Система моделирования чрезвычайных ситуаций на водных объектах Казахстана

При аварийных ситуациях на гидроузлах водохранилищ возникает угроза формирования катастрофического прорывного паводка и затопления местности, во много раз превышающего затопление в естественных условиях. При наличии каскада водохранилищ на реке авария на плотине одного водохранилища может привести к последовательному разрушению нижележащих по течению плотин – так называемой каскадной аварии. Последствия наводнений при возникновении прорывного паводка существенным образом зависят от возможности их прогнозирования, заблаговременного планирования и принятия защитных мер, а для принятия мер по обеспечению безопасности необходим прогноз последствий гипотетической аварии сооружения. Центральным элементом такого прогноза является определение параметров прорывного паводка и оценка зон затопления. Разработанная система моделирования базируется на двумерной гидродинамической модели движения водных потоков “БОР” (авт. Беликов В.В. и др.), ГИС-технологиях и данных дистанционного зондирования Земли. Применяемая для расчета движения водного потока численная модель основана на решении двумерных (в плане) уравнений мелкой воды, дискретизированных на треугольных и гибридных (треугольно-четырехугольных) адаптивных сетках, позволяющих описывать сложные по конфигурации области. Исходными данными для моделирования является детальная информация о рельефе территории. Она может быть получена на основе топографических карт и планов, ЦМР, построенным по ДЗЗ высокого разрешения. При этом желательно уточнить эту информацию с помощью наземных съемок. Также для расчета возможных гидрографов прорывного паводка необходима информация о геометрических параметрах плотины, объеме, основных эксплутационных и морфометрических характеристиках водохранилища. Результатом совместного расчета прорыва грунтовой плотины и движения водного потока ниже плотины является плановая картина распределения глубин, отметок водной поверхности и скоростей течения воды на затапливаемой территории в разные моменты времени после начала аварии. Для оценки возможных ущербов и районирования территории по степени риска в случае возникновения техногенного паводка полученные в результате расчетов карты глубин, скоростей течения, уровней воды и границ затопления для различных сценариев аварии совмещаются с космическими снимками высокого пространственного разрешения, позволяющими получать современную информацию об инфраструктуре и хозяйственном использовании территории. Подобная технология в Казахстане на настоящий момент времени реализована для каскада водохранилищ Урало – Кушумской оросительно-обводнительной системы (Западно-Казахстанская область) и для Самаркандского водохранилища на реке Нура (Карагандинская область). Урало-Кушумская ООС включает в себя Кушумский канал (рукав р. Урал) и каскад расположенных на нем четырех крупных водохранилищ (Кировское, Битикское, Донгулюкское, Пятимарское) с объемом более 50 млн. м3 каждое. Общая протяженность рассматриваемого участка более 300 км. Под угрозой затопления в случае аварии находятся обширные низменные территории сельскохозяйственного использования в долине р. Кушум. При прорыве плотины Самаркандской ГЭС под угрозой затопления находятся застроенные территории крупного промышленного центра Казахстана – г. Темиртау, прилегающие к р. Нуре населенные пункты и земли сельскохозяйственного освоения ниже по течению, автодорога и мосты через р. Нура. Полученные в результате моделирования гидродинамической аварии на указанных водных объектах зоны затопления, уровни и глубины воды и максимальные скорости течения, а также времена добегания прорывной волны явились основой для составления планов действий МЧС и других ведомств в случае возникновения чрезвычайной ситуации.