IDENTIFICATION OF FLOOD-PRONE AREAS USING DIGITAL TOPOGRAPHIC BASE

Плешакова Е.К.

Аспирант, Санкт-Петербургский горный университет

К ВОПРОСУ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОЩАДЕЙ ЗАТОПЛЕНИЯ ТЕРРИТОРИИ ПО ЦИФРОВОЙ ТОПОГРАФИЧЕСКОЙ ОСНОВЕ

Аннотация

Рассмотрено текущее состояние вопроса определения площади затопления при наводнениях, сезонных паводках и гидродинамических авариях. В результате анализа нормативно-технической литературы выявлены недостаточно освещенные вопросы. Для решения задачи определения площади затопления территории предложено учитывать влияние типа рельефа местности и непараллельность уровенных поверхностей. Решение поставленных задач позволит прогнозировать площади затоплений территорий и выявить участки, благоприятные для применения мер защиты.

Ключевые слова: площадь затопления, типы рельефа местности, непараллельность уровенных поверхностей, геоинформационная система.

Pleshakova E.K.

Postgraduate student, Saint-Petersburg Mining University

IDENTIFICATION OF FLOOD-PRONE AREAS USING DIGITAL TOPOGRAPHIC BASE

Abstract

The article deals with the current state of the problem in estimation flooded areas caused by inundations, river floods and hydrodynamic accidents. As a result of normative literature studies issues that are not represented have been presented. To develop new method suggested using the influence type of surface topography and out-of-parallel of initial levels. The solution of these states will allow to predict flooded areas and to identify areas favorable for the application of protective measures.

Keywords: flooded area, type of surface topography, out-of-parallel of initial levels, geographical information system.

В настоящее время крайне актуальным является вопрос определения зон затопления. Как правило, затопления территорий возникают в результате наводнений, сезонных паводков и гидродинамических авариях. В течение последних нескольких лет только на территории РФ произошло большое количество серьезных наводнений. В июле 2012 г. в результате наводнения из-за проливных дождей в Краснодарском крае пострадало 34 тысячи человек. В августе 2013 г. в результате паводка пострадало свыше 100 тысяч жителей Дальнего Востока. Наводнение охватило Амурскую и Магаданскую области, Еврейскую автономную область, Приморский край и Республику Саха (Якутия), Хабаровский край. В 2014 г. от наводнений пострадали 52 тысячи жителей населенных пунктов Алтайского края, Республики Алтай, Хакасии и Тувы. В 2015 г. серьезно пострадал Ханты-Мансийский автономный округ, Алтайский край, город Сочи. Для территорий с застройкой или с ценными сельскохозяйственными угодьями точное определение площадей затоплений и особенно ценно. Помимо непосредственного определения площадей территорий, подверженных затоплению, также решают не менее важную задачу ­­- создание предпосылок по разработке комплекса мер для обеспечения защиты населения и хозяйственных объектов от затоплений и смягчению их последствий. Кроме того, что информация о площадях затоплений может быть использована при разработке нормативно-технической документации, регламентирующей хозяйственное использование земель, подверженных сезонным затоплениям. Важность темы исследования подтверждена нормативно-правовыми актами, например постановлением Правительства РФ от 18.04.2014 №360 «Об определении границ зон затопления, подтопления» [5]. В целях оперативного обнаружения и прогнозирования зон затопления осуществляют государственный мониторинг водных объектов, который является частью государственного экологического мониторинга [1]. Подробно порядок осуществления мониторинга представлен в [4]. В названных нормативных документах отмечена необходимость определения границ зон затоплений, но тем не менее не представлены расчетные методики. В этой связи возникает необходимость в разработке методики определения площадей затопления.

