Авторизация

Логин:
Пароль:
Восстановить пароль
Регистрация
  • Форум
  • Блоги
  • Контакты
  • Новости
  • Продукты
  • Отрасли
  • Обучение
  • Поддержка
  • События
  • О компании
  • 3 (26) | 2003 Наводнения на Рейне: ГИС при оценке последствий

    По статье в ArcNews, осень 2002 г.

    Рейн является одним из важнейших водных путей Европы. Река начинается в Альпах, протекает по территории Швейцарии, Лихтенштейна, Австрии, Франции, Германии, Нидерландов и впадает в Северное море, образуя сложную дельту в районе порта Роттердам. Притоки Рейна протекают также по территории Бельгии, Италии и Люксембурга. Длина реки 1320 км, площадь бассейна 224,4 тыс. кв. км., годовой сток 79 куб. км. Вокруг Рейна сконцентрировано большое количество городов и крупных промышленных объектов, в том числе химических предприятий, производящих экологически опасную продукцию. В зонах потенциального затопления проживает 10,5 млн. человек. Эти территории испытывают значительное антропогенное воздействие. Разрушительные наводнения последних лет причинили значительный ущерб, их хорошо запомнили и организации, занимавшиеся ликвидацией последствий, и местное население.

    Определенный уровень защиты от наводнений обеспечивает обширная система дамб. Однако всеми заинтересованными странами было признано, что этого недостаточно, и что подъем воды в реке может превысить высоту существующих дамб или разрушить их. Для изучения этой проблемы создан Международный комитет по защите Рейна (ICPR) со штаб-квартирой в городе Кобленц, Германия. В 1998 г. ICPR принял долгосрочный План действий по защите от наводнений. В нем определены четыре ключевые цели:

    • На четверть сократить риск ущерба от наводнений к 2020 г.
    • На 70 см снизить максимальные уровни воды к 2020 г.
    • Повысить информированность заинтересованных сторон через составление прогнозных карт.
    • Совершенствовать системы предупреждения о наводнениях.

    До принятия конкретных технических мер по инициативе комитета были проведены широкомасштабные исследования. На основе полученных результатов составлены карты, отражающие область распространения и глубины разливов воды при наводнениях с вероятностью повторения раз в 10 и раз в 100 лет, а также возможные последствия и материальный ущерб при экстремальных подъемах уровня. Работы по этому проекты выполнялись группой гидрологов, экономистов и экспертов в области ГИС в течение 2000 и 2001 годов, а в марте 2002 г. составленные карты масштаба 1:100 000 были объединены в отдельный атлас (рис. 1). Этот атлас в составе 41 карты издан в бумажном виде, а его электронная версия записана на CD-ROM.


    Рис. 1.
    Покрытие территории листами карт Атласа.

    Исходные данные

    Важным этапом работ было определение типов данных, которые предполагалось использовать в гидрологических и экономических моделях. Анализ данных показал, что их доступность, качество, форматы, масштабы и системы координат сильно варьируют. В итоге, пришлось сводить воедино данные, хранившиеся в шести различных системах координат. Для векторных данных задача была решена достаточно быстро, а перепроецирование растровых цифровых моделей рельефа и отсканированных топографических карт потребовало значительных усилий. Данные поступали из региональных, национальных и европейских агентств. Топографические службы предоставили цифровые модели рельефа с разным разрешением. Для некоторых территорий были использованы данные, полученные с помощью лидарных систем измерения и переданные агентствами, занимающимися изучением водных ресурсов. Европейский Союз предоставил набор данных об использовании земель, полученный по данным спутниковой съемки со 100-метровым разрешением. Национальные статистические агентства помогли с социально-экономическими и демографическими данными. Гидрологические ведомства предоставили данные об уровнях воды во время прошлых наводнений через каждые 100 м по всей длине реки. Оставшаяся часть работы легла на плечи вовлеченных в нее экспертов.

