Привет студент

Геолого-географический факультет

Кафедра экологии и природопользования

Курсовой проект

по дисциплине «Управление рисками, системный анализ и моделирование»

Оценка и анализ риска наводнений

Аннотация

Данный курсовой проект содержит ___ страниц, в том числе __ рисунка, __ таблицы, __ источника по списку литературы, __ графических приложений. Курсовой проект посвящен анализу риска наводнений.

Работа состоит из расчетно-пояснительной записки, которая посвящена оценке, прогнозу и анализу риска наводнений в Санкт-Петербурге. С помощью методов математического моделирования определили дату следующего катастрофического наводнения.

На основе полученных результатов, были предложены, наряду с обученностью персонала, предупредительные меры для предотвращения и существенному уменьшению последствий наводнений.

Содержание

Введение

1 Идентификация риска

1.1 Основные понятия и классификация рисков наводнений

1.2 Размер и ущерб, наносимый наводнениями

1.3 Анализ статистических данных о наводнениях

1.4 Общая информация о наводнениях в Санкт-Петербурге

2 Оценка и анализ риска наводнений

2.1 Математическое моделирование наводнений

2.2 Модель анализа и прогноза наводнений на основе динамики природной среды

3 Мероприятия по снижению риска наводнений

3.1 Инженерные способы защиты

3.2. Не инженерные способы защиты

3.2.1. Страхование от опасности наводнения

3.2.2. Управление водным хозяйством

3.2.3. Мониторинг и прогнозирование наводнений

3.2.4. Оповещение и информирование населения при наводнения

Заключение

Список использованных источников

Введение

Экстремальные природные явления гидрометеорологического происхождения, к которым относятся наводнения, сопутствуют человеческому обществу с древнейших времен. Но если ранее эти стихийные бедствия были чрезвычайно редкими, то за последние столетия, и в особенности в конце XX века, частота и размеры причиняемого ими ущерба стремительно росли. Во всем мире, включая Россию, наблюдается тенденция значительного роста ущербов от наводнений, вызванная нерациональным ведением хозяйства в долинах рек, усилением их хозяйственного освоения и потеплением климата. Наводнения ежегодно наносят существенный ущерб, как глобальной экономике, так и народному хозяйству нашей страны. Согласно данным ООН, экономические потери от экстремальных явлений гидрометеорологического происхождения составляет 70% суммарного ущерба от воздействия природных катастроф и стихийных бедствий. В конце XX и в начале XXI в. на большей части территории России наблюдалось увеличение максимальных расходов в периоды половодья. Согласно статистических данных ежегодные убытки от наводнений составляют десятки миллиардов долларов, достигая в некоторых странах 15 % валового национального продукта, а вот вторичный ущерб при наводнениях еще более значителен.

В настоящее время опасность наводнений разного характера существует примерно на 2,4% территории России, а ежегодно в половодье затапливается около 5 млн. га (0,3%). Примерно 50% наводнений на указанной площади обусловлены таянием снега и происходят в весеннее время.

В последние десятилетия отмечается увеличение общего количеств экстремальных гидрометеорологических явлений, как во всем мире, так и в России, усугубились их экономические, социальные и экологические последствия, и выросло число вызванных ими человеческих жертв. В этой и так весьма серьезной ситуации, расширение изменчивости климата и ожидающиеся климатические изменения приведут к тому, что наводнения могут быть более частыми и масштабными.

Наводнения как стихийное бедствие не могут быть целиком предотвращены везде и повсюду. Их можно только ослабить и локализовать. Борьба с наводнениями – дело весьма трудоёмкое и дорогостоящее.

Все это обуславливает актуальность темы данного курсового проекта «Оценка и анализ риска наводнений».

Целью курсового проекта является разработка мероприятий по снижению риска наводнений в г. Санкт-Петербурге на основе их анализа и оценки, а также прогнозная оценка следующего катастрофического наводнения.

Для достижения поставленной в курсовой работе цели необходимо было решить следующие задачи:

1) изучить теоретические основы расчетов по оценке риска наводнений и принципов снижения данного риска, определить сущность риска и его место в системе безопасности;

2) дать характеристику основным факторам, обуславливающим подъем воды в р.Нева;

3) рассмотреть объект защиты и оценить мероприятия объекта по пожарной безопасности;

4) проанализировать и дать оценку риска наводнений на данном объекте защиты;

5) оценить последствия воздействия опасных факторов на людей для различных сценариев его развития;

6) разработать систему мероприятий направленных на предотвращение или снижение вероятности возникновения паводкового наводнения, а также на уменьшение последствий наводнения.

