книги / Опасные природные процессы. Вводный курс

Розде i II. Опасные природные процессы

10.5

Основы прогноза и оценки последствий стихийных явлений в гидросфере

10.5.1

Прогноз наводнений и оценка последствий

Природные стихийные гидрологические явления представляют опасность для потенциально опасных объектов на море и вну­ тренних водных бассейнов. К потенциально опасным объектам (ПОО) на море и водных бассейнах относятся объекты стационарные и транспортные.

1. Стационарные ПОО:

атомные электростанции (например. Ленинградская и Кольская АЭС); химические объекты по производству, хранению и транспортировке

СДЯ В, сжиженных газов, вредных материалов; морские стационарные платформы, морские нефтегазопромысловые со­

оружения, морские стационарные платформы и полупогруженные буровые установки по добыче нефти и газа;

порты, терминалы и портовое оборудование для хранения и перегрузки нефти и нефтепродуктов, сжиженного газа, вредных веществ и материалов, ядерного топлива, жидких и твердых радиоактивных отходов (ЖРО и ТРО);

гидротехнические сооружения (дамбы, плотины и др.); нефте-, газо- и продуктопроводы;

судостроительные и судоремонтные заводы по строительству и ремон­ ту ПЛ, НК и судов с атомными энергетическими установками (АЭУ);

морские полигоны для испытания ядерного оружия; морские пункты захоронения радиоактивных отходов.

2. Транспортные и передвижные ПОО:

плавучие буровые установки для нефте- и газодобычи; суда для перевозки нефти и газа (танкеры и газовозы); суда для хранения и транспортировки ЖРО и ТРО;

ПЛ, НК и суда с АЭУ, находящиеся в строю и в отстое, особенно с невыгруженной активной зоной реактора.

Гидрологические прогнозы занимают исключительно важное место сре­ ди всех прогнозов.

426

Гшва 10. Гидрологические и гидрогео югические опасные природные процессы

Типы гидрологических прогнозов (ГП). По характеру предсказываемых элементов режимы гидрологических прогнозов делятся на водные и ледовые.

Кводным ГП относятся прогнозы объема сезонного и паводкового сто­ ка, максимальных расходов воды и уровня половодья или паводка, средних расходов воды за различные календарные периоды, времени наступления максимума половодья и др.

Кледовым ГП относятся прогнозы сроков вскрытия и замерзания рек, озер, водохранилищ, толщины льда и др.

По целевому назначению различают прогнозы:

для гидроэнергетики (приток воды в водохранилища гидроэлектро­ станций);

для водного транспорта (прогнозы уровня воды по судоходным рекам); для ирригации (прогнозы стока рек за период вегетации).

Для получения оперативной информации используются наблюдатель­ ная гидрометрическая сеть из 7000 пунктов наблюдения, данные гидроло­ гической авиаразведки и данные метеоспутников.

Заблаговременные гидрологические прогнозы позволяют своевремен­ но эвакуировать население и материальные ценности, организовать защи­ ту от затопления отдельных объектов посредством оперативного обваловывания и тем самым снизить ущерб от наводнений.

Сложность прогнозирования заключается в следующем. Для многолет­ них колебаний речного стока характерна смена циклов многоводных и мало­ водных лет, которые не имеют строго выраженных закономерностей, так как зависят и от солнечной активности и связанных с ней климатических про­ цессов, и от процессов циркуляции атмосферы и гидросферы. Продолжи­ тельность циклов водной активности — 2—8 лет, реже до 20 лет. В разных районах страны циклы могут носить противоположный характер. Например, маловодному циклу 1935—1950 гг. в бассейне Волги соответствовал период повышенной водности в бассейне Оби.

Гидрологические расчеты и прогнозы усложняются вековыми колеба­ ниями климата, связанными с ними колебаниями увлажненности матери­ ков и влиянием антропогенных факторов.