    Гидродинамическое моделирование

    Технология ГИС была ключевым инструментом проекта. Она использовалась для подготовки данных, их консолидации, визуализации и, что не менее важно, для моделирования данных. Основным средством гидродинамического моделирования было FloodArea, расширение для модуля ArcView Spatial Analyst, разработанное бизнес-партнерами ESRI из Германии. FloodArea позволяет вычислить предполагаемую высоту подъема воды в зависимости от исходных уровней воды в реке. Необходимым условием является также учет градиентов уровня воды в реке, поскольку простое пересечение экстраполированной водной поверхности разлившейся реки и самой поверхности земли не обеспечивает нужной точности расчета зон затопления. Помимо этого, требуется рассчитать пути движения потоков воды с учетом того, что уровень воды в точке, расположенной, например, в 10 км от русла реки, не обязательно напрямую зависит от уровня воды в наиболее близко расположенной к ней точке русла, а определяется реальным характером движения воды по земной поверхности.

    Также требовалось разобраться с тем, что считать “экстремальным событием”. По прагматическим соображениям комитет определил экстремальные уровни воды для различных участков Рейна на основе информации о предыдущих наводнениях. Кроме того, было высказано и проверено предположение, что средства защиты от наводнений, особенно дамбы, в некоторых критическим местах будут малоэффективны. В модели необходимо было также учесть отличия в режимах потока и других гидрологических характеристиках для различных участков реки. Исходным параметром для гидродинамического моделирования служит уровень воды, величина которого была добавлена как атрибут грид-темы. Для вычисления потока воды между соседними ячейками растра (поверхности земли) до момента выравнивания уровня воды использовался гидродинамический подход. После этого расчетные значения глубины разлившейся воды сохранялись в новую грид-тему.

    Экономическое моделирование

    Размер потенциального ущерба от наводнения определяется исходной ценностью объектов и глубиной воды в зоне их расположения. Соответствующие зависимости называются функциями ущерба. Они зависят от экономических показателей административной единицы и могут быть получены с учетом данных об ущербе при предыдущих наводнениях. Необходимые расчетные формулы были предоставлены экономистом, занятым в проекте. Экономические параметры были получены, исходя из данных по использованию земель. Результаты вычислений по функциям ущерба были добавлены в качестве атрибутов к растровым данным с расчетными глубинами затопления, то есть по каждой ячейке растра было получено значение риска материальных потерь. Затем с помощью функций пространственного анализа модуля ArcView Spatial Analyst были получены сводные оценки потенциального ущерба по разным территориальным образованиям: муниципалитетам, областям, странам и участкам речной долины. Согласно этим оценкам, суммарный потенциальный прямой ущерб от экстремального наводнения по всем выделенным участкам реки составляет 165 млн. евро, в том числе 130 млн. по району дельты (нижние 173 км реки). При этом, удельный прямой ущерб максимален для Среднего Рейна (32 евро/кв. м), для Нижнего Рейна он составляет15, для Дельты – 12, для Верхнего Рейна – 6,5 и для Высокого Рейна 0,5 евро/кв. м.

    Составление карт

    Для нанесения на карты данных о глубинах воды и значений материального ущерба в зонах затопления была проведена их классификация с использованием модуля ArcView Spatial Analyst. Карты были переведены в векторную форму и подготовлены к печати. В состав атласа включена 41 карта. Большинство карт сгруппировано по парам. На основной бумажной карте показаны глубины воды в зонах затопления. На нее может быть наложена карта на прозрачной пленке с данными об оценке потенциального материального ущерба и о количестве жителей, подвергающихся угрозе затопления. Примеры карт атласа приведены на рис. 2. На них глубина затопления показана оттенками голубого цвета, зеленая и красная линии соответствуют максимальным уровням воды в реке с повторяемостью раз в 10 и раз в 100 лет. Чем «синее» и крупнее изображение человека (в квадратике), тем больший процент и число жителей, проживающих на данной территории, подвергается угрозе.


    Рис. 2.
    Карты глубин и зон затопления. Листы атласа №14 (слева, среднее течение) и №32 (справа, дельта).

    Новый атлас широко используется комитетом ICPR в целях демонстрации последствий наводнений общественности и ответственным органам. План действий теперь имеет надежную базу для разработки мероприятий по минимизации ущерба от наводнений. ГИС являлась незаменимым инструментом решения задач на всех этапах выполнения данного широкомасштабного исследования.

    За дополнительной информацией обращайтесь к д-ру Стефану Жагеру (Stefan Jaeger), e-mail: sj@geomer.de, Web: www.geomer.de или www.iksr.org.




    Версия для печати