеспечивает, соответственно, логическую последовательность этапов при решении проблем, связанных с управлением опасными природными явлениями, во всех национальных, региональных и местных планах.
6. ПРАКТИЧЕСКОЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИНТЕГРИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ НАВОДНЕНИЯМИ
В разделе 6 констатируется, что эффективное практическое осуществление как ИУН, так и ИУВР требует: благоприятных условий с точки зрения политического курса, законодательства и информации; четко определенных институциональных ролей и функций и инструментов управления для эффективного регулирования, мониторинга и соблюдения законодательства. Эти требования обусловлены конкретными климатическими, гидрологическими и физическими условиями соответствующего бассейна в сочетании с культурными, политическими и социально-экономическими взаимодействиями и существующими планами развития конкретного региона.
Раздел 6 включает в себя следующие позиции:
1) «Четкая и целевая политика, поддерживаемая законодательством и нормативными документами».
2) «Необходимость бассейнового подхода».
3) «Институциональная структура, реализуемая за счет соответствующих связей».
4) «Местные организации».
5) «Междисциплинарный подход».
6) «Адаптивное управление».
7) «Управление и обмен информацией».
8) «Надлежащие экономические инструменты».
В подразделе 1) отмечается, что в силу своей природы проблема наводнений создает ситуацию, в которой проявляются конкурирующие требования, а иногда необходимо принятие безотлагательных действий для удовлетворения потребностей населения, особенно, сразу после крупномасштабного наводнения. Чрезвычайно важное значение имеет политическая приверженность принципам и практике ИУН. Стратегии, разработанные применительно к ИУН, необходимо преобразовать в конкретную политику и меры в области планирования и выделения ресурсов, а также управления ими, причем не только в одном секторе, таком как, например, транспорт или окружающая среда, а во всех секторах, влияющих на формирование наводнений и управление ими. Увязывание управления наводнениями с ИУВР обеспечивает межсекторальные связи в области социально-экономического развития и создает основу для участия представителей заинтересованных сторон.
Интегрированное управление наводнениями предполагает стремление к разработке и принятию политики, которая соответствует долгосрочным потребностям и охватывает проблемы, связанные как с экстремальными, так и с обычными наводнениями, обеспечивая при этом участие представителей заинтересованных сторон в данном процессе. Главные направления этой политики требуют наличия четкой правовой основы, определяющей права, полномочия и обязанности соответствующих организаций и населения, проживающего в поймах. Правовые нормы могут охватывать такие вопросы, как районирование пойм, осуществление обслуживания, связанного с прогнозированием наводнений и опасных явлений и выпуск соответствующих предупреждений, а также меры реагирования в случае наступления бедствия.
В подразделе 2) констатируется, что речные и озерные бассейны являются динамичными системами со сложными взаимосвязями между сушей и водной средой (см. рис. 4).
Рис. 4. Взаимодействие между сушей и водой[5 - Рисунок 4 адаптирован из [77]]
Эти взаимосвязи охватывают не только воды, но также почвы и растительный покров бассейна, наносы, загрязняющие и питательные вещества. Данная система является динамичной как во времени, так и в пространстве. Функционирование бассейна как единой системы регулируется природой, техногенными нагрузками и величиной указанных выше взаимосвязей.
Хотя бассейн является основным объектом для планирования и рационального использования водных ресурсов, интегрирование на уровне бассейна может привести к недостаточной оптимизации на более широком (национальном или региональном) уровне. Интегрированное управление наводнениями предполагает необходимость рассмотрения функционирования речных бассейнов и стратегии жизнеобеспечения домашних хозяйств и групп населения, а также учета управления наводнениями в рамках стратегии развития страны или региона в целом. Жизненно важное значение имеют как восходящее интегрирование, т. е. интегрирование в национальную политику, так и горизонтальное интегрирование между различными направлениями национальной и региональной политики.
В подразделе 3) отмечается, что при планировании интегрированного управления наводнениями для достижения общей цели устойчивого развития требуется координация процессов принятия решений любого количества отдельных органов власти, занимающихся вопросами развития. При принятии любого решения, которое влияет на гидрологические характеристики бассейна, должно учитываться любое другое аналогичное решение. К сожалению, географические границы речного бассейна редко совпадают с границами влияния организаций, вовлеченных в управление этим бассейном. В масштабе международного трансграничного бассейна существенным является объединение принципов ИУН в более широкие рамки использования и защиты международных водотоков. Национальное законодательство должно учитывать международные обязательства в отношении трансграничных водотоков, а информационное взаимодействие между соседними государствами, территории которых подвержены воздействию наводнений, должно быть, по возможности, максимально эффективным и результативным. Определенная фрагментация и разделение зон ответственности являются неизбежными, а учреждения и
организации руководствуются официальными и неофициальными правилами, определяющими как то, что они могут, так и то, что они не могут делать. Эти правила обычно определяют как географическое пространство, в пределах которого учреждения могут осуществлять соответствующую деятельность, так и функции, которые они могут выполнять, или цели, которые они могут преследовать.
В подразделе 4) подчеркивается, что межсекторальная интеграция и координация требуют участия представителей заинтересованных сторон с привлечением местных организаций. В рамках интегрированного управления наводнениями предпринимаются попытки нахождения путей координации и сотрудничества вне ведомственных границ для принятия решений на уровне бассейна и для привлечения местных организаций как к выработке решений, так и к их реализации. Некоторым организациям, возможно, потребуется изменение их процедур принятия решений для содействия участию местного населения в реализации подхода ИУН по принципу «снизу вверх». Успех интегрированного управления наводнениями существенно зависит от взаимосвязей между представителями заинтересованных сторон и от наличия свода справедливых и прозрачных правил, определяющих участие представителей заинтересованных сторон.
Учитывая большое взаимное влияние между землепользованием, с одной стороны, и гидрологическими и метеорологическими характеристиками водосборной системы, с другой, предпочтительным является подход к управлению наводнениями на базе уже существующих организаций, ответственных за речной бассейн. Этот подход может гарантировать, что местные организации не будут игнорировать последствия их действий для представителей заинтересованных сторон, находящихся ниже по течению. В этой связи может потребоваться увеличение существующих институциональных возможностей и возможностей местного населения для удовлетворения требований ИУН.
В подразделе 5) указывается, что необходимость принятия во внимание уязвимости при управлении рисками наводнений требует междисциплинарного подхода, наряду с тесным сотрудничеством и координацией между различными министерствами, секторами и учреждениями, занимающимися вопросами развития, на разных уровнях управления. Процесс принятия решений не является более одномерным и сфокусированным только на обеспечении экономической эффективности, и он во все большей степени становится многомерным и направленным на обеспечение достижения многочисленных, часто противоречивых, целей. Важнейшее значение для принятия лучших решений имеет участие различных представителей заинтересованных сторон. Растущее разнообразие общественных ценностей и мнений требует участия общественности в процессе планирования. Многие страны приняли нормативные акты, регламентирующие привлечения общественности к процессу принятия решений, и ИУН требует вовлечение всех представителей заинтересованных сторон, в том числе, гражданского общества и групп населения, которых это касается непосредственным образом.
В подразделе 6) отмечается, что неопределенность, содержащаяся в научных знаниях относительно будущих рисков наводнений, объясняется как неопределенностью будущих природных условий в связи с изменением климата, так и изменениями на водосборных бассейнах, обусловленными деятельностью человека. В подобных условиях политика в отношении этих неопределенных рисков должна быть основана на прочном, но при этом гибком подходе. Адаптивное управление было широко признано в качестве подхода к решению вопросов подобных научных неопределенностей, когда решения принимаются в качестве части текущего научно обоснованного процесса. Оно включает планирование, принятие мер, мониторинг и оценку применяемых стратегий, а также учет новых знаний, по мере того как они становятся доступными, в управленческих подходах. Мониторинг и периодическая оценка результатов используется для внесения изменений в политику, стратегии и практику управления. Адаптивное управление позволяет четко определять ожидаемые результаты, разрабатывать методы количественной оценки эффективности, собирать и анализировать информацию, с тем чтобы
сравнивать ожидаемые результаты с фактическими, извлекать уроки из сравнений и соответственно вносить изменения в осуществляемые действия и планы.
В подразделе 7) высказано предположение о том, что участие представителей заинтересованных сторон в интегрированном управлении наводнениями, весьма вероятно, позволит достичь консенсуса, если они поддерживают целостный подход к ИУН, если они выйдут за пределы своих узких краткосрочных интересов и если ПЗС рассматривают различные точки зрения рациональным и объективным образом. Для эффективного привлечения и участия представителей заинтересованных сторон могут потребоваться меры по наращиванию потенциала, с тем чтобы ПЗС могли действовать, опираясь на прочную научную основу, и пользоваться поддержкой экспертов. Местное население должно полноценно участвовать в сборе данных и информации, в формулировании и осуществлении планов реагирования на чрезвычайные ситуации и в осуществлении мер по устранению последствий бедствия. Совместное использование данных, информации и опыта, обмен ими между экспертами, широкой общественностью и всеми другими привлеченными лицами являются существенными для достижения консенсуса и урегулирования конфликтов, а также для реализации избранной стратегии. Этот обмен
информацией должен осуществляться прозрачным образом, и к нему следует привлекать все заинтересованные стороны. Совместное трансграничное использование информации о наводнениях и обмен этой информацией являются основополагающими для осуществления планов подготовки к наводнениям в регионах, расположенных вниз по течению. Информация, относящаяся к обеспечению готовности к чрезвычайной ситуации и мер реагирования на нее, должна совместно использоваться в качестве общественного блага.
В подразделе 8) отмечается, что стоимость жизни в поймах оплачивается частично их жителями в виде экономических потерь и меньших возможностей за счет затоплений и частично налогоплательщиками в виде финансируемых государством мер защиты от наводнений, а также оказания помощи пострадавшему населению и обеспечения мер восстановления разрушенных объектов инфраструктуры. Степень приемлемости этого разделения расходов зависит от социально-экономической структуры общества. Расходы, связанные с необходимостью принятия на себя рисков, обусловленных наводнениями, должны распределяться не только среди тех, кто живет в поймах и кто извлекает из этого непосредственную выгоду, но также и среди тех, кто извлекает косвенную выгоду. В идеальном варианте доля государственных расходов, связанных с этими рисками, должна быть соразмерной с теми выгодами, которые рядовой налогоплательщик извлекает из экономической деятельности в заселенных поймах. Тот объем, в котором правительству следует финансировать деятельность по управлению наводнениями и выплачивать субсидии на цели страхования от наводнений, следует обсуждать
на местном уровне в контексте социально-экономической политики правительства. Честное и справедливое распределение расходов, связанных с рисками наводнений, должно определяться прозрачным образом. Успех подхода, заключающегося в интегрированном управлении наводнениями, зависит в определенной степени от того, каким образом используются экономические инструменты (налоги, субсидии и страхование) для разделения рисков, связанных с наводнениями.
ВЫВОДЫ
Интегрированное управление наводнениями объединяет процессы развития земельных и водных ресурсов в речном бассейне в контексте интегрированного управления водными ресурсами с целью максимально эффективного использования пойм и сведения к минимуму случаев гибели людей и ущерба имуществу. Интегрированное управление наводнениями, подобно интегрированному управлению водными ресурсами, должно способствовать участию пользователей, планировщиков и политиков на всех уровнях. Данный подход должен быть открытым, прозрачным, всеохватывающим и коммуникативным; должен предусматривать децентрализацию процесса принятия решений, включать общественное обсуждение и участие заинтересованных сторон в процессе планирования и осуществления.
Управление наводнениями, если они рассматриваются в качестве изолированных проблем, неизбежно становится разрозненным, локализированным подходом. Интегрированное управление наводнениями требует концептуального отказа от традиционного фрагментарного подхода и способствует эффективному использованию ресурсов речного бассейна в целом, с применением при этом стратегий по сохранению или увеличению продуктивности пойм, обеспечивая одновременно защитные меры от потерь, вызываемых наводнениями.
Как рост численности населения, так и экономический рост приводят к чрезмерной эксплуатации природных ресурсов экосистем. Возросшее демографическое давление и более активная экономическая деятельность в речных поймах, такая как сооружение зданий и объектов инфраструктуры, еще больше увеличивают риск наводнений.
Экосистемный подход - это стратегия интегрированного управления земельными, водными и биологическими ресурсами, стратегия, которая способствует их сохранению и устойчивому использованию на справедливой основе. Как интегрированное управление водными ресурсами, так и интегрированное управление наводнениями включают основные принципы экосистемного подхода, рассматривая всю экосистему бассейна в качестве единого целого. Одним из предопределяющих условий ИУН является экологическая устойчивость при реализации различных вариантов управления наводнениями.
Целостный подход к планированию и управлению, различными чрезвычайными ситуациями, является предпочтительным по сравнению с подходом, определяемым конкретным опасным явлением, и ИУН должно быть частью более широкой системы учета факторов риска. Этот подход способствует структурированному обмену информацией и формированию эффективных организационных взаимосвязей. При планировании интегрированного управления наводнениями достижение общей цели устойчивого развития требует координации процессов принятия решений любого количества отдельных органов, занимающихся вопросами развития.
Адаптивное управление предлагает стабильный, но при этом гибкий подход к решению вопросов научной неопределенности - подход, при котором решения принимаются как часть текущего научно обоснованного процесса. Адаптивное управление предполагает: четкое определение ожидаемых конечных результатов и методов количественной оценки эффективности работы; сбор и анализ информации для сравнения ожидаемых и фактических конечных результатов; приобретение опыта на основе таких сравнений и, соответственно, внесение изменений в действия и планы.
Вода будет являться главной средой, через которую прежде всего проявятся ожидаемые эффекты изменения климата. Изменение климата и его возрастающая изменчивость повлияют на процессы наводнений одновременно несколькими путями. Подъем уровня моря создаст повышенный риск затопления прибрежных жилых районов, а изменения в режиме осадков приведут к росту повторяемости быстроразвивающихся ливневых паводков, a в некоторых регионах - к затоплениям пойменных территорий. Интегрированное управление наводнениями учитывает эти предполагаемые последствия и поэтому представляет собой автономную стратегию адаптации к изменчивости и изменению климата.
2.3. Международные руководящие принципы и положения по управлению рисками наводнений. Синопсис раздела 1 публикации ЕЭК ООН «Управление рисками трансграничных наводнений: опыт региона ЕЭК ООН», 2009 г.
Оглавление раздела 1 [89]
1.1 Интегрированное управление рисками наводнений
1.2 Трансграничные характеристики интегрированного управления рисками наводнений
1.3 Конвенция по трансграничным водам и трансграничное управление наводнениями
1.4 Директива Европейского Союза об оценке и управлении рисками наводнений
1.5 Европейские циклы обмена информацией по прогнозированию и картированию наводнений
1.5.1 Европейский цикл обмена информацией по картированию наводнений
1.5.2 Европейский цикл обмена информацией по прогнозированию наводнений
1.6 Европейская система оповещения о наводнениях
1.7 Белая книга по проблеме адаптации к изменению климата: на пути к выработке европейской программы действий
1.8 Выводы
ИНТЕГРИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ РИСКАМИ НАВОДНЕНИЙ
В разделе 1.1 [89] подчеркивается, что понятие «интегрированное управление наводнениями» (ИУН) охватывает интегрирование организации землепользования и управления водными ресурсами в бассейне реки с применением ряда мероприятий. Они нацелены на управление наводнениями в рамках интегрированного управления водными ресурсами (ИУВР) и на принятие принципов управления рисками с одновременным признанием того факта, что последствия наводнений могут быть благотворными, но их никогда нельзя будет полностью проконтролировать. В общих рамках ИУВР подход ИУН направлен на одновременное сохранение экосистем и связанного с ними биоразнообразия, на сокращение числа жертв наводнений, снижение уязвимости к наводнениям и их рисков, а также максимальное увеличение чистой выгоды от пойменных территорий.
Интегрированное управление рисками наводнений требует применения в планировании бассейнового подхода, охватывающего множество дисциплин и представителей заинтересованных сторон при проведении работы, направленной на снижение уязвимости и рисков, а также на сохранение экосистем. Кроме того, интегрированное управление нацелено на укрепление потенциала адаптации к изменчивости и изменениям климата. Оно основывается на следующих принципах.
УПРАВЛЕНИЕ РЕЧНЫМ БАССЕЙНОМ. Управление водопользованием должно осуществляться на территориях бассейнов рек, а не административно-территориальных единиц или стран, в то время как река, от истока до устья, должна рассматриваться как единая система.
СОЛИДАРНОСТЬ. Проблемы не должны перекладываться на соседние страны или регионы. Необходимо предотвращать негативные взаимоотношения между регионами, находящимися в верхнем и нижнем течении реки, и стимулировать конструктивное сотрудничество.
УСТОЙЧИВОСТЬ. ИУВР стремится к сочетанию экономического развития, охраны окружающей среды, улучшения общественного благосостояния и справедливости. Управление бассейном реки должно начинаться с единого подхода, основанного на широком спектре интересов, дисциплин и направлений политики. Должны быть сбалансированы различные аспекты - например, качество воды, её количество, использование грунтовых вод, землепользование, вопросы экономики и экологии, охраны окружающей среды. В контексте управления наводнениями принципы устойчивого развития предусматривают обеспечение жизнедеятельности и безопасности различных групп населения, а также жизнеспособности экосистем и функционирования пойменных территорий, в том числе, в долгосрочной перспективе.
УЧАСТИЕ ОБЩЕСТВЕННОСТИ. Активное участие общественности в разработке и реализации стратегий и планов управления водными ресурсами.
Далее в разделе 1.1 отмечается, что реки - это динамические системы, общество тоже всё время меняется. Таким образом, интегрированное управление рисками наводнений - это циклический процесс управления (см. рис. 5). Цикл управления рисками наводнений описан, например, в Директиве об оценке и управлении рисками наводнений (Директива ЕС о наводнениях) [60], а также в Руководстве ЕЭК ООН по водным ресурсам и адаптации к изменению климата [24]. Этот циклический процесс состоит из следующих шагов: 1) предотвращение наводнений, 2) защита от наводнений, 3) готовность к наводнениям, 4) реагирование на чрезвычайную ситуацию, 5) устранение ущербов от наводнений. Все эти шаги важны для эффективного интегрированного управления рисками наводнений, хотя местная или региональная специфика может потребовать уделить особое внимание какому-либо одному из этих шагов.
Источник: Швейцарское федеральное управление гражданской защиты (FOCP),5. Цикл интегрированного управления рисками наводнений[6 - Рисунок 5 и последующие в этом разделе адаптированы из [89]]
1.2. ТРАНСГРАНИЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНТЕГРИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ РИСКАМИ НАВОДНЕНИЙ
В разделе 1.2 [89] отмечается, что трансграничное управление наводнениями - это длительный процесс, как правило, состоящий из ряда этапов (см. рис. 6). В идеальной ситуации сотрудничество быстро развивается от этапа к этапу.
Рис. 6. Непрерывность сотрудничества по управлению наводнениями
Успех трансграничного сотрудничества зависит, прежде всего, от понимания и уважения задач и потребностей партнёров по трансграничному сотрудничеству, а также от учёта причин этих проблем с точки зрения природных и социальных процессов. Для обеспечения движения вперёд необходимо определить общие цели и согласовать стратегии, а также (в некоторых случаях) механизмы компенсации для сбалансирования выгод и тяжелых моментов сотрудничества.
1.3. КОНВЕНЦИЯ ПО ТРАНСГРАНИЧНЫМ ВОДАМ И ТРАНСГРАНИЧНОЕ УПРАВЛЕНИЕ НАВОДНЕНИЯМИ
В разделе 1.3 [89] указано, что более 150 рек стран региона ВЕКЦА (Восточная Европа, Кавказ и Центральная Азия), простирающегося от Центральной Азии до Северной Америки, являются трансграничными. Конвенция по трансграничным водам ЕЭК ООН [23], подписанная в 1992 г. и вступившая в силу в 1996 г., направлена на предотвращение, контроль и снижение трансграничных воздействий. К таковым отнесены любые значительные неблагоприятные воздействия на здоровье и безопасность людей, флору, фауну, почву, воздух, воду, климат, ландшафт, исторические памятники или другие сооружения, взаимодействие между этими факторами, а также воздействия на культурное наследие или социально-экономические условия. Конвенция требует, чтобы трансграничные воды использовались разумно и справедливо. Кроме того, она поддерживает экологически обоснованное и рациональное управление водными ресурсами, сохранение водных ресурсов и охрану окружающей среды, а также сохранение и, по необходимости, восстановление экосистем.
Хотя вопросы наводнений в конвенции по трансграничным водам [23] подробно не рассмотрены, многие из её положений весьма важны для управления наводнениями. Она обязывает заинтересованные стороны предотвращать, контролировать и снижать трансграничные воздействия, в том числе, связанные с наводнениями и такими, проводимыми в одностороннем порядке, мероприятиями по защите от наводнений, как строительство дамб.
Конвенция требует, чтобы стороны сотрудничали друг с другом в сфере научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, и обменивались информацией о количестве и качестве воды. Стороны обязаны разработать совместные программы мониторинга состояния трансграничных вод, включая наводнения, а также выработать процедуры предупреждения и объявления тревоги. Стороны также обязаны сотрудничать на основе принципов равенства и взаимности путём заключения двусторонних и многосторонних соглашений. Они должны создавать совместные органы для обсуждения запланированных мероприятий по предотвращению наводнений и для согласования возможных совместных мероприятий. И, наконец, стороны обязаны помогать друг другу - например, в случае наводнений.
За время, прошедшее после вступления конвенции [23] в силу, эти ключевые обязанности были проработаны более детально и подробно освещены в ряде руководств, которые, в свою очередь, сопровождались деятельностью по развитию потенциала. В 2000 г. Целевая группа по проблемам предупреждения наводнений и защиты от них разработала «Руководство по мерам, обеспечивающим устойчивую защиту от наводнений»[7 - См. документ MP. WAT/2000/7, адрес в Интернете: которое было утверждено на второй сессии Совещания сторон. В руководстве освещены: (а) основные принципы политики и стратегии трансграничного управления наводнениями, (б) задачи совместных органов, (в) вопросы предоставления информации, (г) вопросы взаимопомощи и осведомлённости общественности, а также (д) вопросы обучения и образования. Руководство рекомендует совместным органам разрабатывать долгосрочные стратегии предотвращения наводнений и защиты от них, а также планы действий, проводить инвентаризацию структурных и неструктурных мероприятий, помогать странам сотрудничать в сфере установления водного баланса для всей территории водосбора.
Руководство также описывает принципы передовой практики, в частности, для задержания воды в почве, надлежащего землепользования, зонирования и оценки рисков, при создании систем раннего предупреждения и прогнозирования, а также для расширения осведомлённости и планирования. Данное руководство ЕЭК ООН было учтено при разработке Документа о передовой практике ЕС в сфере предотвращения наводнений, защиты от них, и смягчения их последствий[8 - Адрес в Интернете: опубликованного в 2003 г. и Директивы 2007/60/ЕС об оценке и управлению рисками наводнений.
В 2006 г. руководство ЕЭК ООН по мерам, обеспечивающим устойчивую защиту от наводнений, было дополнено Типовыми положениями об управлении наводнениями в трансграничном контексте. Примерные положения были совместно разработаны Целевой группой конвенции по предупреждению наводнений и защиты от них и Советом по правовым вопросам с целью укрепления правовой базы сотрудничества в сфере трансграничного управления наводнениями.
Кроме того, в рамках конвенции с целью поддержания трансграничного управления наводнениями был разработан ряд мероприятий по развитию потенциала, одним из которых стал семинар по предотвращению, управлению и защите от наводнений (Берлин, 21 -22 июня 2004 г.)[9 - Адрес в Интернете: ДИРЕКТИВА ЕВРОПЕЙСКОГО СОЮЗА ОБ ОЦЕНКЕ И УПРАВЛЕНИИ РИСКАМИ НАВОДНЕНИЙ
В разделе 1.4 [89] указано, что Директива ЕС 2007/60/ЕК об оценке и управлении рисками наводнений (Директива ЕС о наводнениях) [60] вступила в силу 26 ноября 2007 года. Она была разработана с целью определения рамок для оценки рисков наводнений и управления ими, для сокращения неблагоприятных последствий наводнений для здоровья людей, окружающей среды, культурного наследия и экономической деятельности в ЕС.
Директива [60] требует от государств-членов ЕС: (а) оценить, подвержены ли поймы рек и побережья морей риску затопления; (б) провести картирование затапливаемых территорий, а также имущества и населения, подверженного риску на этих территориях; (в) принять адекватные и согласованные меры по снижению риска наводнений. Кроме того, эта Директива укрепила право общественности на доступ к этой информации и на учёт её мнения в процессе планирования.
Директива должна выполняться с учётом Водной рамочной директивы ЕС [59], в частности, путём согласования планов управления рисками наводнений и планов управления речными бассейнами, а также путём согласования процедур участия общественности в разработке этих планов. Все разрабатываемые оценки, карты и планы должны доводиться до сведения общественности.
Более того, государства-члены должны координировать свои мероприятия по управлению рисками наводнений в бассейнах трансграничных рек, в том числе, с третьими странами, и не должны осуществлять мероприятия, которые могут привести к существенному увеличению рисков наводнений в соседних странах, если эти мероприятия не были согласованы или не было найдено согласованное решение.
Государства-члены должны принимать во внимание процессы и явления долгосрочного характера, включая изменения климата, а также практику устойчивого землепользования в рамках цикла управления рисками наводнений, предусмотренного директивой [60].
Директива предусматривает выполнение предварительной оценки риска наводнения для каждой области речного бассейна или единицы управления, или участка бассейна международной реки в пределах водосбора к 22 декабря 2011 года. Оценка должна проводиться на основании имеющейся в наличии или легкодоступной информации, в частности, о воздействии изменения климата на периодичность наводнений.
В состав предварительной оценки риска наводнения должны войти, как минимум:
карты бассейна реки соответствующего масштаба (границы бассейнов, суб-бассейнов, топографические карты, карты землепользования и т.п.);
описания наводнений, которые (а) имели место в прошлом, (б) оказывали существенное неблагоприятное воздействие на здоровье людей, окружающую среду, объекты культурного наследия, экономическую деятельность, (в) для которых имеется вероятность повторения аналогичных событий в будущем (включая затапливаемые территории и транспортные маршруты с оценкой неблагоприятных воздействий);
проведение оценки потенциальных неблагоприятных последствий будущих наводнений с максимальным учётом других проблем в зависимости от конкретных потребностей государств-членов. К ним относятся проблемы топографии, количественных описаний водотоков, их гидрологических и геоморфологических характеристик, пойменных территорий, как естественных зон задержания воды, эффективности созданной человеком инфраструктуры защиты от наводнений, населённых пунктов, зон экономической деятельности и долгосрочных процессов и явлений (включая воздействие изменений климата на периодичность наводнений).
Планы управления рисками наводнений должны быть подготовлены государствами-членами к 22 декабря 2015 г. на основе карт, построенных по результатам предварительной оценки рисков наводнений на уровне речных бассейнов или других единиц управления. Кроме того, директива [60] подразумевает, что государства-члены установят соответствующие цели управления рисками наводнений с упором на снижение потенциально неблагоприятных последствий наводнений для здоровья людей, окружающей среды, объектов культурного наследия и экономической деятельности, а также на неструктурные инициативы и/или снижение вероятности затопления.
Планы управления рисками наводнений должны учитывать все существенные аспекты, включая затраты и выгоды, затапливаемые территории, направления затоплений, зоны с потенциалом задержания паводковых вод - естественные пойменные территории, экологические цели, управление почвами и водами, ландшафтное планирование, землепользование, охрана природы, судоходство и инфраструктура портов.
Более того, в планах управления рисками наводнений должны учитываться все их аспекты - предотвращение, защита и готовность, включая прогнозирование наводнений и создание систем раннего предупреждения. При этом в планах должны учитываться характеристики конкретного бассейна или суббассейна реки.
Согласно законодательству ЕС, все шаги, направленные на обеспечение надлежащего управления рисками наводнений, должны повторяться раз в шесть лет. Однако директива о наводнениях не содержит строгих требований в отношении восстановления после наводнений.
1.5. ЕВРОПЕЙСКИЕ ЦИКЛЫ ОБМЕНА ЗНАНИЯМИ И ИНФОРМАЦИЕЙ ПО КАРТИРОВАНИЮ И ПРОГНОЗИРОВАНИЮ НАВОДНЕНИЙ
В разделе 1.5 [89] отмечается, что знание об опасностях и рисках (в частности, об их распределении в пространстве) является ключевым элементом эффективного управления рисками наводнений. На знания и информацию о рисках наводнений нацелены две европейских инициативы: Европейский цикл обмена информацией по картированию наводнений (EXCIMAP) и Европейский цикл обмена информацией по прогнозированию наводнений (EXCIFF).
1.5.1. Европейский цикл обмена информацией по картированию наводнений[10 - Адрес в интернете: руководители водноресурсных управлений ЕС, осознав общеевропейскую потребность в осуществлении картирования наводнений и, с целью обмена опытом и знаниями в сфере картирования наводнений, в частности, в связи с реализацией Директивы ЕС о наводнениях [60], приняли решение об обобщении накопленных знаний и опыта в Европейском цикле обмена информацией по картированию наводнений (EXCIMAP). EXCIMAP формирует базу знаний, а не набор руководств. В рамках EXCIMAP были собраны и подвергнуты сравнению разнообразные карты опасности и рисков. При этом были поставлены следующие цели:
изучить сложившуюся практику в сфере картирования наводнений в Европе.
определить те знания и примеры передовой практики, которые могут быть совместно использованы.
опубликовать примеры передовой практики картирования наводнений.
Результатом деятельности EXCIMAP стали два продукта:
Пособие по передовой практике картирования наводнений в Европе (2007 г.), содержащее информацию о применении карт наводнений, карт опасности наводнений и карт рисков наводнений, а также о процессе картирования наводнений и распространении карт наводнений.
Атлас карт наводнений (2007 г.), содержащий примеры национальных практик (19 стран Европы, Япония и Соединённые Штаты Америки) и главы, посвящённые картированию трансграничных наводнений, а также составлению карт наводнений в целях страхования и работы в условиях чрезвычайных ситуаций.
Для различных аспектов управления наводнениями нужны карты разных типов, например, карты для планирования землепользования, действий в чрезвычайных ситуациях, карты для страхования и расширения осведомлённости общественности. Карты опасности и риска предоставляют информацию о распределении в пространстве факторов порождающих ущерб или риски. Карты должны составляться так, чтобы обеспечить их понимание различными представителями заинтересованных сторон, что позволит им выбрать наиболее целесообразные меры. Это означает, что может возникать потребность в картах различных типов в зависимости от конечных пользователей, назначения и цели карт. Все эти карты должны удовлетворять требованиям Директивы ЕС о наводнениях [60], но их разработка зависит от заданных целей и задач, а также от имеющихся ресурсов.
На собранных с помощью EXCIMAP картах опасности наводнений указаны различные параметры (например, глубина затопления, скорость потока, распространение волны паводка с указанием вероятности и охвата) в виде либо отдельных карт, либо сводных карт параметров с указанием зон опасности. Хотя карты наводнений с указанием различных параметров предоставляют основную информацию, карты опасных зон непосредственно ориентированы на практическое применение. Они могут быть положены в основу планирования землепользования или страхования.
Карты опасности наводнений должны разрабатываться для следующих сценариев: для наводнений высокой вероятности (по необходимости), средней вероятности (с периодом повторяемости ? 100 лет) и низкой вероятности. Для каждого из сценариев рекомендуется указывать на картах зону затопления, глубину воды или уровень воды, а также скорость потока или же соответствующий расход воды (там, где это необходимо).
Карты уязвимости (которые часто называют картами риска) указывают имущество, находящееся под угрозой. Содержание этих карт может варьироваться в ещё более широких пределах, чем у карт опасности. Они могут указывать уязвимость физических лиц с учётом уровня риска, только денежные ущербы, уязвимые районы и факторы экологической опасности. Они могут показывать уязвимость соответствующих групп населения. Карты уязвимости и карты опасности позволяют разрабатывать планы действий на случай чрезвычайных ситуаций и планы защиты от наводнения, которые, опять-таки, могут быть представлены на отдельных картах. В интерактивных картах могут сочетаться различные элементы.
Карты рисков наводнений должны показывать потенциально неблагоприятные последствия, связанные с различными сценариями наводнений, с указанием:
количества жителей, потенциально находящихся под угрозой;
вида экономической деятельности на территории, потенциально находящейся под угрозой;
установок и объектов, которые могут привести к аварийному загрязнению;
других сведений, которые государства-члены считают полезными.
Однако, в реальности, разные страны региона ЕЭК ООН имеют разные возможности составления карт рисков наводнений из-за различий в уровне знаний и в доступности к технической инфраструктуре для сбора и обмена данными, моделирования и картирования, а также в наличии финансовых ресурсов. Составление карт риска наводнений обходится весьма дорого и зависит от наличия данных. По швейцарским оценкам, стоимость картирования риска наводнений составляет около 2 000 евро на км^2^.
1.5.2. Европейский цикл обмена информацией по прогнозированию наводнений[11 - Адрес в интернете: и подразделе отмечается, что обмен опытом прогнозирования наводнений в Европе осуществляется, главным образом, на основе двусторонних контактов или через такие многосторонние органы, как международные речные комиссии (например, рек Рейн, Эльба, Одер, Дунай). Инициативы международных организаций тоже поощряют обмен опытом: это региональная ассоциация VI ВМО (Европа) - рабочая группа по гидрологии и прогнозированию наводнений, Европейская система оповещения о наводнениях (EFAS) и проект CRUE ERA-NET, направленный на структурирование в сфере исследований наводнений в Европе путём улучшения координации между национальными программами.
В 2004 -2007 гг. был создан Европейский цикл обмена информацией прогнозирования наводнений (EXCIFF), предназначенный для обмена знаниями и опытом прогнозирования наводнений в областях:
практик мониторинга и выявления наводнений,
процедур и организации прогнозирования наводнений,
информации для выдачи сигналов оповещения о наводнениях.
EXCIFF осуществил обзор сложившейся в Европе практики прогнозирования наводнений. Кроме того, была проведена оценка основных потребностей в информации в указанных выше областях, по результатам которой был составлен обзор потребностей в данных и информации для различных видов и аспектов прогнозирования. В результате оценки был осуществлён ряд приоритетных мероприятий (обучение экспертов, составление доклада «Передовая практика предоставления информации о наводнениях широкой общественности»), а также обмен опытом в сфере организации прогнозирования наводнений.
ЕВРОПЕЙСКАЯ СИСТЕМА ОПОВЕЩЕНИЯ О НАВОДНЕНИЯХ
В этом разделе [89] отмечается, что после катастрофических наводнений в бассейнах Эльбы и Дуная, имевших место в августе 2002 г., Европейская Комиссия инициировала разработку и тестирование Европейской системы оповещения о наводнениях (EFAS), целью которой является раннее оповещение и дополнение существующих национальных систем. Разработанная в совместном исследовательском центре (СИЦ) при ЕК система EFAS может обеспечивать моделирование наводнений на среднесрочную перспективу по всему ЕС с периодом заблаговременности (т.е. временем между выявлением и появлением наводнения) в 3 -10 суток.
После своего создания система EFAS успешно выдавала сигналы раннего предупреждения - за 3 -6 суток до наводнения. Некоторые конкретные примеры: (а) наводнение в августе 2005 г. в Северных Альпах; (б) половодье на Эльбе и Дунае в результате таяния снегов в марте-апреле 2006 г.; (в) несколько предупреждений о наводнениях на реках Румынии, в том числе в августе 2008 г.; (г) наводнение на реке По в апреле 2009 г. В некоторых из этих случаев органы гражданской защиты смогли начать свою деятельность заблаговременно именно благодаря раннему предупреждению через EFAS.
Система EFAS дважды в день получает около 70 различных цифровых прогнозов погоды из Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF), от Немецкой службы погоды (DWD) и Метеорологического консорциума «Система ансамблевого прогнозирования на ограниченной территории» (COSMO-LEPS), а также результаты наблюдений за погодой и стоком рек, проводимых несколькими европейскими организациями в режиме, приближённом к реальному времени. Все эти данные вводятся в систему гидрологического моделирования (LISFLOOD), которая производит 70 прогнозов наводнений. Статистические сравнения с прошлыми наводнениями позволяют EFAS устанавливать потенциальную возможность превышения критических для оповещения пороговых значений во временном интервале прогнозирования. В этом случае начинается активная рассылка электронных сообщений с предупреждением о наводнении и информацией о вероятном развитии наводнения соответствующим национальным гидрологическим службам. Эти службы могут проверить результаты на месте и получить доступ ко всем оповещениям через защищённый веб-сервер.
У EFAS есть два преимущества. Во-первых, она предоставляет ЕК полезную информацию для подготовки и управления помощью как до, так и после кризиса, связанного с наводнением, через Механизм гражданской защиты сообщества, координируемый Центром мониторинга и информации (MIC) в Брюсселе. Во-вторых, сеть из 25 национальных и/или региональных гидрологических служб получает дополнительную информацию о наводнениях на среднесрочную перспективу, которая может помочь в повышении готовности к предстоящему наводнению.