Для долгосрочного прогноза необходимы знания закономерностей взаи­ модействия океана и атмосферы и механизмов воздействия солнечного излу­ чения на процессы, происходящие в атмосфере. Этим занимается созданный на базе института прогнозов Гидрометцентр (один из трех мировых центров во Всемирной службе погоды). Работают 3 региональных гидрометцентра — в Новосибирске. Ташкенте. Хабаровске, десятки территориальных (респуб­ ликанских и межобластных) бюро погоды, гидрометеорологических обсерва­ торий на водохранилищах и в крупных портах, областных гидрометбюро, авиаметеостанций в аэропортах и сети метеостанций, ведущих непрерывные наблюдения. Одновременно в глобальных масштабах ведутся наблюдения с метеоспутников, кораблей погоды, арктических и антарктических станций.

427

Раздел II. Опасные природные процессы

Под гидрологическими прогнозами наводнений понимается научно обоснованное предсказание их развития, характера и масштабов действия.

Методом гидрологического прогноза является способ решения задачи о предсказании того или иного гидрологического явления с определенной заблаговременностью и при использовании определенных исходных гидро­ метеорологических материалов и наблюдений. Очевидно, что по мере при­ ближения наступления предсказываемого явления, т.е. с уменьшением за­ благовременности прогноза, точность его должна возрастать. В зависимости от времени упреждения гидрометеорологические прогнозы разделяются на краткосрочные (менее 12—15 дней) и долгосрочные (с большей заблаговре­ менностью).

Краткосрочные гидрологические прогнозы наводнений производятся, как правило, посредством решения уравнений гидродинамики. Метод со­ ставления таких прогнозов базируется на использовании закономерностей движения воды в руслах и притока (стока) воды к рассматриваемым участ­ кам этих русел, а также на расчетах перемещения и трансформации водно­ го потока по отдельным участкам реки.

Сущность этого метода заключается в том, что при рассмотрении уров­ ней расходов воды в нижнем створе и в ряде верхних, расположенных на различном расстоянии от него, вводится понятие о соответствующих расхо­ дах (уровнях) воды (максимумы, минимумы, расходы, которым отвечают точки перегиба и другие характерные точки на гидрографах). По сравнению с верхним створом расход воды в нижнем створе наблюдается через неко­ торое время, равное продолжительности добегания воды между данными створами.

Для каждого из имеющихся в данном речном бассейне водомерных по­ стов строятся графики зависимостей соответственных уровней (или расхо­ дов) волы в нижнем рассматриваемом створе от уровней (расходов) воды в верхнем фиксированном створе и от расстояния между створами. Такие за­ висимости используются для краткосрочных прогнозов уровней и расходов воды в различных створах с различной заблаговременностью.

В настоящее время имеется целый ряд методик расчета развития па­ водка в конкретных реках на основе метода соответственных уровней.

Исходными данными для прогнозов наводнений по этим методикам яв­ ляются гидрографы (зависимость расходов воды от времени) в различных фиксированных створах рассматриваемого речного бассейна. В результате та­ ких прогнозов выдается информация об ожидаемых максимальных расходах и уровнях воды в интересующих пользователя створах.

Долгосрочные гидрологические прогнозы применяются, как правило, для предсказания масштабов действия половодья.

Наиболее эффективным методом разработки долгосрочных прогнозов весеннего половодья является водно-балансовый метод, который базирует­

428

Глава 10. Гидро.югические и гидрогеологические опасные природные процессы

ся на установлении закономерностей процессов формирования стока в реч­ ном бассейне за периоды снеготаяния и половодья. Основой применяемых на практике методик долгосрочных прогнозов стока за половодье являются устанавливаемые по данным многолетних гидрологических и метеорологи­ ческих наблюдений, эмпирические зависимости величины этого стока от обусловливающих его факторов (запасы воды в снежном покрове и ледяной корке, количество осадков, инфильтрация, испарение с поверхности снеж­ ного покрова за период снеготаяния, испарение с почвы, освободившейся от снега, и др.). Эти факторы в количественном выражении и являются ис­ ходными данными для прогнозирования уровней и расходов воды во время половодья.

В результате прогнозирования выдаются данные о максимальных уров­ нях (расходах) воды за период половодья в различных пунктах речного бас­ сейна. При наличии прогнозных величин расхода воды при паводках и по­ ловодьях легко получить прогнозные значения максимальных уровней воды, имеющихся для всех речных бассейнов в системе Госкомгидромета.