Для предупреждения затоплений земель, вызванных наводнениями, и максимально возможного смягчения их последствий необходимо осуществлять комплекс мероприятий организационного, инженерно-технического, технологического и экологического характера. Практические рекомендации сводятся к запрету освоения периодически затопляемых земель; трансформации затопляемых пахотных земель в сенокосы, луга и пастбища; освоению новых земель под сельскохозяйственные угодья с учетом опасности затопления.

1 Идентификация риска

1.1 Основные понятия и классификация рисков наводнений

Существует большое разнообразие мнений по поводу понятия определения, сущности и природы риска. Это связано с многоаспектностью этого явления, недостаточным использованием в реальной деятельности, игнорированием в существующем законодательстве.

В самом определении понятия «риск» заложена основа методологического выделения направлений исследований — оценки, анализа и управления риском, несмотря на то, что вплоть до настоящего времени в трактовке этого термина не существуют единого мнения. В современных научных концепциях общее понятие риска трактуется как «характеристика ситуации или действия, когда возможны многие исходы, существует неопределенность в отношении конкретного исхода, и, по крайней мере, одна из возможностей является нежелательной». В «Словаре русского языка» С.И. Ожегова (Ожегов, 1964) риск определяется кратко и достаточно близко отражает современное научное понимание и употребление этого термина: «Риск: 1. Возможная опасность. 2. Действие наудачу в надежде на счастливый исход. В этом определении заложены все основные элементы, которые входят в современные научные трактовки риска. Содержание этого термина охватывает столь различные области реальной жизни человека и общества, что трудно выделить те из них, в которых понятие риска не использовалось бы. Сюда же относится риск крупных природных катаклизмов, например риск наводнений.

Наводнение - это интенсивное затопление большой территории водой, которое причиняет материальный ущерб, наносит урон здоровью населения или приводит к гибели людей. Наводнения отмечаются при половодьях, паводках, прорывах дамб и плотин.

Причины наводнений разнообразны, и каждой причине или группе причин соответствует свой тип наводнения.

По типам наводнения подразделяются на две большие группы: 1) вызываемые естественным режимом водных объектов и 2) антропогенно-обусловленные.

1) К наводнениям, вызываемым естественным режимом водных объектов,

относят:

а) наводнения, сформированные вследствие сосредоточенного талого стока при исключительно небольшом (менее 5—10 %) участии дождевых вод;

б) наводнения, сформированные в результате снегодождевого стока (с участием дождевых вод в объеме половодья до 30—40 %);

в) наводнения, возникшие вследствие загромождения живого сечения русла реки во время ледохода и вызвавшие стеснение живого сечения — затор;

г) наводнения, вызванные зажорами — закупоркой живого сечения реки в период начала осеннего или зимнего ледостава массой внутриводного

льда, шуги, обломков заберегов, небольших льдин;

д) нагонные наводнения, которые формируются в результате ветрового нагона воды в устьях рек, впадающих в море, океан, крупные озера и водохранилища.

Особенностью этих наводнений является быстрота их формирования

и трудность принятия соответствующих мер по их предотвращению, а также

часто невозможность предсказания места формирования затора.

Антропогенными причинами наводнений могут являться:

— стеснение живого сечения потока реки русловыми дорогами, дамбами, мостовыми переходами, что уменьшает пропускную способность русла и повышает уровень воды;

— сезонное регулирование стока вышележащими водохранилищами, что вызывает нарушение естественного режима расхода воды;

— обрушения плотин, которые удерживают воды водохранилища.

Антропогенные факторы с начала XXI века стали играть все большую роль в увеличении частоты и разрушительной силы наводнений. Среди них в первую очередь следует назвать сведение лесов — максимальный поверхностный сток возрастает на 250—300 % и нерациональное ведение сельского хозяйства — в результате снижения инфильтрационных свойств почв резко увеличивается поверхностный сток и интенсивность паводков. Значительный вклад в усиление интенсивности паводков и половодий внесли: продольная распашка склонов, переуплотнение полей при использовании тяжелой техники, переполивы в результате нарушения норм орошения. Примерно втрое увеличился средний ущерб, наносимый паводками на урбанизированных территориях в связи с ростом водонепроницаемых покрытий и застройкой. Существенное увеличение максимального стока связано с хозяйственным освоением пойм, являющихся природными регуляторами стока. Помимо сказанного следует назвать еще несколько причин, непосредственно приводящих к формированию наводнений: неправильное осуществление паводкозащитных мер, ведущее к прорыву дамб обвалования, разрушение искусственных плотин, аварийные сработки водохранилищ и др. Обострение проблемы наводнений в России связано также с прогрессирующим старением основных фондов водного хозяйства вследствие постоянного уменьшения объемов капиталовложений в водную отрасль в течение последних 20 лет. Ухудшение технического состояния напорных гидротехнических сооружений резко увеличивает риск их разрушений во время паводков и половодий.

