3840

Оперативная эксплуатация «ГИС Волга» В ходе оперативной эксплуатации «ГИС Волга» в 2019 г. за первую декаду ноября

был выявлен аномально интенсивный подъем уровня воды из-за осадков в виде снега и дождя (на 0,2-1,9 м, местами до 2,3-3,2 м за сутки) выше Рыбинского водохранилища. На следующих реках Тверце, Корожечне (Тверская область), на реках Костроме, Ветлуге, Унже, Мезе. Мере, Сендеге, Немде, Вохме, Нее (Костромская область), на реках Согоже, Соти, Черемухе, Урдоме, Сутке, Обноре (Ярославская область), как показано на рис 5. Также высокий уровень воды отмечался на реках Молога, Чагодоща, Андога, Ягорба (Вологодская область), на реках Мста, Шелонь, Ловать, Явонь, Холова, Пола, Уверь, Полить (Новгородская область), на реке Плюсса (Псковская область). На большинстве этих рек наблюдалось затопление поймы и пониженных участков местности на глубину 0,1-3,7 м.

Рис. 5. Неблагоприятная гидрологическая обстановка на р. Ветлуга (превышение отметки поймы на посту г. Шарья), на реках выше Рыбинского водохранилища, на реке Кама, по данным гидрологических постов от 10.11.2019 г. и метеорологического прогноза Гидрометцентра России от 11.11.2019 г. в «ГИС Волга»

В 2020 г. сложная гидрологическая обстановка отмечалась на участке от г. Ярославль до г. Тутаев 7 февраля 2020 года, обусловленная формированием затора льда в речной части Горьковского водохранилища и резким ростом уровня воды выше затора, как показано на рис. 6. Формирование затора началось с 28 января 2020 г., о чем все заинтересованные потребители информировались через ежедневные гидрологические обзоры Росгидромета, доступные в системе «ГИС Волга». Пользователи системы наблюдали за развитием гидрологической ситуации, оперативно получая наземную и спутниковую информацию и справочно-аналитическую информацию.

Рис. 6. Неблагоприятная гидрологическая обстановка из-за затора льда на участке реки Волга от г. Ярославль до г. Тутаев вблизи Горьковского водохранилища, представленная по спутниковым данным КА «Landsat8» (OLI) от 10.02.2020 11:23 (спектральные каналы

0.450-0.515; 0.525-0.600; 0.630-0.680, пространственное разрешение 30 м.) совместно с данным значений уровня воды гидрологических постов сети Росгидромета

от 10.02.2020 8:00

90

Заключение и выводы Система «ГИС Волга» предназначена для мониторинга и прогнозирования

паводковой обстановки в бассейне реки Волга. Система создана на базисе ВебГИС- программного обеспечения. Она полностью автоматизирована от сбора, обработки и визуализации гидрометеорологических измерений с постов Росгидромета, метеорологических и гидрологических прогнозов, спутниковых данных до оперативного доведения продукции удаленным потребителям. При разработке системы использовался опыт создания системы ГИС «Амур» (2015 г.), но за счет применения ряда технологических решений «ГИС Волга» является более совершенной системой.

«ГИС Волга» подобно своему прототипу обозначается географически распределенной системой: ее базисная подсистема мониторинга наземной гидрометеорологических сведений и вычисления прогнозов дислоцируется в Гидрометцентре России, подсистема спутникового мониторинга опирается на НИЦ «Планета».

При этом «ГИС Волга» была дополнена рядом открытых веб-сервисов спутниковой информации с зарубежных КА (сервисы ESRI). Система «ГИС Волга» является масштабируемой, которую при необходимости можно быстро нарастить за счет введения дополнительных ГИС серверов, а также расширить ее при подключении новых видов информации от других подразделений Росгидромета. Для обеспечения бесперебойной работы и равномерной нагрузки между серверами используется кластер, слагающийся из 2-х ГИС серверов.

Всистеме ГИС «Волга» были применены новые передовые технологии для обработки

ивизуализации больших массивов информации, добавлены новые модели для автоматического расчета гидрологических прогнозов, модернизирован Веб-интерфейс

пользователя, расширен перечень продукции. В «ГИС Волга» был введен документооборот, позволяющий оперативно предоставлять пользователям бюллетени, сведения и справки, освобождая рабочий процесс гидрологов от постоянной пересылки документов по электронной почте, а также предоставляя возможность работать удаленно в «онлайн» режиме. Специалисты гидрологи подгружают в систему через собственный Веб-интерфейс документы и любые дополнительные мультимедийные файлы (например, фото и видео), которые сразу становятся доступны для просмотра и скачивания пользователям совместно с другими гидрометеорологическими данными.

