Проекты

ДИСТАНЦИОННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАИВЫСШИХ УРОВНЕЙ ВОДЫ РЕК ПРИ ОТСУТСТВИИ ГИДРОМЕТРИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ

Авторы проекта: В.Н. Орлянкин, Е.И. Куприянова

Для определения наиболее безопасного местоположения проектируемых инженерных сооружений в пределах речных долин или для выбора оптимальных мер защиты уже существующих там сооружений необходима информация о наивысших уровнях воды в реке и соответствующих им пределах затопления местности в максимальные половодья или дождевые паводки. Однако сеть пунктов гидрометрических наблюдений на больших и средних реках России сравнительно редка, особенно в долинах с широкой заливаемой поймой, и крайне редка на малых реках. Дистанционные методы успешно используются для картографирования затопленных речных пойм, но при этом вероятность того, что уровень воды в реке в момент съемки со спутника или с самолета может соответствовать наивысшему уровню, например, с вероятностью возникновения 1 раз в 100 лет (повторяемостью или обеспеченности 1%), чрезвычайно мала.

В связи с этим в НГИЦ РАН было проведено исследование возможности без гидрометрических наблюдений определять наивысшие уровни воды в любых речных долинах, в том числе безпойменных с узким каньонообразным руслом и, наоборот, с широкой заливаемой поймой. В результате этих исследований на основе анализа данных по наивысшим уровням и максимальным расходам воды рек России и республик бывшего СССР в весенние половодья и летне-осенние дождевые паводки, содержащихся в соответствующих каталогах Государственного гидрологического института (ГГИ), морфометрических параметров речных русел и водосборных бассейнов, с использованием классических законов гидродинамики, была получена следующая модель расчета наивысших уровней воды над меженным уровнем с вероятностью1 раз в 100 лет (H1%, м):

где:

F – площадь водосборного бассейна выше заданного створа, км2;

B – ширина поймы по створу (поперек долины), м;

b – ширина русла реки как кратчайшее расстояние между пойменными бровками на прямолинейных участках русла (средняя из нескольких ближайших к створу), м;

i – продольный уклон водной поверхности реки в межень, ‰;

K – коэффициент меандрирования реки на участке, длиной примерно 5В;

A – безразмерный параметр, интегрально учитывающий слой стока половодья, дружность половодья (снеготаяния), интенсивность ливня, влияние озерности, заболоченности, лесистости и распаханности бассейна, а также степень антропогенной зарегулированности водного стока;

а – коэффициент, зависящий от степени шероховатости ложа русла и интенсивности турбулентности потока.

Параметр A определяется по нашей формуле , в которой Q, м3/сек – максимальный расход 1% обеспеченности рассчитывается в соответствии с процедурой, описанной в руководствах по гидрологическим расчетам, как известно, отличающейся достаточной громоздкостью и предусматривающей получение исходной информации из многочисленных карт и таблиц, отсутствующих в Интернете и потому недоступных для массового пользователя. Но параметр А может быть получен для любого места реки России (любых водотоков, в т.ч. сухих русел) без каких-либо расчетов интерполированием между изолиниями А на специальной детальной карте территории Российской Федерации, составленной нами в 2012 году и имеющейся в НГИЦ РАН.

Коэффициент а, отражающий шероховатость русла, выбирается из следующей таблицы:

Характеристика русла	а
Чистые песчаные русла равнинных рек с коэффициентом меандрирования К˂2,0	0,9
То же с К˃2,0	1,0
Гравийные русла равнинных рек и слабо заросшие песчано-илистые русла малых рек	1,2
Галечные русла полугорных рек	1,4
Галечно-валунные русла горных рек и существенно заросшие русла равнинных малых рек	1,6
Валунные русла горных рек и сильно заросшие русла равнинных малых рек	1,8
Крупновалунные русла горноводопадных рек и русла равнинных малых речек и ручьев болотного типа	2,0

Данные по заторам при ледоходах, подпорам более высокими водоприемниками, приливами и нагонами на приустьевых участках рек отражены на упомянутой карте.

Разработанная модель расчета наивысших уровней воды, апробированная на многих реках России и корректируемая при резких колебаниях ширины поймы по сопряженным строящимся продольным профилям меженного уровня и сглаженным профилям расчетных наивысших уровней воды, обеспечивает последующее картографирование (в т.ч. автоматическое):

зон затопления при наводнениях с различной вероятностью возникновения;

изолиний глубин воды в русле и на пойме;

изолиний скорости течения (или векторов) в зоне затопления;

участков повышенного риска для любых инженерных сооружений, возникающего при совместном разрушающем действии водного потока (при глубинной и боковой эрозии) и плывущих льдин, а также при погребении или загрязнении объектов отлагающимся на пойме слоем илов.

Применение указанной модели расчета наивысших уровней воды рек позволяет в зонах потенциального затопления размещать проектируемые сооружения с наименьшими рисками, а для существующих – определять наиболее эффективный комплекс мер их гидротехнической защиты от наводнений.

НГИЦ РАН принимает заказы на оперативное выполнение вышеуказанных расчетов и картографирования, в т.ч. зонирования степени риска для сооружений в пределах зон затопления. (Опубликовано в ДАН, 2012, т. 445. №1. с. 94-97)