Плата за участие в EFAS не взимается и система открыта для национальных и региональных гидрологических служб, участвующих в оперативном национальном/региональном оповещении о наводнениях, после подписания простого меморандума о взаимопонимании, в котором расписаны задачи и ответственность без указания обязанностей национальных гидрологических служб. Существует возможность дальнейшего расширения в случае запросов со стороны соответствующих стран.
БЕЛАЯ КНИГА ЕВРОПЕЙСКОГО СОЮЗА - АДАПТАЦИЯ К ИЗМЕНЕНИЮ КЛИМАТА: К ЕВРОПЕЙСКОЙ ОСНОВЕ ДЛЯ ДЕЙСТВИЙ[12 - Адрес в интернете: См. также: разделе [89] указано, что Белая книга Европейского Союза по адаптации к изменению климата была разработана для расширения возможностей ЕС по оценке влияния изменений климата путём максимального наращивания эффективности деятельности национальных органов на основе интегрированного и согласованного подхода на уровне ЕС. Белая Книга нацелена на формирование междисциплинарных рамок политики на основе поэтапного подхода, обеспечивающего постепенную реализацию мероприятий в зависимости от интенсивности воздействий, неопределённостей и циклов принятия решений.
В Белой книге ЕС водные ресурсы рассматриваются как межсекторальная проблема. Несколько уже существующих директив ЕС по вопросам воды (например, Водная рамочная директива, Директива о наводнениях и Директива о морской стратегии) предоставили странам ЕС неплохую базу для подготовки к жизнедеятельности в условиях влияния изменений климата. Весьма важными оказались: Сообщение 2007 г. о дефиците воды и засухах[13 - Communication from the Commission to the European Parliament and the Council - Addressing the challenge of water scarcity and droughts in the European Union. COM (2007) 414 final], и последовавший за ним в 2008 г. отчет, Белая книга и руководящий документ «Управление речными бассейнами в условиях меняющегося климата», разработанные в рамках Общей стратегии реализации Водной рамочной директивы ЕС.
ВЫВОДЫ
В этом разделе [89] подчеркивается, что существует целый ряд разнообразных политических и юридических рамок, а также инструментов совершенствования управления рисками наводнений на трансграничном уровне. Эти рамочные документы закладывают надёжный фундамент для внедрения управления рисками наводнений в рамках концепции ИУВР во всех странах региона ЕЭК ООН. Страны этого региона, не входящие в состав ЕС, тоже могут воспользоваться политическими документами и инструментарием, разработанными на уровне ЕС.
Международные организации играют важную роль в управлении трансграничными наводнениями. В частности, в регионе ЕЭК ООН наблюдается взаимное дополнение работы ВМО, занимающейся техническими вопросами, и работы в рамках Конвенции по трансграничным водам [23], направленной на поддержание процессов стимулирования сотрудничества на политическом уровне при заключении соглашений. Это делает совместную работу более эффективной за счёт использования сравнительных преимуществ обеих организаций.
2.4. Управление рисками наводнений. Синопсис брошюры института Дельтарес, Нидерланды, 2010 г.
Оглавление
1. Введение
2. Философия управления рисками наводнения: как обеспечить безопасность, которая является достаточной?
3. Как мы можем спрогнозировать риск наводнения?
4. Насколько надежны дамбы, дюны и плотины?
5. Каковы варианты для адаптации?
6. Что мы можем сделать, если дела идут плохо?
7. Как мы можем поддерживать принятие решений и управление?
8. Как мы можем управлять рисками наводнения при изменении климата?
9. Вместо заключения.
1. ВВЕДЕНИЕ: ЧТО ТАКОЕ УПРАВЛЕНИЕ РИСКАМИ НАВОДНЕНИЯ?
Во введении брошюры [66] даны ответы на два вопроса: «Что такое управление рисками наводнений?» и «И о чем эта публикация?»
В ответе на первый вопрос отмечается, что тренд в потерях, обусловленных природными бедствиями, растет во всем мире. Значительная доля таких потерь обусловлена наводнениями. Например, наводнения и ливневые паводки составили почти четверть всех событий природных бедствий в 2004 году. Изменения климата могут стать причиной дальнейшего увеличения вероятности и масштабов бедствий, связанных с наводнениями, пока же совершенно определенно, что демографическое и экономическое развитие является причинами непрерывного увеличения уязвимости многих пойм и прибрежных территорий. Даже скромный 2% экономический рост на этих территориях, подверженных наводнениям, приводит к удвоению экономических ущербов от наводнений каждые 30 -35 лет.
Прошлые бедствия подвигли многие правительства к началу действий относящихся к управлению наводнениями, таких как контроль наводнений, системы раннего предупреждения и планирование эвакуаций с конечной целью защитить жителей от этих превратностей природы. Международные инициативы также приобрели определенные формы, такие, например, как Директива ЕС по оценке и управлению рисками наводнений от 23 октября 2007 года. Основной мировой вклад в уменьшение бедствий заключается в Системе действий на 2005 -2015гг, которая была принята на Всемирной конференции по уменьшению бедствий в январе 2005 года в г. Кобе, Хуого, Япония.
Широко используемая система управления рисками наводнений включает в себя цикл управления бедствиями (см. рис. 7).
Рис. 7. Цикл управления бедствиями[14 - Рисунок 7 и последующие в этом разделе адаптированы из [66]]
На этом рисунке различаются три отдельных фазы в управлении рисками наводнений: предотвращение, управление событием наводнения и мероприятия после наводнений. Этот рисунок ясно показывает, что управление рисками наводнения включает в себя широкий диапазон различных видов деятельности и мероприятий, начиная с традиционных мероприятий защиты от наводнений, таких как обустройство запруд и дамб и вплоть до пространственно - временного планирования, раннего предупреждения, эвакуации и восстановления.
Ответ на второй вопрос авторы брошюры («команда управления рисками наводнений Дельтарес») представили в следующем виде: «одной из приоритетных областей знаний, которой занимается независимый институт Дельтарес (Нидерланды, www.deltares.nr), является управление рисками наводнений. По мере своего формирования Дельтарес объединил мощный потенциал экспертов, ученых и советников во многих областях знаний, необходимых для решения проблем управления рисками наводнений. Дельтарес является „ключевым игроком“ в этой области, проводящим прикладные исследования, развивающим новые знания и модели и обеспечивающим советы / консультации по заказу. Специалисты Дельтарес оценивают риски наводнений путем проведения интегрированных анализов риска, на основе понятий вероятности и воздействий наводнений, анализа исторических данных наблюдений высоких уровней воды и других данных о наводнениях. Компьютерное моделирование позволяет воспроизвести возможные воздействия наводнений. В институте проводится картирование уязвимости территорий, где проходили события наводнений, и изучаются эффекты изменения климата и проблемы
пространственно-временного планирования, в терминах риска наводнений. В институте также проводится тестирование прочности систем защиты от наводнений, таких как дамбы/обвалования и плотины. Дополнительно в институте проектируются системы раннего предупреждения и планирования эвакуаций. Таким образом, эта брошюра содержит обзор указанных видов деятельности и практического опыта, накопленного Дельтарес, при реализации прошлых и настоящих проектов выполняемых во всем мире».
2. ФИЛОСОФИЯ УПРАВЛЕНИЯ РИСКАМИ НАВОДНЕНИЯ: КАК ОБЕСПЕЧИТЬ БЕЗОПАСНОСТЬ, КОТОРАЯ ЯВЛЯЕТСЯ ДОСТАТОЧНОЙ?
В преамбуле к главе 2 авторы [66] задаются вопросами: «Люди хотят жить в безопасности, но какая безопасность является достаточной? Должны ли мы вкладывать инвестиции в сооружение более высоких дамб, барьеров на пути штормовых нагонов и наводнений, и если это так, то сколько средств общество готово потратить на это?» и делятся с читателями сомнениями типа: «Или возможно будет лучше „сделать“ наших граждан более оптимистичными и склонить их к проведению инвестирования в строительство зданий, устойчивых к паводкам, улучшая при этом системы раннего предупреждения и т.д.».
Здесь же отмечается, что накопленный потенциал знаний и современный уровень информационных технологий помогают ответить на такие вопросы, как: «Насколько значительная территория будет затоплена, с какими глубинами и как быстро? Какими могут оказаться результаты наводнений, и каким будет расчетный ущерб и число жертв? Какими будут долгосрочные экономические и социальные издержки?» Эти и другие вопросы иллюстрируют многомерный характер концепции риска.
Далее в главе 2 приведено описание, применяемого Дельтарес трехшагового подхода при оценки риска наводнений:
1. Первый шаг заключается в анализе вероятности наводнения (риска/опасности наводнения) и в проведении расчета физического напряжения на систему защиты от наводнения и запаса прочности этой системы противостоять таким напряжениям.
2. Второй шаг состоит в расчете риска, как результата вероятности событий наводнений и их последствий.
3. Третий шаг направлен на обеспечение информации необходимой для расчета риска наводнения: «Какой уровень риска является приемлемым, и какие усилия и средства мы готовы приложить и потратить для того, чтобы уменьшить риск?»
После следует подробное описание научно-технологического потенциала и компетенций сотрудников Дельтарес для реализации каждого из указанных шагов. В заключении главы 2 кратко представлены результаты работы консорциума университетов и исследовательских институтов, возглавляемого Дельтарес, по проекту PROmO «Восприятие риска наводнений и коммуникации» и результаты работы команды института по проекту «Проверка безопасности водохранилища в окрестности Джакарты: пример быстрого реагирования при интегрированном управлении рисками наводнения».
3. КАК МЫ МОЖЕМ СПРОГНОЗИРОВАТЬ РИСК НАВОДНЕНИЯ?
В преамбуле к главе 3 [66] подчеркивается, что прогноз наводнения является ядром или сущностью управления рисками наводнений. Дельтарес вырабатывает знания и разрабатывает системы, позволяющие картировать риски и прогнозировать угрозы, связанные с наводнениями для того, чтобы дать возможность определиться с соответствующей реакцией на эти угрозы. Продукция Дельтарес - это работающие в режиме реального времени системы прогнозирования наводнений, которые могут быть использованы при осуществлении действий быстрого реагирования, таких, например, как эвакуация. Однако, в институте также используются знания о рисках наводнения для того, чтобы выдавать рекомендации/консультации по схемам защиты от наводнений и пространственному-временному планированию мероприятий, которые могут уменьшить риски наводнений в будущем. Прогнозирование рисков наводнения является проблемным ядром Дельтарес и развиваемые в институте подходы соответствуют уровню современных международных разработок по этому направлению.
Далее в главе 3 кратко описывается потенциал и инструментарий Дельтарес для решения следующих задач:
гидрологические прогнозы, статистики и вероятности;
статистики экстремальных величин;
моделирование системы «осадки-сток» и моделирование рек;
вероятностные методы для определения повреждений /аварий;
ассимиляция данных;
Delft - FEWS - система раннего предупреждения наводнений;
моделирование наводнений на реках;
системный подход к оценке методов и средств защиты от наводнений;
моделирование штормовых нагонов при ураганах и циклонах;
исторические подтверждения.
В качестве конкретного примера решения перечисленных выше задач приведем здесь краткое описание Delft - FEWS, которое начинается с напоминания, что своевременное доведение информации до органов власти и населения территорий, предрасположенных к затоплениям, является главной характеристикой эффективности систeмы предупреждения наводнений. Многолетний опыт Дельтарес по разработке и использованию методов и моделей для анализа данных и воспроизведения траекторий (путей прохождения волн наводнений) позволил институту разработать самые различные системы прогнозирования наводнений. В настоящее время все это объединено в инновационную систему раннего предупреждения (Delft - FEWS). Delft - FEWS быстро превратилась в мировой стандарт среди систем прогнозирования наводнений. Открытый интерфейс системы позволяет пользователю получить доступ к широкому диапазону численных моделей, к результатам прогноза погоды, сеточным данным и данным гидрометеорологических наблюдений.
Рис.8. Схема структуры системы Delft - FEWS
При этом не имеет значения, будет ли пользователь проводить схематизацию системы на базе моделей /пакетов в форматах MIKE 11, HEC - RAS, HBV, SOBEK, ISIS или с использованием других моделей. Delft - FEWS дает возможность соединять/объединять их все. Даже собственные форматы данных и численные модели пользователей могут быть «встроены» в эту систему.
Главное достоинство модульного подхода (см. рис.8) заключается в том, что программное обеспечение включает в себя дружественный пользователю ГИС-интерфейс, редактор временных рядов и широкий диапазон инструментов для визуализации, анализов валидации и преобразования данных. Каждая конкретная задача может быть полностью адаптирована и автоматизирована.
Одним из первых проектов, в котором использовалась Delft - FEWS, была разработка Национальной системы прогнозирования наводнений (NFFS) Агентства окружающей среды Великобритании. Эта система обеспечивала потребности Агентства по комплексному прогнозированию речных и прибрежных (морских) наводнений для Англии и Уэльса. Партнером Дельтарес по разработке NFFS была кампания Tessela Scientific Software Solution (Великобритания). NFFS была оперативно задействована в полном составе, начиная с октября 2005 года в трех регионах, а в масштабе всей страны система оперативно заработала с сентября 2006 года. Система Delft - FEWS является «живым» программным продуктом, выгоды от использования которого, непрерывно связаны с опытом пользователей и с усилиями разработчиков Дельтарес. В настоящее время (2010 г.) эта система используется в 12 странах мира, включая Великобританию, Испанию, Австрию, Нидерланды, США и Тайвань.
4. НАСКОЛЬКО НАДЕЖНЫ ДАМБЫ, ДЮНЫ И ПЛОТИНЫ?
В преамбуле к главе 4 [66] отмечается, что в Голландии водные защитные сооружения строят больше тысячи лет. Никакая другая страна не имеет такого огромного и богатого опыта в этом виде деятельности и Дельтарес является центром этой страницы знаний. Специалисты института специализируются на изучении каждой детали каждого типа дамбы, барьера, волнолома, плотины или дюны. Проектирование и эксплуатация этих структур контроля наводнений становится все более сложной задачей в связи с ростом рисков наводнений. При этом увеличиваются социальные требования. Урбанизация и необходимость охраны окружающей среды порождают рост требований к проектированию систем защиты от вредного воздействия вод.
Дельтарес является головной организацией Нидерландов по проектированию, тестированию и управлению указанными объектами инфраструктуры. Институт разрабатывает не только стандарты и руководящие документы, специалисты института также развивают инновационные методы и компьютерные модели. Дельтарес тестирует и верифицирует эти инновации с помощью собственных ресурсов института, включая разнообразные базы данных и результаты, полученные в полевых лабораториях. Дельтарес создает объединенные команды с организациями и экспертами в области управления водными ресурсами, университетами, и исследовательскими институтами, как в Нидерландах, так и по всему миру.
Более подробное описание результатов Дельтарес по разработке и реализации методов защиты от наводнений представлено в следующих разделах главы 4:
«Дамба Смарт - (международный испытательный полигон)»,
«Симулятор перехлестывания волн»,
«Эксперименты по изучению эрозии дюн»,
«Эксперименты по просачиванию влаги»,
«Гидрогеологическое картографирование, моделирование динамики подземных вод и оседания почвогрунтов»,
«Устойчивость склонов и программное обеспечение для прогноза динамики почвогрунтов в населенных пунктах»,
«XBeach - открытая программа для расчета эрозии, размыва сверху и прорыва дюн»,
«Барьеры для штормовых нагонов: физическое моделирование и оперативное программное обеспечение».
5. КАКОВЫ ВАРИАНТЫ ДЛЯ АДАПТАЦИИ?
В преамбуле к главе 5 [66] отмечается, что уменьшение уязвимости территории обычно требует изменений в землепользовании. Домовладения, предприятия промышленности и сервиса, очевидно, лучше всего размещать на самых высоких, безопасных при затоплении, землях. В особо опасных ситуациях целые поселения переносятся в другие места, как это произошло с деревней Родезау Сад на реке Эльба вблизи Дрездена, после наводнения в августе 2002 года. Вместе с тем, важно рассмотреть задачу о возможном улучшении пропускной способности рек, которая приведет к эффективному понижению самых высоких (экстремальных) уровней воды. Дополнительно на территории городов риск наводнений может быть уменьшен за счет строительства паводкозащитных ГТС.
В разделе «Гибкость или противодействие?» главы 5 обсуждаются два принципиально различных подхода к созданию систем защиты от наводнений. При этом так называемая «противодействующая» система осуществляет «глухую» защиту от экстремального события, в то время как «гибкая» система будет воспринимать воздействие наводнения, но она позволяет осуществлять «немедленное» восстановление. Оба подхода могут давать в результате систему, которая оказывается надежной или устойчивой в том смысле, что она может справиться с внешним воздействием. Таким образом, при управлении рисками наводнений, стратегии «противодействия» нацелены на предотвращение наводнений вплоть до определенного порога (критического уровня), исходно определенного проектом системы защиты, тогда как стратегия «гибкости» принципиально позволяет наводнению развиваться, но с попыткой контролировать площадь и глубину затопления, также как контролировать землепользование внутри территории подверженной наводнению.
Типичным примером комбинации стратегий «противодействия» и «гибкости» является проект «Room for the River» - «Пространство для реки», в котором за счет понижения поймы, перестройки дамб и реконструкции вторичных русел/каналов, вода (паводка) «обретает» большое пространство и это приводит к снижению максимальных уровней воды. Один из важных аспектов такого подхода заключается в последствиях осуществляемых мероприятий для долгопериодных изменений в морфологии реки. Дельтарес в течение многих лет выполняет исследовательские работы в области переноса наносов, процессов эрозии и отложений, особенно связанных с динамикой растительности на пойме.
Далее в главе 5 описываются результаты работ, полученных Дельтарес в следующих тематических направлениях:
«Речная морфология»,
«Пространство для реки: от стратегических исследований риска наводнений к практическому применению»,
«Конструктор планирования»,
«Управление наводнениями в городах и адаптация к таким наводнениям»,
«Снижение рисков наводнения за счет деления на участки»,
«Строительство в гармонии с природой: удержание песка».
В качестве примера такого описания приведем текст технического перевода на русский язык раздела «Конструктор планирования» («The Planning Kit»).
«Реализация новой стратегии «Пространство для реки» требует решения трудных вопросов на местном уровне и это предполагает, как очень важное, вовлечение местных ПЗС в поиск оптимальных решений. Власти национального и регионального уровней, муниципалитеты и отдельные граждане совместно предложили около 700 локальных мероприятий, которые могут помочь понизить уровни воды. Каждое из этих мероприятий носит вторичное воздействие и они различаются по затратам. Для того, чтобы обработать такое огромное количество информации был создан специальный инструмент - «Конструктор планирования» для проекта «Пространство для реки», который обеспечил успех в поддержке объединенного планирования с участием ПЗС.
Основой этого инструмента являются научно продвинутые, корректно описывающие множественные причинно - следственные связи, компьютерные модели. Эти модели остаются, как бы «скрытыми», для пользователей конструктора, инструментами. Пользователи с помощью этого конструктора могут добавлять свои «собственные» мероприятия в инициативном порядке в соответствии с существующей ситуацией на участке реки, прямо сопоставляя полученные результаты с предварительными ожиданиями. При этом пользователи могут, например, понизить высоту дамбы или переместить на другое место какое-либо препятствие (см. рис.2. раздела 2.1 нашего обзора). Инструмент позволяет пользователю визуализировать результаты его интеллектуальной «интервенции» (то есть внесения некоего нового мероприятия) на режим течения и уровни воды. На этом пути, ПЗС (в диапазоне от представителей власти до отдельных граждан) могут совместно оценивать различные стратегии или мероприятия для их применения к участку реки, без каких либо обременений с интерпретацией результатов, полученных с помощью компьютерных моделей».
6. ЧТО МЫ МОЖЕМ СДЕЛАТЬ, ЕСЛИ ДЕЛА ИДУТ ПЛОХО?
В преамбуле главы 6 [66] подчеркнуто, что поскольку невозможно полностью исключить риск наводнения, общество должно быть подготовлено к ситуации, когда события развиваются «не так, как надо». Существует несколько способов, которыми Дельтарес поддерживает управление событиями наводнений. Важнейшим компонентом этого управления является система раннего предупреждения, работающая в режиме реального времени. Это дает возможность органам власти начать реализацию планов непредвиденных обстоятельств (ЧС), таких как эвакуация и мобилизация сил и средств спасения. В главе 3 брошюры [66] уже обсуждалась система Delft FEWS, разработанная Дельтарес. Конкретные результаты исследований Дельтарес и соответствующий инструментарий в области управления событиями наводнений описаны в следующих разделах главы 6:
«Кризисное управление рисками наводнений».
«Планирование и моделирование эвакуации».
«Национальный модуль эвакуации».
«Дельтарес обеспечивает рекомендации и консультации по реагированию на ЧС».
«Инновация в страховании при бедствиях».
«Дельтарес координирует сеть „США - Нидерланды“ по управлению в ЧС».
В качестве примера приведем здесь технический перевод на русский язык первого из указанных выше разделов.
КРИЗИСНОЕ УПРАВЛЕНИЕ РИСКАМИ НАВОДНЕНИЙ
Три взаимосвязанных компонента являются важными в системе кризисного управления: 1) технические аспекты наводнения, 2) социальное и физическое реагирование, 3) организационная и управленческая структура.
Рис. 9. Три компонента системы кризисного управления
Соответствующий план реагирования на непредвиденные обстоятельства должен гарантированно предусматривать оптимальный информационный поток между этими тремя компонентами (см. рис. 9). Дельтарес располагает уникальной базой для поддержки разработки такого плана потому, что сотрудники института имеют знания и опыт создания всех трех компонентов системы кризисного управления.
Коммуникация является ключом к успешности плана: путем доставки информацию «всем и в срок» можно получить полную оперативную картину развития чрезвычайной ситуации. Это означает, что в любое время в период кризиса все без исключения активно задействованные члены команды спасателей будут иметь одну и ту же, оперативно обновляемую, картину ситуации.
При этом приходится сталкиваться с вызовом взаимной увязки действий в области управления водными ресурсами с мероприятиями кризисного управления. В большинстве стран эти области частично разделены. В период нормальных ситуаций менеджеры водных ресурсов несут ответственность за содержание в исправности инфраструктуры контроля наводнений, но когда вода поднимается до критических уровней и людей необходимо эвакуировать, то эта картина изменяется радикально. Весь диапазон правительственных агентств, департаментов и инстанций приводится в действие: полиция, бригады пожарных/спасателей, мэры и губернаторы занимают предписанные им позиции. Люди должны быть предупреждены, перевозки должны быть отрегулированы, необходимые транспортные средства должны быть задействованы. В особых ситуациях, когда большие территории становятся критическими по степени риска оказаться затопленными, управление по сути становится огромной логистической операцией. При этом, безотлагательно должна быть обеспечена звуковая информация (для оповещения населения в первую очередь) и должна быть установлена связь со всеми, с кем это
необходимо.
Дельтарес работает над концепциями и инструментарием необходимым для удовлетворения этой информационной потребности. В Нидерландах институт помогает правительству в задействовании и модернизации FLIWAS - Информационной системы предупреждения наводнений на национальном, региональном и местном уровнях. Дополнительно вместе с институтами - партнерами Дельтарес разработал Национальный модуль эвакуации.
7. КАК МЫ МОЖЕМ ПОДДЕРЖИВАТЬ ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЙ И УПРАВЛЕНИЕ?
В преамбуле к главе 7 [66] отмечается, что в предыдущих главах этого обзора представлен «калейдоскоп знаний и информации», которые позволяют нам лучше понять, что такое риски наводнений. Но возникает вопрос: «Как мы можем интегрировать всю эту информацию для того, чтобы принимать самые лучшие решения при управлении рисками наводнений?». В этой главе внимание сфокусировано на улучшении возможностей лиц, принимающих решения, а также проектировщиков и планировщиков. Дельтарес и его партнеры разрабатывают современные инструменты для поддержки принятия решений и обучения. Институт дает рекомендации и советы по вопросам: как провести анализ экономический эффективности (типа «затраты-выгоды»)? и как выполнить общий стратегический анализ?
Конкретные результаты Дельтарес, полученные в указанной выше проблемной области, описаны в следующих разделах главы 7:
«Системы поддержки принятия решения для управления рисками наводнений».
«Анализ „затраты - выгоды“ для управления рисками наводнений».
«Оценка риска несчастных случаев».
«Дельтарес поддерживает Службу технической поддержки ВМО по интегрированному управлению наводнениями».
«Имитатор центра управления наводнениями».
«Академия Дельтарес: понимание безопасности ГТС».
«Имитатор «Бурун над Дамбой»: пример «серьезной игрушки».
В качестве примера приведем здесь технический перевод на русский язык первого из указанных выше разделов.
СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РИСКАМИ НАВОДНЕНИЙ
За последние годы использование систем поддержки принятия решений (СППР) получило важное значение в управлении рисками наводнений. СППР может разрабатываться и использоваться, как инновационный инструмент в интегральной оценке большого набора возможных мероприятий снижения рисков наводнений. Базовая идея таких систем заключается в том, что они помогают ЛПР в их работе путем обеспечения важной информацией, получаемой с помощью компьютерных платформ. СППР может извлекать информацию из различных источников таких, как БД и (численные) модели. Эти инструменты также являются особо ценными при передаче комплексных результатов и решений для широкого круга ПЗС. Например, при сотрудничестве с ландшафтными архитекторами с помощью СППР могут быть созданы легко воспринимаемые карты с помощью которых возможно визуализировать главные проблемы и разработать основу для принятия решений при пространственно - временном планировании с учетом ожидаемых изменений климата.
Дельтарес - мировой лидер в разработке таких систем. Одним из успешных примеров в области управления рисками наводнений является «Конструктор планирования» проекта «Пространство для реки», который кратко представлен в главе 5 брошюры [66]. Другой пример инструмента, который интегрирует риски наводнения с планированием для устойчивого развития, это экспертная СППР для интегрированного управления береговой зоной и оценок уязвимости, разработанная для Aндхра Прадеш, Индия. Уникальным является тот факт, что эта СППР способна моделировать всю внутреннюю цепь воздействий, начиная от оценки риска наводнений до расчетов ущерба и мероприятий по восстановлению. Этот инструмент позволяет проводить исследовательский анализ типичных мероприятий для снижений рисков наводнения, которые связаны с планированием землепользования и мероприятиями по управлению экологической безопасностью.
8. КАК МЫ МОЖЕМ УПРАВЛЯТЬ РИСКАМИ НАВОДНЕНИЯ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ КЛИМАТА?
В преамбуле к главе 8 [66] подчеркивается, что проектирование надежных схем управления наводнениями должно базироваться на ясном понимании воздействий изменений климата и при этом должны приниматься в расчет демографические и социально-экономические аспекты проблемы. Таким образом, сценарии изменения климата являются существенной частью анализа рисков наводнения. Дополнительно к этому необходимо учитывать, что потенциальные воздействия изменений климата на риски наводнений могут оказаться такими, что традиционные мероприятия и стратегии управления рисками наводнений окажутся неприемлемыми. Таким образом, проект климатически адаптируемых стратегий может включать в себя новые концепции как для средств защиты от наводнений (супердамбы или климатические дамбы), так и для объектов инфраструктуры (сухо - и влагоустойчивое строительство).
Результаты, полученные Дельтарес в решении вопроса управления рисками наводнения при изменении климата, кратко описаны в следующих разделах главы 8:
«Адаптация к воздействиям изменений климата»,
«Переломные точки в управлении рисками наводнений»,
«Реагирование на подъем уровня моря»,
«Климатические дамбы».
В качестве примера приведем здесь технический перевод на русский язык раздела «РЕАГИРОВАНИЕ НА ПОДЪЕМ УРОВНЯ МОРЯ».
Все потенциальные воздействия, связанные с повышением глобальной температуры, ускоряющей подъем уровня моря, являются вероятно наиболее важными для дельт и других низко расположенных прибрежных территорий. В комбинации с оседанием почв, подъем уровня моря может приводить к серьезным изменениям в окружающей среде дельт. Этот подъем увеличивает прибрежную эрозию, что представляет угрозу поселениям людей и увеличивает риск затопления побережья. Прогнозы подъема уровня моря лежат в диапазоне до 60 и более сантиметров за столетие.
Дельтарес был инициатором исследований оценок глобальной и национальной уязвимости по отношению к подъему уровня моря с начала 90-х годов прошлого столетия. С годами происходило смещение внимания с оценок последствий ускоренного подъема уровня моря к поиску оптимальных путей реагирования и адаптации (см. рис. 10). Во многих случаях вариант простого «отступления» является не очень осуществимым потому, что очень многие интересы прочно привязаны и ограничены пространством прибрежной зоны. Строительство или повышение высоты дамб часто рассматривается как традиционная реакция, на предстоящий подъем уровня моря, которая во многих случаях действительно является подходящей. Однако при этом возникают вопросы: «Насколько долго можно эксплуатировать эту стратегию?», «Будет ли она осуществима для подъема уровня воды более чем на 1 метр?», «Или мы должны ориентироваться на другие альтернативы, такие как подъем поверхности Земли или усиление сопротивляемости наших домов наводнениям?», «Должны мы строить супердамбы или альтернативно приспосабливать строительство к тому, что подсказывает природа?».
Рис. 10. Стратегии реагирования на ускоренный подъем уровней моря
В заключении брошюры Дельтарес «Управление рисками наводнений» отмечается, что несмотря на растущие знания и опыт, наводнения никогда не будут устранены полностью. Впереди еще много вызовов. Глобальное потепление является важным и не только как драйвер изменений в окружающей среде. Поскольку экономика растет, то потенциальные ущербы от наводнений тоже увеличиваются. Компромисс между затратами средств на защиту от наводнений и удовлетворением других социальных запросов требует принятия трудных решений. И эти решения должны быть приняты в мире неопределенностей. Только знания о рисках и альтернативах при принятии решений позволят существенно уменьшить неопределенности, с которыми приходится иметь дело.
3. Обзор избранных публикация на тему «Высокотехнологичный инструментарий интегрированного управления наводнениями»
3.1. Моделирование систем водных ресурсов, его роль в планировании и управлении. Синопсис главы 2 монографии Д. П. Лоукса и Е. ван Бика «Планирование и управление системами водных ресурсов. Введение в методы, модели и приложения». Издание UNESCO and WLI Delft Hydraulics, 2005 г.
Оглавление
1. Введение
2. Моделирование систем водных ресурсов
2.1. Пример подхода к моделированию
2.2. Характеристики проблем, возникающих при моделировании
3. Вызовы моделирования систем водных ресурсов
3.1. Вызовы для планировщиков и менеджеров
3.2. Вызовы моделирования
3.3. Вызовы применения моделей на практике
4. Разработки, связанные с моделированием
4.1. Технологии моделирования
4.2. Системы поддержки принятия решений
4.2.1. Моделирование общего видения
4.2.2. Системы открытого моделирования
4.2.3. Пример СППР для управления при наводнениях на реке
5. Выводы
6. Список литературы
В преамбуле главы 2 [81] отмечается, что планирование, проектирование и управление системами водных ресурсов сегодня неизбежно включает в себя прогнозирование воздействий. Прогнозирование воздействий приводит к необходимости моделирования. По мере того, как достоверно подтверждается нарастание важной роли моделирования в планировании и управлении водными ресурсами, мы (авторы [81]) также признаем обязательно присутствующую ограниченность моделей при представлении любой реальной системы. Будущие события всегда являются неизвестными и несомненно любые предположения относительно их могут влиять на результаты моделирования, которые и являются прогнозами таких событий. Оказываясь более или менее полезными, результаты любого количественного анализа/моделирования являются только частью, но очень важной частью информации, которая должна учитываться путем ее включения в общий процесс принятия решений при планировании и управлении.
ВВЕДЕНИЕ
В данном разделе указывается, что когда проектные и управленческие решения принимаются относительно систем окружающей среды или систем водных ресурсов, то они базируются на некоторой вере или возможно на надежде лиц, принимающих решения которые и будут представлены как результаты принятых решений. Такие прогностические решения базируются либо на исключительно качественной информации и вере (т.е. на убеждениях «в головах людей») - в виде гадания на волшебном (кристаллическом) шаре (см. рис. 11) или, по крайней мере, частично на количественной информации, обеспечиваемой с помощью математических или реализованных на компьютере моделей (см. рис. 11).
Рис. 11. Использование умозрительных моделей (слева) и компьютерных моделей (справа) для моделирования.[15 - Рисунок 11 и последующие в этом разделе адаптированы из [81]]
Моделирование обеспечивает, вероятно, основной способ прогнозирования динамики в предлагаемых инфраструктурных проектах или в стратегиях управления. Последние тридцать лет были временем значительного продвижения вперед в наших возможностях моделировать инженерные, экономические, экологические, метеорологические, гидрологические и, в некоторых случаях, даже институциональные или политические воздействия на большие, сложные и многоцелевые системы водных ресурсов. Применение моделей к реальным системам улучшает наше феноменологическое понимание этих систем и, следовательно, часто служит вкладом в улучшение системного проектирования, управления и функционирования. Оно также учит нас тому, насколько ограниченным остается наше умение моделировать реальные системы.
Разработка моделей является искусством. Оно требует знаний системы, которую собираются моделировать, требований потенциальных пользователей, знаний целевых и информационных потребностей и определенных системно-аналитических и программистских навыков. Модели всегда базируются на многочисленных предположениях и аппроксимациях и некоторые из них могут быть предметом спора. Применение таких приближений реальности относится к методам, которые улучшают понимание системы и, в конечном счете, приводят к квалифицированным решениям, ясно требуя не только умения моделировать, но и возможности доступа к эффективным системам коммуникаций.
Глава 2 монографии [81] служит в качестве обзора проблем моделирования и применения моделей на практике. Подчеркнем важность понятия «применения». Эта глава в большей мере обращена к практике, чем к теории моделирования. Содержание главы основано на значительном опыте и специальной литературе, в отношении рассматриваемой проблемы, или, по крайней мере, на профессиональной практической работе и исследованиях авторов [81], проделанных за прошедшие более, чем четыре десятилетия, по применению различных подходов и методов моделирования или программных средств к реальным задачам/системам по заказам реальных клиентов.
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
2.1. Пример подхода к моделированию
В подразделе 2.1, в качестве примера, описана последовательность или цепочка моделей, необходимых для прогнозирования выживания рыб и моллюсков, как функции биогенной нагрузки в эстуарии.
2.2. Характеристики проблем, возникающих при моделировании
В подразделе 2.2 перечислены характеристики проблем, возникающих при моделировании. Здесь, в частности, отмечается, что проблемы мотивации компьютерного моделирования и анализа обнаруживают определенное число общих характеристик. Они рассматриваются здесь потому, что обеспечивают проникновение в суть процесса моделирования специфической задачи, которая может дать стоящий результат. Если цели или устремления проектировщиков/планировщиков оказываются очень неясными, если существует несколько альтернативных направлений действий или если по сути рассматриваемых задач отсутствует их глубокое научное понимание, то в таких случаях математическое моделирование и совершенные методологии весьма вероятно будут малополезными.
Успешные применения математического моделирования часто характеризуются следующими факторами:
Системная нацеленность или системная ориентация. В таких ситуациях основное внимание должно быть уделено взаимозависимости и взаимодействиям элементов системы в целом, так же, как это делается по отношению к самим элементам;
Использование междисциплинарных команд. Во многих комплексных и нетрадиционных задачах часто с самого начала неясно какие научно-дисциплинарные точки зрения окажутся в числе наиболее подходящих и приемлемых. Существенным является то, что участники такой работы - приходя из различных основополагающих научных дисциплин - осваивают методы, терминологию и понятия из других дисциплин, привлекаемых для работы;
Использование формальной математики. Большинство аналитиков предпочитают использовать математические модели для того, чтобы способствовать описанию (сложных) систем и обеспечивать идентификацию и оценивание эффективных компромиссных решений в ситуациях с конфликтными целями, и для того, чтобы обеспечить однозначность фиксации предположений и данных, используемых при анализе.
Не все проблемы или задачи планирования и управления водными ресурсами являются подходящими «кандидатами» для исследования с использованием методов математического моделирования. Моделирование оказывается наиболее подходящим тогда, когда:
цели и объекты планирования и управления достаточно хорошо определены и могут быть идентифицированы организациями и отдельными лицами на предмет того, кто из них может извлечь пользу или выгоду из понимания результатов, получаемых с помощью моделей;
имеется много альтернативных решений, которые могут удовлетворить заявленным целям, но при этом наилучшее решение не является очевидным;
система водных ресурсов и объекты и цели, выполняемого анализа, описываются разумно трактуемыми математическими представлениями;
необходимая информация, такая как информация о метеорологических, гидрологических, экономических, природоохранных и экологических воздействиях, являющаяся результатом любого решения, может быть наилучшим образом оценена посредством использования моделей;
параметры таких моделей могут быть оценены с помощью легкодоступных данных.
3. ВЫЗОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
3.1. Вызовы для планировщиков и менеджеров
В подразделе 3.1 обсуждаются вызовы моделирования для планировщиков и менеджеров водных ресурсов. При этом подчеркивается, что эти специалисты являются людьми, ответственными за решение специфических задач, связанных с водой, или с удовлетворением потребностей в водных ресурсах. Когда они терпят неудачу, то получают известия об этом. Общественность дает им знать об этом. То, что делает их работу особенно трудной, заключается в том, что люди (общественность) имеют самые различные потребности и ожидания. Более того, организации, в которых работают менеджеры и планировщики водных ресурсов (или консультанты принятые на работу), вероятно, походят на большинство организаций наших дней: они должны делать то, что могут при ограниченных финансовых и людских ресурсах. Их клиенты - это каждый из нас, кто использует воду или, по крайней мере, все те из нас, кто зависит от решений, принимаемых специалистами этих организаций.