На всем протяжении оперативного практического использования в 2019-2020 гг. система доказала свою успешность, рентабельность и действенность функционирования: своевременность и быстродействие доставки наземных и спутниковых гидрометеорологических сведений до клиентов, истинность и обоснованность предсказывания, многогранность категорий финишных ИТ-результатов.

В 2019 г. система активно использовалась при мониторинге Верхней Волги, где сложилась опасная ситуация за счет продолжительного выпадения осадков. В 2020 г. наблюдалась сложная ситуация, связанная с резким ростом уровня воды из-за затора льда на участке р. Волга вблизи Горьковского водохранилища.

Система «ГИС Волга» ориентирована на широкий круг потребителей, в том числе органы исполнительной власти: МЧС России (НЦУКС и другие организации), Минобороны России (ГМС ВС РФ и другие структуры). Двенадцать подразделений Росгидромета ежедневно используют систему в рабочем процессе. Доступ потребителей к наземным и спутниковым гидрометеорологическим данным в системе «ГИС Волга» в режиме функционирования, аналогичен с фактически действительным временным интервалом фиксации, данный факт вносит вклад в реализацию соответствующих реальному моменту времени, координационных руководящих резолюций, ориентированных на уменьшение последствий наводнений.

Литература

1.Fürst J. Application of GIS in Operational Hydrology. Report to WMO RA VI. WMO. 2002. 30 p.

2.Фролов А. В., Георгиевский Ю. В. Экстремальный паводок 2013 г. в бассейне реки Амур // В сб.: Экстремальные паводки в бассейне реки Амур: причины, прогнозы,

рекомендации. М. Росгидромет. 2014. С. 5–39.

91

3.Фролов А. В., Асмус В. В., Борщ С. В., Вильфанд Р. М. и др. «ГИС Амур»: система мониторинга, прогнозирования и раннего оповещения о наводнениях // Метеорология и гидрология. 2016. №3. С. 5-21.

4.Борщ С. В., Затягалова В. В., Кровотынцев В. А., Леонтьева Е. А., Симонов Ю. А. Система мониторинга, прогнозирования и раннего оповещения о наводнениях «ГИС Амур»

//Автоматизация в промышленности. 2016. №12. С. 18-23.

5.Borsch, S. Khristoforov A., Krovotyntsev V., Leontieva, E. Simonov Yu. and Zatyagalova V. A Basin Approach to a Hydrological Service Delivery System in the Amur River Basin // Geosciences 2018. V. 8(3). №93. P.1-16; https://doi.org/10.3390/geosciences8030093.

6.Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2015619668, 09.09.2015. Заявка № 2015616429 от 13.07.2015.

7.Борщ С. В., Симонов Ю. А., Христофоров А. В., Юмина Н. М. Краткосрочное прогнозированиеуровнейводынарекеАмур//Тр.ГидрометцентраРФ.2015.Вып.353. С.26–45.

8.Борщ С. В., Симонов Ю. А., Христофоров А. В., Чупин И. В., Юмина Н. М. Экстраполяция гидрографов как метод краткосрочного прогнозирования речного стока. М.:

Гидрологические исследования и прогнозы. 2018. № 3 (369). С. 74–86.

9. Асмус В. В., Загребаев В. А., Кровотынцев В. А., Милехин О. Е., Соловьев В. И., Успенский А. Б. Подсистема спутниковых наблюдений Росгидромета //Труды VI Всероссийского метеорологического съезда (г. Санкт-Петербург, 14-16 октября 2009 г.). Санкт-Петербург. 2011. С. 49-64.

10. Асмус В. В., Бучнев А. А., Кровотынцев В. А., Пяткин В. П. Комплекс программного обеспечения в задачах космического мониторинга опасных гидрометеорологических явлений // Труды Международной конференции «Вычислительная математика и математическая геофизика». Посвященная 90-летию со дня рождения академика А. С. Алексеева. 2018. С. 41-49.

11.Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2020618458, 29.07.2020. Заявка № 20206117358 от 15.07.2020.

12.Wagner W., Hahn S., Kidd R., Melzer T., Bartalis Z., Hasenauer S., Komma J. The ASCAT Soil Moisture Product: A Review of its Specifications, Validation Results, and Emerging

Applications / Meteorol. Z. 2013. 22 (5). P. 33.

1Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научно-исследовательский центр космической гидрометеорологии «Планета», ФГБУ «НИЦ «Планета»», Москва, Россия 2Федеральное государственное бюджетное учреждение «Гидрометеорологический научноисследовательский центр Российской Федерации», ФГБУ «Гидрометцентр

России», Москва, Россия

V.V. Deryugina1, Y.A. Simonov2, E.A. Leont’eva2, А.А. Nevskiy1

WEBGIS- TECHNOLOGIES OF PROCESSING AND ANALYSIS OF SPACE DATA AND HYDROLOGICAL MEASUREMENTSFOR MONITORING

AND FORECASTING

THE FLOODING SITUATION IN THE VOLGA RIVER BASIN

The system for monitoring and forecasting the flood situation («GIS Volga») is presented, designed to effectively control the hydrological situation and early warning of floods in the river basin Volga.

The system was created using WEB GIS technologies. It allows integrating ground-based, satellite, and predictive hydrometeorological information in a single information environment, as well as to carry out operational document management with the provision of hydrometeorological bulletins and references to user. Using the system in near-real-time mode allows to quickly access to all types of hydrometeorological information for making timely management decisions aimed at reducing the aftereffect of floodevents.

Keywords: geoinformation technologies, Web technologies, monitoring of the hydrological situation of the Volga River, flood forecasting, hydrometeorological services, hydrological calculations.

1Federal State Budgetary Institution «Scientific Research Center of Space Hydrometeorology «Planeta», Federal State Budgetary Institution «SIC «Planeta»», Moscow, Russia 2Federal State Budgetary Institution «Hydrometeorological Research Center of the Russian Federation», Federal State Budgetary Institution «Hydrometeorological Center of Russia», Moscow, Russia

92

УДК 624.131.131.543

Н.А. Корабельников1-3, Д.В. Кудинова1

ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ПРОГНОЗ РАЗВИТИЯ ОПОЛЗНЕЙ НА ОСНОВЕ ЛИНИЙ ПОТЕНЦИАЛЬНОГО ОПОЛЗНЕОБРАЗОВАНИЯ

Продемонстрирован метод пространственного прогноза развития оползней средствами ГИС и современных цифровых приложений на основе гипотезы об условиях их возникновения на изучаемой территории.

Ключевые слова: опасные геологические процессы, оползни, овражная эрозия, карты опасности, метод аналогий, линии потенциального оползнеобразования.

В пределах Воронежской области имеются территории, подверженные интенсивному развитию оползневых процессов. Прежде всего, это территории геоморфологически относящиеся к Среднерусской возвышенности – правобережье Дона и Калачская возвышенность. Во многих случаях оползневые явления здесь приобретают характер опасных геологических процессов.

Для пространственного прогноза опасных геологических процессов составляются карты опасности экзогенных процессов и карты оценки рисков от их развития.

Карты опасности отражают характеристики опасности (вероятности) развития процессов. Назначения таких карт – дать возможность специалистам не геологического профиля (архитекторам, строителям, землеустроителям, работникам МЧС) оценить опасность возникновения тех или иных ЭГП и принять своевременные и эффективные мероприятия.

Такие карты используются: для технико-экономического обоснования выбора участков освоения; для определения эффективного набора защитных мероприятий; для оценки стоимости земель; для определения величины страховых взносов за землю и хозяйственные объекты. Весьма эффективными бывают мероприятия профилактического (предупредительного) характера. Создание ограничений в районе оползнеопасных участков административного характера (запрещение нового строительства, реконструкции, развития коммуникаций, повышение страховых взносов), наряду с созданием благоприятной инфраструктуры на устойчивых участках, приводит к естественному перераспределению размещения частного жилого фонда в сторону благоприятных зон (буквально в течение 2-х поколений людей).

Задачи по минимизации рисков от развития ЭГП можно решать составлением карт оценки опасности при развитии этих процессов среднего масштаба (1:500000 - 1:200000).

Есть несколько методических подходов при создании таких карт: геологических аналогий, с использованием статистических методов [1-5].

Нами предлагается метод построения карт пространственной оценки опасности с целью оценки развития оползней на основе выделения линий потенциального оползнеобразования.

Для примера выбрана территория южной части Острогожского неотектонического поднятия (преимущественно – Каменский административный район) (рис. 1).

Район, выбранный для изучения, находится на восточном склоне Среднерусской возвышенности. Рельеф территории сформирован конгломерацией масштабных уплощенных водоразделов и вошедших на большую глубину объемных балочных и речных долин, склоны каковых имеют сложный рельеф вследствие наличия оврагов.