Дополнительными факторами риска антропогенного характера является изменение характера стока на хозяйственно освоенных и подвергнутых

трансформациям водосборных территориях; хозяйственное освоение паводкоопасных территорий в нижних бьефах гидроузлов и размещение там хозяйственных объектов и жилья; стеснение живого сечения потока рек. Все это приводит к наводнениям с тяжелыми и катастрофическими последствиями, нанесению значительного ущерба объектам экономики, здоровью людей и к человеческим жертвам.

Возникновению весенних наводнений содействуют многоснежные зимы без оттепелей, позднее и дружное таяние снега одновременно со значительным выпадением осадков.

В режиме рек обычно выделяют половодье, паводок и межень.

Под половодье понимается относительно продолжительное увеличение водности реки; которое ежегодно повторяется в один и тот же сезон и сопровождается высоким и длительным подъёмом воды, обычно выходом её из русла на пойму. Продолжительность (30 - 120 суток) зависит от запасов снега, глубины промерзания почвы, температуры воздуха, размеров реки, заболоченности, лесистости и озёрности водосбора и других факторов. На севере и северо-востоке максимальные уровни подъёма на средних реках 4 - 6,5 м, на малых 2,5 - 3,5 м, подъём длится 15 - 20, спад 36 - 40 суток, на западе соответственно 2 - 3 и 1,5-2 м, 8-12 и 25-30 суток. На юго-западе и юге половодье растянутое и сглаженное, длится 60 - 80 суток, превышение над минимальными летними уровнями 1,5 - 3 м. В поймах малых рек на юге в половодье вода стоит в среднем 25 - 30 суток, средних и больших - 45 - 60 суток, преобладающая ширина разлива 1,5 - 2 км, глубина на пойме обычно 0,3 - 0,8 м.

В половодье повреждаются сооружения в поймах рек, размываются берега, иногда покрываются песком ценные сельскохозяйственные угодья. Наибольшие половодья приводят к наводнениям, считаются стихийными бедствиями. Чтобы избежать затопления, осуществляют обвалование рек, строительство польдеров, плотин и водохранилищ. Учёт весеннего подъёма уровней рек необходим при проектировании и эксплуатации мостов, плотин, дамб и других народно-хозяйственных объектов в долинах рек, при эксплуатации водохранилищ и водопользовании.

Паводок - сравнительно кратковременное и непериодическое поднятие уровня воды в реке, возникающее в результате быстрого таяния снега при оттепели, ледников, обильных дождей, попусков воды из водохранилищ. В отличие от половодий паводки случаются в любое время года. Если паводок образуется вследствие быстрого увеличения расхода воды на отдельном участке реки, то он распространяется вниз по течению с большой скоростью, достигающей на равнинных реках скорости 5 км\час, на горных – 45 км\час. Высота такого паводка вниз по течению обычно убывает, но продолжительность увеличивается. Значительный паводок может вызвать наводнение.

Меженью называют период низкой водности рек, который устанавливается в зимний и летне-осенний сезоны, поэтому различают летне-осеннюю межень.

По степени опасности наводнений выделяют шесть типов районов:

— чрезвычайно опасных наводнений, где максимальные уровни более чем на 3,2 метра превышают уровни начала затопления прибрежных территорий;

— весьма опасных наводнений, где максимальные уровни на 2,1 -3,2 метра превышают уровни начала затопления;

— опасных наводнений, где максимальные уровни на 1,5-2,0 метра превышают уровни начала затопления;

— умеренно опасных наводнений, где максимальные уровни на 0,8-1,4 метра превышают уровни начала затопления;

— мало опасных наводнений, где максимальные уровни на 0,3-0,7 метра превышают уровни начала затопления;

— незначительно опасных наводнений, где максимальные уровни менее чем на 0,3 метра превышают

1.2 Размер и ущерб, наносимый наводнениями

Ущерб, причиняемый наводнением, связан с целым рядом поражающих факторов, важнейшими из которых являются:

— быстрый подъем воды и резкое увеличение скорости течения, приводящие к затоплению территории, гибели людей и скота, уничтожению имущества, сырья, продовольствия, посевов, огородов и т. п.;

— низкая температура воды, пребывание в которой людей может приводить к заболеваниям и гибели;

— снижение прочности и срока службы жилых и производственных зданий;

— смыв плодородной почвы и заиливание посевов.

По размерам и наносимому им ущербу различают небольшие, большие, выдающиеся и катастрофические наводнения.

Небольшое наводнение наносит незначительный материальный ущерб и почти не нарушает нормального течения жизни людей. Повторяемость их примерно один раз в 5 – 8 лет и характерны они для малых рек.

