В Санкт-Петербурге специалисты СПбГУ разработали уникальную программу, предназначенную для расчета характеристик прорывных паводков. Новое программное решение поможет предсказывать разрушения грунтовых плотин и прорывы озер, благодаря чему станет возможным подготовиться к чрезвычайным ситуациям заранее. Внедрение программы актуально для экстренных служб и жителей регионов, склонных к подобным природным явлениям.
Работа над этим проектом велась в 2023 году, а первая успешная апробация прошла на объектах в России, Монголии и Казахстане. Решение дает возможность снизить возможный ущерб от опасных природных явлений, делая жизнь людей и работу служб более безопасными и предсказуемыми.
Актуальность проблемы прорывных паводков
Прорывы грунтовых плотин — крайне опасное явление, приводящее к затоплению огромных территорий, разрушению инфраструктуры и, к сожалению, человеческим жертвам. Особенно сложная ситуация наблюдается в горных районах, где ледниковые озера часто подвергаются резким изменениям объема воды из-за неожиданного потепления или обильных осадков. Подобные инциденты могут происходить также с водохранилищами, если понижена их стабильность вследствие высокой влажности почвы или сильных ливней.
Так, в 2023 году серьезный прорыв земляного вала произошел на Геджухском водохранилище в Дагестане, и причиной этого стали аномальные ливни. Результатом стали масштабные наводнения и необходимость введения режима чрезвычайной ситуации в регионе. Подобные события наглядно показывают, что важно иметь инструменты для оперативного оценки возможных рисков и сценариев развития опасных ситуаций.
Технические аспекты инновационной программы
Ученые СПбГУ внесли существенный вклад в развитие технологий прогнозирования прорывных паводков, создав программу OutburstFloodFormation. С ее помощью можно рассчитать такие параметры, как время разрушения плотины, максимальный расход воды, общий объем прорвавшегося потока, а также размеры и форму образующейся прорвы. Для расчетов используются такие данные, как параметры дамбы (размеры, высота над уровнем водоема), характеристика грунта и другие сведения.
Эта программа строит прогноз на основании комплексного подхода, что значительно повышает точность вычислений и позволяет учитывать индивидуальные особенности каждой плотины и прилегающей территории. Такая гибкость крайне необходима, учитывая разнообразие природных объектов и их ландшафта.
Уникальность методик расчета
По словам руководителя исследования, доцента СПбГУ кандидата географических наук Галины Пряхиной, современные методы анализа зачастую основаны либо на эмпирических формулах, либо на упрощенных расчетах, не принимающих во внимание сложную структуру грунта. Разработанная в университете программа отличается тем, что в нее встроена модель неоднородности грунтовых плотин. Это позволяет учесть различия водно-физических свойств грунта в разных точках плотины и рассмотреть оба ведущих механизма разрушения — переливание воды и размыв фильтрационного канала внутри дамбы.
Выделение этих двух факторов и точная оценка внутренних процессов предоставляет существенно более точные прогнозы по сравнению с традиционными подходами, которые не учитывают столь важную детализацию. Команда ученых уверена, что их методика может значительно повысить безопасность не только крупных водохранилищ, но и удаленных горных озер.
Особенности применения программы в горных районах
Программа OutburstFloodFormation предназначена в первую очередь для работы с объектами, расположенными в труднодоступных горных участках, где отсутствуют гидрологические посты и постоянный сбор данных затруднен. Для оценки характеристик плотин и береговой линии используются данные, собранные во время экспедиций, либо спутниковые снимки высокого разрешения.
В ходе тестирования программа была успешно опробована сразу на трех водоемах: озере Башкара на Кавказе, озере Нурган в Монголии и озере Маашей на Алтае, прорвы которого произошли в разные годы. Новое технологическое решение хорошо зарекомендовало себя и подтвердило высокую точность расчетов — это открывает перспективы для широкого внедрения программы на других объектах с аналогичными рисками.
Планы развития и совершенствования программы
Исследователи СПбГУ не останавливаются на достигнутом — уже сейчас идет работа по добавлению в программу дополнительного блока, позволяющего учитывать приток воды. При увеличении осадков или интенсивном таянии ледников приток в озеро меняется, и эта функция позволит получать еще более точные прогнозы состояния всей озерной системы. Надежность таких расчетов крайне важна для скорейшего реагирования на возможные чрезвычайные ситуации.
Таким образом, программа не только повышает оперативность и эффективность мониторинга природных угроз, но и создает прочную научную базу для формирования новых методов управления рисками в гидрологической отрасли. Новые модули позволят проводить моделирование различных сценариев развития событий с учетом изменений климата и погодных условий.
Практическая значимость для населения и инфраструктуры
Во время разрушения плотины через место прорыва проходит огромный объем воды за считанные минуты — от одной до пятидесяти тысяч кубических метров в секунду. Для сравнения, даже у Ниагарского водопада пиковый поток составляет около шести тысяч кубических метров в секунду. Размеры прорана могут достигать сотен метров в ширину и десятков метров в глубину, что приводит к быстрому затоплению долин и создает риски для людей и построек ниже по течению. Предсказание подобных процессов становится решающим моментом для эвакуации населения и принятия экстренных мер.
Уже сейчас результаты работы ученых помогают органам управления принимать взвешенные решения, а местные жители получают дополнительную уверенность в собственной безопасности. Своевременное информирование позволяет разработать четкие алгоритмы наблюдения за водными объектами и снизить вероятность катастрофических последствий.
Более подробную информацию о разработке можно найти на портале СПбГУ. Фото предоставлено пресс-службой СПбГУ. Источник фото: В.А. Распутина.
Источник: scientificrussia.ru