Общая цель этих планировщиков и менеджеров и их организаций заключается в том, чтобы обеспечить обслуживание, такое как надежное и недорогое обеспечение водой, гарантированное качество воды, производство электроэнергии на ГЭС, защита от наводнений, обеспечение коммерческой навигации и рекреационных возможностей, охрана дикой природы и благополучие экосистем или некоторых комбинаций этих или других целевых потребностей. Более того, они предполагают сделать это по цене не более той, за которую люди готовы платить. Совпадение и достижение этих целей (т.е. когда «каждый становиться счастливым») - задача всегда не простая и даже не всегда решаемая.
Простые технические мероприятия и процедуры редко способны гарантировать успешное решение любого специфического набора проблем управления водными ресурсами. Более того, кто имел дело с планированием и управлением водными ресурсами, знает, что невозможно проектировать или оперативно управлять системой водных ресурсов без принятия компромиссов или соглашений на основе взаимных уступок. Эти компромиссы являются проявлением конкурирующих целей (таких как выработка электроэнергии и контроль за наводнениями) или конкурирующих устремлений (таких как, кому это выгодно и кто платит, сколько платит и где и когда). После того, как системные аналитики, конечно используя их модели, проведут идентификацию путей достижения различных целей и устремлений и обеспечат оценку соответствующих экономических, природоохранных, экологических и социальных воздействий и влияний, к делу приступают планировщики и менеджеры, которые должны проделать более трудную работу. Они должны работать с каждым и влиять на каждого, кто будет неудовлетворен решением, которые они приняли.
Приведение организации или учреждения в действие, направленное на достижение специфических целей, включает в себя некоторый набор видов деятельности, в том числе целеполагание, дебаты и дискуссии, координация, мотивация, принятие решений, их реализация и мониторинг результатов деятельности. Многие из указанных видов деятельности должны реализовываться одновременно и непрерывно, особенно, если условия (такие как цели и задачи, запасы воды, потребности в воде, бюджеты финансирования) изменяются по времени.
Эти виды деятельности порождают определенное число вызовов, которые являются важными для разработчиков моделей или аналитиков. Эти вызовы заключаются в том, как:
идентифицировать креативные альтернативы способов решения проблем;
определить, что каждая заинтересованная группа желает знать для того, чтобы достичь понимания рассматриваемых вопросов и что нужно сделать для достижения консенсуса;
разработать и использовать модели и представить результаты их работы, так, чтобы каждый мог достичь общего или совместного понимания и согласия, которые совместимы с индивидуальными ценностями каждого;
принять решения и реализовать их, с учетом различных исходных мнений, социальных ценностей и целей.
При обращении к этим вызовам или потребностям планировщики и менеджеры должны рассматривать, как важные:
юридические нормы и регламенты;
историю предыдущих решений (их принятие и результаты реализации);
предпочтения наиболее важных деятелей и заинтересованных групп;
вероятные реакции, которые возникнут под влиянием какого-либо решения;
относительную важность различных рассматриваемых вопросов и проблем;
применяемость науки, инженерии и экономики - технологические аспекты их работы.
До какой же степени реально значим научный, технический и системный подход к моделированию для управления и планирования? Авторы [81] полагают, что этот вопрос вполне возможно адресовать клиентам разработчиков моделей, т.е. самим планировщикам и менеджерам. Системным аналитикам и разработчикам моделей необходимо быть подготовленными для того, чтобы взаимодействовать с политическими и социальными структурами различных организаций и учреждений, в которых они пытаются заручится поддержкой, также как поддержкой общественности и прессы. Системные аналитики и разработчики моделей должны быть также готовы к тому, что их работа может быть проигнорирована.
3.2. Вызовы моделирования
В подразделе 3.2 обсуждаются вызовы моделирования для разработчиков моделей. При этом фиксируется, что для успешного занятия исследованием систем водных ресурсов, разработчик модели должен обладать не только необходимыми математическими знаниями и мастерством методологии системного анализа, но также хорошо понимать инженерную экологию, экономические, политические, культурные и социальные аспекты проблем планирования и управления водными ресурсами.
Разумное знание экономической теории, законодательства, регионального планирования и политологии может оказаться настолько же важным, как и глубокое понимание других дисциплин, среди которых гидравлика, гидрогеология, гидрология, экология и охрана окружающей среды. Очевидно, что результаты большинства управленческих решений в области водных ресурсов прямо воздействуют на людей и их взаимоотношения. Следовательно, учет этих знаний, совместно с другими дисциплинами, является также необходимым при совершенствовании планирования систем водных ресурсов, особенно при разработке и оценивании результатов различных моделей планирования.
Некоторые ранние анализы систем водных ресурсов предпринимались с наивной точки зрения относительно роли и влияния как самих моделей, так и их разработчиков на процесс принятия политических или стратегических решений. Политик, принимающий решение, мог предвидеть саму необходимость принять решение. Он просил группу системных аналитиков изучить проблему. Они («системщики») далее должны были промоделировать ситуацию, идентифицировать осуществимость решений и их последствия, выдать рекомендацию по одному или большему числу альтернативных решений. Политик, принимающий решение, после терпеливого ожидания этих рекомендаций, должен был принять решение на уровне «да» или «нет».
Однако, опыт сегодняшнего дня предполагает следующее:
окончательное решение задачи планирования водных ресурсов вообще редко существует - планы и проекты являются по сути динамичными. Со временем они эволюционируют за счет возможностей их дополнения и модификации для того, чтобы приспособить их к изменениям в целях управления и к изменениям в потребностях, учитываемых с помощью этих возможностей;
наряду с решением принципиального характера существует много второстепенных решений, которые готовят различные агентства и организации управления, ответственные за различные аспекты (базового) проекта;
время фактически доступное для анализа специфических задач, связанных с водными ресурсами, (почти всегда) короче, чем необходимое для этого время; если же времени достаточно, то цели сформулированные в исходном анализе будут по всей вероятности существенно переформулированы по мере того, как аналитическое исследование будет завершено.
В начале любого анализа, цели самого анализа обычно недостаточно точно (или даже плохо) определены. По мере лучшего усвоения того, что может быть достигнуто, представители заинтересованных сторон начинают лучше разбираться в том, что же они хотят сделать. Тесное информационное взаимодействие среди аналитиков, включая разработчиков моделей, всех заинтересованных лиц и лиц, принимающих решения, на всем протяжении процесса моделирования оказывается очень существенным, если системные исследования проводятся для того, чтобы сделать их максимально результативными для процесса планирования. Цели, заявленные в начале анализа, редко остаются таковыми, как они понимаются в конце анализа.
Более того, те, кто будут использовать модели и представлять/интерпретировать информацию, получаемую с их помощью для принятия ответственных решений, должны быть глубоко вовлечены в разработку моделей, методы численного решения и анализа. Только после этого они способны воспринимать те предположения и ограничения, на которых основана любая специфическая модель и, следовательно, адекватно/корректно оценивать степень надежности результатов моделирования.
Непрерывное информационное взаимодействие разработчиков моделей и аналитиков с лицами принимающими решения и представителями заинтересованных сторон должно гарантировать, что разрабатываемые модели и результаты моделирования будет реально служить своему предназначению.
3.3. Вызовы применения моделей на практике
В подразделе 3.3 обсуждаются вызовы применения моделей на практике. Позиция авторов [81] по этой проблеме, четко раскрывается следующей цитатой: «Внимание большинства книг и статей по моделированию систем водных ресурсов сосредоточено на методах моделирования. Эта книга по сути такая же. Но, что всех нас также должно интересовать и что мы должны обсуждать более энергично, заключается в том, как использовать этот инструментарий (т.е. компьютерные модели) в процессе планирования и управления. Если мы собираемся узнать это, то мы можем многому научиться у других на тему: какие инструменты/модели действительно необходимы и как они могут наилучшим образом применяться на практике. Мы в состоянии обобщить мысли тех, кто в более общей форме обращались к этим вопросам в течении двух прошлых десятилетий…».
При этом подчеркивается, что почти всегда имеется разрыв между тем, что исследователи в области моделирования систем водных ресурсов производят и публикуют, и тем, что практики находят полезным и используют. Те, кто вовлечены в исследования (т.е. ученые и инженеры) естественно заинтересованы в разработке новых и усовершенствованных инструментов и методов для изучения, идентифицирования и оценивания альтернативных планов или проектов систем водных ресурсов и для управления и анализа стратегий. Работа по оцениванию, тестированию и неизбежной модификации моделей занимает много времени. Не все опубликованные исследования оказываются готовыми или приспособленными для внедрения.
В конечном счете, успешность использования информации извлеченной из моделей и компьютерных программ, определяется завершающей проверкой или тестированием ценности этих инструментальных средств. Экспертная оценка исследования и публикации это только часть дела, и возможно даже не самая необходимая. «Шаг в будущее» для специфической модели и метода моделирования определяется результатами завершающей проверки и сравнения с измерениями.
4. РАЗРАБОТКИ, СВЯЗАННЫЕ С МОДЕЛИРОВАНИЕМ
4.1. Технологии моделирования
В подразделе 4.1 отмечается, что бурное развитие компьютерной техники - от микрокомпьютеров и рабочих станций до суперкомпьютеров - стимулировало параллельное развитие впечатляющих рядов новых моделей и компьютерного программного обеспечения (ПО). Это ПО нацелено на облегчение использования моделей и что, более важно, на взаимодействие и коммуникацию между аналитиками или разработчиками моделей и их заказчиками.
Такое программное обеспечение включает:
интерактивные подходы в работе с моделью, которые позволяют пользователям более эффективно управлять их компьютерами, моделями и данными;
компьютерную графику, которая облегчает ввод данных, редактирование, вывод данных и их обозримость на экране компьютера;
географические информационные системы, которые обеспечивают улучшенный пространственный анализ и возможности отображения выводимых данных;
экспертные системы, которые могут помочь пользователю лучше понять, как могут быть решены задачи принятия комплексных решений и на некотором этапе объясняют пользователю, почему одно специфическое решение может быть лучше, чем другое;
электронную почту и Интернет, которые позволяют аналитикам, планировщикам и менеджерам осуществлять информационное взаимодействие и доступ к совместно используемым базам данных, доступ к информации во всем мире и позволяют им работать с моделями, которые расположены и эксплуатируются на удаленных узлах сети;
мультемидийные системы, которые позволяют использовать при анализе звук и видеоанимацию, что вместе служит улучшению информационного взаимодействия и пониманию решаемых задач.
Эти и другие разработки ПО позволяют планировщикам и менеджерам улучшить возможности роста понимания ими систем водных ресурсов.
Разработчики моделей и аналитики должны на уровне самодисциплины сделать все, чтобы работать как можно более тесно с заказчиками: планировщиками, менеджерами и другими специалистами, которые несут ответственность за развитие и эксплуатацию систем водных ресурсов. Разработчики моделей и аналитики должны изучать эти системы и возникающие при этом проблемы, они должны четко идентифицировать информационные потребности в этой области. Они должны разрабатывать или адаптировать самые лучшие инструментальные средства (модели, ПО), которые могут использовать планировщики, менеджеры и другие заинтересованные лица для того, чтобы моделировать их системы водных ресурсов и достигать улучшенного понимания - общего видения того, как эти системы функционируют, какие варианты управления этими системами доступны и какими будут, связанные с этим, воздействия или последствия. Разработчики моделей и аналитики должны быть готовы к тому, чтобы быть «междисциплинарными» и способными на то, чтобы включить все значимые данные и инструментальные средства в анализы конкретной системы водных ресурсов.
4.2. Системы поддержки принятия решений
В подразделе 4.2 описывается опыт разработки и применения систем поддержки принятия решений (СППР) при планировании и управлении водными ресурсами. Учитывая особую важность и инновационный характер содержимого этого раздела и сравнительно небольшой его объем приведем далее текст технического перевода 4.2 без существенных сокращений и комментариев.
Планировщики и менеджеры систем водных ресурсов, в настоящее время должны учитывать интересы и цели многочисленных представителей заинтересованных сторон. Процессы планирования, управления и принятия решений включают в себя переговоры и поиск компромиссов (подобно тому, как это показано на рис. 12) среди многочисленных представителей заинтересованных сторон, которые имеют различные интересы, цели и мнения о том, как необходимо управлять водными ресурсами.
Рис. 12. Представители заинтересованных сторон, вовлеченные в планирование и управление речным бассейном и имеющие различные цели и информацию.
Как мы можем провести моделирование для того, чтобы удовлетворить информационные запросы всех этих представителей заинтересованных сторон? Как мы можем побудить их поверить и принять наши модели и результаты моделирования? Как помочь им достичь общего, совместно используемого, видения? Как мы можем помочь создать общее видение среди всех представителей заинтересованных сторон, по крайней мере, на то, как их системы работают и эксплуатируются, если даже им это не нравится.
Сегодня мы знаем, как построить некоторые производящие глубокое впечатление модели природных систем. Мы знаем, как объединить внутри наших моделей основы знаний биологии, химии и физики, которые обуславливают то, как работает природная система. Мы также научились, но в меньшей мере, тому, как уместно включить экономику, экологию и инженерию в эти модели. Но почему мы должны делать это? Мы делаем всё это просто для того, чтобы моделирование позволяло оценивать или идентифицировать, сравнивать и рассчитывать многочисленные последствия или воздействия, являющиеся результатом различных проектов, планов и управленческих решений, которые могут быть приняты к реализации. Мы полагаем, что информация, полученная при моделировании, должна быть значимой с точки зрения ее надежности при выборе «наилучшего» управленческого решения.
Если наша цель заключается в том, чтобы предотвратить те или иные проблемы водных ресурсов или помочь в их решении, то тогда простое обладание информацией от лучших в мире моделей и технологий, одобренных нашими экспертами, не является гарантией успеха. Для того, чтобы оказаться полезной в политическом процессе принятия решений, генерируемая нами информация с помощью всех наших моделей и компьютерных технологий должна быть понятной, достоверной и своевременной. Она должна быть обоснованно необходимой, когда в ней есть потребность. Ее не должно быть либо слишком мало, либо слишком много.
Оптимальный формат, степень детальности и точность любой информации, генерируемой моделями, должны зависеть от потребностей (запросов) и подготовки (профессиональных знаний) каждого лица, вовлеченного в процесс принятия решений. Ценность такой информации, даже если ее формат и содержание являются оптимальными, будет также зависеть от того, когда она становится реально доступной. Информация по проблеме становится значимой, если только она доступна именно в тот период времени, когда идет обсуждение (рассмотрение) этой проблемы - т.е. в то время, когда есть интерес к проблеме и решение по ней еще не принято. Это окно возможностей, в котором информация может иметь воздействие. Информация не имеет особой ценности, когда решение уже принято, конечно, за исключением того, когда наступит другой удобный момент.
Если считать истиной выражение «лица, принимающие решения, не знают, чего они хотят, вплоть до того момента, как они узнают, что они могут получить», то как сделать так, чтобы разработчики моделей знали, в чем лица, принимающие решения, будут нуждаться еще до того, как они осознают это? Как разработчики моделей узнают, какая информация является несомненно значимой (остро необходимой) информацией, особенно, если они должны сделать такую информацию доступной и в надлежащей форме, перед или во время (но не после), когда такая информация необходима. Очевидно, что разработчики моделей не могут знать всего этого. Однако за период больше двух последних десятилетий (или около этого) этот вызов был воспринят в области развития и внедрения систем поддержки принятия решений (СППР). Эти интерактивные технологии моделирования и визуализации результатов могут быть (с учетом некоторых ограничений) адаптированы к уровню информационных запросов и могут дать лицами принимающими решения, определенный контроль (управление) над входными данными, функционированием моделей и выходными данными. Но будет ли каждое лицо,
принимающее решения, каждый представитель заинтересованной стороны доверять выдаваемой модельной информации? Как можно развить их доверие к моделям, содержащимся в СППР? Как можно модифицировать модели, находящиеся внутри СППР, для того, чтобы обратиться к проблемам или вопросам, которые не были рассмотрены разработчиком СППР? Ответ на эти вопросы заключается в идее вовлечения самих лиц, принимающих решения, не только в использование интерактивных моделей, но и включении их в процесс построения этих интерактивных моделей.
Рисунок 13. дает общий обзор компонентов многих систем поддержки принятия решений. Существенной деталью СППР является интерактивный интерфейс, который позволяет как легко вводить и отображать поддающиеся интерпретации данные, так и управлять функционированием моделей (или компьютера).
В зависимости от специфики рассматриваемой проблемы и, что более важно, в зависимости от привлеченных ЛПР и учреждений, СППР в самом широком смысле могут изменяться в диапазоне: от минимальной конфигурации, использующей какую-либо компьютерную модель, для которой лица, принимающее решение, сами обеспечивают все данные, проводят все анализы, принимают решение, и они сами или их учреждения реализуют эти решения - до систем поддержки принятия решений, которые являются полностью автоматизированными и при этом участие человека не предусмотрено. Последние случаи являются редкими, но, тем не менее, они существуют. Автоматическое закрывание паводкового шлюза в бухте Роттердама является как раз таким примером. Эти предельные и другие различные промежуточные уровни СППР (в виде элементов блок-схемы) изображены на рис. 14.
Рис. 13. Общие компоненты многих систем поддержки принятия решений
Рис. 14. Различные типы компьютерно - поддерживаемых СППР
4.2.1. Моделирование общего видения
Вовлечение представителей заинтересованных сторон в построение модели дает им ощущение права собственности на программный продукт (или сопричастности). Они будет иметь гораздо лучшее понимание того, что «их» модель может делать и чего она не может делать. Если ПЗС вовлечены в построение модели, то они будут знать предположения (упрощения и ограничения), используемые при построении «их» модели. Практика вовлечения ПЗС в совместное развитие и использование модели является способом лучшего понимания ими последствий различных предположений и упрощений. Хотя может и не быть очень хорошего совпадения со сделанными предположениями, ПЗС могут сами изучить или исследовать, какие предположения являются существенными, а какие нет. В дополнение к этому, сам процесс разработки модели с участием многочисленных представителей заинтересованных сторон будет порождать дискуссии, которые могут приводить к лучшему пониманию интересов и вопросов каждой стороны. Вполне возможно, что через практику такого соучастия в построении модели, вовлеченные представители заинтересованных сторон будут достигать не только лучшего
понимания проблем каждого участника, но также будут достигать общего или совместного видения по крайней мере того, как работает система водных ресурсов в целом (конечно в рамках того, как это представляется моделью). Опыт вовлечения представителей заинтересованных сторон в построение модели, наводит на мысль, что такое соучастие в построении модели может также помочь многочисленным представителям заинтересованных сторон достичь консенсуса по вопросам о том, как необходимо развивать и управлять их реальной водной системой.
В США одним из приверженцев моделирования общего видения является Институт водных ресурсов Корпуса инженеров армии США. Специалисты этого института применили разработанную ими интерактивную общецелевую платформу для построения моделей, в качестве тренинг-основы для упражнений по рассмотрению конфликтов, возникающих при проектировании и эксплуатации систем водных ресурсов.
Каждый такой тренинг по построению моделей общего видения включает многочисленных представителей заинтересованных сторон, работающих совместно с экспертами по разработке и использованию программного обеспечения. Билл Уверик из Корпуса инженеров пишет:
«Так как эксперты и представители заинтересованных сторон могут строить такие модели вместе, включая в них элементы, которые интересуют каждую группу, они достигают точки зрения консенсуса (согласия) на то, как работает водная система в целом и как на нее влияют заинтересованные стороны/водопользователи и окружающая среда. Без увеличения штата новых чиновников или переподчинения авторитетных лиц, принимающих решения, модель общего видения и сама разработка такой модели создают логичность или связность среди решателей задач, которая имеет некое сходство с природным интегрированием условий, которые они анализируют». В настоящее время возникает вопрос - как собрать вместе, вовлекаемых в практику построения моделей, представителей заинтересованных сторон, многие из которых могут реально не хотеть работать вместе. Это очень серьезный вызов.
Один из шагов в этом направлении заключается в развитии инновационных технологий, которые будут содействовать разработке моделей и будут использоваться представителями заинтересованных сторон с различными исходными знаниями и интересами. Нам необходимы лучшие инструментальные средства для построения СППР, а не только сами СППР. Нам необходимо разрабатывать самую лучшую среду (оболочку) моделирования, такую чтобы специалисты могли использовать её для работы со своими собственными моделями. Исследователям необходимо строить модель с помощью компоновочных блоков или модулей, а не строить сами модели и фокусировать внимание на улучшении этих компоновочных блоков, которые могут быть также использованы другими лицами для построения их собственных моделей. Ясно, что если представителей заинтересованных сторон собираются вовлечь в практику построения модели (в составе СППР), то должна быть проведена работа, которая создаст для них благоприятные условия и потребует минимально необходимого обучения и умения программировать.
Традиционная практика моделирования предполагает наличие пяти шагов или этапов в процессе моделирования. Первый из них заключается в том, чтобы идентифицировать информацию, которой должна быть обеспечена модель. Сюда включаются критерии или характеристики качества функционирования системы, в которых заинтересованы ЛПР и ПЗС. Эти критерии или характеристики определяются как функции поведения (динамики) или состояния системы, которую собираются моделировать. Далее (второй шаг), это поведение (динамика) должно быть промоделировано так, чтобы состояние системы, было связано с какими-либо «внешними» входными данными (внешними воздействиями), которые могут быть спрогнозированы. Это требует моделирования физических, химических, биологических, экономических, экологических и социальных процессов, которые имеют место, в представляемой системе. Третье, первые два этапа «собираются» вместе, параллельно со средствами ввода «внешних» данных (данных о воздействиях) и значимыми способами обработки выводимой информации. Следующий этап (четвертый) заключается в том, что модель должна быть откалибрована и
верифицирована, настолько тщательно насколько это возможно. Только после этого модель может быть использована для производства требуемой информации (пятый этап).
Этот традиционный процесс моделирования очевидным образом не будет работать для тех специалистов, которые специально необучены или не имеют опыта (или даже интереса) работы, связанной с моделированием. Таким специалистам необходима специальная среда для легкого построения моделей, которые они понимают и которые:
совместимы с доступными данными;
работают и обеспечивают требуемый уровень качества и количества необходимой информации;
по возможности легко калибруются и верифицируются;
дают возможность интерактивного управления всем вводом данных, редактированием, функционированием (эксплуатацией) модели и отображением /визуализацией выводимой информацией, которую они могут понять и которая необходима для того, чтобы принять информационно обеспеченные решения.
Трудность в создании такой среды для построения моделей заключается в том, чтобы сделать ее достаточно полезной и привлекательной для многочисленных представителей заинтересованных сторон, которые хотели бы использовать такую среду. Такая среда должна быть доступной. Она должна быть относительно легкой, прозрачной и даже увлекательной для обучения и построения моделей. Она должна быть способна обеспечивать моделирование и воспроизводство различного уровня деталей, касающихся природных, инженерных, экономических и экологических процессов, которые реализуются на различных пространственных и временных масштабах. И она не должна требовать от пользователей знания программирования и умения отлаживать программы.Как же можно такое сделать?
Один из подходов заключается в том, чтобы разрабатывать интерактивные моделирующие «оболочки», специально приспособленные для того, чтобы обеспечивать моделирование задач окружающей среды. Моделирующие оболочки - это программы управляемые данными, которые становятся моделями по мере того, как достаточное количество (адекватных) данных уже введено в них.
Существует некоторое число таких универсальных (настраиваемых) моделирующих оболочек для воспроизведения/имитации систем водных ресурсов. Согласно [81], AQUATOOL, RIBASIM, MIKE-BASIN и WEAP (показана на рис. 15) являются типичными интерактивными оболочками моделирования взаимосвязанной системы: «река - водоносный слой», в которых требуется, чтобы система была представлена с помощью созданной и отрисованной сети узлов и звеньев. Каждый узел и звено требуют данных, от которых зависит то, насколько эти узлы и звенья, будут репрезентативными, также как то, что пользователь желает получить в качестве выходной информации. Так, если интерес пользователя заключается в получении временных рядов значений стока или запасов воды внутри системы, как результат эксплуатации водохранилища и/или стратегии регулирования (распределения) запасов воды, то в таком случае нет необходимости вводить данные о качестве воды, даже тогда когда имеется возможность моделировать качество воды. Если на выходе желательно получить информацию о качестве воды, то тогда пользователь может выбрать несколько необходимых составляющих
качества воды. Очевидно, что чем больше различных типов информации необходимо иметь на выходе из модели или чем большее пространственное или временное разрешение желательно иметь в модели, тем больше требуется входных данных.
Рис. 15. Основной интерфейс программы WEAP, которая является типичной в ряду настраиваемых моделей речного бассейна и которая способна моделировать любую речную систему, отображенную на компьютерном терминале, как это показано на рисунке.
Интерактивные оболочки обеспечивают интерактивные и адаптивные способы определения параметров моделей и необходимых им входных данных. По мере того как параметры модели заданы, оболочка обеспечивает интерфейс для ввода входных данных и их редактирования, для эксплуатации модели и отображения выводимых данных.
Для того, чтобы эффективно использовать такие оболочки, полезным является обучение, тому, как использовать оболочку и тому, что она может и не может делать. Разработчики таких оболочек устраняют необходимость того, чтобы пользователь беспокоился об управлении базами данных, об алгоритмах решения систем уравнений, о развитии интерактивного интерфейса, о сохранении балансов массы воды и неразрывности течения и других подобных проблемах. Любые предположения, сделанные при построении оболочки должны быть реально прозрачными и приемлемыми для всех пользователей, прежде чем такая оболочка будет использоваться в любом применении технологии общего видения.
4.2.2. Системы открытого моделирования
Следующий шаг в моделировании общего видения будет заключаться в создании среды моделирования, которая может предоставить всем ПЗС возможность включить их собственные модели в общесистемное описание. Представители заинтересованных сторон склонны верить их собственным моделям больше чем тем, которые предоставляются правительственными агентствами и исследовательскими институтами. Их собственные модели включают данные, которым они доверяют и основаны на их собственных предположениях и взглядах на то, как работает система. Например, при решении вопросов трансграничного переноса водных ресурсов, различные страны могут выразить желание включить их собственные гидродинамические модели для участков рек, протекающих через их страны.
Различные разработки систем открытого моделирования реализованы в Европе и США, хотя большинство из них все еще находятся в стадии исследований. Реализация Рамочной водной директивы в Европе стимулировала разработку OpenMI (European Open Modelling Interface and Environment - Европейский интерфейс и среда открытого моделирования). OpenMI будет упрощать объединение моделей, имеющих отношение к водным ресурсам, которые в дальнейшем будут использоваться в стратегическом планировании в соответствии с требованиями Европейской водной директивы. Инициативные цели США заключается в том, чтобы учредить (разработать) аналогичную основу для моделирующей среды.
4.2.3. Пример СППР для управления речными наводнениями
В Нидерландах стратегия управления наводнениями на рукавах реки Рейн нацелена на уменьшение уровней воды, поскольку дальнейшее наращивание высоты защитных дамб рассматривается как нежелательное в долгосрочной перспективе. Возможные мероприятия для уменьшения уровней воды при наводнениях включают в себя удаление или перемещение гидравлических препятствий, понижение бун, заглубление участков русла с низкими скоростями течений, понижение пойм, перемещение задерживающих дамб, сооружение боковых каналов, регулирование водохранилищами и другие мероприятия (более детально они описаны в приложении D [81]. См. также рис. 2 в разделе 2.1 нашего обзора).
Определение того, какой набор мероприятий необходимо реализовать для «улучшения положения дел на реке», т.е. для понижения уровней воды при наводнениях, включает сложный процесс общественного принятия решений, который касается большого числа представителей заинтересованных сторон. Научные изыскания вдоль реки позволили идентифицировать более 600 возможных улучшающих мероприятий. Какие из этих вариантов должны быть выбраны? Решение необходимо принимать и оно должно быть приемлемым, по крайней мере, для большинства представителей заинтересованных сторон. Как описывалось выше, это и есть процесс принятия решения. Очевидны выгоды, связанные с использованием системы поддержки принятия решений, работающей в режиме реального времени, которая будет обеспечивать информацию об уровнях воды при наводнениях, при объединении указанных мероприятий вдоль реки. Эта относительно простая и дружественная пользователю система поддержки принятия решения называется «Конструктор планирования» (Planning Kit - разработка института Delft Hydraulics (ныне - Дельтарес), Нидерланды).
Предварительная стадия проектирования по этой схеме называется «Пространство для рукавов Рейна» («Room for the Rhine Branches») и она включает крупномасштабный, идущий снизу вверх общественный процесс принятия решений. Все начинается с идеи необходимости разнообразного использования пространства между речными дамбами обвалования (т.е. площади между основными дамбами или набережными). На основе большого объема исследовательских и изыскательских работ, которые позволяют идентифицировать возможные мероприятия и их соответствующие влияние или воздействие, представители заинтересованных сторон и местные власти получают возможность идентифицировать планы, которым они отдают предпочтения. При этом оценивается определенное число критериев, таких, например, как (предельная) пропускная способность реки при наводнении, ее судоходность и воздействие на ландшафт и экологическую инфраструктуру. Предусматриваемый результат этой процедуры представляет собой логически последовательную схему улучшения обстановки на реке.
«Конструктор планирования» разрабатывался для поддержки принятия решений в режиме реального времени и для того, чтобы способствовать общественному обсуждению, так же как обсуждению среди профессионалов, на стадиях планирования и разработки предварительного (эскизного) проекта.
Поскольку реально было большое число различных мнений и представителей заинтересованных сторон, процесс выбора (вариантов) оказался сложным. Однако, достижение формального технического оптимума не являлось целью этого процесса. Необходимо было учесть все функции реки, включая воздействие на экологию бассейна и культурное наследие. Общественное одобрение являлось основным требованием. Со временем, основные критерии или требования должно быть удовлетворены полностью. Без поддержки за счет использования многообразия моделей, включенных в «Конструктор планирования», этот процесс принятия решений оказался бы гораздо менее целенаправленным и сконцентрированным и следовательно гораздо менее эффективным.
Существуют различные численные модели реки Рейн. Они различаются по диапазонам, описываемых масштабов (от масштаба всего бассейна до локального масштаба) и степени сложности (1D поперечно осредненные, 2D осредненные по глубине, 2D или 3D вихреразрешающие модели и т.п.). При исследованиях в рамках проекта «Пространство для рукавов Рейна», использовалась одномерная (1D) модель Нижнего Рейна для расчетов крупномасштабных явлений, процессов и морфологических расчетов, и двумерная (2D), осредненная по глубине, модель для более детальных локальных расчетов. Расчеты уровней воды при наводнениях проводились с помощью двумерной, осредненной по глубине, модели для всех рукавов Рейна.
Эти модели интенсивно использовались на исследовательской и проектной стадиях работ по улучшению обстановки на реке. Они обеспечивали помощь в привязке критических (заданных) проектных уровней воды для того, чтобы избежать переливов воды через гребни дамб и плотин, в проверке безопасности систем защиты от наводнений и в оценивании гидрологических и морфологических влияний предлагаемых мероприятий.
Расчеты уровней воды при наводнениях с помощью двухмерной модели для рукавов Рейна сопровождаются затратами слишком большого времени для того, чтобы проводить их в режиме реального времени (on-line) во время заседания семинара или совещания типа «мозговой штурм». Таким образом, модельные расчеты для каждого предлагаемого мероприятия (всего их более 600), выполнялись заблаговременно и эффекты изменения уровней воды за счет каждого индивидуального мероприятия накапливались (запоминались) в базе данных. Эта база данных (БД) является ядром «Конструктора планирования».
Основное предположение, лежащее в основе подхода «Конструктор планирования», заключается в том, что в первом приближении, эффекты изменений уровня воды за счет каждого индивидуального мероприятия могут быть отделены от тех, которые, получены для каждого другого мероприятия, и эффекты комбинации или объединения таких мероприятий могут быть получены путем суперпозиции индивидуальных эффектов. На первый взгляд может показаться, что это сомнительный подход так как уравнения гидродинамики являются существенно нелинейными. На самом деле, общий или суммарный эффект изменения уровня воды двух объединенных мероприятий может легко оказаться на 50% выше или ниже, чем сумма двух индивидуальных эффектов. Но для большого набора мероприятий (скажем, больше чем 25 на участке реки длиной 100 км) этот подход, как показывала проверка, является вполне приемлемым. Как иллюстрирует рис. 16, расчет по полностью нелинейной 2D гидродинамической модели для комбинации из 40 мероприятий вдоль протоки Ваал реки Рейн дает результаты для уровней воды, которые не более, чем на 10 см. отличались от результатов «Конструктора
планирования», в которых изменения уровней воды за счет индивидуальных мероприятий просто суммировались.
Метод, связанный с запоминанием в базе данных эффектов каждого мероприятия, позволяет проводить on-line - представление эффектов или влияния планируемых мероприятий. С использованием принципа суперпозиции, проектные эффекты изменения уровня воды любой комбинации мероприятий, могут быть скомпонованы за счет учета каждого индивидуального мероприятия.
Для каждого из предлагаемых мероприятий, БД содержит схему ситуации или аэрофотоснимки и наземные фотографии, эффекты изменений продольного профиля поверхности воды при проектных условиях наводнения, площадь затопления, оценку затрат, длины плотин/дамб, которые должны быть построены заново или восстановлены, экологические эффекты или воздействия, количество материала, которое должно быть изъято или перемещено для различных типов почво-грунтов и т. п. Таким образом, когда проводится анализ и синтез наборов мероприятий, важным аспектом процесса принятия решения может стать незамедлительность его информационного обеспечения, что и достигается с помощью «Конструктора планирования».
Рис. 16. Влияние на уровни воды 40 мероприятий вдоль рукава Ваал реки Рейн при проектных условиях наводнения, как результат расчета по 2D модели, воспроизводящий все мероприятия (сплошная линия) и как результат метода «Конструктор планирования», в котором результаты отдельных мероприятий просто суммируются вместе (пунктирная линия).
Центральным элементом в представлении такой информации (см. рис. 17) является диаграмма, показывающая насколько профиль поверхности воды превышает требуемый, согласно принципу «Пространство для реки», (т.е. профиль без укрепления или увеличения высоты защитных плотин и дамб). Путем клика на кнопку «мероприятие», профиль поверхности воды в соответствии с моделируемым мероприятием корректируется. Таким образом, это позволяет увидеть немедленно, что необходимо еще сделать для того, чтобы достичь желаемой или требуемой ситуации. Путем открытия окон, связанных с названиями мероприятий, можно также отобразить на экране фотографии и любую другую доступную информацию.
Система «Конструктора планирования» может быть легко установлена на ПК или ноутбуке, следовательно, она оказывается удобной для использования в режиме реального времени в периоды совещаний и слушаний.
Рис. 17. Основой экран системы «Конструктор планирования». Малые геометрические формы/значки являются альтернативами при различных местоположениях конкретных мероприятий на выбранном и отображенном участке реки. Графики показывают уровни воды, ассоциируемые с выбранными альтернативами.
5. ВЫВОДЫ
В заключении главы 2 [81] авторы подчеркивают, что наиболее важным аспектом успешного построения и использования математических моделей и СППР для эффективного планирования и управления системой водных ресурсов является оптимальный уровень понятийного, информационного и организационного взаимодействия ЛПР, ПЗС и разработчиков моделей и проектировщиков СППР.
Хотя процессы планирования и управления водными ресурсами не ограничиваются математическим моделированием, само оно является принципиально важной частью этих процессов. Модели могут представить в объективно структурированном и упорядоченном виде важные взаимозависимости и взаимодействия, ценные для различных структур управления и пользователей системы водных ресурсов. Они позволяют дать оценку последствий сооружения альтернативных инженерных структур, оценить различные стратегии эксплуатации и размещений таких структур, дать оценку различных предположений, относящихся к будущим запасам воды, спросу, стоимостям, социальным и законодательным требованиям.
3.2. Предупреждение, прогнозирование и реагирование на чрезвычайные ситуации при наводнениях. Синопсис одноименной монографии К. Сене. Издание Springer Science + Business B.V., 2008 г.
Сокращенный вариант оглавления[16 - .Полный вариант перевода оглавления монографии [87] приведен в Приложении 1 нашей книги].
Предисловие
1. Введение
Часть I. Предупреждение наводнений
2. Обнаружение
3. Пороговые значения
4. Распространение
Часть II. Прогнозирование наводнений
5. Общие принципы
6. Реки
7. Побережья
8. Избранные применения
Часть III. Реагирование на ЧС
9. Готовность
10. Реагирование
11. Общий взгляд и проблемы
Литература
Монография [87] представляет собой подробный обзор современных результатов прикладных разработок и применений в области предупреждения, прогнозирования и реагирования на чрезвычайные ситуации при наводнениях. Тематически книга охватывает широкий диапазон дисциплин, включая прогнозирование погоды, метеорологию, гидрологию и океанологию, методы и средства раннего обнаружения наводнений, прогностические модели речных и прибрежных наводнений, системы распространения предупреждений о наводнениях и методы реагирования на ЧС при наводнениях. Книга [87] отчасти посвящена изложению общих принципов и концепций по указанной проблематике. Однако основное её содержание подробно представляет широкий спектр современных технологических решений в области ИУН, включая ключевые аспекты проектирования, реализации и опыта практического применения высокотехнологичных систем предупреждения, прогнозирования и реагирования на ЧС при различных типах наводнений. Ценным является то, что в [87] также содержатся многочисленные ссылки на руководства, нормативные документы, отчеты и сообщения, с более детальной информацией о
факторах, существенных при проектировании и реализации систем управления наводнениями.