Большое наводнение сопровождается значительным материальным ущербом, в том числе и причиняемым населению. Часть населения, материальных ценностей и скота эвакуируется. Повторяемость – примерно 1 раз в 10 – 25 лет.

Выдающееся наводнение охватывает крупную речную систему, почти полностью парализует хозяйственную деятельность региона и наносит большой материальный и моральный ущерб. Возникает необходимость массовой эвакуации населения. Повторяемость таких наводнений – примерно 1 раз в 50 – 100 лет.

Катастрофическое наводнение распространяется на несколько крупных речных бассейнов. Оно надолго парализует хозяйственную деятельность человека. Сопровождается человеческими жертвами. Повторяемость – 1 раз в 100 – 200 лет и реже.

Одним из наиболее опасных является наводнение, причина которого в прорыве плотины, дамбы или другого гидротехнического сооружения, либо в переливе воды через плотину из-за переполнения водохранилища. Затопление местности, расположенной ниже сооружения, осуществляется в этом случае внезапно, с приходом так называемой волны прорыва (вытеснения, пропуска), высота которой может достигать нескольких десятков метров, а скорость движения – нескольких десятков м/с.

Негативные последствия для экономики затопленных районов проявляются в виде прямого и косвенного ущерба.

К прямому ущербу относятся гибель, переохлаждение и травмы людей, повреждения и разрушение жилых и производственных зданий, дорог, линий электропередач и связи, гибель скота и урожая, уничтожение и порча сырья, топлива, продовольствия, кормов и удобрений, затраты на временную эвакуацию населения, уничтожение плодородного слоя почвы. При этом гибель людей может явиться следствием утопления, тяжелых травм и переохлаждения (табл.1); переохлаждение может явиться также причиной многих заболеваний, травмы могут наноситься тяжелыми плавающими предметами или возникнуть от ударов о преграды при движении в быстром потоке.

Допустимое время пребывания человека в воде

Видами косвенного ущерба являются затраты на приобретение и доставку в районы бедствия продуктов питания, кормов и необходимых материальных средств, сокращение выработки продукции вследствие затопления предприятий, ухудшение условий жизни населения, невозможность рационального использования территорий в зоне затопления и другие.

Наводнения в большинстве случаев доступны для прогнозирования, что позволяет предотвратить массовые жертвы среди населения и сократить ущерб.

1.3 Анализ статистических данных о наводнениях

Площадь территорий, подверженных наводнениям, превышает в настоящее время 3 млн км2, на них проживает 1 млрд человек. В России площадь паводкоопасных территорий составляет 400 тыс. км2. Ежегодно подвергается затоплению около 50 тыс. км2 территорий. Наводнениям с катастрофическими последствиями подвержена территория в 150 тыс. км2, где расположены 300 городов, десятки тысяч населенных пунктов, большое количество хозяйственных объектов, более 7 млн га сельхозугодий.

Учитывая, что 2011 Институтом космических исследований им. Годдарда, входящим в НАСА, занесен в десятку самых теплых с 1880 года, и что в этой десятке из 20 века удержался только 1998 – взаимосвязь между потеплением и наводнениями очевидна. Чем бы ни объясняли ученые рост температуры – космическими лучами, парниковым эффектом, или разогревом Земли изнутри, понятно, что взаимосвязь между потеплением и количеством выпадающих осадков – налицо. Разогревается и расширяется Мировой океан, меняется структура его течений, и приводит это к тому, что все больше территорий, особенно прибрежных, страдают от избытка влаги. Косвенно об этом же говорит и то, что одновременно с сильнейшими за десятки лет наводнениями другие регионы США, Канады, Австралии и Китая столкнулись со столь же сильными засухами.