Относительные превышения для большей части площади составляют 50-70 м. Оползни в пределах изучаемой территории имеют очень широкое распространение,

коэффициент площадной пораженности оползнями составляет 0,004-0,05. Выделяется два структурных уровня оползнеобразования:

1-й приурочен к выходам на склоны моренных отложений. 2-й уровень оползней формируется по верхнекиевским глинам.

93

Рис. 1. Фрагмент карты района изучения

На склонах, сформированных мореной, генерируются оползни течения размером 10х20 - 20х40 м. Конфигурация оползней - ложкообразная или глетчерообразная (рис. 2). Тела оползней сформированы на базе лессоидных и делювиально-солифлюкционных пластов. Оползневые деформации реализуются по кровле мореных пластов, распространяясь фрагментарно на поверхностных сегментах вышеозначенных наслоений или отложений.Первооснова оползней - тальвеги оврагов или уступы нижележащих пластов.

Оползни, созданные на киевских глинах эоцена, разнообразны по типу смещения: выдавливания, оползни выплывания и течения. Коэффициент площадной пораженности в пределах распространения киевских глин составляет 0,052. В верховьях балок на абс. отм. 170-190 м, там, где на киевских глинах залегают обводненные песчаные наслоения кантемировской и берекской свит олигоцена, фрагментами моренные формирования, в данном случае генерируются оползни выдавливания (рис. 3).

Конкретный вид оползней, сгенерированный вследствие вытеснения лежащим сверху слоем насыщенного влагой грунтового пласта базового деформируемого горизонта. Каковым служат глины киевской свит, и кроме этого их грядущим сдвигом подобно пластическому течению. Наружные сегменты оползней выдавливания сдвигаются блочными модулями, формируя ступени. Серединные и низовые сегменты формируются с глетчерообразным, точнее говоря, с конусообразным выступом в подошве.

Подобные оползни, в подавляющем большинстве, охватывают и занимают целиком склон от бровки до тальвега. По очертаниям они в подавляющем большинстве: фронтальные или потоки, однако могут быть и циркообразные, иначе в виде амфитеатра в рельефе склона. Площадь оползней от 50х50 до 200х600 м. Мощность - до 20 м [2].

94

Рис. 2. Оползни течения по поверхности морены

Первооснова их генерации – это присутствие проходов на склон грунтовых вод слабоводоносного кантемировско-берекского горизонта.

Рис. 3. Верхняя часть оползня выдавливания

Тела оползней сформированы на базе делювиальных пластов, наслоениями кантемировской и берекской свит олигоцена и наружными сегментами киевских глин. Базовый деформируемый горизонт – верхнеэоценовые глины киевской свиты. Часто 1-ой и 2-ой уровень оползнеобразования сопряжен в обобществленный целый структурный комплекс, слагающийся из сцепленных оползней 2-го порядка, а изредка помещенных один в другой. Оползни непосредственно сопряжены с протеканием овражной эрозии. Непрерывное размытие языковых фрагментов оползней не допускает возможности их устойчивости и равновесия, напротив, дает импульс добавочным смещениям и сдвигам.

95

Во многих оврагах, вскрывающих киевские глины, оползшие борта сливаются и формируют глетчерообразные оползни течения длиной до 500 м, шириной 50-100 м (рис. 4). Пластическое течение оползневых масс происходит по днищам оврагов. Стенки срыва высотой 0,5-3,0 м, крутизной 40-60 градусов, местами не четко очерченные. Поверхность оползней течения бугристая, мелкобугристая, задернованная, местами полузадернованная. Часто на поверхности оползней отмечаются мочажины. Базисом оползней являются днища балок, иногда уступы на склонах (древние оползневые террасы). Мощность оползней до 10 м, оползневые массы водонасыщенные за счет выходов по кровле киевских глин кантемировско-берекского горизонта.

Рис. 4. Глетчерообразные оползни течения

Основной причиной образования оползней течения является переувлажнение склоновых накоплений грунтовыми водами, в меньшей степени поверхностными водами.