В предисловии к книге отмечается, что неформальные системы предупреждения наводнений существовали с тех пор, как люди поселились вблизи рек и береговых зон. Значительные улучшения в средствах связи и компьютерных информационно-моделирующих системах, достигнутые за последние годы, открыли широкий диапазон возможностей во многих аспектах процесса предупреждения наводнений. К этому относятся разработки методов и средств дистанционного зондирования и ансамблевого прогнозирования, а также разработки автоматизированных систем мониторинга и предупреждения наводнений и систем поддержки принятия решений. Автор [87] отмечает, что некоторые современные научные и оперативные разработки в этих областях достаточно подробно, но часто фрагментарно обсуждаются в научной литературе, но при этом некоторые разновидности инструментария и программного обеспечения для интегрированного управления наводнениями практически не рассматриваются. Темы мониторинга проектирования и эффективности функционирования систем предупреждения и прогнозирования наводнений, основанного на понятии риска, и установления приоритетов в
инвестировании проектов ИУН подробно рассматриваются в нескольких главах этой книги, с учетом роста общественных ожиданий в таких разработках и с учетом необходимости в достаточном финансировании производства нового оборудования и технологий.
Как указывает автор [87], системы раннего предупреждения о природных и техногенных бедствиях часто описываются с применением терминов: обнаружение, распространение предупреждений, реагирование, восстановление и послесобытийный анализ. Во многих случаях в этот список включается также прогностический компонент и готовность, что весьма существенно для эффективного реагирования на ЧС. Такая структура описания адаптирована и составляет основу [87].
В книге [87] представлены следующие три основные части:
Часть I - «Предупреждение наводнений», в которой обсуждаются следующие темы: методы и средства раннего обнаружения наводнений (глава 2), установление пороговых (или критических) значений для идентификации начала события наводнения (глава 3) и технологии распространения предупреждений о наводнениях (глава 4).
Часть II - «Прогнозирование наводнений», в которой рассматриваются общие принципы разработки (глава 5) и специфические виды прогностических моделей рек и прибрежных зон морей (главы 6 и 7), а также примеры характерных применений различных типов моделей и информационно-моделирующих систем для прогнозирования наводнений (глава 8).
Часть III - «Реагирование на ЧС» при наводнениях, которая охватывает тематику готовности к наводнениям (глава 9), оперативного реагирования на ЧС (глава 10) и проблем перспективного развития (глава 11).
Наиболее подробно в [87] обсуждаются проблемы, связанные с управлением следующими типами наводнений: речные, прибрежные, связанные с приливами и штормовыми нагонами, наводнения в результате снеготаяния, при заторах и зажорах льда, при дренаже с городских территорий, ливневые паводки и наводнения, связанные с геотехническими рисками, такими как цунами, разрушения дамб и сели.
Основная особенность при практических применениях систем предупреждения о наводнениях, как подчеркивает автор [87], заключается в жестком требовании быстрого принятия решений, часто в условиях неполной или неопределенной информации. При этом поддерживающий инструментарий, такой как СППР оперативного управления или модели прогнозирования, также должен функционировать достаточно быстро и надежно, чтобы оказаться ценным в процессе принятия решений и, особенно, в условиях меньшей входной информации, чем обычно бывает доступно при научных исследованиях.
Учитывая многоплановость и большой объем книги (объем оригинала - 303 с.), при подготовке синопсиса мы ограничились преимущественно анализом содержания главы 1 [87], которая дает вполне адекватное представление о содержании монографии К. Сене, в целом.
ГЛАВА1. ВВЕДЕНИЕ
В преамбуле введения отмечается, что системы предупреждения и прогнозирования могут помочь уменьшить воздействия наводнений за счет своевременной эвакуации людей с территорий высокого риска затоплений и перемещения транспортных средств и личного имущества в безопасные места. При заблаговременном предупреждении также могут быть установлены временные защитные сооружения и могут быть задействованы инженерные структуры, предназначенные для управления реками и приливами для того, чтобы смягчить влияние наводнений. Уже сейчас многие страны и местные органы власти используют различные формы систем предупреждения наводнений. Технологии, лежащие в основе таких систем, требуют междисциплинарных знаний из широкого диапазона технических областей, включая системы регистрации осадков и приливов, модели прогнозирования речных и прибрежных наводнений, системы распространения предупреждений о наводнениях и методы и средства реагирования на ЧС. Вступительная глава [87] содержит общий обзор процесса предупреждения наводнений, подходов к прогнозированию наводнений и реагированию на ЧС при наводнениях и природы рисков
наводнений.
1.1. Процесс предупреждения наводнений
В данном разделе подчеркивается, что системы предупреждения наводнений обеспечивают хорошо проверенный путь к уменьшению риска жизни людей и позволяют населению и службам ЧС получить время на подготовку к наводнению и защите территории и имущества. Также могут быть предприняты действия с целью уменьшить или предотвратить затопления; например, путем задействования ГТС управления рекой или реализации видов деятельности по противостоянию наводнениям, таких как укрепление защитных сооружений от наводнений и установка временных или разборных барьеров.
Неформальные системы предупреждения наводнений существовали с тех пор, как люди начали жить и работать вблизи рек и морских побережий. Интенсивные осадки, очень высокие уровни рек, необычное состояние моря и другие сигналы, такие, например, как нарастающий шум текущей воды - все они являют собой полезную информацию о надвигающемся наводнении для исторически традиционных методов обеспечения предупреждений: крики об опасности, направление посыльных и подъем флагов и штормовых «конусов». Такие методы всё еще играют важную роль, особенно когда наводнение развивается быстро и муниципалитеты должны задействовать собственные ресурсы для начала реагирования на ЧС. Например, в удаленных частях Австралии, фермеры могут передать сигналы тревоги другим фермерам, живущим вниз по течению, если уровни воды в реке повышаются или когда наводнение уже началось. Другой пример - цунами в декабре 2004 года, когда несколько руководителей муниципалитетов получили похвалу за то, что, заприметив необычное состояние моря, вовремя подняли тревогу и, таким образом, предотвратили очень большие потери.
Использование более технологичных подходов началось с широкого использования телеграфной связи для передачи данных об уровнях рек во второй половине XIX столетия в таких странах как США, Франция и Италия. Новый этап связан с телефонной и радио телеметрией в начале XX века и последующих годах, а также с развитием компьютеров и электронных средств связи в 1950 -60 гг. В этот период началась разработка оперативных компьютерных (численных) моделей атмосферы (с 1950-х годов), внедрение погодных радаров и спутников для наблюдений за осадками (с 1970-х годов) и автоматизированных методов распространения предупреждений, основанных на использовании интернета (с 1990-х годов).
Широкое распространение собственных телевизоров, радио и телефонов и, сравнительно недавно, мобильных телефонов и компьютеров расширило диапазон методов, которые можно было использовать для распространения предупреждений, дополнительно к традиционным обходам домов, громким крикам, сиренам и т. д.
Многие страны и местные органы власти сейчас оперируют самыми различными формами систем предупреждения о наводнениях, и вставка 1.1 [87] содержит обобщающие оценки Всемирной метеорологической организации о статусе служб предупреждения и прогнозирования наводнений во всем мире. Предупреждение наводнений также является областью, в которой значительное внимание уделяется комплексному реагированию на природные, технологические и другие риски. Если эксплуатационные качества системы предупреждения наводнений соответствуют требуемым уровням точности, надежности и заблаговременности, то такая система также может быть отнесена к диапазону неструктурных мероприятий, которые можно использовать для управления или снижения риска наводнений в речных бассейнах или вдоль морских побережий совместно с другими мероприятиями, например, планированием землепользования и страхованием.
Система предупреждения о наводнениях может включать в себя системы обнаружения и измерения осадков и приливов, модели прогнозирования речных и прибрежных наводнений, системы распространения предупреждений о наводнениях и процедуры реагирования на ЧС. Каждое звено этой цепи оказывается очень важным и велением современности является полноструктурная система предупреждения наводнений или подход, в центре которого стоит человек, и при котором муниципалитеты вносят свой вклад в проектирование систем предупреждения наводнений и оказывают содействие в их непрерывной эксплуатации.
Различные компоненты системы, рассматриваемые в [87] (см. рис. 18), показаны в таблице 3, при этом компонент «восстановление» или «ликвидация последствий» обсуждается в книге очень кратко, поскольку компоненты предупреждения и прогнозирования наводнений начинают играть меньшую роль на более поздней стадии наводнения (например, рекомендации, связанные с предупреждением и прогнозированием, становятся вторичными, когда уровни наводнения падают). Кроме того, мероприятия по смягчению ущербов (например, за счет планирования землепользования и страхования) в [87] практически не рассматриваются.
Конечно, используемая терминология касающаяся процесса предупреждения наводнений, различается в зависимости от страны и организаций и, вместе с тем, отдельные ее аспекты могут совпадать. Например, Корпус инженеров армии США идентифицирует следующие стадии процесса предупреждения наводнений:
распознавание угрозы наводнения,
распространение предупреждений,
реагирование на ЧС,
восстановление после наводнения.
Тогда как план непрерывного управления для прогнозирования тропических циклонов содержит следующие десять фаз для типичного сезона циклонов:
предсезонная проверка,
обычный порядок мониторинга (минимум два раза в сутки),
информация о циклоне (приблизительно за 48 часов до подхода к береговой зоне),
отслеживание и тревога о выходе циклона на сушу (до выхода на сушу в диапазоне 36 -48 часов),
предупреждение о циклоне (до выхода на сушу, по крайней мере, за 24 часа),
готовящийся выход на сушу,
выход на сушу,
оценка воздействий,
документирование,
общий анализ работы системы.
Рис. 18. Иллюстрация компонентов системы предупреждения, прогнозирования и реагирования на ЧС при наводнениях[17 - Рисунок 18 и последующие в этом разделе адаптированы из [87]]
Таблица 3. Типичные составляющие процесса предупреждения, прогнозирования и реагирования на ЧС при наводнениях
Устойчивость системы предупреждения наводнений к повреждениям и сбоям также имеет большое значение и понятие соответствующего риска, основанное на методах из других технических и технологических секторов, постепенно вводится в проектирование и эксплуатацию систем предупреждения наводнений для того, чтобы помочь идентифицировать очаги потенциальных повреждений и сбоев и предусмотреть соответствующие мероприятия по снижению такого риска.
Много споров ведется по вопросу эффективности систем предупреждения наводнений, а также компьютерных моделей и информационных систем. Очевидно, что предупреждение оказывается успешным, если оно инициировало действия, предотвратившие затопление, которое могло бы произойти в случае отсутствия такого предупреждения; например действия по запуску закрытия приливного барьера или по установке временной защиты. Однако исследования показывают, что успех с обеспечением предупреждения населения является довольно относительным. Так, в некоторых странах, посредством объединенного использования различных моделей прогнозирования наводнений с целью увеличения заблаговременности и точности предупреждений, лучшего понимания того, как должна быть обеспечена передача предупреждений и за счет нарастающего участия местных властей и взаимодействия между организациями различных ведомств, за последние годы в практике предупреждения о наводнениях были достигнуты замечательные результаты. Например, одна из рекомендаций заключается в том, что решение задачи предупреждения наводнений может быть ускорено и улучшено за счет
адекватного реагирования на следующие пять вопросов:
Какие отметки высот достигнет наводнение и когда?
В каких местах окажется вода при предсказанных отметках высот?
«Кто и что» будут подвержены воздействию наводнения?
Какая информация и рекомендации, переданные населению относительно наводнения, действительно, необходимы людям для повышения эффективности реагирования?
Как люди, при угрозе наводнения, могут лучше распорядиться переданной им соответствующей информацией?
Частный вопрос заключается в том, какими должны быть требования к задержке предупреждения. Эта задержка может находиться в диапазоне от нескольких минут и меньше для людей, проживающих на берегах реки, чтобы с крутого склона добраться до безопасных высот, и до нескольких часов или суток в ситуациях, когда нужно возводить временные защитные сооружения, эвакуировать большие скопления людей или сбросить воду из водохранилища перед наводнением. Аналогично, требования к точности и толерантности по отношению к ошибочным тревогам будет изменяться со стороны различных организаций и населения, и эти требования могут быть скорректированы путем соответствующего обучения и тренировок по осведомленности населения.
Подходы к предупреждению, прогнозированию и реагированию на ЧС при наводнениях непрерывно совершенствуются за счет использования технических достижений, усвоения уроков прошлых наводнений и адаптации идей из смежных технических дисциплин. Например, технологические достижения последних лет включены в разработку и оперативное использование новых методов краткосрочного прогноза осадков (так называемый «наукастинг» - мониторинг и прогноз опасных явлений погоды), в которых обычно объединяются наблюдения, полученные с помощью метеорологических радаров с выходной информацией, которая, в свою очередь, получается с помощью (мезомасштабных) моделей численного прогноза погоды. Помимо этого используются мультимедийные системы выпуска предупреждений. Многие социальные и поведенческие исследования также были выполнены в интересах общественного понимания и последующего реагирования на предупреждения о наводнениях. Эти исследования, в ряде случаев, построены на исследованиях в других научных дисциплинах, таких как охрана здоровья и реагирование на ЧС при других природных опасностях. Улучшения могут также
обеспечиваться национальным законодательством, ростом общественных ожиданий, заказами для общественных служб, мониторингом качества функционирования систем предупреждения и введением уровней целевого обслуживания. Подходы, основанные на понятиях риска и вероятности, также растут в своей ценности и используются оперативно, будучи построенными на идеях метеорологического прогнозирования и на каких-либо других методологиях; например, на методологиях установления приоритетов инвестирования и ансамблевого прогнозирования. На национальном уровне увеличивается объем улучшений, достигаемых в рамках функционирования действующих систем предупреждения наводнений.
1.2. Природа рисков наводнений
В этом разделе отмечается, что затопление является угрозой для многих населенных пунктов и риск наводнений увеличивается в определенных местностях благодаря освоению и развитию пойм, миграции людей в города и благодаря техногенным воздействиям на режим течения рек. Например, развитие городов в некоторых случаях может увеличивать риск наводнений за счет изменений характеристик поверхностного стока и дренажных путей паводковых вод. Изменения климата могут также увеличить вероятность наводнений в некоторых местах за счет изменений в частоте и суровости штормов, типов выпадения снега и снеготаяния и подъема уровней моря.
Причинами наводнений являются преимущественно атмосферные или геотехнические факторы (см. табл. 4). Атмосферные факторы связаны с интенсивными дождями, иногда они связаны с интенсивным снеготаянием и заторами льда в зонах холодного климата. Затопления прибрежных зон и наводнения в эстуариях, часто обусловлены нагонами, волнами и ветровыми воздействиями, наиболее заметными в тропических циклонах, ураганах и тайфунах. Геотехнические факторы, такие как оползни, сели и землетрясения, также могут приводить к подъему уровня рек, являясь причиной затопления суши, удаленной от моря. Волны цунами часто приводят к затоплению прибрежной зоны морей и океанов.
Таблица 4. Примеры механизмов формирования наводнения
Вторичные влияния могут заключаться в переливе или прорывах речных и морских защитных ГТС, в блокировании мусора на мостах и других структурах, в переполнении дренажных сетей на территориях городов и в разрушении или переливе защитных дамб. Из-за короткого времени, доступного людям для реагирования на быстро нарастающие наводнения, такие наводнения представляет особый риск для жизни людей. К таким наводнениям относятся ливневые паводки, прорывы дамб и защитных ГТС и некоторые события, связанные с заторами льда, локальными нагонами и переливами штормовых волн. Риск наводнения часто выражается как комбинация двух факторов: вероятность (или опасность) и последствие (или воздействие). Вероятность выражает правдоподобие достижения разрушительных уровней или расходов при наводнениях, в то время как последствия могут быть выражены в терминах неких индикаторов, таких, как число пострадавших объектов имущества, число потерь жизней или показатели экономического ущерба.
Оценки общего числа людей, попавших в зону рисков наводнений и воздействия затоплений, от численности населения всей страны являются, конечно, предметом со многими неопределенностями, включая степень детальности, с которой эти события зафиксированы, метод, примененный при оценках рисков наводнений, и подход, используемый для международных сравнений, различия наборов данных и используемых методов регистрации измерений. Однако, некоторые исследования предполагают, что процент людей, подвергающихся риску наводнений лежит в диапазоне от 3 до 5% общей численности населения в Великобритании и Франции, около 12% в США, 50% в Нидерландах и 70 -80% во Вьетнаме и Бангладеш. Эти оценки также включают в себя подвижные группы населения такие, как туристы, путешественники, временные рабочие, командированные и бездомные. Действительно, в некоторых странах, таких, например, как США, один из основных рисков для жизни при наводнениях распространяется на людей, которые находятся в автомобилях и других транспортных средствах, попавших в «ловушку» или унесенных при наводнениях.
Связь между рисками наводнений и социальными, политическими и экономическими факторами, особенно, угрозами для жизни, является хорошо документированной. Возникает обоснованный интерес к таким проблемам, как недостаток общественной осведомленности по вопросам наводнений или управления развитием поймы при ограниченности средств, доступных для контроля и защиты от наводнений (например, речные и морские защитные ГТС), а также к проблемам низкой устойчивости зданий и сооружений при затоплениях (например, временного жилья по сравнению с постоянным) и недостатка финансирования на совершенствование систем предупреждения, прогнозирования и реагирования на ЧС при наводнениях. Там где эти факторы существенны, число людей, зависящих от события наводнения, может оказаться значительно больше, чем при эквивалентных событиях на территориях, где указанные выше проблемы отсутствуют.
Мероприятия по понижению уязвимости от наводнений также являются нарастающе значимыми при изучении риска наводнений, например, за счет объединения следующих факторов:
опасность наводнения (глубина, скорость течения, наносы, мусор);
территориальная уязвимость (эффективность предупреждений о наводнениях, интенсивность начала наводнения и типы затопляемых зданий, например, низко- или высокоподнятые);
уязвимость населения (доступность гарантии собственной безопасности и от чего она зависит, например, для стариков, немощных людей, детей).
В исследованиях уязвимости основное внимание может также уделяться таким позициям, как целевые усилия по организации обучения населения и разработка планов реагирования на ЧС при наводнениях. Методы оценки рисков включают в себя опрос населения, которое хорошо знает местность (районы затопления), изучение исторических регистраций наводнений (съемки следов разрушений, результаты аэрофотосъемок и другие фотографии, газетные сообщения, спутниковые снимки и т.п.), методы математического и лабораторного моделирования наводнений.
Математические модели обеспечивают наиболее строгий и точный метод оценивания риска наводнений, и они могут описывать диапазон от простых корреляций и других методов для отдельных участков поймы до детальных гидравлических моделей речных и прибрежных процессов. Некоторые страны (например, США, Япония и страны ЕС) имеют государственные программы по систематической оценке риска наводнений на национальном уровне с помощью детального гидравлического моделирования областей с наиболее высокими рисками наводнений (см. вставку 1).
ВСТАВКА 1.Моделирование риска наводнений
Национальные программы картирования рисков наводнений во многих странах используют широкий диапазон методов моделирования для того, чтобы оценить глубины воды и скорости течений при наводнениях и размеры зон затопления. Например, для рек, реальные или гипотетические (сценарные) события осадков могут воспроизводиться на сетках моделей «осадки-сток», представляющих основные суббассейны. Выходная информация таких моделей обеспечивает входную информацию для моделей речной сети. Для территорий, подверженных наводнениям, детальная модель может включать все важнейшие объекты контроля уровней и расходов воды в реках: мосты, трубопроводы, шлюзы, защитные ГТС и пр., а также основные характеристики поймы, используя для этого строительную и топографическую информацию, получаемую через соответствующие службы и с помощью методов ДЗЗ (например, с помощью оборудования Light Detection and Ranging LIDAR, и оборудования Sunthetic Aperture Radar SAR). В нарастающем порядке сложности (и, в принципе, точности), методы, основанные на имитационном описании процессов для воспроизведения уровней рек, расходов и, в
некоторых ситуациях, скоростей течений на пойме, могут включать в себя:
? одномерные модели для основного русла реки с проекцией уровней воды на пойму или в виде отдельных направлений для основного русла и водотоков на пойме;
? одномерные модели, включающие направления водотоков на пойме, которые представлены в виде элементов приток/отток, блоков или ячеек;
? двухмерные модели поймы, использующие цифровые модели рельефа и «обнаженной земли», основанные либо только на уравнении сохранения массы, либо включающие также уравнения для импульса;
? полностью двух - или трехмерные модели поймы, учитывающие такие характеристики поймы, как здания, различные типы ГТС, типы растительности и т. п. и, возможно, городские дренажные сети.
Гидродинамические методы также могут быть использованы для моделирования затоплений береговой полосы, обусловленных высокими уровнями приливов, волновой активностью и ветровыми нагонами. На основе результатов расчетов могут быть созданы карты, как с учетом, так и без учета защитных сооружений от наводнений. Карты без учета ГТС иногда могут использоваться для того, чтобы изучить наихудший случай сценариев наводнения; например, если произошел прорыв ГТС со сбросом больших масс воды, сверху вниз или с боков. Последние главы этой книги содержат несколько примеров результатов картирования рисков наводнений, включая обзорные планы и виртуальные представления реальности.
Располагая вычисленными значениями расходов и уровней воды в реке и, возможно, также глубин и скоростей течения внутри области затопления, далее можно построить результирующие схемы наводнения в виде поперечных сечений с информацией о местах расположения хозяйственных объектов и сопроводить их списком рисков для этих объектов. Рассчитанные величины также могут быть связаны с отметками гидропостов, используемых для приведения в действие системы предупреждения о наводнении (см. главу 3). Указанные выше списки объектов имущества часто формируют основу для принятия решений о том, какие из этих объектов и когда должны получать предупреждения о наводнениях. Также могут быть построены карты уязвимости для того, чтобы помочь при разработке планов реагирования на ЧС, хотя это делается с гораздо меньшей частотой, чем картирование параметров затопления. Результирующие схемы наводнений могут быть также выражены в терминах вероятностей или периодов временного ряда с представлением карт периодов временных рядов с вероятностью одного наводнения за 50, 100, 200 и 1000 лет, как наиболее часто востребованных.
Некоторые неопределенности при картировании рисков наводнений могут быть обусловлены точностью входных данных и определения связей расход-уровень (для моделирования рек), различными предположениями, сделанными при разработке и применении, как самих моделей, так и параметров этих моделей, с точностью полевых съемок, локальными влияниями в окрестностях ГТС и другими факторами. Методы для оценивания неопределенностей при моделировании характеристик наводнений интенсивно развиваются и могут потенциально отражаться на качестве принимаемых решений и на работе других систем, используемых при подготовке к событиям наводнений и при управлении этими событиями. Вероятностные методы также нарастающе используются при рассмотрении риска разрушений или перелива защитных ГТС.
1.3. Реагирование на ЧС
В данном разделе отмечается, что реагирование на ЧС является процессом реагирования на событие наводнения, идеально - на основе заранее полученного предупреждения о наводнении. Во многих странах существует разделение в ответственности между службой предупреждения и прогнозирования наводнений и службами ответственными за реагирование на ЧС - такими, как полиция, спасательная и пожарная службы и структуры местных органов власти. Однако, организация службы предупреждения о наводнениях может быть многофункциональной с широким диапазоном видов деятельности, в некоторых странах для выпуска предупреждений привлекаются метеорологические службы, в других странах этим заняты службы по управлению речными бассейнами, службы береговой охраны и структуры органов местной власти.
В течение события наводнения собственники индивидуального имущества могут также предпринимать действия, направленные на уменьшение ущерба, связанного с наводнениями, посредством перемещения соответствующих транспортных средств, мебели, электрического оборудования, личного имущества, ценных вещей, домашних животных и скота в безопасные места и за счет использования мешков с песком, щитов от наводнений и других мероприятий для защиты их собственности (если все это доступно). Например, при обследовании районов пострадавших от наводнений на водосборах Эльбы и Дуная по сообщениям местных жителей были выявлены следующие мероприятия (частных лиц/собственников) по реагированию на ЧС:
перемещение мебели и имущества на верхние этажи;
перегон автотранспортных средств в безопасные места;
сохранение документов и драгоценностей/ценных вещей;
защита здания/жилья от проникновения воды;
выключение газа/электричества;
отсоединение бытовой техники/холодильников, плит и т.п.;
отключение газа/электричества силами общественных служб;
защита емкостей с нефтепродуктами;
установка водных насосов;
плотное закрытие канализации/предотвращение возврата сточных вод;
защита домашних животных;
перенаправление водных потоков.
Предупреждения о наводнениях также могут помочь органам управления реками и морскими прибрежными зонами с режимом эксплуатации ГТС и с другими действиями, которые могут содействовать уменьшению и предотвращению ущербов от наводнений и далее приведены примеры этого:
противопаводковые барьеры - установка или эксплуатация временных или разборных барьеров для того, чтобы защитить имущество и инфраструктуру от затоплений;
противопаводковые шлюзы/затворы - закрывающиеся шлюзы/затворы, которые при низких и средних расходах находятся в открытом положении, способствуя стоку, проходу, навигации и т.п.;
обводные каналы - направляют речные потоки на площади потенциальных запасов воды для того, чтобы уменьшить расходы вниз по течению (например, увлажняемые низменности, участки сдерживания наводнений);
откачка воды насосами - использование высокоскоростных насосов для уменьшения уровней воды;
водохранилища - заблаговременное снижение уровней воды в водохранилище в ожидании высоких притоков обеспечивает емкость для приема паводковых вод и последующего уменьшения расходов в нижнем бьефе;
мешки с песком - размещение мешков с песком для того, чтобы поднять уровень противопаводковой защиты, заполнить бреши в защите или защитить имущество;
срочные работы - аварийный ремонт противопаводковых ГТС (насыпей и дамб) и других объектов/мест, где может случиться прорыв воды при наводнении;
приливные барьеры - закрытие барьеров или створов позволяет уменьшить риски наводнений в береговой зоне, обусловленные штормовыми нагонами или высокими приливами.
Главы 9 -11 книги К. Сене описывают процесс реагирования на ЧС более детально, включая разработку планов реагирования на наводнения, систем поддержки принятия решений, вопросы, связанные с неопределенностями и с мониторингом качества функционирования систем предупреждения наводнений.
1.4. Роль прогнозирования наводнений
В данном разделе отмечается, что хотя предупреждения о наводнениях могут быть выпущены только на основе наблюдаемых метеорологических, речных и прибрежных условий, развитие событий наводнений в будущем часто можно предвидеть только на короткое время и могут возникнуть трудности с тем, как перевести будущие изменения условий в расчетные/прогностические характеристики. Интерпретация может быть также усложнена за счет других факторов таких, как функционирование ГТС контроля стока рек, динамика штормовых нагонов и поступление воды от основных боковых протоков.
Модели прогнозирования наводнений могут оказаться полезными в решении этих проблем и они используются все больше и больше для того, чтобы увеличить заблаговременность и улучшить точность предупреждений, подготавливаемых службой предупреждения наводнений. Как правило, прогнозы базируются на основе данных наблюдения за уровнями рек и осадками в верхней части водосбора (при наводнениях на реках), или за уровнями приливов, высотой волн, скоростью ветра и другими параметрами (при наводнениях в прибрежных зонах морей и океанов). Прогнозы осадков и штормовых нагонов, подготовленные с использованием моделей атмосферы и океана, могут быть использованы в качестве входной информации для того, чтобы увеличить период заблаговременности моделей прогноза наводнений. Прогнозы также могут широко применяться в таких областях, как навигация на реках, режимы работы ГЭС, управление водными ресурсами и контроль аварийного сброса загрязняющих веществ.
Также могут разрабатываться сценарии, отвечающие на вопрос «Что, если…?»; например, различные сценарии будущих полей осадков или характеристик снеготаяния, или для оперативного управления такими действиями, как закрытие защитных ГТС при штормовых нагонах.
Существует много подходов к прогнозированию наводнений, начиная от простых эмпирических методов и заканчивая полными интегрированными моделями водосборов и прибрежных зон, которые все больше и больше пополняются работающими в режиме реального времени (оперативными) компонентами моделирования гидродинамики водных объектов.
Одной из характерных особенностей прогностических моделей, если их сравнивать с неоперативными (исследовательскими) моделями, является возможность использования данных наблюдений в режиме реального времени для того, чтобы уточнить прогнозы сразу, как только они получены. Такое обновление прогнозов в режиме реального времени (или ассимиляция данных) может существенно улучшить точность выходной информации прогностических моделей.
Прогностическим моделям обычно также необходима компьютерная платформа, на основе которой они эксплуатируются и которая способна собирать и ассимилировать данные, обеспечивать проведение модельных расчетов (как по расписанию, так и контрольных), управлять генерацией сигналов тревоги и проводить пост-процессорную обработку выходной информации моделирования в форме, которая оказывается полезной для прогнозистов. По мере распространения события наводнения на площади водосбора, проблемно-ориентированная прогностическая система может обеспечить практически единственно приемлемый способ обработки и интерпретации выходной информации большего числа моделей, особенно если используется процедура ассимиляции данных. Современные системы все больше и больше используют пространственные технологии для анализа и представления данных и результатов прогнозов и функционально могут включать в себя индикаторы, основанные на электронных картах (например, с символами мигания/вспышек) мест, где ожидается затопление, с наложением объектов хозяйствования, карт улиц, фотографий аэрофотосъемки, карт местности и т. п. и
возможность включения дополнительной информации и деталей в любом месте. При этом также очень сильно увеличивается возможность выполнить в режиме реального времени детальное картирование процесса затопления в период события наводнения.
Главы 5 -8 [87] более детально описывают технологии прогнозирования, включая базовые принципы (глава 5), методы гидрологических/речных прогнозов (глава 6), методы прогнозов в прибрежных зонах морей (глава 7) и диапазон применений (глава 8), включая интегрированное моделирование гидрометеорологических процессов на площади водосбора и прогнозирование ливневых паводков, влияния таяния снега и динамики льда, режима эксплуатации ГТС по управлению стоком, городских наводнений и геотехнических рисков, таких событий как разрушение плотин, прорывы систем инженерной защиты и цунами.
Надеемся, что представленный здесь синопсис предисловия и главы 1 книги К. Сене поможет читателю составить хотя бы общее впечатление, о диапазоне проблем описываемых в остальных главах публикации [87].
В заключении раздела 3.2 нашего обзора, используя интеллектуально-информационный ресурс [87] обратим внимание читателя на исключительно остро стоящую (по нашему мнению) проблему в РФ - проблему предупреждения, прогнозирования и реагирования на ЧС при ливневых паводках. Такую исключительность данной проблемы можно объяснить, потрясающим воображение числом унесенных человеческих жизней при ливневых паводках, например, на юге страны за последние годы. Так согласно [16,42], в результате катастрафических ливневых паводков в 9 регионах юга России в июне 2002 года погибли 114 человек, в Краснодарском крае (Новороссийск) 6 -9 августа 2002 года погибло более 60 человек, в Туапсинском районе того же края 16 октября 2010 года погибло 16 человек и, наконец, страшный паводок 6 -7 июня 2012 года унес жизни 172 человек, в том числе 160 - в Крымском районе, 10 - в Геленджике, 2 - в Новороссийске (Краснодарский край).
Что касается трагедии в Крымске в июне 2012 года, то в уже упоминавшемся (см. раздел 1.4 нашего обзора) интервью заместителя директора ИВП РАН д.ф-м. н. Гельфана А. Н., ученый отметил, что основной причиной, породившей этот катастрофический ливневой паводок стало сочетание следующих факторов: (а) экстремальные по интенсивности ливни; (б) высокая увлажненность водосбора, предыдущими дождями; и (в) особенности рельефа бассейна реки Адагум (город Крымск находится в нижней части окруженной горами котловины, ниже слияния двух горных рек - Баканка и Неберджай). В интервью также обсуждается версия усиления основного паводка за счет прорыва «естественных плотин», образовавшихся в узких местах (например, под автомобильным мостом через реку выше города), где скапливалось множество «рукотворных» препятствий, поскольку пойма реки Адагум многие годы не расчищалась.
Далее отвечая на вопрос корреспондента Вестника ОНЗ РАН «существуют ли математические модели, которые могут воспроизводить формирование дождевых паводков…?», А. Н. Гельфан поясняет, что «в мире разработано немало математических моделей формирования таких паводков и движения паводковых волн в речных системах. Эти модели успешно применяются в практике прогнозирования и оценки риска возникновения паводков, для управления риском в паводкоопасных районах США, стран Европы и т. д. Россия, к сожалению, заметно отстает в этом вопросе от экономически развитых стран». Главная причина отставания, по мнению ученого, заключается не в отсутствии моделей, а в недостаточности и ненадежности исходных гидрометеорологических и других данных, которые составляют информационную основу моделей. Например на водосборе реки Адагум до г. Крымск работала всего одна (!) метеорологическая станция. И наконец на традиционный вопрос корреспондента «Что же делать?» ученый, в частности ответил «В рамках интервью академическому научному изданию я не стану касаться вопросов действенности мероприятий, которые предприняли органы
власти, чтобы спасти людей или смягчить последствия произошедшего стихийного бедствия. Хотя для меня очевидно, что были использованы, мягко говоря, не все возможности: причем не 6 -7 июля, а в течение всего десятилетия, прошедшего после паводка 2002 года на Кубани».
Вместе с тем исчерпывающие ответы на последний вопрос корреспондента Вестника ОНЗ РАН читатель может найти в монографии К. Сене [87], ознакомившись, как с содержанием раздела 8.2 «Прогнозирование ливневых паводков», так и с описанием двух подробных протоколов реагирования на события ливневых паводков, представленных в подразделе 10.1.2 «Временные последовательности» главы 10 «Реагирование». Так в разделе 8.2 подробно описаны:
Определения ливневых паводков принятые в разных странах и некоторые общие характеристики, свойственные только этому виду наводнений.
Специфические трудности и современные технологии прогнозирования ливневых паводков.
Основные международные (ВМО) и некоторые национальные программы и проекты исследования ливневых паводков и инновационных технологий их раннего предупреждения.
Рис.19. Иллюстрация временной последовательности события наводнения вплоть до момента времени, когда уровни паводка начали падать по сравнению с пиковыми величинами
Особый интерес у читателя, по нашему ожиданию, могут вызвать два детальных по времени протокола, фиксирующие действия по раннему обнаружению и реагированию на события ливневых паводков, приведенные в подразделе 10.1.2 [87]. Первый из них - сценарный (или, точнее сказать, хрестоматийный), отражает типичные действия по реагированию на кратковременный ливневой паводок, влияющий на небольшой (гипотетический) город, названный Ньютауном, в ранние утренние часы, и предназначен для обучения персонала служб предупреждения и реагирования на ЧС при наводнениях - представлен на рис. 19 и который полностью адекватен рис. 10.2 оригинала [87].
Второй пример показывают реальную временную последовательность события очень сильного ливневого паводка, которое произошло в деревне Боскастл (юго-западная Англия) летом 2004 года (см. вставка 2).
ВСТАВКА 2. СОБЫТИЕ ЛИВНЕВОГО ПАВОДКА В ДЕРЕВНЕ БОСКАСТЛ, 2004 ГОД
Деревня Боскастл расположена на севере полуострова Корнуол (Англия) в котловине низменной части водосбора рек Валенси и Иордан, площадью 23 кв. км. В середине лета - 16 августа 2004 года, деревня пережила самое наихудшее наводнение из зафиксированных в ее истории. Пик осадков за час, зарегистрированный здесь одним из осадкомеров, превысил 80 мм, за 24 часа всего выпало около 200 мм осадков. Быстрые действия местного населения и служб реагирования на ЧС были настолько эффективными, что позволили не потерять ни одной жизни и общий ущерб от ливневого паводка оказался на удивление незначительным. Приблизительно 1000 местных жителей и приезжих оказались в зоне воздействия паводка, около 100 человек были спасены с помощью вертолетов, которые снимали людей с крыш домов, автомашин и деревьев, 58 объектов собственности были затоплены и 116 автомобилей было смыто в море. Дороги, сточные коллекторы, мосты и другие объекты инфраструктуры были достаточно сильно повреждены (рис.10.3).
Рис.10.3 Спасательный вертолет над главной улицей деревни Боскастл [87]
Ниже представлены некоторые ключевые события и действия во временной последовательности ливневого паводка в деревне Боскастл:
12.15 Поступило первое сообщение о выпадении интенсивных дождей в верхней части водосбора, при их отсутствии в средней и нижних частях.
12.30 Интенсивные дожди начались в средней части водосбора.
14.15 Дождь продолжает идти, но его интенсивность несколько снижается.
15.00 Снова фиксируется интенсификация выпадения дождя.
15.15 Уровни воды реки Валенси приблизились к береговой линии.
15.30 Река начала затапливать береговую полосу.