Не считая мартовского цунами 2011 г. в Японии (ущерб более $200 млрд.), рекордсменом, и по длительности и интенсивности затопления, и по сумме убытков от него ($43 млрд.), стал, безусловно, Таиланд. Большая вода пришла в курортный рай еще в начале весны 2011 года, и покинула страну лишь в декабре, унеся с собой жизни почти 700 тайцев (кстати, столько же за считанные часы унесло наводнение на Филиппинах в декабре 2011, вызванное нагонной волной от тайфуна Ваши). Полгода большая часть столицы Бангкока находилась под метровым и более слоем воды. В 2011 году Австралия, Индонезия, Китай и практически вся Южная Америка, оказались под влиянием сезонных дождей, период которых растянулся едва ли не на весь год. Да и США весной было о чем задуматься – в мае разлив Миссисипи был самым бурным за 80 с лишним лет. Канада пережила крупнейшее наводнение за 150 лет. Достаточно благополучно в отношении водной стихии выглядит Россия. Здесь есть районы, традиционно подверженные опасности цунами и разливов рек, вызванных муссонными дождями – это Дальний Восток и Приамурье. На Северном Кавказе ежегодно происходят паводки, вызванные дождями в горах и таянием снега. В числе катастрофических наводнений природного характера, вызванных интенсивным снеготаянием и обильными дождями, одним из сильнейших (за последние 3 года) по площади затопления земель и нанесенном ущербе было наводнение в июне 2011 г. Оно охватило значительную часть Краснодарского и Ставропольского краев, Адыгею, Карачаево-Черкессию и ряд предгорных республик Северного Кавказа. При этом наводнении пострадала экономика 27 южных районов; в зону затопления и подтопления попала инфраструктура 116 населенных пунктов. Только прямой экономический ущерб превысил 17 млрд. рублей. На землях сельскохозяйственного назначения Черноморского побережья Краснодарского края масштаб чрезвычайных ситуаций, связанных с наводнениями, зависит от выхода на побережье смерчей, которые время от времени образуются над акваторией Черного моря. В августе 2011 г. ливневый паводок вследствие дождей чрезвычайной интенсивности, выпавших на участке побережья в районе Новороссийска, совпал с водяным смерчем. В результате ущерб экономике региона составил 2,1 млрд. руб. Помимо перечисленных причин природного характера, наводнения могут быть вызваны сверхнормативными сбросами воды из водохранилищ и прорывом напорных гидротехнических сооружений. Это приводит к образованию волны прорыва, возникновению значительных гидродинамических нагрузок и, как следствие, – к большим потерям земель сельскохозяйственного назначения в зоне воздействия потока. Затопления земель, связанные с такими процессами, отмечаются достаточно часто: июль 2005 г. – в Ростовской области (прорыв плотин у автомагистрали Ростов – Ремонтное); июнь 2007 г. – в Астраханской области (повышенный сброс из Волгоградского водохранилища); октябрь 2008 г. – в Краснодарском крае (прорыв плотины Краснополянской ГЭС). Сверхнормативные сбросы воды из Кубанского водохранилища зимой 2006 года стали одной из основных причин крупнейшего за последние 100 лет наводнения в Ставропольском крае в пойме р. Кубань [8]. Кроме этого, случаются весенние разливы из-за закупорки сибирских рек во время ледохода. И, конечно, знаменитые наводнения в Петербурге. Крупнейшее из них, 1824 г., увековеченное Пушкиным в «Медном всаднике», когда Нева вышла за ординар более чем на 4 м, по непроверенным данным, забрало 4 тысячи жизней.

1.4 Общая информация о наводнениях в Санкт-Петербурге

Наводнения в Санкт-Петербурге образуются в результате подъёма воды в дельте Невы и восточной части Невской губы, вызванного воздействием ветра на водную поверхность, что приводит к затоплению части территории города.

Причиной являются циклоны в Балтийском море с преобладанием западных ветров, которые вызывают нагонную волну, двигающуюся в направлении устья Невы, где она сталкивается с естественным течением реки.

Подъем воды усиливается из-за мелководья и пологости дна в Невской губе, а также сужающимся к дельте Невы Финским заливом. Наводнения вызываются также рядом других факторов: возникающие на Балтике циклоны с преобладанием западных ветров вызывают подъём «медленной» нагонной волны Кельвина и ее движение в направлении устья Невы, где она встречается с двигающимся во встречном направлении естественным течением реки.

Наводнения причиняют городу колоссальный ущерб. Глобальное потепление и ряд «антропогенных» факторов, по прогнозам специалистов, приведут к увеличению повторяемости и росту разрушительной силы наводнений. И статистика это подтверждает.

Еще при Петре I для защиты города от наводнений старались поднять уровень застраиваемых земель. В старых районах города насыпной грунт составляет 3-4 метра, а кое-где - до 12 метров! Был специально прорыт Обводный канал, который, как считалось, должен был защитить город от стихии. Увы, расчет не оправдался. В 1824 году, когда уровень воды поднялся до 410 см выше ординара, затопленной оказалась большая часть города.

После наводнения 1824 года инженер П.П. Базен предложил построить каменную дамбу поперек Финского залива, от Лисьего носа через остров Котлин (Кронштадт) до Ораниенбаума (Ломоносова). В XIX веке создать этот барьер было практически невозможно. Через полтора столетия идея Базена стала основой проекта Комплекса Защитных сооружений (КЗС) Санкт-Петербурга от наводнения («дамбы»).

Проект Дамбы изначально рассчитывался с запасом - на 5-метровое наводнение в сочетании с 3-метровой ветровой волной. Катастрофа такого масштаба маловероятна.