Методики долгосрочного прогнозирования максимальных расходов (уровней) воды в рассматриваемых пунктах за период половодья базируются на значениях расхода стоков за половодья, которые устанавливаются для ка­ ждого пункта по материалам многолетних гидрометрических наблюдений. Практические методики прогнозов стока за половодье (а следовательно, и максимальных уровней) различны для разных физико-географических зон и районов, что обусловлено главным образом особенностями потерь талых вод.

Служба гидрологических наблюдений и прогнозов объединена со служ­ бой погоды. Это облегчает гидрологам оперативное использование различ­ ных прогнозов погоды.

Руководство всей системой гидрологических наблюдений и прогноза в нашей стране возложено на Государственный комитет по охране окружа­ ющей среды (Указ Президента РФ от 30 апреля 1998 г. № 483).

Обслуживание центральных организаций гидрологическими прогнозами производит Гидрометцентр. В его состав входят отдел по научной разработ­ ке методов прогноза гидрологических явлений, занимающийся усовершен­ ствованием и разработкой новых методов прогнозов (он осуществляет науч­ но-методическое руководство местными органами службы прогнозов), а так­ же отдел, в задачу которого входит оперативное обслуживание центральных организаций гидрологическими прогнозами и информацией.

Работа службы гидрологических прогнозов организована по админист­ ративно-территориальному принципу. При каждом республиканском и тер­ риториальном Управлении по гидрометеорологии и контролю природной среды (общее число таких управлений — 37) имеется Гидрометцентр, в со­ став которого входит отдел гидрологии. Одной из основных задач этого отдела является разработка гидрологических прогнозов, необходимых для

429

Раде i П. Опасные природные процессы

работы различных отраслей народного хозяйства, а также составление и пе­ редача предупреждений о стихийных гидрологических явлениях.

Все гидрологические прогнозы (как краткосрочные, так и долгосроч­ ные) разрабатывают региональные (республиканские и территориальные) Гидрометцентры. Заблаговременность краткосрочных прогнозов (напри­ мер, паводковых наводнений) составляет несколько (обычно 1—3) суток, а заблаговременность долгосрочных прогнозов (например, половодий) соста­ вляет несколько (обычно 1—2,5) месяцев. Краткосрочные прогнозы из реги­ ональных Гидрометцентров поступают непосредственно в заинтересованные организации различных отраслей народного хозяйства данного и соседних регионов, а также в Гидрометцентр РФ и Государственный комитет по охра­ не окружающей среды. Они предстаааяются в виде информации об ожидае­ мых максимальных уровнях и расходах воды для каждого интересующего объекта (например, для населенного пункта, объекта народного хозяйства и т.д., попадающего в зону действия паводкового наводнения).

Аналогичным образом в минимально короткие сроки передаются и предупреждения об опасном развитии гидрологических явлений, а также информация о последствиях стихийных бедствий.

Долгосрочные прогнозы из региональных Гидрометцентров передают­ ся в Гидрометцентр РФ, где происходит их согласование, после чего эти прогнозы рассылаются во все заинтересованные организации. Ежегодно долгосрочные прогнозы максимальных уровней весеннего половодья осуще­ ствляются по данным не менее 2000 гидрологических постов, подведомст­ венных Госкомитету по охране окружающей среды.

Результаты прогнозных расчетов весеннего половодья на территории России в начале каждого года Гидрометцентр выдает пользователям в ви­ де карт, на которых изолиниями обозначены бассейны с различными зна­ чениями возможных максимальных превышений (снижений) уровня воды относительно среднего многолетнего уровня.

В настоящее время Гидрометеорологическая служба РФ располагает большим каталогом так называемых критических (опасных) отметок, т.е. от­ меток уровней (и величин соответствующих расходов) воды рек и озер, пре­ вышение которых представляет опасность для населенных пунктов, пред­ приятий, дорог, мостов и других объектов народного хозяйства.

Методики прогнозных расчетов максимальных уровней и расходов во­ ды при паводках и половодьях изложены в инструкциях Гидрометцентра.

При прикидочных массовых опенках иногда используют эмпирические зависимости максимальных расходов и уровней воды от площади водосбо­ ра речного бассейна, построенные поданным многолетних наблюдений на реках однородного физико-географического района. В табл. 10.10—10.13 приведены расчетные данные для ориентировочных оценок в различных ситуациях.

430