15.35 Первый звонок поступил в службу пожарных и спасателей.
15.45 Начала затапливаться автомобильная парковка приезжих в деревню.
15.46 Звонок в береговую охрану от представителя местной власти, который сообщил, что уровень реки поднялся на 2 метра за последний час.
16.00 Стена воды высотой 1 -3 метра смыла автомобильную парковку приезжих, люди оказались в «ловушке» в центре для визитеров.
16.03 Центр координации спасательных вертолетов приведен в состояние «боевой готовности».
16.17 Прибрежные спасательные шлюпки/суда спущены на воду.
16.30 Все доступные дороги перекрыты полицией.
16.36 Воздушная скорая помощь приведена в боевую готовность.
17.00 Паводок приблизился к пиковым уровням.
17.12 Службы реагирования на ЧС объявили о максимальном уровне инцидента.
17.23 Первый вертолет завершил подъем лебедки со спасенными людьми.
17.55 Два региональных госпиталя приведены в состояние полной готовности.
20.00 Уровни воды «возвратились» в речные берега.
21.00 Вертолеты начали возвращаться на базу.
Комментировать «уроки Боскастла - 2004» и тем более пытаться проецировать их на «уроки Крымска - 2012» мы здесь не будем.
Учитывая несомненную актуальность и практическую нацеленность материала книги К. Сене [87], мы убеждены в необходимости перевода её на русский язык. Это, на наш взгляд, может быть выполнено, в рамках заказа от соответствующих структур МПР и/или МЧС РФ, тем более, что предварительный перевод книги К. Сене уже выполнен первым автором нашего обзора.
3.3. Программный пакет SOBEK для 1D/2D моделирования при комплексном решении водных проблем. Синопсис брошюры института Дельтарес, Нидерланды, 2010 г.
Оглавление
1. Общее представление
2. Программы
2.1. Динамика 1D течения открытой воды
2.2. Динамика 1D течения в трубопроводах
2.3. Динамика 2D затопления
2.4. Динамика системы «осадки-сток»
2.5. 1D описание качества воды
3. Программа оперативного управления инженерными сооружениями
4. Графический интерфейс пользователя
5. Валидация
6. Системные требования
7. Сервисные пакеты
8. Служба поддержки
9. Семинары пользователей
10. Непрерывное развитие
В преамбуле этой небольшой по объему брошюры [51], одной из публикаций серии «Системы Дельтарес», подчеркивается необходимость интегрированного решения водных проблем, существующих во всем мире, включая задачи защиты от наводнений и обеспечения экологической устойчивости водных объектов. Для поддержки структур управления водными ресурсами, консалтинговых компаний, исследовательских институтов и университетов независимый институт Дельтарес (Нидерланды) разработал и содействует применению интегрированного программного пакета средств моделирования для комплексного решения водных проблем, который называется «SOBEK».
1. ОБЩЕЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ
SOBEK представляет собой мощный моделирующий программный пакет для прогнозирования наводнений, оптимизации дренажных систем, управления системами орошения, проектирования канализационных систем и для решения задач речной морфологии, интрузии солей и качества поверхностных вод. Программы в составе моделирующего пакета SOBEK воспроизводят сложные течения и процессы, связанные с водными ресурсами, почти в любой системе. Эти программы достаточно точно описывают явления и физические процессы посредством одномерных (1D) сеточных представлений и с помощью двумерных (2D) горизонтальных сеток. Этот пакет является высокотехнологичным компьютерным инструментом предназначенным для ЛПР, проектировщиков и планировщиков при принятии решений по оптимальному использованию водных ресурсов.
Программный пакет SOBEK разрабатывался и продолжает разрабатываться совместно с общественными институтами и правительственными организациями Нидерландов и исследовательскими институтами, университетами и частными консалтинговыми кампаниями во всем мире.
Интегрированный подход
SOBEK представляет собой единую программную среду для имитационного моделирования при решении проблем управления в области динамики речных систем и систем эстуариев, дренажных и ирригационных систем, систем очистки сточных вод и при ЧС в системах водных ресурсов.
Рис. 20. Пример результата работы интегрированной модели (1D течения в трубопроводах и 1D течения открытой воды, плюс программа «осадки - сток»), Гонконг[18 - Рисунок 20 и последующие в этом разделе адаптированы из [51]]
Мощный спецпроцессор моделирования 1D/2D - задач гидродинамики
Спецпроцессор моделирования 1D /2D задач гидродинамики является вычислительным ядром пакета SOBEK. Этот спецпроцессор используется во всех программах динамики течений (D-Flow), содержащихся в моделирующем пакете SOBEK. Таким образом, допускается комбинированное моделирование течений в трубопроводах, реках, каналах, на поймах посредством неявного объединения численных моделей, отписывающих 1D и 2D течения. SOBEK является высокотехнологичным инструментом для изучения и прогнозирования речных наводнений, прорывов дамб и разрушения плотин, затопления городов и т. п.
Надежность численных расчетов
Спецпроцессор моделирования 1D/2D задач гидродинамики оснащен очень надежной схемой для проведения численных расчетов. Она гарантирует сохранение массы воды, даже в случае переходных состояний при неожиданных изменениях поперечных сечений каналов, трубопроводов, русел и т. п. Спецпроцессор объединяет расчеты докритических и сверхкритических течений на масштабах выбранных пользователем. Он хорошо справляется с расчетом процессов затопления и высыхания русел и пойм.
Вычислительная эффективность
Спецпроцессор моделирования 1D/2D задач гидродинамики реализует очень эффективный алгоритм численного решения, который базируется на оптимальной комбинации прямого алгоритма поиска минимума связностей и сопряженного градиентного метода. Также производится выбор переменного шага по времени, при этом сокращаются излишние затраты машинного времени, там где это осуществимо.
Размеры моделей
Размер моделей ограничивается только размером внутренней памяти используемого компьютера.
2. ПРОГРАММЫ
SOBEK дает пользователю возможность моделировать взаимодействия водных и связанных с водой процессов во времени и в пространстве. Этот программный пакет является одним из наиболее часто используемых для моделирования интегрированных водных систем с целью управления водными ресурсами, проектирования, планирования и принятия политических / стратегических решений. SOBEK состоит из некоторого числа хорошо протестированных и верифицированных программ, которые связаны между собой и объединены в единый пакет.
2.1. Динамика 1D течения открытой воды
Эта программа реализует полную систему уравнений Сен-Венана, включая переходные режимы течений и профили подпора. Она воспроизводит любые поперечные сечения (открытые и закрытые), включая ассиметричные поперечные сечения. Она также позволяет пользователю определить различные разрезы внутри поперечного сечения, используя при этом альтернативные формулировки коэффициентов шероховатости и/или других коэффициентов для каждого их них. Спецпроцессор решения 1D/2D задач гидродинамики имеет процедуру автоматического описания высыхания и затопления, которая на 100% сохраняет массу воды. Спецпроцессор может расчитывать участки круто наклоненных русел со сверхкритическими течениями и перемещающимися гидравлическими скачками. Сложные сети любого размера с внутренними «петлями» и рукавами аппроксимируются, без каких либо затруднений для пользователя. Пользователь также может описать почти любую гидравлическую структуру (насосы, плотины, затворы, водопропускные трубы, шлюзы и мосты, как виртуальные структуры любой формы и размерности). Программа предоставляет возможность проводить расчет и визуализацию на сетке
переноса наносов. Могут быть промоделированы воздействия ветра на уровни воды путем задания скорости и направления ветра, как в виде констант, так и в форме временных рядов. Можно использовать самые различные граничные и начальные условия. Можно задать боковые притоки и оттоки либо в форме констант, либо в зависимости от времени, либо основываясь на определенных формулах или при автоматическом считывании результатов расчетов по программе «осадки - сток». Программа 1D течения открытой воды связана через интерфейс со всеми программными модулями SOBEK, что позволяет обеспечить интегрированность модели водной системы.
2.2. Динамика 1D течения в трубопроводах
Эта программа использует полный набор уравнений Сен-Венана и таким образом включает описание подпорных и транзитных течений воды. Она моделирует широкий диапазон изменчивости поперечных сечений и форм канализационных труб (в том числе, определенных пользователем).
Рис. 21. Пример Графического интерфейса пользователя (GUI)
Она специально спроектирована для того, чтобы обрабатывать большие и сложные сети коллекторов / канализационных труб на обычном ПК, при этом время расчетов является линейной функцией размера сети и не зависит от её сложности. Программа расчета динамики 1D течений в трубопроводах включает в себя описание притоков воды за счет осадков и поверхностного стока и воспроизведение процессов для различных типов водонепроницаемых площадей, таких как улицы, кровля и места парковки транспорта. Пользователь может задать собственные данные о временной и пространственной изменчивости осадков или исторические данные о событиях штормов. В программе доступно воспроизведение детальной инфильтрации, как процесса зависящего от времени и описываемого с помощью уравнения HORTON. Расчет переноса наносов позволяет увидеть зоны, где наносы могут осаждаться. Этот расчет проводится с помощью интерфейса с программой динамики 1D течения открытой воды с тем, чтобы обеспечить работу интегрированной модели системы городского водоснабжения и ее окружения.
2.3. Динамика 2D затопления
Эта программа полностью интегрирована с программами динамики 1D течения открытой воды и динамики 1D течения в трубопроводах с целью возможно точного моделирования наводнений в речных системах, на участках польдеров, при повреждениях и прорывах плотин/барьеров и дамб, при затоплениях улиц и т. п. Программа базируется на полных уравнениях Сен-Венана. Спецпроцессор расчета 1D/2D задач гидродинамики воспроизводит зоны резких фронтов, процессы увлажнения и высыхания, докритические и сверхкритические течения. Спецпроцессор также способен формировать множество областей расчетов и осуществлять монтаж их вложенностей. Программа динамики 2D затопления включает в себя модуль «осадки» на 2D сетке.
Рис. 22. Пример моделирования наводнения на реке Дейли, Австралия
Рис. 23. QUICKIN - мощный редактор сетки, связанный с данными, например, данными батиметрии
2.4. Динамика системы «осадки-сток»
Эта программа содержит библиотеку модулей «осадки-сток» от масштаба польдерных суббассейнов до масштаба речного водосбора. Эти водосборные территории могут быть промоделированы либо как целые и детализированные, либо как пространственно-осредненные без каких-либо ограничений на число водосборных участков. Водосборные участки / площади могут быть промоделированы с высокой степенью детализации и с использованием данных об отметках высот поверхности Земли, характеристик различных типов почв, видов обработки земли, характеристик дренажа и т. п. Эта программа позволяет описать различные процессы в системе «осадки - сток» такие, как поверхностный сток, подпочвенный дренаж и запасы воды в насыщенной и ненасыщенной зонах, с учетом испарения растительностью и капиллярного подъема влаги. Программа динамики системы «осадки - сток» использует данные как об отдельных событиях штормов, так и долгопериодные временные ряды метеорологических данных для статистического анализа. Эта программа может моделировать как события наводнений, так и периоды засух.
2.5. 1D описание качества воды
Эта программа основана на спецпроцессоре 1D/2D/3D моделирования качества воды, который при разработке вобрал в себя более, чем 30-летний коллективный мировой опыт моделирования качества воды. Она моделирует почти любые переменные качества воды и связанные с ними процессы, формирующие качество воды. Компоненты этой программы являются чрезвычайно гибкими благодаря доступности к многим стандартным опциям и доступности к опциям, определяемым пользователем. В этой программе используется библиотека, описывающая 900 процессов и веществ/субстанций, включая эвтрофикацию, адсорбцию, десорбцию, биогены, бактерии, растворенный кислород, фитопланктон, тяжелые металлы и микрополлютанты.
Рис. 24. Пример графического интерфейса пользователя системы Delft FEWS для дополнительных модулей программы SOBEK реки По, Италия.
3. ПРОГРАММА ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ИНЖЕНЕРНЫМИ СООРУЖЕНИЯМИ
Управление в режиме реального времени часто позволяет сэкономить средства при строительстве, перестройке и при (оперативном) управлении объектами инфраструктуры систем водных ресурсов. Программа расчета характеристик динамики управления в режиме реального времени показывает, в какой степени существующая инфраструктура может быть использована наилучшим (оптимальным) образом. Она позволяет пользователю имитировать процесс оперативного управления сложным комплексом практически любых инженерных сооружений на реках, каналах, в системах ирригации и дренажа и/или сетях трубопроводов. Эта программа позволяет описывать оптимальное реагирование системы водных ресурсов в зависимости от реальных уровней воды, расходов, (прогнозируемых) осадков с помощью управляемых затворов, плотин, шлюзов и насосов.
4. ГРАФИЧЕСКИЙ ИНТЕРФЕЙС ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ
Графический интерфейс пользователя (GUI) является одним из самых дружественных пользователю на рынке программных продуктов. Под «зонтиком» этого GUI программы объединяются в многоцелевой и легко используемый мощный спецпроцессор. GUI позволяет пользователю визуализировать входную информацию моделей, различные типы данных и результаты моделирования в виде временных рядов и анимации одно - и двумерных наборов данных на карте и в формате «вид сбоку». Пакет моделирования SOBEK является открытым для включения дополнительных инструментов пре-и постпроцессорной обработки информации (таких, например, как сервисная программа QUICKIN), мощных редакторов сетки для соответствующих данных (таких как данные батиметрии для программы динамики 2D-затопления), работающих как автономно, так и с помощью Arc GIS. Программа SOBEK также доступна для включения в сеть открытой Системы раннего предупреждения наводнений, называемой Delft - FEWS.
5. ВАЛИДАЦИЯ
Валидация (сравнение с данными наблюдений) такой моделирующей системы как SOBEK требует особого внимания. Даже учитывая, что отдельные программы пакета тщательно тестируются при их разработке, пакет, как целое, также требует интенсивного тестирования и валидации. С этой целью, должна быть разработана и утверждена программа валидации и на регулярной основе должны выполнятся тесты многих наиболее вероятных ситуаций.
6. СИСТЕМНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ
SOBEK поддерживается системой Microsoft Windows. Рекомендуемые минимальные требования заключаются в следующем:
Минимальные
Процессор 1,5 GHz
Память 512 MB
Пространство на диске 2 GB
Предпочтительные
Процессор 3 GHz
Память 4 GB
Пространство на диске 20 GB
7. СЕРВИСНЫЕ ПАКЕТЫ
Дельтарес предлагает высококачественные сервисные услуги консалтинговым компаниям, правительственным организациям, университетам и исследовательским институтам во всем мире. Некоторые сервисные пакеты SOBEK, включая полностью протестированные высококачественные программные продукты в составе SOBEK, доступны для удовлетворения специфических требований пользователей, в том числе:
базовые сервисные пакеты (СП), перспективные СП, профессиональные СП, СП премиум/высшего качества, инициативные СП. Для университетов и школ Дельтарес предлагает образовательный СП.
8. СЛУЖБА ПОДДЕРЖКИ
Служба поддержки SOBEK представляет собой мгновенно доступную контактную «площадку» для решения всех вопросов и проблем, касающихся математического обеспечения. Команда службы поддержки готовит ответы на большинство вопросов либо сразу после их получения, либо берет на себя ответственность за своевременный ответ, который будет подготовлен другими компетентными членами команды SOBEK.
9. СЕМИНАРЫ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ
Дельтарес организует ежегодные международные семинары пользователей SOBEK. Множество малых семинаров/встреч пользователей SOBEK организуется в рамках международных конференций.
10. НЕПРЕРЫВНОЕ РАЗВИТИЕ
Для того, чтобы поддерживать SOBEK на уровне современных знаний специалисты Дельтарес непрерывно обновляют и расширяют систему. Новые разработки пакета SOBEK касаются:
1D программы динамики морфологии;
2D программы динамики качества воды;
поддержки гибких сеток: интегрированный процессор, основанный на 1D сетках и 3D/2D - вариант детальной сетки, состоящей из треугольников, четырехугольников и более сложных ячеек;
Delta Shell - открытого гибкого моделирующего процессора для 0D-3D моделей;
процессора типа Delta Shell, совместимого с платформой Open MI;
платформы Open DA (для Delta Shell).
3.4 Информационно-вычислительные комплексы водных объектов бассейна Оби. Часть 1 - ИВК «Северная Сосьва». Часть 2 - ИВК «Телецкое озеро». Синопсис одноименный монографии П. Ю. Пушистова, В. Н. Данчева. Издание LAP LAMBERT Academic Dublishing, 2013 г.
Сокращенный вариант оглавления[19 - Полный вариант оглавления [40] приведен в Приложении 2.1 нашего обзора]
Введение
Часть 1. Опыт разработки и результаты применения информационно-вычислительного комплекса «Северная Сосьва»
Часть 2. Опыт разработки и результаты применения информационно-вычислительного комплекса «Телецкое озеро».
Заключение
Литература
ВВЕДЕНИЕ
Во введении монографии [40] авторы отмечают, что в течение трех последних десятилетий, в результате перехода на принципы и технологии интегрированного управления водными ресурсами - ИУВР (GWP TAC, 2000; IWRM ToolBox, 2008; A Handbook for Integrated…, 2009)[20 - Здесь и далее в этом разделе ссылки на литературу в круглых скобках соответствуют оригиналу [40] (см. Приложение 2.2 нашей книги)], водохозяйственные и природоохранные организации развитых стран массово применяют, как относительно простые численные модели гидравлики, транспорта наносов и русловых деформаций речных систем и каналов, так и более сложные информационно-вычислительные комплексы (ИВК) гидродинамики и качества воды рек, озер, водохранилищ и эстуариев с учетом различных гидротехнических сооружений и источников загрязняющих веществ для решения широкого круга практических задач в сфере планирования, проектирования и управления ресурсами поверхностных и подземных вод (Loucks et al., 2005; Modelling Aspects…, 2010; Water framework directive…, 2010). Упомянутые численные модели и ИВК, вместе с моделям водосборных бассейнов типа
«осадки-сток», моделями экстремальных гидрологических процессов (наводнения и засухи) и эколого-экономическими ИВК, служат прогностическим ядром вычислительной основы инновационных систем поддержки принятия решений при интегрированном управлении речными бассейнами (СППР ИУРБ) (Loucks et al., 2005; Modelling Aspects…, 2010; Пряжинская и др., 2002; Водные ресурсы…, 2010; Алимов А. Ф. и др., 2001; потребность в компьютерных инструментах, позволяющих с приемлемой для практики точностью, оценивать и прогнозировать экосистемные (физические, химические, биологические) и экстремальные гидрологические процессы и явления в водных объектах при прошлых, настоящих и будущих (сценарных) условиях окружающей среды, привела к формированию на рынке программных продуктов для решения задач использования и охраны природных ресурсов сектора средств имитационного и оптимизационного моделирования гидродинамики и качества поверхностных и подземных вод (Loucks et al., 2005; Hantush et al., 2005; Water framework directive…, 2010; Пушистов и др., 2009а; aquaveo.co
Разнообразие программных продуктов (ПП) данного сектора, номенклатура которого насчитывает многие десятки, если не сотни наименований (Hantush M.M. et al., 2005; Пушистов и др., 2009а), представляет потенциальному пользователю/потребителю возможность выбора конкретных ПП для практических применений, при очень широком диапазоне возможностей и ограничений этих ПП, начиная от мерности (D) численных моделей от одномерных (1D) до пространственных (3D), детализации пространственного и временного разрешения объектов моделирования, требований к входной информации, точности описания экосистемных процессов и источников антропогенных воздействий и заканчивая уровнями пре- и постпроцессорной обработки данных наблюдений и результатов моделирования, дружественности интерфейсов и руководств пользователя. Выбор нужного программного продукта потребителем, будь то, например, лица принимающие решения, исследователи, проектировщики и специалисты в области использования, охраны и восстановления водных ресурсов, и овладение потенциальными пользователями технологией практического применения и эксплуатации этого продукта
часто превращается в сложную проблему и при ее решении важным может оказаться уже накопленный опыт решения указанных вопросов.
Так, в России значительный по времени и количеству успешно реализованных проектов опыт применения одномерных гидравлических моделей HEC-RAS 3.1 и HEC-6 (и двумерной (плановой) гидродинамической модели RMA2 (работающей в системе моделирования SMS (aquaveo.com), накоплен коллективом кафедры гидрологии Томского государственного исследовательского университета во главе с проф. Земцовым В. А. при решении задач прогнозирования последствий гидротехнического строительства и других техногенных воздействий на локальных участках речных систем Оби и Томи (Земцов и др. 2007; 2009; 2012). Успешность применения указанных ПП во многом обеспечивается тем, что коллектив кафедры располагает и эффективно использует современный высокотехнологичный инструментарий для проведения полевых инженерно-изыскательских работ и получения качественных, высокого пространственного разрешения натурных данных для калибровки и верификации численных моделей. Указанный измерительный инструментарий включает базу и мобильные приемники системы глобального позиционирования (GPS), высокоточные геодезические измерительные системы,
гидрометрические приборы для экспресс-измерений, в том числе, акустический доплеровский профилограф течения (ADP) и оригинальные приборы для отбора проб наносов (Земцов и др., 2010).
Определенной популярностью в РФ при решении водохозяйственных задач и создании систем предупреждения чрезвычайных ситуаций пользуются программные продукты, разработанные Датским гидравлическим институтом (и распространяемые в нашей стране научно-консалтинговой фирмой «Волга» (Одномерный многоцелевой комплекс MIKE 11 успешно применялся в исследованиях режимов течения Нижней Волги, Северной Сосьвы и качества воды рек Ока, Яуза и Нищенка (Водные ресурсы…, 2010; Будяну и др., 2012; и др.). Двухмерные комплексы MIKE 21 и MOUSE использовались в проектах изучения гидрологического режима Каспийского моря и моделирования ливневой канализации г. Москвы, соответственно (Трехмерная численная модель MIKE 3 - Flow Model, освоенная сотрудниками Атлантического отделения Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН, успешно применялась при проведении теоретических исследований горизонтального конвективного водообмена в озерах и морях (Чубаренко, 2008; Чубаренко и Есюкова, 2010).
Другой убедительный пример эффективности использования трехмерной численной модели GETM (для решения конкретных водохозяйственных задач, например, расчет характеристик гидродинамического и термического режимов водоемов - охладителей, продемонстрирован в работах сотрудников Института водных проблем РАН (Дебольская и др., 2010; Исаенков, 2010).
Краткий обзор разработанных российскими специалистами одно- и двумерных (плановых) численных гидравлических моделей, прошедших основательную проверку на лабораторных и натурных данных и использованных при решении водохозяйственных задач для конкретных объектов, т.е. имеющих достаточный уровень конкурентоспособности с аналогичными рыночными ПП, произведенными в США и странах ЕС, содержится в работе (Земцов и др., 2007).
Цель монографии [40] - дать краткое описание опыта разработки высокотехнологичных информационно-вычислительных комплексов, предназначенных для воспроизведения переменных гидродинамики и качества воды региональных водных объектов и изложить результаты применения таких ИВК к участку среднего течения реки Северная Сосьва (Ханты-Мансийский автономный округ - Югра) и Телецкого озера с устьевым участком реки Чулышман (Республика Алтай). Прогностической основой, указанных ИВК, послужила хорошо известная, разработанная в США, 2.5-мерная численная модель гидродинамики и качества воды CE-QUAL-W2 (далее W2) (Colе and Wells, 2003; 2006; Инициатива начала работ по освоению численной модели W2 в Лаборатории математических проблем экологии и природопользования, организованного в 2002 году Югорского НИИ информационных технологий (ЮНИИИТ, г. Ханты-Мансийск) исходила от член.-корр. РАН Лыкосова В. Н. (Институт вычислительной математики РАН, г. Москва), который совместно с группой экспертов, рекомендовал опробовать модель W2, как инструмент решения прикладных задач по оценке и прогнозу гидрологического режима и
экологического состояния водных объектов на территории существующих и перспективных зон промышленного развития севера Западной Сибири.
Список аргументов в пользу выбора программного продукта W2 для практических применений включает в себя следующие позиции:
- разработка последовательности версий модели W2, начиная с 1974 года, проводится непрерывно с учетом результатов практических применений консорциумом мировых лидеров-производителей данного класса ПП в составе: Станция водных путей инженерного корпуса армии США (группа моделирования качества воды Портлендского государственного университета (и группа моделирования поверхностных вод международной компании ERM (программного продукта W2 характерны очень высокие темпы роста масштабов успешных практических применений. Так согласно обобщенным данным (в настоящее время с использованием W2 в 116 странах мира промоделировано 1134 конкретных водных объектов (436 рек, 297 озер, 319 водохранилищ и 82 эстуария). Указанные показатели за период с 2004 по 2012 год выросли почти в три раза;
- программный код последних версий модели W2, вместе с руководством пользователя и техническими отчетами профессионального применения W2 к различным водным объектам на территории США, свободно доступны в Интернете (пользователя W2 подготовленные доктором Thomas Cole (Инженерный корпус армии США) и профессором Scott Wells (Портлендский государственный университет, США) являются отличным учебным пособием для начинающих пользователей и очень полезным и информативным инструментом в руках уже более опытных пользователей (Colе and Wells, 2003; 2006). Специально для начинающих пользователей профессор Scott Wells подготовил хорошо иллюстрированное и достаточно подробное описание основных этапов практического применения W2, которое можно найти на веб-сайте (Благодаря усилиям и энтузиазму сотрудников Портлендского государственного университета в главе с доктором Chris Berger эффективно работает «Форум пользователей» (обеспечивающий поддержку, которая может быть получена как со стороны разработчиков, так и других пользователей W2. Для повышения квалификации пользователей W2 организации - разработчики
проводят ежегодные учебные семинары;
- сроки реализации проектов, основанных на применении W2 к конкретным водным объектам, существенно сокращаются, а исследовательский потенциал пользователей резко возрастает благодаря, появившейся в последние годы, возможности использования лицензионных программных продуктов WMS (и W2i-AGPM for W2 (www.aquaveo.com в качестве пре- и постпроцессоров численной модели W2;
- в случае необходимости преодоления пользователем ограничений, связанных с двухмерностью модели W2, он, с помощью мультимодульной системы GEMSS (www.erm-smg.com), может без особых затруднений перейти к использованию трехмерной численной модели GLLVHT, программный код которой был написан J. E. Edinger и E.M Buchak в 1980 году на основе конечно-разностных аппроксимаций, численных методов решений и файловой структуры, ранее применённых ими при разработке численной модели W2 (Edinger and Buchak, 1980; 1985).
Тем не менее, в «бочке меда», с призывом «применяйте W2», имеется своя «ложка дегтя». А, точнее, их две. Первая из них - высокие требования к уровню знаний «идеального» пользователя в следующих научных дисциплинах: геофизическая гидродинамика, гидрология/лимнология, метеорология, гидрохимия/качество воды, гидробиология/водные экосистемы, вычислительная математика/программирование на фортране (если Вы хотите изменить исходный код), статистическая обработка данных, ведение и реконструкция баз данных (Colе and Wells, 2003; 2006; Miller, 2008). Моделирование переменных качества воды во многом, согласно (Colе and Wells, 2003; 2006), является искусством, требующим как обладания знаниями в указанных дисциплинах, так и опыта интегрирования этих знаний. Автор (Miller, 2008) отмечает, что наилучшие результаты применения W2 получает действующая совместно (синергетическая) команда, члены которой имеют знания и практический опыт работы в указанных выше областях. Здесь также уместна цитата из главы 1 руководства пользователя W2 (Colе and Wells, 2003) «… слово предупреждение начинающему пользователю - применение
модели является сложной и отнимающей очень много времени задачей». Очевидно, что ответственное и результативное применение W2 требует целевой междисциплинарной подготовки пользователей данным программным продуктом. Попытка организации такой подготовки с привлечением студентов и аспирантов кафедр высшей математики и природопользования Югорского государственного университета (г. Ханты-Мансийск) осуществлялась в рамках, адаптированных для этих целей, учебных планов и программ следующих курсов: моделирование водных экосистем, основы управления водными ресурсами, компьютерные технологии в экологии и природопользовании. Для создания необходимой учебно-методической базы процесса обучения первым автором книги [40] переведены на русский язык: тексты руководства пользователей W2 (версии 3.2 и 3.6), материалы для начинающих пользователей, размещенные на странице CE-QUAL-W2 веб-сайта Wiki (и технические отчеты Портлендского государственного университета по применению W2 для моделирования гидродинамики и качества воды рек Spokane, Green, Willamette и озера Whatcom (см. раздел «WQRG Projects» на сайте вторым
автором [40] разработан и внедрен специализированный учебно-методический комплекс W2 для начинающих пользователей и практических занятий в компьютерном классе.
Вторая «ложка дегтя» - высокие требования к пространственно-временному разрешению, составу и точности данных морфометрии, а также метеорологических, гидрологических, гидрохимических и гидробиологических наблюдений, которые необходимы для калибровки и верификации моделей W2. Эти требования вполне отражают известный принцип «хорошие модели требуют хороших данных» (Colе and Wells, 2003; Loucks et al., 2005; Пряжинская и др., 2002). Для того чтобы при практическом применении W2 снять остроту этой проблемы в Югорском государственном университете, по инициативе первого автора [40], в 2005 году была организованна учебная и научно-исследовательская лаборатория экосистемных наблюдений и проблем водопользования. При финансовой поддержке Правительства ХМАО-Югры и методической помощи проф. Земцова В. А. лабораторию удалось оснастить самыми современными, на то время, приборами и инструментально-вычислительными комплексами для проведения полевых исследований водных объектов и приземного слоя атмосферы (Пушистов и др., 2007; Пушистов и др., 2009б).
Организация упомянутых выше лабораторий в ЮНИИИТ и ЮГУ, рост их информационно-вычислительного, инструментально-измерительного и кадрового потенциалов, позволили при осуществлении конкретных проектов успешно применять метод прикладного системного анализа водных объектов/экосистем (Страшкраба и Гнаук, 1989; Loucks et al., 2005), включая интегрированную реализацию следующих его этапов: реальный объект - экспериментальное и теоретическое изучение объекта - феноменологическая/концептуальная модель - математическая модель - имитационная/численная модель - испытание модели (калибровка, верификация, анализ чувствительности и неопределенностей) - анализ модели - получение новых знаний об объекте (Пряжинская и др., 2002; Пушистов и др., 2009б). Именно применение метода прикладного системного анализа к двум водным объектам: река Северная Сосьва, самый крупный и экологически значимый приток Нижней Оби, и Телецкое озеро, крупнейший водоем бассейна Верхней Оби, позволило авторам [40] разработать высокотехнологичные информационно-вычислительные комплексы, прогностическим ядром, которых послужила численная модель
гидродинамики и качества воды W2.
В первой части [40] кратко описаны предыстория, мотивация, опыт и результаты разработки ИВК в составе: препроцессор - система WMS (прогностический модуль - версия 3.2 модели W2 (и моделирующая система MIKE 11 HD (и соответствующая БД, предназначенного для моделирования переменных гидродинамики и качества воды участка среднего течения реки Северная Сосьва (Пушистов и др., 2006; 2009б; 2012). Во второй части [40] обоснована актуальность и описаны результаты разработки ИВК в составе: препроцессор - система WMS, прогностический модуль - версия 3.5 модели W2, постпроцессор - W2i-AGPM for W2 (www.aquaveo.com и соответствующая БД, предназначенного для моделирования циркуляций, термического и ледового режимов Телецкого озера и устьевого участка реки Чулышман при различных сценариях задания внешних воздействий (форсингов): метеорологического, гидрологического и гидрохимического.
При этом важно подчеркнуть, что планирование и разработка указанных ИВК концептуально осуществлялось на основе идеи их перспективного использования в проектах создания СППР ИУРБ, состоящих из полного набора следующих подсистем: измерительно-коммуникационная / мониторинговая, информационная, моделирующая, экспертно-аналитическая и интерфейсов пользователя (Loucks et al., 2005; Водные ресурсы…, 2010). Конкретно имеются в виду, проекты СППР интегрированного управления бассейном Северной Сосьвы при крупномасштабном горно-промышленном и транспортно-энергетическом освоении Приполярного Урала (мегапроект «Урал Промышленный - Урал Полярный») (Дикунец и др. 2009; Pushistov et al., 2009; Дикунец и др., 2010; Pushistov et al., 2010) и СППР интегрированного управления бассейном и экосистемой Телецкого озера (Danchev et al., 2010), соответственно.
ЧАСТЬ 1. ОПЫТ РАЗРАБОТКИ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА «СЕВЕРНАЯ СОСЬВА»
В синопсис первой части монографии [40] включим следующие разделы:
Объект и необходимость моделирования
Выбор конкретного водного объекта моделирования (участок среднего течения р. Северная Сосьва между гидропостом (г/п) Сосьва и г/п Сартынья) сделан с учётом следующих обстоятельств.
- Река Северная Сосьва образует уникальную естественно-природную экосистему с эндемиками в составе биоты (в их числе тугун - знаменитая сосьвинская селёдка), с нерестилищами особо ценных видов рыб, в том числе занесенных в Красную книгу РФ и ХМАО-Югры. В бассейне реки расположены природные территории, отнесенные к категории особо охраняемых, а также родовые угодья представителей коренных малочисленных народов Севера (Характеристика экосистемы…, 1990).
- Бассейн верхнего и среднего течения реки в ближайшие годы станет зоной активного транспортно-энергетического и промышленного освоения (мегапроект «Урал промышленный - Урал Полярный») (Концепция комплексного промышленного…, 2006), что делает важной задачу разработки проекта СППР ИУВР бассейна Северной Сосьвы (Дикунец и др., 2009; Пушистов и др. 2010).
Состав ИВК «Северная Сосьва»
Информационно-вычислительный комплекс для моделирования гидродинамики и качества воды пилотного участка среднего течения р. Северная Сосьва (ИВК «Северная Сосьва»), имеет в своем составе три проблемно-ориентированных модуля:
WMS - препроцессор, используемый для автоматизации подготовки файла батиметрии;
CE-QUAL-W2 v.3.2 и MIKE 11 HD - основной и дополнительный прогностические модули ИВК;
БД для обеспечения работы модулей 1 и 2.
При разработке ИВК «Северная Сосьва» первоочередной являлась задача автоматизированного построения файла батиметрии, необходимого для генерации расчетной сетки модели CE-QUAL-W2 v. 3.2. Ключевой момент в построении батиметрии с использованием WMS (состоит в том, что необходимо получить нерегулярную триангуляционную сеть (TIN) отметок высот над уровнем моря, описывающую русловую и пойменную части указанного участка реки. Для этого были использованы следующие наборы данных:
1) номенклатурные листы топографической карты береговой зоны пилотного участка р. Северная Сосьва масштаба 1:25 000;
2) лоцманские карты р. Северная Сосьва на исследуемом участке;
3) данные эхолотирования (Garmin GPSMAP 178C) и поперечные разрезы русла («Mini» ADP RiverSurveyor system), полученные в результате проведения детализированных полевых работ 2007 г.
Участок полевых работ от г/п Сосьва до г/п Сартынья (длина участка - 70 км) и разрезы, на которых проводились измерения, показаны на рис. 25.
Рис. 25. Схема участка проведения экспедиционных работ и местоположения промерных створов, построенная в ArcGis 9.3 с помощью Google Earth[21 - Рисунок 25 и последующие в этом разделе адаптированы из [40]]
Сетка модели CE-QUAL-W2 (далее W2 -2011), полученная с помощью ИВК «Северная Сосьва» и показанная на рис. 26, имеет следующие параметры: общее число сегментов - 450, в т. ч. 357 сегментов основного русла и 93 сегмента, приходящихся на участки реки, отделенные от основного русла 7 островами. Всего в сетку модели W2 -2011 включено семь проток. Длины сегментов модели W2 -2011 изменяются в диапазоне от 47,6 м до 271,5 м при средних значениях около 200 м, число вертикальных слоев равно 104, толщина слоев - 0,2 м. На рис. 26 для удобства сравнения сеточного представления модели W2 -2011 приведена схема расчетной сетки модели W2 -2009, построенной вручную, с одинаковыми длинами сегментов, равными 400 м (число слоев по вертикали - 104, толщина слоев - 0,2 м).
Рис. 26. Схема расчетной сетки в плане участка реки Северная Сосьва от г/п Сосьва до г/п Сартынья: а) модель W2 -2011; б) остров и протока Яныг-Пальятумп; в) модель W2 -2009
Некоторые результаты верификации ИВК «Северная Сосьва» (W2 -2011)
Общее представления о качестве воспроизведения уровня поверхности воды (?) вдоль участка реки дает рисунок на рис. 27. Максимальные значения абсолютных и относительных ошибок в расчетах уровней поверхности воды составили 0,42 м и 9,6%, соответственно, в точке 9 на данном рисунке.
Рис. 27. Результаты моделирования продольного профиля уровня воды на участке р. Северная Сосьва (сплошная кривая) и данные наблюдений за 20 -21.09.2007 г. (точки)
Продольно-вертикальная структура поля горизонтальной скорости U, отображенного графическим интерфейсом моделей W2 -2011 и W2 -2009 в координатах «номера слоев сетки - номера сегментов», показана на рис. 28. Результаты моделирования продольной скорости течения U в поверхностном слое воды (сплошная кривая) и результаты полевых измерений (точки) представлены на рис. 29. Средняя величина относительной ошибки в прогнозе значений U, рассчитанные для 12 створов (точки на фрагменте (а)) оказалась равной 4,1%.