Задача определения площади затопления возникает при возведении гидротехнических сооружений. Строительство практически любого гидросооружения сопряжено с затоплением территорий при создании водохранилища. При создании гидросооружения на равнинных реках, расходы, связанные с затоплениями и подтоплениями составляют значительную часть стоимости строительства, а в некоторых случаях могут достигать и стоимости сооружения всего гидросооружения. В связи с этим вопрос определения площадей затоплений и подтоплений является одним из важнейших при проектировании, особенно в условиях использования равнинных рек. Наиболее активно гидротехническое строительство на территории бывшего СССР велось во второй половине XX века. Накопленный большой и разнообразный опыт производства топографо-геодезических работ для проектирования и строительства гидротехнических сооружений широко представлен в технической литературе того периода. Задача определения площади затопления прежде решалась по топографическим картам. Площадь водохранилища определяли с помощью планиметра или по палеткам, которые строили на прозрачной пленке. Определение площади этими методами возможно только на бумажных топографических картах, использование которых в настоящее время потеряло актуальность. В настоящее время также ведется возведение гидросооружений, но в меньшем объеме, при этом зачастую предпочтение отдается строительству малых ГЭС. Вместе с тем, стоит отметить, что к настоящему времени завершено строительство Богучанской ГЭС на р. Ангара в Красноярском крае. В Московской области сооружается Загорская ГАЭС-2, на Северном Кавказе ведется строительство Зарамагской ГЭС  в Северной Осетии, Зеленчукской ГЭС-ГАЭС в Карачаево-Черкесии, Гоцатлинской ГЭС в Дагестане. На Дальнем Востоке возводятся Усть-Среднеканская ГЭС  в Магаданской области и Нижне-Бурейская ГЭС  в Амурской области. Опыт современного гидротехнического строительства показывает, что наиболее перспективным способом получения картографического материала является воздушное лазерное сканирование. Для моделирования областей, подверженных затоплению, используют геоинформационные системы. Источником данных для моделирования служат цифровые модели рельефа. Несмотря на немалое количество работ, посвященных определению затоплений при наводнениях и гидродинамических авариях, до сих пор остаются недостаточно освещенными некоторые вопросы. Возникает задача исследовать влияние характера рельефа местности на степень затопления прибрежных территорий.

Затопление территории прежде всего зависит от уровня подъема воды водохранилище и рельефа рассматриваемой территории. Водохранилища, сооружаемые на средних и крупных равнинных реках, имеют протяженность от нескольких десятков до сотен километров, и охватывают территории площадью в сотни и тысячи квадратных километров. Водохранилища на малых равнинных реках и на горных реках имеют протяженность, не превышающую одного-двух десятков километров; площади таких водохранилищ не превосходят нескольких десятков квадратных километров. При одинаковом повышении уровня воды в реке или водохранилище на равнинной территории и горной территории, площади затопления будут значительно отличаться, при этом гораздо большая площадь будет затоплена на равнинной местности. В связи с этим была выдвинута гипотеза, что при определении площади затопления территории следует выбирать масштаб картографического материала в зависимости от типа рельефа местности.

В таблице 1 представлены типы местности по преобладающим углам наклона согласно нормативным документам [2], [3].

Таблица 1

Преобладающие уклоны местности	Типы местности согласно
	[3]	[2]
до 2°	плоскоравнинный	равнинный
до 4°	равнинный, пересеченный и холмистый	всхолмленный
до 6°		пересеченный
5-15°	низкогорный	горный и предгорный (с углами наклона более 6°)
10-25°	среднегорный
20-45°	высокогорный

 

Для дальнейшего моделирования выделены следующие типы местности: с углами наклона до 2°, пересеченный (всхолмленный) с углами наклона до 6°, низкогорный с углами наклона более 6°.

Моделирование площадей затопления для различных типов рельефа выполнено в программном продукте ArcGIS. Наиболее значительное увеличение площади при затоплениях возникает на равнинных типах рельефа, где в зависимости от уровня фактически зарегистрированных поднятий площадь затопления может в разы превосходить первоначальную. В средне- и высокогорных районах поднятия уровня при затоплениях на метры может незначительно отразиться на первоначальной площади водного объекта.