Пространственный прогноз оползневых процессов проводится, как правило, на крупномасштабных картах. В среднем и мелком масштабе нет возможности проведения площадного анализа, так как размер оползневого тела будет сводиться при этих масштабах в точку. Исходя из этого нами предложено, использовать для средне и мелкомасштабного пространственного прогноза не площадной, а линейный подход. Основой для составления прогнозных карт служат общедоступные космоснимки (GoogleEarthPro) и геологические карты масштаба 1:200000 [1]. Проанализировав различные фондовые источники [1, 2] была выдвинута гипотеза, что крупные оползни на изучаемой территории приурочены к границе контакта пород основного деформируемого горизонта представленные высокодисперсными глинами киевской свитой (ϼ2 kv) и обводненного вышележащего горизонта – песками и алевритами кантемировской свиты (ϼ3kt). Естественно, если эта граница находится на склоне. Эта линии названы нами как «линии потенциального оползнеобразования». Склоновые участки на изучаемой территории выделены по цифровой модели рельефа, построенной с помощью приложения «GlobalMapper». К склонам отнесены поверхности с уклонами 30– 150. Карта склоновых поверхностей приведена к масштабу 1:200000 (рис. 5)

96

Рис. 5. Карта склоновых поверхностей изучаемого участка

Рис. 6. Карта линий потенциального оползнеобразования

На карту уклонов средствами ГИС MapInfo были вынесены контуры распространения кантемировской свиты палеогена [1] (рис. 6). Затем в масштабе 1:200000 были выделены линий пересечения границы кантемировкой свиты со склоновыми участками – линии потенциального оползнеобразования на территории изучения (на рисунке обозначены красным цветом) (рис. 6). Следующим этапом было проведено дешифрирование общедоступных космоснимков с помощью приложения SASPlanet [4, 5]. Пример выделения оползневых участков по результатам дешифрирования приведен на рис. 7.

97

Рис. 7. Пример результата дешифрирования космоснимков, красным выделены контуры оползней

Рис. 8. Карта совмещения точек проявления оползней и линий потенциального оползнеобразования

Выводы

1.Всего на территории изучения было выделено 331 оползень. Были определены координаты центров этих оползней, и в ГИС MapInfo создан слой точек (центры оползневых участков). В масштабе 1:200000 диаметр точек был задан – 4 мм, что соответствует средней ширине оползней ~ 80 м (рис. 8).

2.В масштабе 1:200000 был проведен расчет количества точек оползней соприкасающихся с линией потенциального оползнеобразования.

98

3.Из 331 точек центров оползней 232 соприкасаются с линиями потенциального оползнеобразования. Это составляет 70 % от всех оползней, выявленных по результатам дешифрирования. То есть можно говорить о вероятности проявлений оползневых процессов вдоль линий потенциального оползнеобразования Pi ~ 0,7.

4.Для мелко и среднемасштабного картирования такой прогноз можно считать вполне приемлемым.

Литература

1.Глушков Б. В., Трегуб А. И. и др. Отчет о проведении геологического доизучения, комплексной гидрогеологической и инженерно-геологической съемки масштаба 1:200 000 с эколого-геологическими исследованиями на площади листов M-37-XVI и M-37-XXII (Воронежская и Белгородская области) / Воронеж, 1999.

2.Корабельников Н. А. Некоторые особенности проявления оползневых процессов на территории Воронежской области / Изд-во НИИ Геологии ВГУ. 2010.

3.Корабельников Н. А. и др. Отчет о НИР «Изучение условий эрозионно-оползневого процесса, прогноз его развития и рекомендации по стабилизации овражно-балочной сети юго-западной микрозоны Воронежской области» / Воронеж: фонды Воронежского госуниверситета. 1991.

4.Шеко А. И., Постоев Г. П., Кюнтцель В. В. и др. Оползни и сели / Гл. ред. Козловский Е. А. М.: Произв.-изд. комбинат ВИНИТИ. 1984. Т.1. 352 с.

5.http://www.google.com/intl/ru/earth/learn/

1ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Воронеж, Россия 2ООО «Акма-Универсал», Воронеж, Россия

3НИИ Геологии ВГУ, Воронеж, Россия

N.A. Korabelnikov1-3, D.V. Kudinova1

SPATIAL FORECAST OF LANDSLIDE DEVELOPMENT BASED ON THE LINES

OF POTENTIAL LANDSLIDE FORMATION

The method of spatial prediction of landslide development by means of GIS and modern digital applications based on the hypothesis about the conditions of their occurrence in the studied area is demonstrated.

Keywords: dangerous geological processes, landslides, gully erosion, hazard maps, analogy method, lines of potential landslide formation.

1Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Voronezh State

University, Voronezh, Russia

2Limited Liability Company «Akma-Universal», Voronezh, Russia

3Scientific Research Institute of Geology of Voronezh State University (Research Institute

of Geology of VSU), Voronezh, Russia

99