Рис. 28. Результаты моделирования продольной скорости течения за 21 сентября 2007 г.: а) W2 -2011, б) W2 -2009
Рис. 29. Результаты моделирования поперечно-осредненной продольной скорости течения в поверхностном слое воды за 21 сентября 2007 г.: а) W2 -2011, б) W2 -2009. Точками показаны соответствующие поперчено-осредненные данные измерений, полученные с помощью «Mini» ADP
Результаты применения информационно-вычислительной системы MIKE11 для моделирования переменных гидродинамики среднего течения реки Северная Сосьва
В целом, необходимость разработки одномерной (MIKE 11), как и двумерной поперечно-осредненной (W2) численных моделей гидродинамики и качества воды для участка реки от г/п Сосьва до г/п Игрим и последующего создания на их основе информационно-моделирующей системы прогнозирования гидрологических и экологических чрезвычайных ситуаций, обусловлена тем, что р. Северная Сосьва в среднем течении относится к водным объектам ХМАО-Югры с высокими рисками указанных ЧС. С одной стороны, этот участок относится к паводкоопасным с угрозами экстремально высоких уровней воды в период весенне-летнего половодья и сильных дождевых паводков в горной и предгорной частях бассейна, с другой - в засушливые периоды уровни воды летней межени могут быть экстремально низкими, что несет прямую угрозу судоходству на реке. Риски экологических ЧС обусловлены наличием в пойме среднего течения Северной Сосьвы объекта «Кратон» (законсервированная скважина - результат «мирного ядерного взрыва»), возможностью аварийных ситуаций при судоходстве, а также настоящим и особенно перспективным (Концепция комплексного…, 2006) сбросом
загрязняющих веществ в местах добычи полезных ископаемых в Приполярном Урале.
Профессиональный инженерный программный пакет «MIKE 11 - a Modeling Systems for Rivers and Channels» (системы моделирования рек и каналов), разработанный Датским гидравлическим институтом, как уже отмечалось во введении [40], широко применяется на практике в качестве инструмента динамического одномерного моделирования течений и качества воды в реках, водохранилищах, ирригационных системах, каналах и других водных объектах (- Совсем недавний пример успешного применения MIKE11 в составе ИВК, разработанного сотрудниками ИВП РАН для сценарного воспроизведения динамики наводнения на реке Амур в 2013 году, описан в статье [18], опубликованной в 2014 году.] Одной из важных особенностей системы MIKE 11 [83] является ее модульная структура (MIKE 11…, 2006; 2008). Ядром моделирующей системы является модуль гидродинамики (HD), на основе которого формируются другие модули системы: поверхностного стока (RR), прогноза наводнений (EF), качества воды (WQ) и переноса наносов (ST). Модуль гидродинамики реализован на основе нестационарных одномерных уравнений Сен-Венана, с использованием неявной конечно-разностной
схемы для расчета неустановившихся течений (MIKE 11…, 2008).
Комплекс программ, MIKE 11 состоит из набора редакторов входных файлов, работа с которыми позволяет создать компьютерную модель конкретной речной системы (MIKE 11…, 2006). Каждый редактор работает с файлом определенного типа. Объединение и обмен данными между отдельными редакторами достигается при использовании редактора моделирования. Редактор моделирования позволяет пользователю задавать диапазон параметров моделирования, имена файлов, запускает программы моделирования, а также дает возможность редактору речной сети связываться с другими редакторами.
В первой части данного раздела представим результаты применения MIKE 11 HD для моделирования переменных гидродинамики участка реки Северная Сосьва от г/п Сосьва до г/п Сартынья. Методические причины выбора этого участка реки Северная Сосьва в качестве основного объекта освоения и применения системы MIKE 11 HD (далее модель M11 «Сосьва - Сартынья») обоснованы выше. Для разработки модели М11 «Сосьва - Сартынья» реки был подготовлен план речной сети от г/п Сосьва до г/п Сартынья, сгенерированный на основе лоцманских карт при помощи программы Adobe Photoshop. Для задания граничных условий на входном створе (г/п Сосьва) были использованы данные наблюдений о расходе воды и для задания граничных условий на выходном створе (г/п Сартынья) использовались данные наблюдений за уровнем воды. Данные о поперечной структуре русла через каждые 400 метров были подготовлены на основе файла батиметрии модели W2 -2009. Гидравлические параметры (коэффициенты придонного трения и др.) заданы близкими к средним величинам из рекомендуемых диапазонов наблюдаемых параметров для субполярных рек (Барышников, 1991).
Рис 30. План расчетных точек на участках реки Северная Сосьва от г/п Сосьва до г/п Сартынья (а) и от г/п Сартынья до г/п Игрим (б)
На рис. 30, а показан план речной сети, на котором представлены оцифрованные точки расчетной сетки модели M11 «Сосьва - Сартынья» (длина участка - 70400 м.).
Рис. 31. Графики наблюдаемых (пунктирная линия) и рассчитанных по модели M11 «Сосьва - Сартынья» (сплошная линия) значений уровня воды на г/п Сосьва за 2003 год
Определенное качественное и количественное представление о сравнении результатов расчетов и данных наблюдений дают рис. 31 и табл. 5. Средняя абсолютная ошибка прогноза уровней воды в основные фазы гидрологического цикла на г/п Сосьва составила 0,18 м.
Таблица 5. Данные наблюдений (?^н^) и расчетов (?^м^) (M11 «Сосьва - Сартынья») уровней воды в основные фазы гидрологического цикла на г/п Сосьва за 2003 год
Также было проведено сравнение результатов расчетов уровня воды и скорости течения на участке реки Северная Сосьва от г/п Сосьва до г/п Сартынья, полученных с помощью M11 «Сосьва - Сартынья» и W2 -2009, и соответствующих данных наблюдений, полученных в результате экспедиционных работ 20 -21 сентября 2007 года. Результаты сравнения прогнозов переменных гидродинамики, полученных с помощью двух моделирующих комплексов, и реальных данных можно увидеть на рис. 32 и 33.
Рис. 32. Графики уровней воды, рассчитанных с помощью двух моделирующих систем и данные измерений уровня на участке реки от г/п Сосьва до г/п Сартынья (20 -21 сентября 2007 г.)
Данные представленные на рис. 32 и 33 показывают, что рассчитанные с помощью M11 «Сосьва - Сартынья» уровни и скорости течения качественно и количественно близки к соответствующим переменным гидродинамики, полученным с помощью W2 -2009. Результаты сравнения измеренных значений уровня воды и скорости течения за 20 -21 сентября 2007 года и соответствующих значений полученных с помощью W2 -2009 необходимо полно проанализированы и оценены в работе (Пушистов и др., 2009б).
Рис. 33. Графики скоростей течения, рассчитанных с помощью двух моделирующих систем и данные измерений значений скорости в поверхностном слое на участке реки от г/п Сосьва до г/п Сартынья (20 -21 сентября 2007 г.)
Во второй части данного раздела изложим результаты применения MIKE 11 HD для моделирования переменных гидродинамики среднего течения реки Северная Сосьва от г/п Сосьва до г/п Игрим (далее, М11 «Сосьва - Игрим»).
Для разработки М11 «Сосьва - Игрим» для участка реки, длиной 184800 м, были подготовлены:
1.План речной сети от г/п Сосьва до г/п Игрим на основе лоцманских карт при помощи программы Adobe Photoshop (см. рис. 30 а, б).
2. Данные о расходе воды для входного створа (г/п Сосьва), и данные об уровнях воды для выходного створа (г/п Игрим) за 2003 год.
3. Данные о поперечной структуре сечений русла через каждые 400 метров на участке г/п Сосьва - г/п Сартынья были заимствованы из файла речной сети модели М11 «Сосьва - Сартынья» (см. рис. 30 а). Данные о поперечной структуре сечений русла на участке от г/п Сартынья до г/п Игрим (см. рис. 30 б, длина участка - 114400 м) были подготовлены только на основе данных о глубинах с лоцманских карт с помощью технологии, использованной в W2 -2006.
Таблица 6. Данные наблюдений (?^н^) и расчетов (?^м^) по модели М11 «Сосьва - Игрим» уровней воды в основные фазы гидрологического цикла на г/п Сосьва
Определенное количественное представление о сравнении результатов расчетов по модели М11 «Сосьва - Игрим» и данных наблюдений дают табл. 6 и 7.
Таблица 7. Данные наблюдений (?^н^) и расчетов (?^м^) по модели М11 «Сосьва - Игрим» уровней воды в основные фазы гидрологического цикла на г/п Сартынья
Сравнения данных таблиц 5 и 6 свидетельствует о заметном росте (более чем в 3 раза) средних абсолютных ошибок прогноза уровней воды (??) для г/п Сосьва по модели М11 «Сосьва - Игрим» относительно модели М11 «Сосьва - Сартынья», ??=0,57 м и ??=0,18 м, соответственно. Аналогичная ошибка по модели М11 «Сосьва - Игрим» для г/п Сартынья (табл. 7) составила 0,86 м.
Для объяснения причин значительных абсолютных ошибок прогноза уровней воды на г/п Сартынья (??=0,86 м) по модели М11 «Сосьва - Игрим» была разработана дополнительная модель MIKE 11 HD для участка Сартынья - Игрим с данными о поперечной структуре сечений русла, полученными только с помощью данных лоцманских карт и технологии, использованной при разработке W2 -2006. Абсолютные ошибки уровня воды по дополнительной модели М11 «Сартынья - Игрим» для г/п Сартынья оказались равными 0,89 м, из чего следует однозначный вывод о низком качестве исходных данных, получаемых с лоцманских карт для построения расчетной сетки модели М11 «Сартынья - Игрим». Таким образом, для создания адекватной информационно-моделирующей системы прогноза гидрологических ЧС для среднего течения реки Северной Сосьвы, с использованием ресурса программного пакета MIKE 11 (необходимо организовать полевые съемки высокого пространственного разрешения высотных отметок русла и поймы участка реки от г/п Сартынья до г/п Игрим.
Выводы
На основе сопряжения системы WMS и моделей CE-QUAL-W2 и MIKE 11 HD разработан единый информационно-вычислительный комплекс для численного моделирования переменных гидродинамики и качества воды участка среднего течения р. Северная Сосьва, бассейн которой станет основным объектом техногенной нагрузки при реализации мегапроекта «Урал Промышленный - Урал Полярный».
Информационно-вычислительный комплекс «Северная Сосьва» позволяет автоматизировать разработку модели батиметрии водного объекта, что существенно сокращает долю ручного труда при подготовке файла батиметрии. Одновременно, с помощью этого комплекса удается увеличить точность воспроизведения переменных гидродинамики по сравнению с ранее разработанными моделями W2 -2006 и W2 -2009, о чем свидетельствуют данные верификации модели W2 -2011.
Описанный информационно-вычислительный комплекс, по мнению авторов, может быть адаптирован и применен для других крупных рек России при решении прикладных задач использования, охраны и восстановления водных ресурсов.
Накопленный авторами опыт разработки ИВК «Северная Сосьва» однозначно свидетельствует о том, что мультидисциплинарный метод прикладного системного анализа водных объектов становится действительно эффективным, когда он базируется на инновационных программных продуктах водохозяйственного назначения, высокотехнологичных информационно-измерительных системах для проведения полевых исследований и подкрепляется на практике целевым образовательным компонентом подготовки системных аналитиков из числа студентов, обучающихся по специальностям: «информатика и прикладная математика» и «экология и природопользование», как это было сделано в Югорском государственном университете (г. Ханты-Мансийске).
ЧАСТЬ 2. ОПЫТ РАЗРАБОТКИ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА «ТЕЛЕЦКОЕ ОЗЕРО»
В синопсис этой части монографии [40] включим следующие разделы:
Объект исследования -открытая для внешних геофизических воздействий единая лимнолого-гидрологическая система, включающая в себя: 1) участок реки Чулышман от г/п Балыкча до устья реки, 2) устье реки Чулышман, 3) меридиональную и широтную части Телецкого озера, включая Кыгинский и Камгинский заливы, 4) исток реки Бии, 5) устьевые зоны наиболее крупных боковых притоков к озеру (реки Кокши, Большие Чили, Кыга, Камга, Колдор, Самыш), а также береговые или буферные зоны Телецкого озера и участка реки Чулышман (см. рис. 34).
Рис. 34. Батиметрия Телецкого озера
В 1998 г. Телецкое озеро внесено ЮНЕСКО в реестр объектов Всемирного природного наследия (Половина акваторий Телецкого озера и его восточное побережье входит в состав Алтайского государственного биосферного природного заповедника и является особо охраняемой природной территорией. Несмотря на это в последние десятилетия наблюдается рост антропогенных нагрузок, как на экосистему озера, так и на его бассейн. Прежде всего, это связано с массовым отдыхом и туризмом, сопровождающимся ростом потока отдыхающих, строительством объектов туриндустрии и резким увеличением транспортных средств, в том числе маломерных судов (в последние годы озеро посещают от 150 до 250 тыс. человек в год (обоснованная система оперативного контроля и управления антропогенной нагрузкой на акваторию и бассейн Телецкого озера отсутствует. Таким образом, проблема разработки методики расчета допустимых антропогенных нагрузок на экосистему Телецкого озера является актуальной, и решать ее, по-видимому, целесообразно в рамках проекта создания системы поддержки принятия решений при интегрированном управлении бассейном и экосистемой
озера (Loucks et al., 2005).
Состав ИВК «Телецкое озеро».
Информационно-вычислительный комплекс, разработанный для моделирования циркуляций и термического режима Телецкого озера, с расчетом течений и температуры устьевого участка реки Чулышман, содержит четыре модуля: 1) модуль генерации модели сетки - WMS (2) базовый модуль ИВК - версия 3.5 модели гидродинамики и качества воды CE-QUAL-W2 (www.aquaveo.com); 3) модуль пре- и постпроцессорной обработки входной и выходной информации - W2i-AGPM for W2 (www.ce.pdx.edu 4) База Данных для обеспечения работы модулей 1 - 3. Для целостного понимания технологического ресурса разработанного информационно-вычислительного комплекса, как эффективного инструмента проведения научных исследований и решения прикладных задач, а также, как потенциальной вычислительной основы СППР интегрированного управления бассейном и экосистемой водоема (Danchev et al., 2010) на рис. 35 приведена схема связи потоков данных ИВК «Телецкое озеро».
Рис. 35. Схема связи потоков данных ИВК «Телецкое озеро»
На рис. 36 показана расчетная сетка РС2 состоящей из 4 водных тел: WB1 - участок реки Чулышман от г/п Балыкча до устья (представлен 3 участками Br 1 -3), WB2 - устьевой участок реки Чулышман (представлен Br4), WB3 - меридиональная часть озера (представлена тремя участками: Br5 - южная оконечность озера, примыкающая к устью реки Чулышман, Br6 - глубоководный меридиональный участок и Br7 - Кыгинский залив), WB4 - широтная часть озера (также представлена тремя участками: Br8 - глубоководный широтный участок, Br9 - северо-западный мелководный участок и Br10 - Камгинский залив).
Рис. 36. Расчетная сетка устьевого участка реки Чулышман и Телецкого озера в плане: а) и б) южная оконечность озера, примыкающая к устью реки Чулышман (расчетной сетки РС1 и РС2, соответственно); в) Кыгинский залив - расчетная сетка РС2. IMX - номера сегментов
На рисунке 37 показана расчетная сетка РС2 устьевого участка реки Чулышман и Телецкого озера в плоскости x-z. Толщины слоев воды речного участка (Br 1 -3) заданы равными 0,5 м и самого озера (Br 4 -10) - равными 1 м в слое от поверхности до глубины 110 м и 3 м ниже этой глубины до дна водоема. Длины сегментов в зависимости от распределения уклонов котловины озера по тальвегу изменялись от 20 до 1000 м.
Рис. 37. Расчетная сетка (РС2) устьевого участка реки Чулышман и Телецкого озера в плоскости x-z: а) основной продольный профиль участка реки (Br 1 -3), а также меридиональной (Br 4 -6) и широтной (Br 8 -9) частей озера; б) Кыгинский залив (Br7); в) Камгинский залив (Br10)
Численные эксперименты с ИВК «Телецкое озеро»позволили, в числе других, решить две конкретные задачи:
1. Исследование механизмов циркуляций и динамики термического режима Телецкого озера при сезонной изменчивости параметров метеорологического и гидрологического форсингов по данным наблюдений Озерной станции ЗС УГМС за 1968 -1972 гг. В частности, проведено детальное изучение процессов формирования, перемещения и слияния термических баров Телецкого озера в периоды весеннего и летнего нагревания, включая:
Речной Термический Бар (возникает за счет поступления вод реки Чулышман и перемещается в меридиональной части озера с юга на север);
Классический Озерный Термобар (возникает на мелководном участке северо-западной части озера и перемещается с запада на восток);
Термические бары в Кыгинском и Камгинском заливах, возникающие как за счет наличия мелководных зон, так и притока речных вод.
Количественная оценка прогностических возможностей модели CE-QUAL-W2 по численному воспроизведению особенностей термического режима водоема при прямом учете внутрисуточной и синоптической изменчивости переменных метеорологического и гидрологического форсинга за период с 01 апреля по 01 августа 1968 года.
Разработка ИВК «Телецкое озеро» исходно осуществлялась на основе идеи его перспективного использования при проектировании и реализации СППР «Телецкое озеро». При таком подходе особую значимость приобретает количественная оценка прогностического потенциала ИВК «Телецкое озеро», как фундаментальной компоненты вычислительной основы будущей СППР.
При анализе прогностических возможностей модели W2 повышенное внимание уделялось рассмотрению ситуаций с большими ошибками прогнозов температуры воды (T^L^)^^и, по возможности, производилась идентификация причин таких ошибок и формулировались конкретные предложения по их уменьшению при дальнейшем развитии ИВК «Телецкое озеро».
Информация о средних значениях абсолютных ошибок прогноза Т^L^ в поверхностном (MAE^S^), среднем по глубине (MAE^М^) и придонном (MAE^B^) слоях Телецкого озера представлена в наглядной форме на рис. 38.
Рис. 38. Информация о средних значениях абсолютных ошибок прогноза Т^L^ (MAE^S^ / MAE^М^ / MAE^B^, ^0^С) по 11 пунктам наблюдений Озерной станции ЗС УГМС с апреля по июль 1968 г.
Выводы
Информационно-вычислительный комплекс «Телецкое озеро» создан авторами [40] как результат последовательной реализации основных этапов метода прикладного системного анализа водных объектов.
Информационно-вычислительный комплекс, как показали результаты его калибровки и верификации, является высокотехнологичным инструментом для проведения фундаментальных и прикладных научных исследований гидродинамики и термического режима Телецкого озера. Этот комплекс обладает высокими прогностическими возможностями и может быть использован, как один из базовых компонентов вычислительной основы, при разработке системы поддержки принятия решения при интегрированном управлении бассейном и экосистемой Телецкого озера.
Опыт создания и эксплуатации информационно-вычислительного комплекса «Телецкое озеро» может быть эффективно использован при планировании и реализации проектов систем поддержки принятия решений при интегрированном управлении водными ресурсами и качеством воды водохранилищ высоконапорных ГЭС на территории Сибири, например, водохранилищ Красноярской и Саяно-Шушенской ГЭС.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В заключении [40] подчеркивается, что массовое применение высокотехнологичных программных продуктов водохозяйственного назначения в развитых странах обусловлено переходом этих стран на принципы интегрированного управления водными ресурсами и, соответственно, необходимостью разработки и внедрения основного инструментария ИУВР в виде полноструктурных систем поддержки приятия решений для управления речными бассейнами (A Handbook for…, 2009; Loucks, 2005; идентификации причин, последствий и путей ликвидации отставания России от развитых стран в деле разработки и внедрения СППР ИУРБ в [40] не обсуждается. Однако одно из очевидных и сильных проявлений такого отставания, заключается, по мнению авторов [40], в низкой востребованности со стороны потенциальных заказчиков на работы и проекты, основанные на применение инновационных информационно-моделирующих технологий водохозяйственного назначения.
В заключении авторы [40] сформулировали конкретные задачи, которые, по их мнению, необходимо осмыслить и решить, как приоритетные и краткосрочные, в составе мероприятий, обеспечивающих формирование в России цивилизованного рынка программных продуктов водохозяйственного применения. К их числу относятся:
Задача экспертной оценки реальных потребностей в инновационных информационно-моделирующих средствах для решения текущих и перспективных проблем управления водными ресурсами, включая задачи предупреждения, прогнозирования и реагирования на природные и техногенные ЧС при наводнениях.
Задача экспертной оценки конкурентоспособности программных продуктов водохозяйственного применения, производимых в РФ и разработки единых требований (стандартов) к этим программным продуктам (например, наличие руководств пользователей или веб-сайтов / форумов производителей). Основные ожидаемые результаты решения этой задачи - идентификация реально конкурентоспособных групп/команд разработчиков и обеспечение целевой организационной и финансовой поддержки работы таких групп. Постановка и решение такой задачи являются актуальными хотя бы потому, что согласно (Земцов и др., 2009): «… многие отечественные программы остаются весьма дорогостоящими и требуют постоянного участия разработчика программного обеспечения в процессе компьютерной имитации участков русла и русловых сетей».
Задача поэтапной организации бассейновых или региональных (межбассейновых) образовательных и научно-производственных центров инновационных технологий интегрированного управления речными бассейнами (далее, Центры ИУРБ). По мнению авторов [40], центры ИУРБ призваны:
а) обеспечить повышение уровня знаний лиц принимающих решения и представителей заинтересованных сторон (ведущие специалисты организаций - водопользователей, лидеры общественных экологических и природоохранных организаций и т.п.) в области инновационных методов и средств управления водными ресурсами до возможности их вовлечения в планирование и реализацию проектов СППР ИУВР (Loucks, 2005; Вместе учимся совместному управлению…, 2010);
б) стать инновационной научной, технологической и технической базой для целевой подготовки системных аналитиков (например, из числа студентов обучающихся по специальностям: информатика, прикладная математика, экология и природопользование) с квалификацией магистров и кандидатов наук в области ИУВР и разработки СППР ИУРБ;
в) создать интегрированный научно-образовательный, информационно-вычислительный, приборно-измерительный и кадровый потенциал необходимый и достаточный для осуществления центрами ИУВР функций головных организаций по разработке и внедрению инновационных СППР ИУРБ.
Для поэтапного и скоординированного создания сети центров ИУРБ необходима организация федерального центра методической поддержки внедрения инновационных методов и средств управления водными ресурсами (полезную информацию на эту тему читатель найдет на сайте www.epa.gov/athens/wwqtsc).
4. Заключение
4.1. Современное проблемно-тематическое пространство в области управления наводнениями
Заключение нашего обзора начнем с идентификации основных позиций проблемно-тематического пространства современной сферы управления наводнениями достаточно четко определенного на первой международной конференции, целиком посвященной тематике управления наводнениями, состоявшейся 27 -29 сентября 2011 года в Японии (ICFM5, Указанное пространство включает в себя следующие позиции:
Тема 1. Управление рисками наводнений (предотвращение, смягчение и адаптация)
1.1 Структурные мероприятия, связанные с ГТС (проектирование, строительство, функционирование и обслуживание)
1.2 Неструктурные мероприятия
1.3 Политика управления рисками наводнений и стратегическое планирование в этой сфере
1.4 Мероприятия управления землепользованием
1.5 Адаптация к изменениям климата
1.6 Природоохранные и экологические аспекты
1.7 Управление наводнениями в контексте ИУВР
1.8 Максимизация выгод от наводнений
Тема 2. Управление бедствиями при наводнениях (готовность, реагирование на ЧС и восстановление)
2.1 Готовность к бедствиям при наводнениях
2.2 Картирование рисков наводнений
2.3 Управление реагированием на ЧС и мероприятиями по восстановлению
2.4 Коммуникационные риски и оценивание ущербов
2.5 Общественный капитал и общественная защита
Тема 3. Прогнозирование наводнений и системы раннего предупреждения
3.1 Наблюдение, мониторинг и прогнозирование осадков и стока
3.2 Гидрометеорологические процессы
3.3 Моделирование системы «осадки - поверхностный сток», моделирование зон затопления и распространения наводнений
3.4 Прогнозы в бассейнах с малым числом станций/ постов наблюдений
3.5 Визуализация и распространение предупреждений о наводнениях
Тема 4. Управление наводнениями при различных климатических условиях и в различных географических зонах
4.1 Городские наводнения, ливневые паводки, речные наводнения, штормовые нагоны
4.2 Оползни и грязевые потоки/сели
4.3 Наводнения в дельтах и эстуариях
4.4 Наводнения в аридных областях и на сезонных реках
4.5 Наводнения в зонах вечной мерзлоты и полярных областях
4.6 Трансграничные речные наводнения
4.7 Наводнения при сбросах воды из ледниковых озер
4.8 Наводнения, связанные со сбоями/авариями в работе плотин, с разрушением техногенных и естественно-природных дамб при землетрясениях и. т. п.
4.9. Отчеты о недавних наводнениях (извлеченные уроки и лучшие практики)
Тема 5. Междисциплинарные и другие темы
5.1 Индексы рисков наводнений (оценки и индикаторы воздействий, уязвимости и ёмкости/пропускной способности водохранилищ-накопителей)
5.2 Подходы к интегрированному управлению наводнениями
5.3 Анализ и управление неопределенностями
5.4 Роль обучения, информационные сети и осведомленность населения
5.5 Международное сотрудничество и взаимопомощь
5.6 Местные (аборигенные) знания об управлении наводнениями
Если синопсисы раздела 2 нашего обзора достаточно полно отражают тематику современных концептуальных принципов ИУН, то практически важная тематика «высокотехнологичный инструментарий ИУН», по нашему мнению, относительно слабо отражена в выше приведенном перечне основных позиций проблемно-тематического пространства и эта тематика отнюдь не исчерпывается публикациями, синопсисы, которых представлены в разделе 3 нашей книги. Для того чтобы, устранить, хотя бы частично, последний недостаток, включим в заключение следующий раздел.
4.2. Дополнительная информация о современных проектах и публикациях на тему «СППР для интегрированного управления наводнениями»
Как уже отмечалось в разделе 1 нашего обзора, одной из первых публикаций на тему «СППР для ИУН» является отчет «Система поддержки принятия решений для управления наводнениями в бассейне реки Ред» [88], подготовленный в 1998 г. по запросу Объединенной международной комиссии Канады и США по решению проблем трансграничного бассейна реки Ред, после катастрофического наводнения (или согласно [88] «наводнения века») в 1997 году. Именно это наводнение послужило «спусковым крючком» смены парадигмы управления наводнениями в бассейне реки Ред от «простого стремления к снижению потерь» к устойчивому интегрированному управлению. Такая смена означает, по мнению автора [88], вовлечение местных ПЗС во все стадии управления наводнениями (т.е. «уверенный взгляд в будущее и личное участие в его строительстве» вместо жизни по принципу «будь, что будет»), адаптацию к естественно-природной окружающей среде и интегрированное рассмотрение экономических, экологических и социальных последствий разрушительных наводнений. Целями исследований, которые должны обеспечить смену парадигмы, в [88] определены:
а) разработка и выдача рекомендаций относительно диапазона альтернатив по предотвращению или уменьшению ущербов при будущих наводнениях в бассейне реки Ред; б) улучшение инструментария и процесса поддержки принятия решений при ИУН; и в) внедрение интегрированного управления реагированием на ЧС в бассейне реки.
Заинтересованный читатель сможет найти в разделах отчета [88]:
общее описание систем поддержки принятия решений при устойчивом управлении наводнениями (с предоставлением характеристик процесса принятия решений и типовых структур СППР);
краткий обзор проблем управления наводнениями (включая меры по уменьшению ущербов от наводнений, сам процесс принятия решений и характеристики катастрофического наводнения в бассейне реки Ред в 1997 году);
предложения по разработке проекта REDES - СППР бассейна реки Ред (с указанием пользователей и ролей, которые должна играть REDES, особенностей проектирования архитектуры этой системы и требований к разработке REDES);
описание этапов плана реализации проекта REDES.
В заключение отчета подчеркивается, что исходным стимулом разработки проекта REDES послужила остро выраженная потребность местных жителей бассейна реки Ред в улучшении управления наводнениями и в коренной перестройке процесса принятия решений, который должен быть более прозрачным и эффективным с позиции существенного уменьшения будущих ущербов (экономических, природоохранных и социальных) при наводнениях.
Практика разработки и эксплуатации СППР интегрированного управления наводнениями показала целесообразность при подготовке обзора дополнительной информации разделить соответствующие публикации на две функционально различающиеся группы. К первой группе отнесем работы [56,67,74,78,82,86,93,96], в которых описываются подходы и результаты построения СППР, предназначенных для долгосрочного стратегического интегрированного управления рисками наводнений. Ко второй группе отнесем, работы [52,54,57,80], в которых обсуждаются результаты создания и эксплуатации СППР для краткосрочного оперативного интегрированного управления наводнениями, включая системы раннего предупреждения, прогнозирования и реагирования на ЧС при наводнениях. Представленные ниже две группы обзоров сформированы преимущественно в хронологическом порядке, т.е. по годам публикаций соответствующих работ и, по возможности, отражают результаты достигнутые в разных странах и при выполнении различных международных проектов за последние 10 - 15 лет.
Первую часть раздела 4.2 начнем с обзорадополнительной информации на тему «СППР и средства моделирования для стратегического интегрированного управления рисками наводнений»
В октябре 2005 года в университете Твенте (Нидерланды) была защищена докторская диссертация на тему «Адекватное моделирование для интегрированного оценивания рисков наводнений» [96]. Пользуясь форматом диссертации, автор представил в [96] обширные обзоры и обобщения по проблемам построения СППР ИУРБ, включая вопросы выбора адекватных моделей, процедур оценивания рисков наводнений, методологии и инструментария для проектирования и реализации СППР. Особый интерес представляют результаты автора [96] по разработке концептуальной основы и соответствующего инструментария системы интегрированного оценивания рисков наводнений, применительно к реке Эльба в рамках проекта «СППР Эльба». Практически значимыми представляются результаты применения системы интегрированного оценивания рисков на локальных масштабах (в [96] это участок реки и поймы вблизи города Сандай) с использованием гидравлической модели HEC6 (разработка Корпуса инженеров армии США) и гидродинамической модели SOBEK (см. раздел 3.3 нашего обзора). В целом данная работа, а также работа [93] и работы [51,66], синопсисы которых приведены в разделах
2.4 и 3.3 нашего обзора, дают читателю достаточно полное представление о высоком уровне исследований и разработок высокотехнологичного инструментария для интегрированного управления рисками наводнений, достигнутом в Нидерландах.
Проблемы методологии интегрированного анализа рисков и управления при наводнениях относились к числу приоритетных при выполнении международного проекта FLOODsite (см. сайт www.floodsite.net), профинансированного Европейским сообществом, как часть 6-ой рамочной программы развития научных исследований и технологий (начало работ по проекту - март 2004 г., продолжительность проекта - 5 лет). В феврале 2007 г., был опубликован промежуточный отчет по проекту FLOODsite с названием «Разработка СППР для долгосрочного планирования. Обзор существующего инструментария» [78]. Этот отчет представляет собой обзор реально действующих СППР в области долгосрочного управления рисками наводнений (см. таблицу 8).
Таблица 8. Список СППР, которые вошли в обзор [78] и были детально проанализированы
Список моделей, которые были интегрированы в СППР, включенные в таблицу 8,насчитывают 22 наименования (см. табл. 30 [78]).
Большинство из инструментов, включенных в таблицу 8, были разработаны в Германии, Нидерландах и Великобритании и лишь некоторые в других Европейских странах. В [78] отмечается, что поскольку системы причинно-следственного анализа рисков наводнений являются очень сложными, то инструменты поддержки принятия решений при оценке рисков наводнений должны быть заведомо совершенными. Это особенно важно при оценке результатов анализа рисков, когда речь идет о высокодинамичной системе различного типа наводнений, на которую оказывают влияние факторы глобальных и климатических изменений, широкий диапазон мероприятий и средств снижения рисков, а также способы многокритериального оценивания существующих и будущих рисков наводнений.
Для последовательного сравнения всех инструментов, включенных в таблицу 8, и анализа их достоинств и недостатков в [78] используются широкий набор функционально различных критериев (всего их - 12) и специфические методы оценки для каждого из таких критериев. Каждый конкретный критерий обсуждается в [78] в режиме сопоставительного анализа с принятием в расчет его важности для разработки рекомендаций по совершенствованию будущих СППР.
«Праздником души истинных героев борьбы с наводнениями» можно (с долей доброго юмора) назвать труды (год издания - 2009, объем 334 с.) Европейской конференции по управлению рисками наводнений (FLOODrisk 2008), которая была проведена в Оксфорде, Великобритания, с 30 сентября по 2 октября 2008 года [86]. Всего на конференции были представлены 199 докладов и сообщений по следующим секциям:
моделирование затоплений (27 сообщений);
системный анализ (10 сообщений);
международные программы (8 сообщений);
инфраструктура и активы (24 сообщения);
неструктурные подходы (проект CRUE, 9 сообщений);
долгопериодное планирование, интегрированные портфолио и пространственное планирование (14 сообщений);
уязвимость и устойчивость, человеческий фактор и социальные воздействия (14 сообщений);
оценка экстремумов (12 сообщений);
чрезвычайные ситуации для населения, планирование реагирования на ЧС, управление событиями наводнений (11 сообщений);
прогнозирование и предупреждение наводнений (26 сообщений);
экологические воздействия, морфология и наносы (9 сообщений);
совместное использование рисков, справедливое и социально-ориентированное правосудие (7 сообщений);
неопределенности (4 сообщения);
ливневые паводки (6 сообщений);
оценки рисков и экономических ущербов (13 сообщений);
изменения климата (4 сообщения).
В предисловии редакторов трудов [86] подчеркивается, что программа FLOODrisk 2008 отражает этапы завершения некоторых важных исследовательских проектов:
FLOODsite - интегрированный проект 6-ой Рамочной Программы ЕК (консорциум исполнителей - 37 ведущих институтов и университетов Европы из 17 стран);
FRMRC - первый этап проекта «Исследовательский консорциум проблем управления рисками наводнений» (в составе исполнителей - 20 университетов Великобритании и их партнеры);
CRUE ERA-NET - первое публичное обсуждение результатов проекта. Здесь же приведена краткая характеристика указанных проектов.
Отчет «Управление рисками наводнений в Англии», опубликованный в 2011 году [67], состоит из пяти основных частей, отражающих следующие проблемы: важность управления рисками наводнений; идентификация рисков наводнений; позиционирование инвестиций относительно рисков наводнений; препятствия на пути эффективного планирования мероприятий по управлению рисками наводнений и национальная поддержка и надзор за мероприятиями по управлению рисками наводнений.
В 2012 году вышла в свет междисциплинарная коллективная монография «Управление рисками в будущем - теория и доводы» (объем 496 с.) [82]. Глава 11 этой монографии с названием «Управление рисками наводнений на реках и в местах формирования ливневых паводков» (объем 43 с.)[23 - На рисунке 1, главы 11 [82] приведена удивительная карта, составленная великим Леонардо да Винчи в 1503 году и представляющая окрестности Пизы и эскиз проекта переброски части стока реки Арно, который позднее обосновал Галилео Галилей, выдающийся итальянский математик, физик и астроном.] может оказаться полезной как для читателей, которые интересуются общими вопросами перехода на принципы и инновационные технологии ИУН в свете Директивы ЕС об оценке и управлении рисками наводнений [60], так и читателей с обостренным интересом к проблемам эффективности применения ИУН для раннего предупреждения и прогнозирования ливневых паводков. Последняя проблема подробно обсуждается в главе 11 (раздел 4) для конкретных случаев и мест разрушительных ливневых паводков на севере Италии.
В 2014 году опубликован «Отчет о различных методах и инструментах разработки стратегий» (объем 91 с.) [56], подготовленный в рамках проекта CORFU «Совместное исследование устойчивости управления наводнениями на территориях городов», который является частью 7-ой рамочной программы ЕК. В [56] описаны результаты исследования различных методов и инструментов, которые применяются для оценки стратегий управления рисками наводнений на территориях городов и результаты применения этих методов к конкретным городам Европы и Азии, согласно перечня проекта CORFU. В первой главе отчета содержится описание упомянутых выше методов и инструментов, включая результаты анализа подходов и понятий, адаптируемых для оценки рисков наводнений. В этой главе также описаны многокритериальные методы и инструменты для оценивания качества управления рисками наводнений. В главе 2 отчета «Оценка управления рисками наводнений» представлены результаты исследований, включающие общую информацию о городских наводнениях, результаты анализа дисфункций защитных мероприятий и дисфункций жизнедеятельности городов, выводы и рекомендации для
конкретных городов: Барселона (Испания), Пекин (Китай), Дакка (Бангладеш), Гамбург (Германия), Мумбай (Индия), Ницца (Франция) и Тайбэй (Тайвань). В заключении отчета обсуждаются результаты сравнительного анализа структурных и неструктурных мероприятий по защите от наводнений, упомянутых выше городов, с упором на идентификацию интегрированности и практической реализуемости защитных мероприятий (см. табл. 10 [56]).
Актуальной для проблемы интегрированного управления городскими наводнениями является статья [74], также опубликованная в 2014 году. В этой статье предоставлены реально инновационные результаты проектирования и реализации интеллектуальной СППР контроля наводнений для цифрового управления городом.
