Прогноз динамики развития паводков на основе анализа многолетних временных рядов радарных и оптических данных

Существует, по крайней мере, два подхода к понятию прогноза динамики развития паводков. В одном из них на основе анализа текущих зимне-весенних метеоданных и архивных данных о предыдущих паводках прогнозируется последующий ход весеннего паводка. В другом, прогноз базируется на многолетних временных рядах ДДЗ, анализ которых позволяет оценивать те или иные возможные характеристики предстоящего прохождения паводковых вод. Оба подхода носят вероятностный характер и имеют статистическую составляющую. В работе рассматривается второй подход.
Методика прогноза динамики развития паводков на основе анализа многолетних временных рядов ДДЗ включает в себя формирование по каждому году периода наблюдения сезонных временных рядов ежедневных зон затопления, получаемых по радарным и оптическим данным. На основе этих рядов формируются два ряда. Первый строится из всего многолетнего временного ряда и образует численно ограниченный равномерный ряд по возрастанию от минимальной до максимальной однодневных зон затопления независимо от года. На его основе формируется прогнозная карта последовательности зон затопления от минимума до максимума.
Второй многолетний ряд образуется из ежегодных суммарных зон затопления, представляющих собой все территории, которые затапливались в рассматриваемом году. На основе этого ряда можно формировать различные прогнозные карты. Особо отметим карту зон риска затопления, в которой исследуемая территория районируется по частоте затопления за весь рассматриваемый период. Другая прогнозная карта показывает последовательность суммарных зон затопления от слабого паводка до самого сильного. Есть и другие варианты прогнозных карт. Анализ же самого ряда позволяет оценивать многолетние тенденции развития паводковой ситуации.
При необходимости строится единый ряд различных ДДЗ среднего разрешения, в том числе радарных и оптических. Для их корректировки используются различные методы, в том числе методы синтеза. Также активно используются многолетние ряды данных низкого разрешения MODIS, которые позволяют значительно расширить глубину временных рядов.
Применение методики иллюстрируется на полигоне, который включает в себя весь водосборный бассейн реки Жабар в Акмолинской области в районе города Атбасар. На территории этого полигона в 2014, 2019 и 2020 годах наблюдались сильные наводнения, а в 2017 году очень сильные, приведшие к существенному затоплению города Атбасар и прилегающих к нему территорий. При этом весь водосборный участок охватывается одним снимком Sentinel-1 или Sentinel-2.
В качестве другого примера рассмотрена казахстанская часть реки Сырдарья. Для нее построены многолетние ряды данных низкого разрешения MODIS с 2004 по 2020 годы. Такие же ряды построены и для имеющего большое значение для хода паводка реки Сырдарья Гидрокомплекса, состоящего из Чардаринского водохранилища и Коксарайского противопаводкового контррегулятора, Был проведен сравнительный анализ для двух временных периодов 2004-2011 годы и 2012-2020 годы, то есть периоды до ввода в промышленную эксплуатацию Коксарайского противопаводкового контррегулятора и после. Анализ динамики суммарных зон затопления показывает, что за 9 лет с 2012 по 2020 года площадь зон затопления лишь 2 раза превысила 1500 кв. км, в то время как с 2004 по 2011 годы величина зон затопления ни разу не опускалась ниже 2000 кв. км .
После ввода в промышленную эксплуатацию Коксарайского противопаводкового контррегулятора Гидрокомплекс стал работать стабильно. Особенно это касается Коксарая, у которого в период 2012-2020 года значения максимальной и минимальной площади незначительно колебались около среднего значения и имели большую величину спуска воды. Что касается Чардаринского водохранилища, то с 2013 года уровень его заполнения ни разу не превысил проектный, тогда как до этого он фактически не опускался ниже проектного

Работы финансируются в рамках целевой программы BR05336383 Аэрокосмического комитета Министерства цифрового развития, инноваций и аэрокосмической промышленности Республики Казахстан.