Строительство комплекса было начато в 1979 году, но в 1987 году строительство было прервано, из-за опасений по поводу негативного экологического воздействия КЗС (комплекса защитных систем). Однако в 1990 г. независимая международная комиссия пришла к выводу о том, что сооружения комплекса ничего плохого для экологии не несут, и рекомендовала закончить строительство. Новый этап строительства Комплекса защитных сооружений начался в 2001 году.

В настоящее время наводнениями считаются подъёмы уровня воды более чем на 160 см. над нулем Кронштадтского футштока или выше 150 см. над ординаром у Горного института.

Наблюдения за колебаниями уровня Балтийского моря начались с 1703 года. А с 1707 года в Кронштадте действует футшточная служба. В 1840 году по предложению гидрографа М.Ф.Рейнеке на каменном устое Синего моста через Кронштадтский Обводный канал нанесена черта, соответствовавшая среднему уровню воды Финского залива по наблюдениям 1825-1839 годов. С этой чертой совмещен нуль Кронштадтского футштока (0 КФ), от которого исчисляются абсолютные высоты поверхности Земли, все глубины морей на навигационных и топографических картах, космические высоты. С 1898 года работает автоматический самопишущий прибор-мареограф, фиксирующий изменения уровня воды.

Измерение высоты уровня воды осуществляется с помощью простейшего прибора - футштока. Измерения по футштоку производятся с точностью до одного сантиметра. Колебания уровня воды, регистрируемые на ленте мареографа, систематически сверяются с измерениями по футштоку.

До 1982 года высоты наводнений в Ленинграде отсчитывались от ординара у Горного института, показывающего средний многолетний уровень воды в Неве. Этот ординар выше 0 КФ на 11 см, то есть низшая отметка наводнений составляла 150 см.

В первые годы существования Петербурга исходная отметка уровня воды для отсчета наводнений отсутствовала, хотя по указу Петра I в 1715 году у стены Петропавловской крепости был установлен первый в России футшток.

В дальнейшем наводнениями считались подъемы воды на 3 фута (91 см; фут равен 30,48 см). В XIX и XX веках наиболее употребительной для отсчета наводнений была отметка 5 футов (152 см) над ординаром, близкая к современной. Предлагались и другие, например 7 футов (213 см), когда затоплению подвергалась значительная часть исторического центра города.

До начала систематических измерений уровня воды у Горного института в 1878 году сведения о наводнениях в Петербурге не вполне точны. Достаточно надежны лишь даты значительных подъемов воды — чрезвычайные события слишком очевидны и наглядны. Что касается относительно невысоких наводнений, то они фиксировались приближенно, их уровень определялся грубо, порой «на глаз», с перерывами, в различных местах по течению Невы, от различных отсчетных горизонтов.

Чаще всего наводнения происходят в период с сентября по январь. Наиболее крупными были наводнения в 1824 (7 (19) ноября, 421 см выше ординара), (23 сентября, 380 см), 1777 (10 (21) сентября) 321 см), 1955 (15 октября, 293 см), 1975 (29 сентября, 281 см) годах. С 1703 по 2008 гг. зафиксировано 332 наводнения (подъем воды более 160 см), из них 37 с подъемом более 210 см. В некоторые годы случались по несколько наводнений (в 1983 — десять), были периоды затишья (1729—1732 и 1744—1752).

Наводнения с подъёмом воды до 210 см. считаются опасными, от 211 до 299 см. — особо опасными, свыше 300 см. — катастрофическими.

При катастрофических наводнениях общая площадь затопления превышает 100 км. Скорость подъема уровня воды в Неве, продолжительность стояния высокого уровня и скорость спада воды зависят от интенсивности наводнения. При наводнении в 150-200 см средняя скорость подъема уровня 22,5 см/ч, спада - 15 см/ч. Наибольшая скорость подъема и спада уровня (100 см/ч) наблюдалась 15.10.1929 и 01.10.1994. Продолжительность наводнений варьируется от 8 часов до 2-3 суток и в среднем составляет около 24 ч. Подъем уровня длится в среднем 8-9 ч. Как правило, время спада в 1,1-1,5 раза больше времени подъема. На рис. 1.4.1 приведена схема крупнейших наводнений в СПБ с момента основания города:

 

1.4.1. Схема крупнейших наводнений в СПБ

Высокий уровень воды в Неве может наблюдаться в любое время суток. За период 1703-2008 гг. из 332 наводнений 160 произошли в октябре - ноябре, что обусловлено повышенной циклонической деятельностью в это время года. Единичные случаи наводнений зафиксированы в период с февраля по июль.

На рис.1.4.2 приведен график наводнений уровней подъема воды в СПб с 1703 года по 2008 гг.

 

Рис. 1.4.2. Уровни подъема воды в СПб с 1703 года по 2008 гг.

