Поиск - новости науки и техники

Сколько воды притечет? Новейший программный комплекс предсказывает масштабы стихийных бедствий.

В тот день тревожные сообщения приходили из Чехии, Германии, Австрии: из-за обильных дождей реки вышли из берегов, и население готовилось к худшему. А в нашей стране вроде бы ничего опасного не происходило и дождевые паводки не беспокоили, но каждый год нас преследует другая беда: весеннее половодье из-за таяния снега. Они наносят огромный ущерб. Потому так важно заблаговременно собрать сведения о масштабах и силе стихийных бедствий. Сотрудники Института водных проблем РАН впервые разработали технологию оценки опасности и прогнозирования весеннего половодья, основанную на современных математических моделях гидрологических процессов. Об этом методе и результатах его внедрения, о ситуации с предупреждением стихийных катаклизмов “Поиск” попросил рассказать заместителя директора ИВП доктора физико-математических наук Александра Гельфана.

– Наводнения, происходящие в Чехии и других европейских странах, вызваны интенсивными и продолжительными ливнями, – говорит Александр Наумович. – В Европе подобные бедствия достаточно часты: в прошлом году от разрушительных дождевых паводков пострадали жители Великобритании, в 2011 году – Франции, Польши и Германии. У нас дождевые паводки хотя и редки, но также могут приводить к катастрофическим последствиям – еще свежа в памяти прошлогодняя трагедия на Кубани. Однако в климатических условиях России наибольшую опасность по масштабности явления и потенциальному ущербу представляют наводнения во время весеннего половодья на крупных равнинных реках.
Начиная с 1908 года, когда катастрофическое весеннее половодье произошло на большей части европейской территории России (Москва была среди наиболее пострадавших городов – см. верхний снимок), на гидрологические исследования в нашей стране выделялись значительные средства. Были созданы система гидрометеорологического мониторинга и служба гидрологических прогнозов. В советское время в системе Гидрометслужбы сложились мощные научные школы, отвечавшие за создание эффективных методик, удовлетворявших запросы многочисленных потребителей. Долгосрочный прогноз половодья в первую очередь предназначался эксплуатационным службам гигантских водохранилищ Волжско-Камского и Ангаро-Енисейского каскадов, регулирующих сток крупнейших рек России и смягчавших последствия стихийных катаклизмов.
Однако по мере накопления опыта использования прогнозов оказалось, что их точность во многих случаях оставляет желать лучшего. В каком направлении необходимо совершенствовать методики прогнозов весеннего половодья, как их уточнить и увеличить заблаговременность – на эти вопросы мы искали ответы в 1980-1990-х годах. Наши исследования привели к созданию технологии оценки опасности и прогнозирования весеннего половодья.
– В чем ее новизна, существуют ли подобные методики за рубежом?
– Наша разработка основана на достижениях первой оте­чественной научной школы физико-математического моделирования гидрологических процессов, созданной профессором Львом Самуиловичем Кучментом. Обобщив все наработки – результаты исследований и экспериментов, наши сотрудники разработали многофункциональные компьютерные технологии. Одна из них – программно-аналитический комплекс ECOMAG (автор Ю.Мотовилов) – обрабатывает огромный массив информации, десятки тысяч параметров, включая данные метеорологических наблюдений, сведения о рельефе, характеристиках почв, растительности. Эти сведения используются для моделирования сложнейших физических процессов накопления и таяния снежного покрова, промерзания и оттаивания почвы на огромных территориях речных бассейнов, а также движения волны половодья по речной системе. Отмечу, что зарубежный опыт мы практически не использовали. Ведь в подавляющем большинстве стран мира (за исключением Канады, части США и Скандинавии) основной источник питания рек – дождевые осадки, а не снеготаяние, и физические механизмы формирования дождевого стока существенно отличаются от механизмов талого стока. В целом, если говорить о спе­цифике решаемых задач и научной обоснованности используемых моделей, наша технология не имеет аналогов.
– Какую информацию она предоставляет специалистам?
– Прежде всего, долгосрочные, на два-три месяца вперед, сценарные расчеты притока воды к водохранилищам: сколько воды будет весной, создаст ли пропуск половодья через системы водохранилищ угрозы затопления? Повторюсь: в климатических условиях России пропуск весеннего половодья – наиболее важная задача управления водноресурсными системами. Однако нужно учитывать: прогноз природного явления, будь то половодье или землетрясение, всегда имеет вероятностный характер. Ведь необходимо учесть множество факторов: какая погода ожидается в предстоящие месяцы, дружной ли будет весна, какой объем талых вод сможет поглотить почва… Но даже самый обстоятельный прогноз не застрахован от ошибок.
– Какие практические задачи решает технология?
– Она стала одной из ключевых компонентов методики гидроинформационной поддержки принятия решений, используемой Федеральным агентством водных ресурсов – головным ведомством, отвечающим за эффективное управление крупнейшими каскадами водохранилищ страны. А то, что методика была принята, считаю, нам здорово повезло: помогли сотрудники, которые в свое время перешли в агентство из нашего института и прекрасно знали эту работу, иначе дело могло бы повернуться по-другому. Если бы не этот счастливый случай, технология так и осталась бы на “бумаге” – в статьях и отчетах.
Опытная эксплуатация системы прогноза на Волжско-Камском каскаде водохранилищ показала ее высокую эффективность для удовлетворения нужд гидроэнергетики, рыбного хозяйства, а также  предотвращения ущерба, связанного с затоплением городов и населенных пунктов в многоводные годы и остановкой промышленных предприятий из-за нехватки электроэнергии и сбоев в водоснабжении в маловодные годы. Опыт внедрения нашей разработки на Волжско-Камском каскаде был распространен на другие крупнейшие водохозяйственные системы, например Ангаро-Енисейскую, реки Кубань, Амур, Лена, Урал, а также на источники водоснабжения Москвы.
– А кто ставил перед вами задачу создания технологии?
– Это была инициатива сотрудников ИВП. У нас в стране, к сожалению, нет системы государственной поддержки академических исследований в области предупреждения опасных гидрологических явлений. В развитых странах всевозможные негативные явления стимулировали долговременные инвестиции в научные исследования, создание новых институтов и лабораторий, привлечение национальных академических сообществ к разработке программ защиты от наводнений, другие подобные меры. Так было после катастрофического наводнения 1993 года на реке Миссисипи, когда была радикально модернизирована система гидрологических прогнозов в США. А после катастрофических паводков 2000-х годов в Европе Европейский парламент обязал страны ЕС разработать и согласовать в ближайшее десятилетие национальные программы оценки опасности и риска наводнений.
Гидрологи нашего и других академических институтов, ведущих отраслевых институтов и вузов готовы к разработке комплексной программы оценок опасности и риска наводнений и управления ими в паводкоопасных речных бассейнах России. При ее создании должны быть учтены разнообразие генезиса наводнений на территории России и специфика существующей наблюдательной сети, опыт оценки опасности наводнений и возможности модернизации существующих подходов на основе гидрологических моделей, разработаны меры по модернизации существующей системы мониторинга и внедрения современных технологий наблюдений, в том числе спутниковых. Уверен: технология, разработанная ИВП РАН, может стать одним из важных инструментов осуществления этой программы.

Записал Юрий Дризе
Фото предоставлено ИВП РАН

Нет комментариев