Во второй части раздела 4.2 представим обзор дополнительной информации на тему «СППР и средства моделирования для оперативного интегрированного управления наводнениями».
Вопросы проектирования и эксплуатации СППР для оперативного кратко- и среднесрочного ИУН, включающих подсистемы/модули раннего предупреждения, прогнозирования и реагирования на ЧС при различных типах наводнений, достаточно подробно обсуждаются в разделах 2.1, 2.3, 2.4, 3.2 -3.4 нашего обзора. В этой части раздела 4.2 мы, учитывая феноменологические и технологические сложности и междисциплинарность рассматриваемой проблемы [10,16,18,26,40,43,63,64,81,87], предоставим нашему читателю возможность ознакомится с кратким обзором дополнительных, к упомянутым выше, публикаций о современном опыте разработки и эксплуатации СППР и моделей для оперативного прогнозирования и предупреждения наводнений [52,54,57,80].
Мотивация, цели и результаты реализации международного проекта FLOOD RELIEF «Оперативная система поддержки принятия решений, интегрирующая гидрологические, метеорологические и радарные технологии» (начало проекта - ноябрь 2002 г., продолжительность - 2 года) кратко представлены в статье [54]. Полную информацию о проекте FLOOD RELIEF, который выполнялся, как часть 5-ой рамочной программы ЕК, консорциумом специалистов 7 европейских организаций, читатель может найти на сайте касается мотивации необходимости выполнения этого проекта, то согласно [54], она связана с тем, что используемые в конце 20-го века оперативные системы прогнозирования и предупреждения наводнений имели ряд серьезных ограничений. В их числе: недостаточная заблаговременность прогнозов наводнений для того, чтобы обеспечить реально точные предупреждения об их сроках и интенсивности; неадекватное пространственное и временное разрешение оперативных средств наблюдений за осадками и прогнозов осадков для детального воспроизведения наводнений, обусловленных штормовыми ситуациями; низкий уровень интегрирования различных источников
прогностической информации. Кроме того возможности таких систем применительно к анализу неопределенностей при оценке прогнозов осадков и паводковых расходов оказались сильно ограниченными, также ограниченным было практическое использование систем на региональном уровне, в том числе из-за необходимости больших затрат средств на улучшение результатов прогнозирования.
Цели проекта FLOOD RELIEF, согласно [54], следующие:
разработать и продемонстрировать новую генерацию методологий, которые будут существенно превышать традиционные по возможностям и точностям;
сделать результаты прогнозов и предупреждений наводнений реально более подходящими как для лиц, ответственных за управление наводнениями, так и для тех, кому наводнения угрожают.
Эти цели достигаются путем исследования и интегрирования различных источников прогностической информации, включая улучшенные системы гидрологических и метеорологических моделей и баз данных, средства мониторинга, в том числе радары и ИСЗ, более современные процедуры ассимиляции оперативных данных и оценок неопределенностей, более совершенные методы и средства проектирования оперативных СППР, соответствующих высоким требованиям к прогнозам наводнений со стороны региональных органов власти.
Наибольшие инновации, достигнутые при реализации проекта FLOOD RELIEF, относятся к:
недорогой транспортабельной высокого разрешения системе прогноза погоды;
СППР «Наводнения», основанной на использовании ресурса Интернет и включающей метеорологическую и гидрологическую информацию высокого разрешения и информацию о неопределенностях, обеспечивающей оперативную информацию о наводнениях для тех, кому и когда она действительно нужна;
расчету оперативного динамического даунскалинга / масштабирования с использованием гидростатической и негидростатической моделей облачности для улучшения прогнозов осадков;
двум способам объединения гидрологических и метеорологических моделей для лучшего понимания процессов формирования речного стока за счет осадков;
гибкой сеточной основе для гидрологического моделирования с целью улучшения усвоения данных из новых источников информации таких, как ИСЗ и метеорологические радары;
альтернативному объединению метеорологических моделей и данных метеорологических радаров с вертикальным точечным разрешением;
предсказанию и уменьшению неопределенностей моделирования и прогнозирования переходных процессов от осадков к стоку;
оценке результатов применения численной продукции проекта для двух потенциально затапливаемых Европейских бассейнов:
река Одра в Польше;
реки Велланд и Глен в Великобритании.
совместному исследованию бассейнов рек в США и Китае:
река Блю в штате Оклахома, США;
река Норз в провинции Гуангдонг, Китай.
Результаты проекта FLOOD RELIEF впервые были широко представлены профессиональному сообществу на специальной сессии «Генерация знаний и технологий для устойчивого управления водными ресурсами», 4-го Всемирного Водного Форума, Мексика, март 2006 года (см. сайт подробное и весьма квалифицированное описание широкого диапазона проблем разработки систем поддержки принятия решений для прогнозирования и предупреждения наводнений, включая конкретный проект СППР для реки Марибурнонг (DSSFCMR) представлено в работе [80]. Эта работа (состоящая из резюме и 7 глав, объемом 309 с.) была защищена в 2007 году, как докторская диссертация в университете Виктория, Мельбурн (Австралия).
Первая глава [80] является введением в работу, в котором в весьма доступной форме представлены основные определения и положения, касающиеся СППР ИУВР в целом, перечислены достоинства и недостатки существующих СППР для прогнозирования и предупреждения наводнений, в частности. В следующей главе [80] содержится очень подробный обзор истории и результатов разработки и применения СППР для планирования и управления системой водных ресурсов, включая аспекты качества воды, эксплуатации водохранилищ и контроля наводнений. Здесь же описаны гидрологические, гидравлические и экономические модели, применяемые в составе СППР контроля наводнений, и проблемы прогнозирования наводнений (прогнозирование осадков, важность использования данных метеорологических радаров и ИСЗ и результатов численных, в т.ч. мезомасштабных прогнозов погоды в режиме реального времени).
В главах 3 -5 представлены: базовая теория, методы и средства концептуального проектирования и конкретные результаты разработки системы DSSFCRM - СППР для прогнозирования и предупреждения наводнений на паводкоопасном участке бассейна реки Марибурнонг (штат Виктория, Австралия). Результаты калибровки, верификации и практического использования DSSFCMR, в составе которой интегрировано работают 5 основных компонентов: подсистемы управления БД (DBSM) и базой средств моделирования (оперативная численная гидрологическая модель URBS и известная гидравлическая модель HEC-RAS), подсистема анализа и отображения пространственных и графических данных, подсистемы поддержки принятия оперативных решения и интерфейсов пользователей, подробно описаны в главе 6 [80].
В заключительной 7 главе [80] подведены итоги проведенного исследования, указаны достижения, трудности и ограничения, проделанной работы и обоснованы рекомендации для будущих исследований и применений. В целом работа [80], по нашему мнению, может служить, своего рода, образцом системного исследования осуществимости, проектирования, реализации и применения многофункциональных СППР для оперативного прогнозирования и раннего предупреждения наводнений в конкретных бассейнах/суббассейнах паводкоопасных рек, подобных бассейну реки Марибурнонг.
Следующая работа, на которую мы хотели бы обратить внимание наших читателей, это глава 9 «Раннее предупреждение и оперативное картографирование событий наводнений», вошедшая в состав монографии «Новые достижения наук о Земле и технологий дистанционного зондирования» [57], опубликованной в 2010 году.
В разделе 1 (Введение) авторы [57] кратко описывают генезис событий и ущербы от сильного наводнения весной 1973 года и катастрофического паводка в мае 2008 года на реке Саинт Джон округа Фредериксон (Нью Брансвик, Канада), подчеркивают особую важность технологий прогнозирования динамики наводнений, основанных на интегрировании новейших методов и средств моделирования и прогнозирования осадков с системами прогнозирования и предупреждения паводков и половодий, и эффективность объединения инструментария гидрологического моделирования с ресурсами Интернет-технологий. С целью улучшения системы оперативного прогнозирования водного режима реки Саинт Джон в части повышения точности и увеличения заблаговременности прогнозов наводнений авторами [57] была разработана, основанная на WebGIS, СППР для мониторинга и прогнозирования наводнений с использованием автоматизированных методов интегрирования потоков различных данных, и интерфейсов динамического оконтуривания характеристик поймы и оперативного электронного картирования зон затопления.
В разделе 2 авторы [57] кратко описывают характеристики поймы и характерные гидрометеорологические процессы, генерирующие наводнения на реке Саинт Джон. В разделах 3 и 4 они представляют концептуальную модель системы мониторинга и прогнозирования наводнений и инструментарий гидрологического моделирования в рамках, реализованной ими, СППР. В разделе 5 авторы описывают реализацию интегрирования средств гидрологического моделирования (гидравлическая модель DWOPER) и ГИС-технологий (CARISGIS), включая сетевой интерфейс для динамического мониторинга результатов оперативного прогнозирования наводнений и электронного картирования, который может динамически отображать наблюдаемые и прогностические характеристики зон затопления, необходимые для ЛПР и ПЗС.
В заключение обзора публикаций данной тематической группы обратим внимание читателя на работу [52], опубликованную в 2011 году и описывающую, весьма впечатляющие, результаты реализации национальной программы Испании SAIH - «Автоматизированная Система (сбора, обработки и распространения) Гидрологической Информации» и результаты разработки и применения инновационных СППР оперативного прогнозирования наводнений, как компонентов СППР ИУРБ для сети SAIH.
Во введении статьи [52] отмечается, что события наводнений в Испании являются природными бедствиями с очень большим количеством пострадавших и высокой повторяемостью. Только за период с 1995 по 2009 гг. число наводнений в стране составило 268 случаев. Таким образом, изучение наводнений и поиск путей смягчения их последствий являются важной частью водной политики Испании.
Долгое время управление наводнениями в Испании осуществлялось преимущественно за счет структурных (инженерных) мероприятий, таких как регулирование пиков расходов с помощью водохранилищ и строительство ГТС для защиты городских территорий. Предпосылки к активному использованию неструктурных мероприятий для управления наводнениями в стране были созданы благодаря программе SAIH, которая начала реализовываться в 1983 году, после драматических событий наводнений в Валенсии, Панс Васко и Пиренеях.
Работающие в режиме реального времени гидрометеорологические информационные системы SAIH структурированы на уровне территорий (округов) больших бассейнов Испании. В настоящее время (конец 2010 г.) система располагает 2650 телеметрическими (автоматизированными) пунктами наблюдений, включая осадкомеры, снегомеры, станции мониторинга рек, каналов и водохранилищ. До настоящего времени инвестиции в эту программу составили около 840 миллионов евро. Опыт почти 20-летнего использования систем SAIH показал, что хотя системы стали необходимым и важным инструментом для управления и администрирования водными ресурсами, обществу также необходим прогностический инструментарий, позволяющий упреждать реагирование на события наводнений.
В ответ на запросы общества Дирекция Гидравлических Работ (DGA) с начала текущего столетия обеспечила разработку и внедрение СППР ИУРБ крупных рек Испании, компонентами которых являлись системы оперативного прогнозирования наводнений, адаптированные к специфическим условиям регионов [52]. Особенностью таких СППР являлось использование идеи создания систем открытой архитектуры, что позволяет принять в расчет различные требования ЛПР и ПЗС и одновременно обеспечить стандартизацию инструментария прогнозирования и управления наводнениями. Это привело к выбору Delft-FEWS (Система раннего предупреждения наводнений) в качестве основной платформы - типа «открытая оболочка», которая позволяет легко интегрировать различные данные и модели, используемые для прогнозирования.
Краткое описание структуры и возможностей Delft-FEWS приведены в следующем разделе [52] (см. также раздел 2.4 нашего обзора). Далее в разделе «Пространственное покрытие» подчеркивается, что DGA обеспечило реализацию к концу 2010 года СППР ИУРБ с системами оперативного прогнозирования наводнений для 5 основных паводкоопасных рек, общая площадь, которых составляет 42% площади Испании (см. рис. 1 [52]). В двух последующих разделах [52] описаны источники данных и моделирующие компоненты реализованных СППР интегрированного управления наводнениями. В первом из них отмечается, что указанные СППР получают и интегрируют гидрометеорологические данные телеметрических систем SAIH (об осадках и снежном покрове, температуре воздуха, уровнях и расходах воды с интервалами каждые 15 минут), данные дистанционного зондирования от метеорологических радаров (всего их 15) и ИСЗ и результаты численных прогнозов погоды с заблаговременностью до 72 часов (оперативная продукция региональной численной модели высокого пространственно-временного разрешения - HIRLAM, которая эксплуатируется в Испании с 1995 года).
Что касается используемых моделирующих компонентов СППР, то в их числе гидрологические модели: ASTER, TOPKAPI, TETIS, NAM и ANW и гидравлические модели SOBEK, MIKE-11 и HEC-Ras. Кроме того, в СППР также интегрирована модель RAINMUSIC для байсовского осреднения информации об осадках, получаемой от сети осадкомеров, метеорологических радаров и ИСЗ.
В заключении [52] отмечено, что дальнейшее развитие системы прогнозирования наводнений в Испании будет преимущественно сфокусировано на совершенствовании компонентов СППР. Сюда относятся: дальнейшее совершенствование доступных инструментов и лучшее технологическое интегрирование в базовую платформу более совершенных вариантов GUI для калибровки моделей, ассимиляции данных, использования интерактивных интерфейсов пользователей, введение процедур оптимизации в модули управления водохранилищами и более эффективных интерактивных опций для поддержки принятия решений.
В заключении раздела 4.2, можно констатировать наличие в начале XXI века ярко выраженного позитивного тренда в количестве и качестве проектов и публикаций, посвященных разработке и реализации СППР и средств моделирования как для стратегического управления рисками наводнений, так и для оперативного интегрированного управления наводнениями.
Таким образом, с позиции сегодняшнего дня, указанный в разделе 4.1 перечень тем не является исчерпывающим и системно-завершенным. Так, по нашему мнению, учитывая дополнительные материалы, представленные в разделе 4.2, этот перечень было бы целесообразно дополнить темой «Разработка и эксплуатация полноструктурных СППР ИУРБ с подсистемами планирования и управления рисками различных типов наводнений и модулями/подсистемами раннего обнаружения, предупреждения, прогнозирования и реагирования на ЧС при наводнениях». Такая тема позволит гармонично увязать в единый системный высокотехнологичный продукт результаты реализаций тем 1 -5 раздела 4.1.
4.3. «Что день грядущий нам готовит…»
Для преодоления проблем, выявленных в процессе реагирования на катастрофические наводнения начала ХХI века авторы монографии [16] подчеркнули необходимость повышения эффективности управления водными ресурсами в России. Ожидания, что такая необходимость будет реализована с принятием в 2006 году новой редакции Водного кодекса РФ [15], введенного в действие в 2007 году и «работающего» по сей день, по мнению многих ПЗС (и нашему тоже), не оправдались, поскольку в этом кодексе вообще отсутствовало понятие «интегрированное управление водными ресурсами». Так в главе 8 «Какой должна быть водная политика России?» книги [28], изданной в 2007 году, автор справедливо утверждает, что «Практическое осуществление государственной водной политики должно включать меры административного и социально-экономического регулирования и организационно выражаться в использовании бассейнового принципа и интегрированного подхода в управлении водными ресурсами». Более того, в разделе 8.2 «Интегрированное управление водными ресурсами (ИУВР)» этой главы, подчеркивается, что «Основная идея ИУВР - это активное участие в управлении
водными ресурсами всех водопользователей, что на практике означает децентрализацию управления водными ресурсами» и утверждается, что «ИУВР - единственно возможное решение вопросов управления водными ресурсами. Оно позволяет увязать все уровни управления на основе учета взаимовыгодных стремлений партнеров».
В материалах сессии 4 «Мировой опыт применения ИУВР» Курса ИУВР в РФ [29] зафиксировано, что к 2007 году значительный прогресс в разработке и реализации национальных планов ИУВР и проведении реформ в сфере водного хозяйства, состоящих из трех этапов (этап 1 - разработка стратегий, законов и норм; этап 2 - создание новых институтов, распределение функций, подготовка кадров; этап 3 - разработка новых механизмов и инструментов управления) был достигнут в 14 странах, определенные шаги были предприняты в 51 стране. РФ с Водным кодексом 2006 года в этом списке не значится. Читателям, интересующимся мнением профессионалов о «судьбе» ИУВР в РФ, мы рекомендуем обратиться к разделу «Преподаватели курса» [29].
«Свет в конце тоннеля» относительно «судьбы» ИУВР в РФ обозначился с утверждением в 2009 году Водной стратегией Российской Федерации до 2020 года [13]. В разделе 4 «Государственное управление использованием и охраной водных ресурсов» статьи II [13] подчеркивается, что «Совершенствование государственного управления является одним из основополагающих факторов, способствующих выработке согласованных действий, ориентированных на реализацию принципов интегрированного управления водными ресурсами в Российской Федерации». Здесь так же указано, что «Ключевым аспектом государственной политики в сфере водных отношений является также активное международное сотрудничество по вопросам использования и охраны водных объектов».
Понятие СППР ИУРБ в Водном кодексе 2006 года и Водной стратегии РФ до 2020 года не используется. Разработчики Водной стратегии убеждены, что «Формирование инструментария государственного управления использованием и охраной водных объектов, включая разработку схем комплексного использования и охраны водных объектов, нормативов допустимого воздействия на водные объекты, учитывающих региональные особенности и индивидуальные характеристики водных объектов, а также разработку новых и актуализацию действующих правил использования водохранилищ с учетом изменений их морфометрических характеристик, параметров притока, состава и потребностей пользователей водохозяйственного комплекса, обеспечит переход к интегрированному управлению водными ресурсами в границах речных бассейнов».
Для понимания ограниченности такой убежденности рекомендуем читателям внимательно ознакомиться с частью 2 «Как применять ИУВР?» технического отчета ГВП [68] и с Инструментальным ящиком ИУВР [72], а так же с материалами сессии 4, Курса ИУВР в РФ [29] и отчета ГВП на тему «Роль СППР и численных моделей в ИУРБ» [73]. Так, согласно отчету ГВП [68], внедрение принципов ИУВР - это длительный циклический процесс, который сводится к: 1) созданию условий для осуществления в данной стране водной политики, разработки стратегии и законодательства в целях устойчивого интегрированного развития водных ресурсов; 2) организации в этой стране административно-институциональной основы для реализации их (политики, стратегии и законодательства) в жизнь и 3) выработке механизмов и инструментов ИУВР.
В разделе 3 «Негативное воздействие вод» статьи II Водной стратегии РФ до 2020 года [13] зафиксировано: «Риск наводнений и иного негативного воздействия вод будет сохраняться и усиливаться в будущем в связи с учащением опасных гидрологических явлений в новых климатических условиях и продолжающимся антропогенным освоением территорий, что требует реализации мероприятий по строительству сооружений инженерной защиты и использованию принципиально новых подходов в рамках решения задач по защите населения и объектов экономики». Таким образом, прямо понятие «интегрированное управление наводнениями» в Водной стратегии, как и в Водном кодексе РФ 2006 года, не используется и тем самым, формально можно констатировать отсутствие на сегодня официальной декларации о смене в нашей стране традиционного подхода «защиты от наводнений» на инновационную парадигму «интегрированного управления наводнениями». Тем не менее, перечень из 7 мероприятий, нацеленных на обеспечение защиты населения и объектов экономики от наводнений (см. раздел 3 статьи IV [13]) является достаточно полным и квалифицированно подготовленным, так,
что по мере их реализации будет практически «закрыт» список проблем, связанных с наводнениями, перечисленный в заключении монографии [16]. Так же представляется важным, чтобы конкретное планирование и реализация указанных выше мероприятий осуществлялись с учетом лучших мировых практик в сфере принципов и высокотехнологичного инструментария интегрированного управления наводнениями. Таким образом, мы рассматриваем нашу книгу, как скромный вклад в решении этой проблемы.
В конце заключения признаемся читателю в том, что наша книга, строго говоря, не является классическим (или академическим) обзором специальной литературы с четко заданной темой и обоснованной структурой (планом или оглавлением) и с последующим раскрытием темы через краткие описания некой логической последовательности (исторической, методологической и т.п.) уместных и наиболее актуальных публикаций.
В нашем обзоре тема определена достаточно четко - смена парадигмы и технологий управления наводнениями. Однако структура нашей книги несколько другая, чем в классическом обзоре. Введение и заключение книги - похожи на обычные элементы классического обзора, а вот основная её часть (разделы 2 и 3) - это набор синопсисов публикаций, выбранных авторами достаточно субъективно, в том числе с учетом личных профессиональных предпочтений (например, это касается технологических аспектов ИУН). При таком подходе неизбежны повторы[24 - На это нам в частности и весьма любезно указал профессор В.Н.Лыкосов] в содержании представляемых синопсисов, и они по объему и целям, как бы, выпадают из общей канвы классического обзора. Оправданием этому, по видимому, может служить только наше стремление позволить читателю самому «погрузится в прелести знакомства с первоисточниками» и самому выбрать, что ему интересно (или не очень) и полезно (или не очень) из реально доступного в нашем обзоре.
Так или иначе, мы остаемся открытыми для нашего читателя (
[email protected]@mail.ru(mailto:
[email protected]) ,
[email protected]@rambler.ru(mailto:
[email protected]) ) и готовы ответить на вопросы, по возможности, помочь советами и рекомендациями и отреагировать на отзывы и замечания.
Благодарности
Вдохновляющим началом всей работы над книгой для нас служила дружеская поддержка, многочисленные советы, рекомендации и критические замечания, которые исходили от главного научного сотрудника Института вычислительной математики РАН, член.-кор. РАН Лыкосова В. Н. и заведующего кафедрой гидрологии Томского государственного исследовательского университета проф. Земцова В. А. Выражаем нашим коллегам за это глубокую благодарность и признательность.
Выражаем большую благодарность руководителю территориального центра анализа и прогноза угроз безопасности жизнедеятельности КУ «Центроспас-Югория» Будяну А. Т. за поддержку и практическую помощь при подготовке книги. Большую и качественно выполненную работу по технической подготовке рукописи книги проделали сотрудники КУ «Центроспас-Югория» Овчинникова Е. В. и Пушистова С. А., за что мы их искренне благодарим.
Мы также признательны доценту Югорского государственного университета к. г. н. Большанику П. В. за полезные обсуждения и поддержку нашей работы над книгой.
Литература
Абхас К. Джха, Робин Блок, Джессика Ламонд, 2011 г.: Города и затопления. Руководство по комплексному управлению рисками, связанными с наводнениями в городской среде, для XXI века, Всемирный банк, Вашингтон. - 64 с.
Авакян А. Б., Истомина М. Н. Наводнения как глобальная многоаспектная проблема // Вестник РАН. 2002. Т. 72. №12. С. 1 -21.
Алабян А. М., Беликов В. В., Крыленко И. Н., Лебедева С. В. Применение двумерных гидродинамических моделей для решения проблем регулирования русла Нижней Волги в условиях дефицита данных гидрологических изысканий// Инженерные изыскания, (2): 2014, - С. 18 -28,
Алексеевский Н. И., Крыленко И. Н., Беликов В. В., Кочетков В. В., Норин С. В. Численное гидродинамическое моделирование наводнения в г. Крымске 6 -7 июля 2012 г.// Гидротехническое строительство, №3,2014. - С. 29 -35
Алимов А. Ф., Андреев О. А. и др. Интегрированное управление водными ресурсами Санкт-Петербурга и Ленинградской области / опыт создания системы поддержки принятия решений. Спб.: Borey Print, 2001, 419 с.
Беликов В. В., Глотко А. В., Норин С. В. Численное моделирование наводнений и деформаций речного дна с учетом антропогенного воздействия. Тезисы VII Всероссийского гидрологического съезда. 19 -21 ноября 2013 г., Санкт-Петербург, секция 2, 2 с.
Болгов М. В., Левит-Гуревич Л. К. Задачи и функции системы поддержки принятия решений для управления водными ресурсами Нижней Волги// Водные ресурсы. 2013. Т 40, №5. С 544 -553
Будяну А. Т., Викторов Е. В., Пушистов П. Ю. Результаты применения информационно-вычислительной системы MIKE11 для моделирования переменных гидродинамики среднего течения реки Северная Сосьва // Известия Алтайского государственного университета, 2012. Выпуск «Управление, вычислительная техника и информатика». №2, С. 133 -137.
Бэйтс, Б.К., Кундцевич З. В., У С., Палютикоф Ж. П. (ред.). Изменение климата и водные ресурсы. Технический документ Межправительственной группы экспертов по изменению климата, Секретариат МГЭИК, Женева, 2008, 228 с.
Васильев О. Ф. Создание систем оперативного прогнозирования половодий и паводков // Вестник РАН. 2012. Т 82, №3. С. 237 -242
Васильев О. Ф., Семчуков А. Н. Создание современных систем оперативного прогнозирования половодий и паводков как один из путей модернизации средств управления работой гидроэлектростанций в многоводные периоды // Гидротехническое строительство 2012.№2.С. 21 -26
Вместе учимся совместному управлению: развитие участия в управлении водными ресурсами / D. Ridder, E. Mostert, H.A. Wolters [et al.]. Eco-TIRAS. - Ch.: S.n., (Tipogr. «Elan Poligraf» SRL). 2010. 98 p. (перевод на русский язык - см. сайт раздел «Публикации»)
Водная стратегия Российской Федерации на период до 2020 года (Распоряжение Правительства Российской Федерации от 27.08.09 г. №1235-р).
Водные ресурсы и качество вод: состояние и проблемы управления // отв. ред. В. И. Данилов-Данильян, В. Г. Пряжинская. М.: РАСХ, 2010. 415 с.
Водный Кодекс Российской Федерации (N 74-ФЗ, принят в 2006 году).
Воробьев Ю. Л., Акимов В. А., Соколов Ю. И. Катастрофические наводнения начала XXI века: уроки и выводы. М.: ООО «ДЭКС-ПРЕСС», 2003. 352 с.
Географический энциклопедический словарь. Понятия и термины. М.: Советская энциклопедия, 1988. 432 с.
Данилов-Данильян В. И., Гельфан А. Н., Мотовилов Ю. Г., Калугин А. С. Моделирование формирования катастрофического наводнения 2013 г. в бассейне Амура. // В кн. «Экстремальные паводки в бассейне р. Амур: причины, прогнозы, рекомендации (сборник докладов)». М., Росгидромет, 2014, с. 121 -147.
Добровольский С. Г. Климатические изменения в системе «гидросфера-атмосфера». М.: Геос, 2002. 231 с.
Добровольский С. Г., Истомина М. Н. Наводнения мира. - М.: Геос,2006. 256с.
Дикунец В. А., Пушистов П. Ю. Земцов В. А., Шавин П. Б. Разработка системы поддержки принятия решений для интегрированного управления водохозяйственным комплексом бассейна р. Северная Сосьва при реализации мегапроекта «Урал Промышленный - Урал Полярный» // Водные проблемы крупных речных бассейнов и пути их решения: сб. науч. тр. Барнаул: ООО «Агентство рекламных технологий», 2009. С. 489 -502.
Дикунец В. А., Пушистов П. Ю., Романенко Р. Д., Шевченко А. А., Земцов В. А. Необходимость и методы разработки системы поддержки принятия решений по сохранению уникальной экосистемы реки Северная Сосьва при крупномасштабном горнопромышленном и транспортно-энергетическом освоении Приполярного Урала / Реки Сибири: Материалы V Международной конференции. Томск, 16 -18 апреля 2010 г. Томск: Дельтаплан, 2010. С 32 -36.
ЕЭК ООН, 1992. Конвенция по охране и использованию трансграничных водотоков и международных озер. 54 с. Адрес в Интернете: ООН, 2009. Руководство по водным ресурсам и адаптации к изменениям климата. Женева, 143 с. Адрес в Интернете: water/mop5/Guidance_water_and_climate_R. pdf
Земцов В. А., Вершинин Д. А., Инишев Н. Г., Мезенцев А. В. Компьютерное моделирование речной динамики как элемент системы поддержки принятия решений (на примере крупных рек Сибири) // Водные проблемы крупных речных бассейнов и пути их решения /: сб. науч. тр. Барнаул: ООО «Агентство рекламных технологий», 2009. С. 489 -502
Земцов В. А., Вершинин Д. А., Инишев Н. Г. Применение имитационных компьютерных моделей участков речной сети для расчета и прогноза полей скорости, стока наносов и русловых деформаций / Водные и экологические проблемы Сибири и Центральной Азии: труды Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной 25-летнему юбилею Института водных и экологических проблем СО РАН. Барнаул: ООО «Пять плюс», 2012. Т 1. С. 34 -37.
Истомина М. Н., Кочарян А. Г., Лебедева И. П. Наводнения: генезис, социально-экономические и экологические последствия наводнений // Водные ресурсы. 2005. Т. 32. №4. С. 1 -10.
Колпакова Е. Рекам и людям - чистую воду! - М.: Лесная страна, 2007. 190 с.
Курс ИУВР в Российской Федерации. Авторы и редакторы: Марина Аршинова, Владимир Борисов, Елена Колпакова, Эстер Коопмансхап, Сергей Костарев, Ваутер Пронк, Крис ван де Санден, Рини Хейдендаал Опубликовано: май 2011, Издано: Milieukontakt International, (Амстердам). 149 с.
Любомирова К. С. Наводнения на территории СССР // Водные ресурсы. 1975. №2. С. 72 -83.
Мандыч А. Ф. Наводнения и их типы // Известия РАН, серия географическая. 2002. №2. С. 23 -32.
МСБО/ГВП, 2009. Руководство по интегрированному управлению водными ресурсами в бассейнах, 104 с. Адрес в Интернете: стратегия уменьшения опасности бедствий Организации Объединенных Наций, 2005 г. Хиогская рамочная программа действий на 2005 -2015 годы: создание потенциала противодействия бедствиям на уровне государств и общин. Всемирная конференция по уменьшению опасности бедствий, Кобе, префектура Хиого, Япония. Адрес в Интернете: /documents/decl_conv/conventions/hyogoframework.shtml/documents/decl_conv/conventions/hyogoframework.shtml(группа экспертов по изменению климата (МГЭИК), 2007 г.: Четвертый доклад об оценке МГЭИК: Изменение климата, 2007 г. Кембридж, издательство Кембриджского университета, 114 p. Адрес в интернете: на реках и озерах. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 183 с.
Осипов В. И. Природные катастрофы на рубеже XXI века // Вестник РАН. 2001. Т. 71. №4. С. 291 -302
Пряжинская В. Г., Ярошевский Д. М., Левит-Гуревич Л. К. Компьютерное моделирование в управлении водными ресурсами. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. 496 с.
Пушистов П. Ю., Вторушин М. Н., Романенко Р. Д. Результаты применения методов системного анализа при исследовании детальной пространственно-временной структуры переменных гидродинамики и качества воды среднего течения крупной реки Северная Сосьва // Водные проблемы крупных речных бассейнов и пути их решения: сб. науч. тр. Барнаул: ООО «Агентство рекламных технологий», 2009. С 333 -345.
Пушистов П. Ю. Обзор методов разработки и применений систем поддержки принятия решений для интегрированного управления речным бассейном / Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов: Материалы Третьей всероссийской конференции с международным участием. Барнаул, 24 -28 августа 2010 г. Барнаул: Изд-во АРТ., 2010. С. 536 -539
Пушистов П. Ю., Данчев В. Н. Информационно-вычислительные комплексы водных объектов бассейна Оби. Часть 1 - ИВК «Северная Сосьва». Часть 2 - ИВК «Телецкое озеро» / науч. ред. В. Н. Лыкосов, В. А. Земцов. - Saarbrucken: LAP LAMBERT Academic Dublishing, 2013.151 с.
Руководство по гидрологической практике. Том II Управление водными ресурсами и практика применения гидрологических методов. ВMO-№168. Шестое издание 2012 г. 324 с.
Соколов Ю. И. Анализ паводковой обстановки в стране за последние 30 лет (ущербы, пострадавшие, статистика). Приложение к журналу «Проблемы анализа риска», №1, 2013. С.7 -10
Степаненко В. М., Миранда П. М., Лыкосов В. Н. Численное моделирование мезомасштабного взаимодействия атмосферы и гидрологически неоднородной суши. - Вычислительные технологии, 2006. - Т. 11. - Вып. 3. С. 118 -127.
Страшкраба М., Гнаук А. Пресноводные экосистемы. Математическое моделирование. М.: Мир, 1989. 376 с.
Суперкомпьютерное моделирование в физике климатической системы: Учеб. Пособие / В. Н. Лыкосов и др. Предисл.: В. А. Садовничий. - М.: Издательство Московского университета, 2012. 408 с.
Таратунин А. А. Наводнения на территории Российской Федерации. Екатеринбург: РосНИИВХ, 2000. 376 c.
Таратунин А. А. Наводнения по континентам и странам мира. Екатеринбург: РосНИИВХ,2011. 480 с.
ТК ГВП «ИУВР и планы повышения эффективности водопользования до 2005 г. Что, почему и как?» Торкил Джонч-Клаусен, 2004 г. 24 с. Адрес в интернете: Агафонова С. А., Беликов В. В., Крыленко И. Н., Головлев П. П. Заторные наводнения в районе г. Томска: генетический анализ и моделирование / Ледовые и термические процессы на водных объектах России: научные труды IV Всероссийской конференции. - КЮГ Москва, 2013. - С. 180 -186.
Юлдашева К. А. «Борьба с паводками: обзор мирового опыта. Информационный сборник №2 (33) НИЦ МКВК, Ташкент, 2010.68с.
1D/2D modeling suite for integral water solutions SOBEK, Detares systems, 2010. 8 р. URL: Cabanas Ibanez, Dirk Schwanenberg, Luis Garrote de Marcos, Miguel Frances Mahamud, Javier Arbaizar Gonzalez. An Example of Flood Forecasting and DecisionSupport System for Water Management in Spain. Proceedings of the 8^th^ International ISCRAM Conference - Lisbon, Portugal, May 2011, 5 p.
Belikov V.V., Krylenko I.N., Alabyan A.M., Sazonov A.A., and Glotko A.V.. Two-dimensional hydrodynamic flood modelling for populated valley areas of russian rivers. Proc. IAHS, 370: 2015, P. 69 -74.
Butts M. Forecasting flood events: European technology at the leading adge. URL:2005, 3 p.
CapNet. 2008. Integrated Water Resources Management for River Basin Organizations: Training Manual. CapNet/UNDP 98p. URL: www.gwp.org/Global/ToolBox/References /IWRM%20for%20River%20Basin%20Organisations%20 (CapNet,%202008).pdf
CORFU, Collaborative Project in the FP7 Environment Programme, Report on Different Strategic Methods and tools, 2014, 91 p. URL:www.corfu7.eu
D. Mioc, B. Nickerson, F. Anton, E. MacGillivray, A. Morton, D. Fraser, P. Tang and A. Kam (2010). Early Warning And On-Line Mapping For Flood Events, Geoscience and Remote Sensing New Achievements, Pasquale Imperatore and Daniele Riccio (Ed.).17 p. URL:early-warning-and-online-mapping-for-flood-events
Dialogue on Climate Change Adaptation for Land and Water Management, 2009: The Nairobi Statement on Land and Water Management for Adaptation to Climate Change. URL:NAIROBI_STATEMENT. pdf
EC, 2000. Directive 2000/60/EC of the European Parliament and of the Council of 23 October 2000, establishing a framework for Community action in the field of water policy. 98 p. URL: 2007. Directive 2007/60/EC of the European Parliament and of the Council of 23 October 2007 on the assessment and management of flood risks. URL: 2009. White Paper Adapting to climate change: Towards a European framework for action. COM 147 final. URL:CELEX:52009DC0147:EN: NOT
EXCIFF, 2005. Flood forecasting in Europe: Current practices, needs and proposed actions to go forward. URL:EXCIFF_Current_practices_Doc1_2005.doc/view.
EXCIFF, 2006. Final report of the workshop «Exchange of experiences with flood modeling of different types of floods and river basins in Europe». URL: /downloads/exciff-related-documents/EXCIFF_2nd_workshop_report. zip/view.
EXCIMAP, 2007. Handbook on good practices for flood mapping in Europe. URL: damage prevention and control in China. Report of a study Tour and Workshop in the Peoples Republic of China. Oct. 1980 // Natur.Resour. / Water ser. 1983. №11, 121 p.
Flood Risk Management, Deltares, 2010, 77 р. URL: Risk Management in England, National Audit Office, 2011, 39 p. URL:www.nao.org.uk
Global Water Partnership Technical Advisory Committee, 2000: Integrated Water Resources Management. Technical Background Paper No. 4, Stockholm. Global Water Partnership. URL: www.gwp.orgwww.gwp.org(Water Partnership, 2009: Water Management, Water Security and Climate Change Adaptation: Early Impacts and Essential Responses. Technical Committee (TEC) Background Paper No.14, Stockholm, Global Water Partnership. URL: www.gwp.orgwww.gwp.org(Water Partnership, 2009: Integrated Water Resources Management in Practice: Better Water Management for Development. Stockholm. URL: www.gwp.orgwww.gwp.org(Water Partnership, INBO, 2009: A Handbook for Integrated Water Resources Management in Basins. 104 p. URL: www.gwp.orgwww.gwp.org(Water Partnership (GWP), 2012: n.d. IWRM Toolbox. URL: www. gwptoolbox.org/
Global Water Partnership Technical Committee, 2013: The role of decision support systems and models in integrated river basin management. Technical Focus Paper. 48 p. URL: www.gwp.orgwww.gwp.org(Chen, Xinxin Sun, Shengquan Li, Jiang Hi and Jiawei Zhang. An Intelligent Flood Control Decision Support System for Digital Urban Management, International Journal on Smart Sensing and Intelligent Systems vol.7, №1, 2014, P. 161 -177.