За всю историю Санкт-Петербурга произошло 3 катастрофических наводнения (с подъемом воды свыше 300 см.) - в 1777, 1824 и 1924 гг:

— 27 августа и 21 сентября 1777 года (321 см) 1-е катастрофическое наводнение в истории города.

—19 ноября 1824г. (421 см) произошло первое по высоте наводнение и 2 катастрофическое в истории Петербурга.

— 23 сентября 1924 года (380 см) – 3 катастрофическое наводнение в истории Петербурга.

Таким образом, 3 наводнения катастрофического плана наступили с интервалом в 50 и 100 лет, что наводит на размышления об определенной цикличности. Между 2 и 3 наводнением, наверное, должно было быть еще одно наводнение, в районе 1874-77 годов. Хронология наводнений показывает, что опасные наводнения были только в 1874 году и до 1879 года больше таковых не наблюдалось.

До сих пор в Санкт-Петербурге отсутствует надежная система прогнозирования времени и интенсивности наводнений, а разработка методов, дающих возможность рассчитывать подъемы уровня воды в устье реки Невы с большей заблаговременностью, остается одной из важнейших задач.

2 Оценка и анализ риска наводнений

2.1 Математическое моделирование наводнений

Оценка риска наводнений на рассматриваемой территории проводится периодически в интересах управления риском. При оценке риска все основные влияющие факторы являются неопределенными, и используются их оценочные значения. Оценка риска состоит в оценке повторяемости чрезвычайной ситуации и предполагаемого ущерба от них. Заблаговременная оценка последствий ЧС представляет собой частную задачу оценки риска при условии, что инициирующее событие произошло (опасность реализовалась). Прогноз осуществляется по расчетным параметрам неопределенных факторов с учетом преобладающих среднегодовых метеоусловий. Результаты прогнозирования используются для планирования превентивных мер по защите населения и территорий.

Из разделов математики в теоретической базе анализа объекта прогнозирования наиболее существенное место занимают теория вероятностей и математическая статистика, теория численных методов анализа и оптимизации, современная теория факторного анализа, дифференциальные уравнения. Последние применяются для описания относительно регулярных процессов, случайной составляющей которых можно пренебречь по той или иной причине. В основном же современные прогнозные модели объектов строятся в рамках статистических моделей, моделях экстраполяции и интерполяции регулярных составляющих, оценки влияния случайных составляющих процесса.

Для исследования наводнений методами математической статистики были использованы данные по наводнениям с 1703 по 2008г. На рис. 2.1.1 отображена сезонная составляющая особо опасных наводнений.

Таким образом, с февраля по июль включительно наводнения почти исключены. Наибольшее количество приходится на октябрь (32%) и наименьшее на август (3%). Этот аспект необходимо учитывать при составлении прогноза.

 

Рис. 2.1.1. Сезонная составляющая особо опасных наводнений в СПБ

В отдельные годы наводнения не наблюдаются. Наибольшее число (10) наводнений в течение года было в 1983. Последняя активизация наводнений отмечена в начале 1990-х гг., последний в XX в. большой подъем воды в Неве был в 1999. На рис. 2.2 отображен график (диаграмма рассеяния), демонстрирующий регуляность крупных наводнений в Санкт-Петербурге за историю наблюдений.

 

Рис. 2.1.2. График количества наводнений в СПБ по годам.

Для выявления закона, наиболее подходящего в качестве описания высоты подъема воды во время наводнений, были проанализированы особо опасные и катастрофические наводнения с 1703 по 2008 гг., то есть те, уровень воды которых превышал 210 см.

Для автоматизации и упрощения обработки большого объема данных, все вычисления проводятся в среде Mathcad. Исходными данными для будущей модели наводнений является третья колонка таблицы 2.1.1 – уровень подъема воды. Обозначим ее как вектор X, представляющий собой выборочные данные (выборку) длиной n=83.

Список исследуемых наводнений отражен в таблице 2.1.1:

Таблица 2.1.1. Список исследуемых наводнений.

 

Для определения закона распределения уровней подъема воды, а также в целях предварительного анализа свойств распределения выборочных данных (вектора X) в математической статистике используются гистограммы – диаграммы распределения частот попадания выборочных данных в заранее выбранные интервалы. Таким образом, промежуток между наименьшим (211 см) и наибольшим (421 см) уровнями подъема воды разбивается на b интервалов равной длины h, для каждого из которых определяется число ni элементов выборки X, попавших в данный интервал, i=1,2,…b. Числа носят название частот попадания, а ni/n – относительных частот попадания элементов в интервалы. Определяя для каждого интервала величины приведенных относительных частот δi=ni/(nh) и размещая полученные значения на серединах f0i интервалов, строится зависимость δi от f0i (рис. 2.1.3).

Рис 2.1.3. Диаграммы распределения частот попадания выборочных данных.