Существующие методики определения площадей затопления водохранилища не позволяют учитывать непараллельность уровенных поверхностей, все они основаны на предположении, что границей затопления будет горизонталь, соответствующая единому числовому значению нормальной высоты. В действительности граница затопления будет представлять собой некий контур, имеющий в разных частях различные нормальные (или ортометрические высоты). Также ошибочно считать, что уровень водного бассейна в спокойном состоянии имеет одинаковые нормальные высоты, и урезы воды на берегах везде имеют разные высоты. Во многих случая влияние непараллельности уровенных поверхностей мало, поэтому пренебрегаемо, например при топографических съемках, но в случаях когда точность определения высот имеет важное значение, то это обстоятельство следует учитывать. Возникает необходимость исследовать влияние динамических высот на точность определения площади затопления. Для этого планируется выполнить моделирование в программном продукте ArcGIS площадей затопления с учетом поправок за переход к динамическим высотам.

Решение поставленных задач позволит прогнозировать площади затоплений территорий и выявить участки, благоприятные для применения мер защиты.

Список литературы / References

1. Водный кодекс Российской Федерации от 03.06.2006 N 74-ФЗ (ред. от 31.10.2016). [Электронный ресурс] – URL:http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_60683/ (дата обращения: 28.11.2016).
2. Инструкция по топографической съемке в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500 : [ГКИНП-02-033-82: введен 01.01.1983]. – М. : Недра, 1985. – 151 с.
3. Инструкция по топографической съемке в масштабах 1:10000, 1:25000: [ГКИНП-02-033-82: введен 01.01.1983]. – М.: Недра, 1978. – 149 с.
4. Постановление Правительства РФ от 10 апреля 2007 года N 219 "Об утверждении Положения об осуществлении государственного мониторинга водных объектов". [Электронный ресурс] – URL:http://www.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc;base=LAW;n=162057#0/ (дата обращения: 28.11.2016).
5. Постановление Правительства РФ от 18 апреля 2014 N 360 "Об определении границ зон затопления, подтопления". [Электронный ресурс] – URL:http://www.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc;base=LAW;n=198333#0/ (дата обращения: 28.11.2016).

Список литературы на английском языке / References in English

1. Vodnyj kodeks Rossijskoj Federacii ot 03.06.2006 N 74-FZ (red. ot 31.10.2016). [Water Code of the Russian Federation dated 03.06.2006 N 74-FL (ed. dated 31.10.2016)] [Electronic resource]  – URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_60683/ (accessed: 11.2016). [in Russian]
2. Instrukciya po topograficheskoj s"emke v masshtabah 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500. [Rules of surveying in scales 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500] [GKINP-02-033-82: vveden 01.01.1983]. – M. : Nedra, 1985. – 151 s. [in Russian]
3. Instrukciya po topograficheskoj s"emke v masshtabah 1:10000, 1:25000. [Rules of surveying in scales 1:10000, 1:25000] [GKINP-02-033-82: vveden 01.01.1983]. – M.: Nedra, 1978. – 149 s. [in Russian]
4. Postanovlenie Pravitel'stva RF ot 10 aprelja 2007 goda N 219. «Ob utverzhdenii Polozhenija ob osushhestvlenii gosudarstvennogo monitoringa vodnyh ob#ektov». [Decree of the Government of the Russian Federation dated 10.04.2007 N 219. «About asseveration of statement national monitoring of water objects»] [Electronic resource] – URL: http://www.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc;base=LAW;n=162057#0/ (accessed: 11.2016). [in Russian]
5. Postanovlenie Pravitel'stva RF ot 18 aprelja 2014 N 360. «Ob opredelenii granic zon zatoplenija, podtoplenija». [Decree of the Government of the Russian Federation dated 18.04.2014 N 360. «About identification flood-prone areas»] [Electronic resource] – URL: http://www.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc;base=LAW;n=198333#0/ (accessed: 11.2016). [in Russian]