G. Pegram, Y. Li, T. Le. Quesne, R. Speed, J. Li, and F. Shen. 2013. River basin planning: Principles, procedures and approaches for strategic basin planning. Paris, UNESCO. 184 p. URL:Activities and projects - River basin management. 2000 -2013. URL:www.icpdr.org/icpdr-pages/river_basin_management.htm
Integrated Flood Management Concept Paper, WMO-№1047, 2009, 32 р. URL:www.apfm.infowww.apfm.info(Flood Risk Analysis and Management Methodologies, FLOODsite, Development of DSS for Long-term Planning, Review оf Existing Tools. 2007, 125 p. URL:www.floodsite.net
Jarvs C.S. Floodstage records of the river Nile. «Proceedings, ASCE». - 1936. P. 1012 -1071.
Jin Wang. Development of A Decision Support System For Flood Forecasting and Warning - A Case Study on The Maribyrnong River, Melbourne, Australia, 2007, 309 p.
Loucks D. P., Eelco van Beek. Water resources systems planning and management: an introduction to methods, models and applications / Daniel P. Loucks and Eelco van Beek with contributions from Jery R. Stedinger, Jozef P.M. Dijkman, Monique T. Villars. Paris: UNESCO Publishing, 2005. 680 p.
Luca Franzi. Flood Risk Management in Riversand Torrents, Risk Management for the Future - Theory and Cases, 2012, 43 p. URL: 11 - A Modelling System for River and Channels. Reference Manual, DHI Water Environment Health, Denmark, 2008, 520 p.
Modeling Aspects of Water Framework Directive Implementation / Peter A Vanrolleghem. London; New-York: IWA Publishing, 2010. V. 1. 352 p.
Platt R.H., McMullen G.M. Post-flood Recovery and Hazard Mitigation; Lessons from the Massachusetts Coast. February, 1978. Water Resources Research Center. University of Massachusetts at Amherst. Publication, 1980, No. 115. 123 p.
Proceedings of the European Conference on Flood Risk Management Research into Practice, (FLOODRISK 2008), Oxford, 2008, 334 p. URL:Risk%20Management-%20Research%20and%20Practice-%20Extended%20Abstracts%20 Volume. pdf
Sene K., Flood Warning, Forecasting and Emergency Response, Springer Science + Business Media B.V. 2008. 303 р.
Simonovic, S.P., Decision Support Systems for Flood Management in the Red River Basin. Report prepared for the International Joint Commission Red River Basin Task Force, 1998. 48 p.
Transboundary Flood Risk Management: Experiences from the UNECE Region, United Nations Publication, 2009, 98 p. URL:oes/Transboundary_Flood_Risk_Management_Final. pdf
United Nations Administrative Committee on Coordination and Inter-Secretariat Group for Water Resources (ACC/ISGWR), 1992: The Dublin Statement and the Report of the Conference. Geneva, ACC/ISGWR.
Water framework directive: model supported implementation. A water manager’s guide / F.F.Hattermann, Z.W.Kundzewicz. London; New-York: IWA Publishing, 2010. 268 p.
Ward R. Floods; a geographical perspective. London-Basingstoke. Me Millan Press. - 1978. 244 p.
Weme, A. de. Quasi-2D modelling of the River Elbe; A comparison of different inundation models for flood risk assessment within a decision support system. University of Twente. 2005. 83 p.
WMO/GWP, 2008. Making integrated flood management part of the development agenda. (Brochure), 10 p. URL: IWRM_Floods_Brochure_en. pdf.
Wu W. Computational River Dynamics. Taylor & Francis, London, Leiden, New York, Singapore, 2007, 509 p.
Yan Huang. Appropriate Modeling for Integrated Flood Risk Assessment, Wohrmann Print Service, Zutphen, The Netherlands 2005, 189 p.
Приложение 1
Перевод на русский язык оглавления монографии К. Сене [87]
Предисловие
Благодарности
1. Введение
1.1 Процесс предупреждения наводнений
1.2 Природа рисков наводнений
1.2.1 Ситуации наводнений
1.2.2 Оценки рисков наводнений
1.3 Реагирование на ЧС
1.4 Роль прогнозирования наводнений
Часть I Предупреждение наводнений
2. Обнаружение
2.1 Метеорологические условия
2.1.1 Специальные наблюдения на местах
2.1.2 Дистанционное зондирование
2.1.3 Прогнозирование погоды
2.2 Речные и прибрежные условия
2.2.1 Мониторинг рек/уровней приливов
2.2.2 Мониторинг скоростей течения
2.2.3 Мониторинг волн
2.3 Инструментальные сети
2.3.1 Системы телеметрии
2.3.2 Проектирование сети
3. Пороговые значения
3.1 Пороговые значения осадков
3.2 Пороговые значения для рек и побережий
3.2.1 Введение
3.2.2 Простые методы прогнозирования
3.3 Мониторинг эффективности
4. Распространение
4.1 Процедуры предупреждений о наводнениях
4.1.1 Введение
4.1.2 Территориальное предупреждение о наводнениях
4.1.3 Организационные проблемы
4.1.4 Ситуационные центры
4.2 Методы распространения
4.2.1 Введение
4.2.2 Роль информационных технологий
4.2.3 Послания с предупреждениеми
4.3 Проектирование и реализация
Часть II Прогнозирование наводнений
5. Общие принципы
5.1 Обсуждение замысла модели
5.2 Прогностические системы
5.3 Усвоение данных
5.3.1 Ошибки прогноза
5.3.2 Обновление данных о состоянии и параметрах
5.3.3 Другие методы
5.4 Калибровка и качество функционирования модели
5.4.1 Основные концепции
5.4.2 Калибровка модели
5.4.3 Мероприятия, связанные с качеством функционирования модели
5.5 Неопределенности моделей
6. Реки
6.1 Построение моделей
6.1.1 Требования к прогнозу
6.1.2 Доступность данных
6.1.3 Типы моделей
6.2 Модели осадки - сток
6.2.1 Введение
6.2.2 Модели, основанные на описании процессов
6.2.3 Концептуальные модели
6.2.4 Методы, основанные на данных
6.3 Модели течений в речных руслах
6.3.1 Введение
6.3.2 Модели, основанные на описании процессов
6.3.3 Концептуальные модели
6.3.4 Методы, основанные на данных
7. Прибрежные зоны
7.1 Проблемы построения моделей
7.2 Модели, основанные на описании процессов
7.2.1 Прогнозирование астрономических проливов
7.2.2 Прогнозирование нагонов
7.2.3 Прогнозирование волн
7.2.4 Процессы береговой зоны
7.3 Методы, основанные на данных
7.3.1 Искусственные нейтронные сети
7.3.2 Другие методы
8. Избранные применения
8.1. Интегральные модели водосбора
8.1.1 Введение
8.1.2 Подход, основанный на моделировании
8.1.3 Плохо измеряемые притоки
8.2 Прогнозирование ливневых паводков
8.3 Снег и лед
8.3.1 Прогнозирование таяния снега
8.3.2 Прогнозирование состояния речного льда
8.4 Инженерные структуры управления
8.4.1 Плотины и водохранилища
8.4.2 Инженерные структуры управления рекой
8.4.3 Барьеры для наводнений
8.5 Городской дренаж
8.6 Геотехнические риски
8.6.1 Риски для инженерных структур
8.6.2 Движения земной коры
Часть III Реагирование на ЧС
9. Готовность
9.1 Планирование ЧС при наводнениях
9.1.1 Общие принципы
9.1.2 Оценки рисков
9.1.3 Универсальные подходы
9.1.4 Планы верификации и тестирования
9.2 Устойчивость
9.2.1 Введение
9.2.2 Методы анализа
9.3 Роль информационных технологий
9.3.1 Введение
9.3.2 Географические информационные системы
9.3.3 Визуализация и моделирование
10. Реагирование
10.1 Управление событиями наводнений
10.1.1 Подготовительные действия
10.1.2 Своевременность действий
10.2 Системы поддержки принятия решений
10.3 Работа с неопределенностями
11. Общий взгляд и проблемы
11.1 Мониторинг качества функционирования
11.2 Улучшение качества функционирования
11.2.1 Обнаружение
11.2.2 Пороговые значения
11.2.3 Распространение
11.2.4 Прогнозирование
11.2.5 Готовность
11.2.6 Реагирование
11.3 Приоритеты инвестирования
11.3.1 Анализ стоимостных выгод
11.3.2 Анализ, основанный на мультикритериальности и риске
Глоссарий
Литература
Индексы
Приложение 2
2.1. Полный текст оглавления монографии П. Ю. Пушистова и В. Н. Данчева [40]
Введение
Часть 1. Опыт разработки и результаты применения информационно-вычислительного комплекса «Северная Сосьва»
1.1 Базовые уравнения, численная реализация, файловая структура, возможности и ограничения модели гидродинамики и качества воды CE-QUAL-W2
1.2 Объект и необходимость моделирования. Некоторые результаты начального этапа (2004 - 2006 гг.) применения численной модели W2 (W2 -2006) для пилотного участка среднего течения реки Северная Сосьва
1.3 Полевые исследования морфометрии и характеристик течения пилотного участка р. Северной Сосьвы в сентябре 2007 г. Разработка численной модели W2 -2009
1.4 Результаты применения информационно-вычислительной системы MIKE11 для моделирования переменных гидродинамики среднего течения реки Северная Сосьва
1.5 Разработка и результаты верификации ИВК «Северная Сосьва»
1.5.1 Состав ИВК «Северная Сосьва». Технология и результаты автоматизированной генерации файла батиметрии с использованием картографических материалов и данных полевых работ
1.5.2 Результаты верификации ИВК «Северная Сосьва» (W2 -2011)
Выводы
Часть 2. Опыт разработки и результаты применения информационно-вычислительного комплекса «Телецкое озеро»
2.1 Объект и необходимость моделирования. Обзор экспериментальных исследований и работ по феноменологическому и численному моделированию Телецкого озера и некоторых озер-аналогов
2.2 Состав ИВК «Телецкое озеро». Технология и результаты автоматизированной генерации файла батиметрии котловины и береговой зоны Телецкого озера, русла и поймы устьевого участка реки Чулышман
2.3 Проблемы и программа калибровки и верификации ИВК «Телецкое озеро»
2.4 Результаты моделирования динамики проникновения вод реки Чулышман в меридиональную часть Телецкого озера в период весеннего половодья
2.5 Результаты численного исследования термического режима и циркуляций Телецкого озера при сезонной изменчивости параметров внешних метеорологических и гидрологических воздействий
2.6 Оценки прогностических возможностей модели W2 -2012 по воспроизведению динамики термического режима Телецкого озера при задании внешних метеорологических и гидрологических воздействий на основе использования суточных данных наблюдений за апрель-июль 1968 года
Выводы
Заключение
Литература
2.2. Литература, цитируемая в монографии [40]
Алимов А. Ф., Андреев О. А. и др. Интегрированное управление водными ресурсами Санкт-Петербурга и Ленинградской области / опыт создания системы поддержки принятия решений. Спб.: Borey Print, 2001, 419 с.
Барышников Н. Б. Руководство к работам по динамике русловых потоков и русловым процессам. Л.:Гидрометеоиздат, 1991. 224 с.
Будяну А. Т., Викторов Е. В., Пушистов П. Ю. Результаты применения информационно-вычислительной системы MIKE11 для моделирования переменных гидродинамики среднего течения реки Северная Сосьва // Известия Алтайского государственного университета, 2012. Выпуск «Управление, вычислительная техника и информатика». №2.
Васильев О. Ф., В. В. Селегей, В. В. Кириллов. Озеро Телецкое - особенности лимнологической системы: история и перспективы исследования // Байкал - природная лаборатория для исследования изменения окружающей Среды и климата. Иркутск: Изд-во «Лисна», 1994. Т. 6. 50 с.
Васильев О. Ф., Кириллов В. В., Клеркс Я., Селегей В. В. Комплексные исследования экосистемы Телецкого озера // Гидрологические и экологические процессы в водоемах и их водосборрных бассейнах: Мат. междунар. симп. - Новосибирск: Изд СО РАН, 1995. С. 120 -122
Васильев О. Ф. Создание систем оперативного прогнозирования половодий и паводков // Вестник Российской Академии Наук. Т 82, №3. 2012. С. 237 -242
Вместе учимся совместному управлению: развитие участия в управлении водными ресурсами / D. Ridder, E. Mostert, H.A. Wolters [et al.]. Eco-TIRAS. - Ch.: S.n., (Tipogr. «Elan Poligraf ” SRL). 2010. 98 p.
Водные ресурсы и качество вод: состояние и проблемы управления / В. И. Данилов-Данильян, В. Г. Пряжинская. М.: РАСХ, 2010. 415 с.
Данчев В. Н., Пушистов П. Ю. Опыт разработки и результаты применения информационно-вычислительного комплекса для моделирования гидродинамики и качества воды рек и водоемов бассейна Оби. Часть 2 - Телецкое озеро и участок реки Чулышман // Вестник БГУ. - 2012. - №9. - С. 154 -161
Дебольская Е. И., Масликова О. Я., Исаенков А. Ю., Кузнецов И. С. Исследование гидро- и термодинамических процессов в системе Шатурских озер-охладителей // Гидротехническое строительство. 2010. №3. С. 2 -10.
Дикунец В. А., Пушистов П. Ю. Земцов В. А., Шавин П. Б. Разработка системы поддержки принятия решений для интегрированного управления водохозяйственным комплексом бассейна р. Северная Сосьва при реализации мегапроекта «Урал Промышленный - Урал Полярный» // Водные проблемы крупных речных бассейнов и пути их решения: сб. науч. тр. Барнаул: ООО «Агентство рекламных технологий», 2009. С. 489 -502.
Дикунец В. А., Пушистов П. Ю., Романенко Р. Д., Шевченко А. А., Земцов В. А. Необходимость и методы разработки системы поддержки принятия решений по сохранению уникальной экосистемы реки Северная Сосьва при крупномасштабном горно-промышленном и транспортно-энергетическом освоении Приполярного Урала / Реки Сибири: Материалы V Международной конференции. Томск, 16 -18 апреля 2010 г. Томск: Дельтаплан, 2010. С 32 -36.
Земцов В. А., Вершинин Д. А., Крутовский А. О., Каменсков Ю. И. Русловые и пойменные процессы рек Сибири. Учебное пособие. Томск: ТМЛ-Пресс, 2007. 182 с.
Земцов В. А., Вершинин Д. А., Инишев Н. Г., Мезенцев А. В. Компьютерное моделирование речной динамики как элемент системы поддержки принятия решений (на примере крупных рек Сибири) // Водные проблемы крупных речных бассейнов и пути их решения /: сб. науч. тр. Барнаул: ООО «Агентство рекламных технологий», 2009. С. 489 -502
Земцов В. А., Вершинин Д. А., Инишев Н. Г., Киселев Д. В., Виноградов В. Ю. Изучение стока наносов на сложных участках русловой системы реки Томь: методология и некоторые результаты / Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов: материалы третьей всероссийской конференции с международным участием. Барнаул, 24 -28 августа 2010 г. Барнаул: АРТ, 2010. С. 117 -120
Земцов В. А., Вершинин Д. А., Инишев Н. Г. Применение имитационных компьютерных моделей участков речной сети для расчета и прогноза полей скорости, стока наносов и русловых деформаций / Водные и экологические проблемы Сибири и Центральной Азии: труды Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной 25-летнему юбилею Института водных и экологических проблем СО РАН. Барнаул: ООО «Пять плюс», 2012. Т 1. С. 34 -37.
Зиновьев А. Т. Моделирование температурной стратификации Телецкого озера // Основные закономерности глобальных и региональных изменений климата и природной среды в позднем кайнозое Сибири. Новосибирск: Изд-во ИАЭ СО РАН, 2002. Вып. 1. С. 212 -216.
Зиновьев А. Т., Кошелев К. Б., Марусин К. В. Температурный режим Телецкого озера: моделирование и эксперимент // Мир науки, культуры, образования. 2010. №6. С. 285 -289.
Иванов В. Г. Формирование и эволюция весеннего термобара за счет стока реки (на примере Селенгинского мелководья озера Байкал): автореф. дис. … канд. геогр. наук: 25.00.27 - Иркутск, 2012. 24 с.
Исаенков А. Ю. Совершенствование методов прогноза гидродинамического и термического режимов водоемов-охладителей: автореф. дис. … канд. техн. Наук: 05.23.16. - М, 2010. 23 с.
Квон В. И., Квон Д. В. Численный анализ механизма глубокого проникновения поверхностных вод в прибрежной зоне озера в период весенне-летнего термобара // Вычисл. технологии. 1997. Т. 2. №5. C. 46 -56.
Квон Д. В., Квон В. И. Численный расчет стоковых и термогравитационных течений в Телецком озере // Метеорология и гидрология. 1998. №6. С. 68 -76.
Квон Д. В. Математическое моделирование гидротермических процессов в Телецком озере [Рукопись]: автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. физ.-мат. наук: 05.13.16 / Д. В. Квон. - Барнаул, 1998. - 21 с.
Квон Д. В., Квон В. И., Семчуков А. Н. Численный расчет продольно-вертикальной термической структуры Телецкого озера в годовом цикле // Вычислительные технологии. 2000а. Том 5. №3. С. 29 -45.
Квон Д. В., Квон В. И., Филатова Т. Н. Численное моделирование гидротермических процессов в предустьевой области Телецкого озера // Вычислительные технологии. 2000б. Том 5. №3. С. 68 -77.
Колпакова Е. Рекам и людям - чистую воду! - М.: Лесная страна, 2007. 190 с.
Концепция комплексного промышленного освоения Приполярного Урала на основе опережающего развития транспортной и энергетической инфраструктуры. Раздел «Недропользование» (краткое содержание). Ханты-Мансийск: ОАО НПЦ «Мониторинг», 2006, 39 с.
Ладожское озеро - прошлое, настоящее, будущее. Спб.: Наука, 2002. 327 с.
Лёзин В. А. Реки Ханты-Мансийского автономного округа. Справочное пособие. Тюмень: Вектор-Бук, 1999. 160 с.
Материалы наблюдений на озерах и водохранилищах. Дополнение к Гидрологическому ежегоднику, 6, вып. 0. Главное управление гидрометеорологической службы при СМ СССР, Западно-Сибирское управление гидрометеорологической службы, озерная станция Яйлю, 1968
Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Вып. 2: Гидрометеорологические наблюдения на постах. Ч.2. Гидрологические наблюдения на реках и озерах. Л.: Гидрометеоиздат. 1946. 34 с.
Пряжинская В. Г., Ярошевский Д. М., Левит-Гуревич Л. К. Компьютерное моделирование в управлении водными ресурсами. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. 496 с.
Пушистов П. Ю., Алсынбаев К. С., Чемляков Н. В., Вторушин М. Н., Ермаков И. С., Данилин А. Н., Болгова В. М., Казарина О. Р., Лисовский Д. А. Численное моделирование пространственно-временной структуры гидродинамики и характеристик качества воды реки Северная Сосьва // Оптика атмосферы и океана. 2006. Т. 19. №11. С. 956 -960.,
Пушистов П. Ю., Вторушин М.Н, Мигунов В. И., Трапезников А. В. Опыт проведения экосистемных наблюдений и построения информационно-моделирующих систем гидрологического и экологического мониторинга для предупреждения угроз безопасности жизнедеятельности в бассейне нижнего течения рек Оби и Иртыша / Междисциплинарные исследования проблем обеспечении безопасности жизнедеятельности населения в современных условиях: Материалы XII Международной научно-практической конференции по проблемам защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций. Москва, 18 -20 апреля 2007. С. 133 -141
Пушистов П. Ю., Вторушин М. Н., Романенко Р. Д., Земцов В. А. Разработка электронного реестра-справочника информационно-вычислительных средств для планирования и управления системой водных ресурсов // Водные проблемы крупных речных бассейнов и пути их решения /: сб. науч. тр. Барнаул: ООО «Агентство рекламных технологий», 2009а. С. 546 -557
Пушистов П. Ю., Вторушин М. Н., Романенко Р. Д. Результаты применения методов системного анализа при исследовании детальной пространственно-временной структуры переменных гидродинамики и качества воды среднего течения крупной реки Северная Сосьва // Водные проблемы крупных речных бассейнов и пути их решения: сб. науч. тр. Барнаул: ООО «Агентство рекламных технологий», 2009б. С 333 -345.
Пушистов П. Ю. Обзор методов разработки и применений систем поддержки принятия решений для интегрированного управления речным бассейном / Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов: Материалы Третьей всероссийской конференции с международным участием. Барнаул, 24 -28 августа 2010 г. Барнаул: Изд-во АРТ, 2010. С 536 -539
Пушистов П. Ю., Дикунец В. А., Земцов В. А., Романенко Р. Д. Исследование осуществимости разработки системы поддержки принятия решений по сохранению уникальной экосистемы реки Северная Сосьва при крупномасштабном горно-промышленном и транспортно-энергетическом освоении Приполярного Урала / Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов: Материалы Третьей всероссийской конференции с международным участием. Барнаул, 24 -28 августа 2010 г. Барнаул: Изд-во АРТ, 2010. С. 516 - 519
Пушистов П. Ю., Романенко Р. Д., Данчев В. Н. Интегрирование результатов экспериментальных исследований и применения информационно-вычислительного инструментария Arcgis и WMS для разработки системы управления использованием и охраной водных ресурсов в бассейне реки Северная Сосьва / Сборник материалов XI Международного научно-практического симпозиума и выставки «Чистая вода России», 18 -20 мая 2011 г. Екатеринбург, 2011. С 107 -108
Пушистов П. Ю., Данчев В. Н., Романенко Р. Д. Опыт разработки и результаты применения информационно-вычислительного комплекса для моделирования гидродинамики и качества воды рек и водоемов бассейна Оби. Часть 1 - участок реки Северная Сосьва // Вестник БГУ. - 2012. - №9. - С. 177 -184.
Разработка научно-технических предложений по созданию высокотехнологичной системы автоматизированного мониторинга и управления использованием и охраной водных ресурсов зон поэтапного промышленного освоения Приполярного Урала в бассейне реки Северная Сосьв // Отчет по Гранту Правительства ХМАО-Югры №7Г/08, г. Ханты-Мансийск, 2009. 136 с
Селегей В. В. О структуре климата долины Телецкого озера // Метеорология и гидрология. 1976. №10. С. 44 -49
Селегей В. В., Селегей Т. С. Телецкое озеро. Гидрометеорологический режим озер и водохранилищ СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 143 с.
Селегей В., Дехандсхюттер Б., Клеркс Я., Высоцкий Е. Физико - географическая и геологическая характеристика Телецкого озера. Тервюрен - Бельгия, 2001. 322 с.
Селегей В. В. Телецкое озеро. Очерки истории. В трех книгах. Книга первая. Новосибирск: Офсет, 2009. - 119 с.
Селегей В. В. Телецкое озеро. Очерки истории. В трех книгах. Книга вторая. Новосибирск; Горно-Алтайск: Офсет, 2010. - 173 с.
Селегей В. В. Телецкое озеро: очерки истории. В трех книгах. Книга третья. Барнаул: Пять плюс, 2011. - 244 с.
Создание и практическое применение информационно - моделирующих систем (базы данных гидрометеорологических и экосистемных наблюдений, ГИС-компонента, базовый комплекс математических моделей гидродинамики и качества воды) для комплексного мониторинга р. Иртыш (нижнее течение) и р. С. Сосьва (среднее течение) // Отчет ЮНИИТ за 2006 год [Электронный ресурс]. - Режим доступа: и практическое применение информационно-моделирующей системы гидродинамики реки Северная Сосьва (среднее течение) // Отчет ЮНИИТ за 2005 год [Электронный ресурс]. - Режим доступа: 33 -101 -2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик. Издание официальное. М.: Госстрой России, 2004, 73 с.
Степаненко В. М., Миранда П. М., Лыкосов В. Н. Численное моделирование мезомасштабного взаимодействия атмосферы и гидрологически неоднородной суши. - Вычислительные технологии, 2006. - Т. 11. - Вып. 3. - С. 118 -127.
Страшкраба М., Гнаук А. Пресноводные экосистемы. Математическое моделирование. М.: Мир, 1989. 376 с.
Суперкомпьютерное моделирование в физике климатической системы: Учеб. Пособие / В. Н. Лыкосов и др. Предисл.: В. А. Садовничий. - М.: Издательство Московского университета, 2012. - 408 с.
Тихомиров А. И. О термическом баре Ладожского озера // Изв. ВГО. 1963. Т. 95. №2. - С. 134 -142.
Тихомиров А. И. Температурный режим и запасы тепла Ладожского озера // Тр. Лабор. озероведения. 1968. Т.22. С. 65 -78.
Тихомиров А. И. Термика крупных озер. Л.: Наука, 1982. - 232 с.
Характеристика экосистемы реки Северной Сосьвы / под ред. Л. Н. Добринского. Свердловск: УрО АН СССР, 1990. 255 с.
Цветова Е. А. Численная модель термобара в озере Байкал // Метеорология и гидрология, 1997. №9. С. 58 -68.
Черных Д. В., Ротанова И. Н. Современные ландшафты Прителецкого района (Горный Алтай) / География и природные ресурсы, 2006. №1. С. 150 -154.
Чубаренко И. П., Есюкова Е. Е. Каскадинг в прибрежной зоне озера при суточных колебаниях условий теплообмена // Естественные и технические науки. 2008. №4. С. 206 -211.
Чубаренко И. П. Горизонтальный конвективный водообмен над подводными склонами: автореф. дис. … докт. физ.-мат. наук: 25.00.28. - M, 2010. 44 с.
Шлычков В. А. Численные модели для описания пространственной структуры течений в водоемах сложной морфометрии // Водные проблемы крупных речных бассейнов и пути их решения: сб. науч. тр. Барнаул: ООО «Агентство рекламных технологий», 2009. С 379 -391.
Экологические проблемы индустрии туризма на Приполярном Урале / сост. В. С. Дедков. Екатеренбург: Изд-во Уральского университета, 2002.176 с.
Экология Ханты-Мансийского автономного округа / под ред. В. В. Плотникова. Тюмень: СофтДизайн, 1997. 288 с.
A Handbook for Integrated Water Resources Management in Basins - GWP, INBO, 2009. 104 p.
Berger C.J. and Wells S.A. Lake Whatcom Water Quality Model. Technical Report EWR-03 -05, Maseeh College of Engineering and Computer Science, Department of Civil and Environmental Engineering, Portland State University, Portland, OR, 2005. 839 p.
Carmack, E.C. Combined influence of inflow and lake temperatures on spring circulation in a riverine lake // J. Phys. Oceanogr. 1978. V. 9. P: 422 -434.
Carmack E. C., Gray C. B. J., Pharo C. H. & Daley, R. J. Importance of lake-river interaction on seasonal patterns in the general circulation of Kamloops Lake, British Columbia. Limnol. Oceanogr. 24 (4), 1979. P. 634 -644.
Carmack E. C., Wiegand R. C., Daley R. J., Gray C. B. J., Jasper S., Pharo C. H. Mechanisms in?uencing the circulation and distribution of water mass in a medium residence time lake. Limnol. Oceanogr. 31 (2), 1986. P. 249 -265.
Chen C.T., Millero F.J. Effect of salt content on the temperature of maximum density and static stability in Lake Ontario. Limnology and Oceanography, V. 22, No. I, 1977. P: 158 -159.
Colе T.M., Wells S.A. «CE-QUAL-W2» A two-dimensional, laterally averaged, Hydrodynamic and Water Quality Model, Version 3.2, Instruction Report EL-2003 -1, US Army Engineering and Research Development Center, Vicksburg, MS, 2003. 634 p.
Colе T.M., Wells S.A. «CE-QUAL-W2» A two-dimensional, laterally averaged, Hydrodynamic and Water Quality Model, Version 3.5, Instruction Report EL-06 -1, US Army Engineering and Research Development Center, Vicksburg, MS, 2006. - 681 p.
Csanady G.T. Spring thermocline behavior in Lake Ontario durind IFYGL // Water Res. 4. 1970. P: 79114. J. Phys. Oceanogr. 1974. V. 4. P: 425 -445.
Danchev V. N., Pushistov P. Yu., Kirillov V. V., Dyachenko A. V. Information system, as the tool of research of an ecosystem dynamics of a deep reservoir and its basin (on example of lake Teletskoye) / International conference on Environmental Observations, Modeling and Information Systems ENVIROMIS-2010, July 5 -11, Tomsk, Russia: Program&Abstracts, P 112 -113
Dikunets V. A., Pushistov P. Yu., Zemtsov V. A., Romanenko R. D., Danchev V. N. Decision support systems for water resources management of river basin. The review of methods, models and applications / International conference on Environmental Observations, Modeling and Information Systems ENVIROMIS-2010, July 5 -11, Tomsk, Russia: Program&Abstracts, P 110 -111
Edinger J. E., Buchak E.M. Numerical Hydrodynamics of Estuaries, in P. Hamilton and K. B. Macdonald (eds.), Estuarine and Wetland Processes with Emphasis on Modeling, Plenum Press, New York, New York. 1980 p. 115 -146.
Edinger J. E., Buchak E. M. Numerical Waterbody Dynamics and Small Computers, Proceedings of ASCE 1985 Hydraulic Division Specialty Conference on Hydraulics and Hydrology in the Small Computer Age, Aug. 13 -16, American Society of Civil Engineers, Lake Buena Vista, FL. 1985.
Elliot G.H. A laboratory and mathematical study of the thermal bar: PhD thesis. Inst, of Oceanogr., Univ. of British Columbia, Vancouver, B.C., Canada, 1970. 24 pp.
Foster T. D. An analysis of the cabbeling instability in sea water // J. Phys. Oceanogr. 1972. V. 2. №3. P. 294 -301.
GWP TAC, Background Paper No. 4. Integrated Water Resources Management. Global Water Partnership, Stockholm, Sweden, 2000. 71 p
Hantush M.M., Dai T., Koenig J. TMDL model evaluation and research needs. U.S. Environmental Protection Agency, Washington, DC, EPA/600/R-05/149 (NTIS PB2006 101508), 2005. 403 p.
Holland P.R., Kay A., Botte V. A numerical study of the dynamics of the riverine thermal bar in a deep lake // Environmental Fluid Mechanics. 2001. V. 1. P: 311 -332.
Holland P.R., Kay A., Botte V. Numerical modelling of the riverine thermal bar and its ecological consequences in a river-dominated lake // Journal of Marine Systems. 2003. V 43. P. 61 -81.
Hutchinson G. E. A treatise on limnology. v. 1, 1957. 1015 pp.
IWRM ToolBox Version 2 - Foreword - GWP 2008, 154 P.
Ladoga and Onego - Great European Lakes: Observations and Modeling. Rukhovets L., Filatov N. (Eds.). London. Springer-Praxis. 2010. 308 p.
Lake Whatcom Models Review. Independent review performed by Tetra Tech for the Washington State Department of Ecology, April 2008 Publication no. 09 -10 -013. 38 p.
Loucks D. P., Eelco van Beek. Water resources systems planning and management: an introduction to methods, models and applications / Daniel P. Loucks and Eelco van Beek with contributions from Jery R. Stedinger, Jozef P.M. Dijkman, Monique T. Villars. Paris: UNESCO Publishing - ISBN 92 -3 -103998 -9, 2005. 680 p
Malm J. Spring circulation associated with the thermal bar in large temperate lakes // Nordic Hydrology. 1995. №26. P. 331 -338.
MIKE 11 - a Modelling System for River and Channels. Short Introduction Tutorial, DHI Water Environment Health, Denmark, 2006. 104 p.
MIKE 11 - a Modelling System for River and Channels. Reference Manual, DHI Water Environment Health, Denmark, 2008, 520 p.
Miller J. B. East Canyon Reservoir CE-QUAL-W2 Model, 2008 Water Quality Assessment Utah DEQ Phosphorus TMDL. JM Water Quality, LLC, Hooper. 2008. 100 p.
Modelling Aspects of Water Framework Directive Implementation / Peter A Vanrolleghem. London; New-York: IWA Publishing - ISBN 9781843392231, 2010. V. 1. 352 p.
Pushistov P. Yu., Dikunets V.A., Zemtsov V.A., Shavin P.B. Development of information-computational decision support system for water resources planning and management attached to realization of a megaproject «Ural Promyshlenniy - Ural Polyarniy» / International conference on Computational Information Technologies for Enviromental Sciences CITES-2009, July 11 -15, Krasnoyarsk, Russia: Program&Abstracts, P 25 -26
Pushistov P. Yu., Romanenko R. D., Viktorov E. V. Results of the comparative analysis of sensitivity 2,5 D models CE-QUAL-W2 and 1 D models Mike-11 at reproduction of a hydrological mode of the river Northern Sosva area/ International conference on Environmental Observations, Modeling and Information Systems ENVIROMIS-2010, July 5 -11, Tomsk, Russia: Program&Abstracts, P 113 -114
Ryle R., Mesner N., Jensen S. Ice Formation on Brownlee Reservoir and Potential Effects on Big Game Populations. In: Technical appendices for new license application: Hells Canyon Hydroelectric Project. Idaho Power, Boise, ID. Technical Report E.3.2 -35. 2001.78 p.
SonTek. SonTek/YSI ADP. Acoustic Doppler Profiler Technical Documentation. San Diego: SonTek/YSI, 2000 -2001. 186 pp.
Strom K.M. The temperature of maximum density in fresh waters. Geofys. Publ. 1945. №. 16. 14 pp.
Tsvetova E.A. Convective currents assotiated with the thermal bar of Lake Baikal // Advanced Mathematics: Coputations and Applications. NCC Publisher, 1995. P. 386 -393.
Vasiliev O.F., Bocharov O.B., Kvon V.I., Ovchinnikova T.E., Kvon D.V. Numerical Modelling of Thermal Bars in Deep Lakes. - In: Proceedings, the 3-rd International Conference on Hydro-Science and - Engineering, Cottbus/Berlin, Germany, 1998. (CD-ROM).-20 p.
Vasiliev, O.F., Kvon, V.I., Kvon, D.V. Mathematical modeling of thermal bar in Lake Teletskoye. Proceedings of the 28 IAHR Congress, Theme D, Graz (Austria), 1999.6 p.
Walker S.J., Watts R.G. A three-dimensional numerical model of deep ventilation in temperate lakes // J. Geophys. Res. 1995. V. 100. P. 22711 -22731.
Water framework directive: model supported implementation. A water manager’s guide / F.F.Hattermann, Z.W.Kundzewicz. London; New-York: IWA Publishing - ISBN 9781843392736, 2010. 268 p.
Wu W. Computational River Dynamics. Taylor & Francis, London, Leiden, New York, Singapore, 2007, 509 pp.
Zilitinkevich S. S., Kreiman K. D., Terzhevik A. Y. The thermal bar // J. Fluid Mech. 1992. №236. P. 22 -47.
notes
Примечания
1
Полную библиографию работ этого консорциума читатель может найти на сайте на русский язык [71] и [72] можно найти на сайте из первых и успешных попыток анализа осуществимости проекта специализированной СППР для управления наводнениями в бассейне реки Ред (Канада, США) была предпринята в том же 1998 году и её результаты изложены в отчете [88]
4
Рисунок 1 и последующие в этом разделе адаптированы из [81]
5
Рисунок 4 адаптирован из [77]
6
Рисунок 5 и последующие в этом разделе адаптированы из [89]
7
См. документ MP. WAT/2000/7, адрес в Интернете: в Интернете: в Интернете: в интернете: в интернете: и в интернете: См. также: from the Commission to the European Parliament and the Council - Addressing the challenge of water scarcity and droughts in the European Union. COM (2007) 414 final
14
Рисунок 7 и последующие в этом разделе адаптированы из [66]
15
Рисунок 11 и последующие в этом разделе адаптированы из [81]
16
.Полный вариант перевода оглавления монографии [87] приведен в Приложении 1 нашей книги
17
Рисунок 18 и последующие в этом разделе адаптированы из [87]
18
Рисунок 20 и последующие в этом разделе адаптированы из [51]
19
Полный вариант оглавления [40] приведен в Приложении 2.1 нашего обзора
20
Здесь и далее в этом разделе ссылки на литературу в круглых скобках соответствуют оригиналу [40] (см. Приложение 2.2 нашей книги)
21
Рисунок 25 и последующие в этом разделе адаптированы из [40]
22
Совсем недавний пример успешного применения MIKE11 в составе ИВК, разработанного сотрудниками ИВП РАН для сценарного воспроизведения динамики наводнения на реке Амур в 2013 году, описан в статье [18], опубликованной в 2014 году.
23
На рисунке 1, главы 11 [82] приведена удивительная карта, составленная великим Леонардо да Винчи в 1503 году и представляющая окрестности Пизы и эскиз проекта переброски части стока реки Арно, который позднее обосновал Галилео Галилей, выдающийся итальянский математик, физик и астроном.
24
На это нам в частности и весьма любезно указал профессор В.Н.Лыкосов
