Прогнозирование динамики вод местного стока при таянии снега

Весной при наступлении первых потеплений происходит масштабное таяние снега, что приводит к затоплению территорий значительной площади [1]. Причиной тому является движение поверхностных вод, не успевающих стечь в водоемы, уйти в грунтовые воды, испариться.

Для прогнозирования динамики движения поверхностных вод необходимо учитывать следующие факторы: рельеф местности, впитывающие свойства грунта, начальное состояния снежной массы, динамику таяния снега, осадки, влажность воздуха. Прогнозирование динамики движения поверхностных вод возможно путем компьютерного моделирования [2, 3].

В результате разработана оригинальная программа «Программа для моделирования движения вод местного стока» (далее — программа), предназначенная для моделирования динамики вод местного стока при масштабном таянии снега или интенсивного поступления жидкости с ливневыми дождями [4].

В работе в качестве примера демонстрации возможностей предлагаемой модели была выбрана местность с высоким ежегодным риском затопления — вблизи населенного пункта с. Шуберское Воронежской области. Согласно статистическим данным, за последние 10 лет в данной местности затопление может происходить при весеннем таянии большого объема снега.

На рис. 1 приведен фрагмент программы — карта с. Шуберское Воронежской области и карта затопления в первый день при таянии снега в установленном режиме.

Результатом работы программы моделирования движения вод местного стока является определение вероятных мест скопления талых вод путем компьютерного моделирования.

Для получения результата в программу вводится информация о рельефе заданной местности. В процессе работы программа просчитывает течение воды под действием разности уровней жидкости и высот рельефа. Результаты расчетов выводятся на карту затопления местности, помимо этого на ту же карту выносится зависимость уровня воды от времени в заданных точках (например, населенных пунктах, железнодорожных станциях, дорогах).

Процесс моделирования движения вод местного стока позволяет получить серию карт затопления с временным интервалом в несколько часов или суток. В программе на картах затопления черным цветом отмечены области затопления, в которых уровень воды превышает 0,1 м. Кроме того, для выбранных наиболее важных точек на карте, в частности, главной улицы населенного пункта, железнодорожного вокзала, федеральной автодороги и т.п. можно получить зависимости уровня воды от времени.

Рис. 1. Фрагмент программы — карта затопления в первый день при таянии снега в установленном режиме окрестностей с. Шуберское Воронежской области

Карта затопления в день таяния снега

С помощью программы установлено, что наибольшее затопление в с. Шуберское прогнозируется с 1 по 4 сутки с момента таяния снега, однако даже спустя 18 суток, анализируемый населенный пункт частично затоплен (рис. 2).

№ t = 1 сутки                          t = 4 сутки

Z= 13 сутки

Z = 18 сутки

Предлагаемый подход учитывает с высокой детализацией рельеф местности, воспроизводит основные физические процессы, и на основе этого позволяет с высокой долей достоверности прогнозировать характер и динамику затопления заданной местности.

Данные, полученные в результате работы программы, позволят прогнозировать площадь территории и, при необходимости, вносить изменения в алгоритм действий чрезвычайных служб при предотвращении и ликвидации последствий паводка.