На основе визуального анализа построенной гистограммы, путем сопоставления ее с теоретическими плотностями вероятностей, нанесенными на график, можно сделать предварительное заключение о предполагаемом виде закона распределения. Но это заключение не будет являться окончательным, так как различные законы распределения имеют близкие по форме плотности вероятностей. Поэтому необходимо выполнить проверку гипотез о виде распределения.

По построенным плотностям вероятностей f(x) и g(x) и гистограмме приходим к выводу, что законом, описывающим высоту подъема воды во время наводнений, является либо показательное распределение, либо распределение Парето. Выдвигая гипотезу H0, что данные удовлетворяют закону Парето, применим критерий ω2 (омега-квадрат) проверки гипотезы о виде распределения. На рис. 2.1.4 приведены вычисления, связанные с проверкой гипотезы при помощи критерия ω2, записанном как Ω. Уровень значимости принимается равным 0.05. Решение предполагает вычисление значения ω2, получение nω2 и сопоставление этого значения с квантилью уровня 0.95, равной 0.4614*). Подставляя различные значения параметра k распределения Парето, сравниваем nΩ со значением указанной квантили и приходим к выводу, что гипотеза верна для k=7…10.

Рис. 2.1.4. Проверка гипотезы о виде распределения при k=8.

Таким образом, доказано, что законом, описывающим уровни подъема воды во время наводнений, является распределение Парето с параметрами xm и k.

Зная закон распределения, можно определить вероятность подъема воды до определенного уровня, а также промежутки времени между этими подъемами. Для реализации данной задачи необходимо сгенерировать вектор элементов распределения Парето.

Пусть функция распределения задается формулой:

 

где xm – параметр распределения, наименьшее значение подъема уровня воды во время наводнений;

– функция плотности распределения Парето.

Зная значения функции G(x), можно определить значения x верхнего предела интегрирования, которые и будут являться элементами распределения Парето. Как известно, функция распределения принимает значения от 0 до 1, которые можно принять как элементы равномерного распределения R в диапазоне (0,1), то есть формулу (2.4.1) можно записать в виде:

 

 

Проведя алгебраические преобразования, получаем формулу для вычисления элементов распределения Парето:

 

Для простоты представления, а также для дальнейших вычислений можно округлить вектор p элементов распределения до целых чисел: Итак, откладывая по оси абсцисс время t, равное количеству элементов, а по оси ординат вектор w, получается зависимость уровней воды от времени (рис. 2.1.4)

На основе построенного временного ряда можно провести анализ, результатом которого будет математическая модель для вычисления частоты подъема воды до определенного уровня. Входным значением модели является вектор W, т.е. уровни подъема воды. Рассматриваемый период времени T, наименьшее значение уровня воды для наводнений xm и параметр k распределения Парето являются входными параметрами математической модели. Рассмотрим зависимость вектора W от параметра k распределения Парето. Как известно, W(k) представляет собой случайную функцию, т.е. семейство случайных величин, зависящих от параметра k, значения которого пробегают некоторое множество K. В нашем случае, это множество при котором уровень подъема воды во время наводнений описывается распределением Парето, т.е. K={7,8,9,10}. При фиксированном значении k функция W(k) представляет собой реализацию w случайной функции. На рис. 2.1.4 приведена реализация закона распределения Парето для времени t = 1000 лет и k = 9.

Рис. 2.1.4. Реализация закона распределения Парето для t = 1000 и k = 9.

Если зафиксировать время t = ti случайной функции и провести прямую, перпендикулярную оси абсцисс, то эта прямая пересечет каждую реализацию только в одной точке. На рис. 2.1.4 этой точкой для t = 421 является. Совокупность таких точек пересечения есть сечение случайной функции. Очевидно, каждое сечение случайной функции представляет собой случайную величину, возможные значения которой – это значения функции в точках пересечения при t = ti. Определив выборочное среднее wв для сечений, найдем промежутки времени ti – tj между одинаковыми значениями wв.

Как было отмечено ранее, временем в искомой модели является номер (индекс) элемента. Значения элементов вектора w пробегают от наименьшего до наибольшего с шагом 1. Поэтому для упрощения расчетов рассмотрим не каждое значение wi, а интервалы значений.

Разобьем промежуток, в котором изменяются значения элементов распределения, на равные интервалы:

 

где L – нижняя граница диапазона, наименьшее значение среди элементов,

h11 – ширина интервалов,

j = 0..b1, b1 – количество интервалов. Для k = 9 получаем значения:

Найдем величины средних точек в каждом из интервалов:

 i = 0..b1-1

Просматриваем вектор w по полученным интервалам и находим среднее значение времени между попавшими в один интервал значениями вектора w:

 

где τl – время, соответствующее элементу w, попавшему в интервал (inti ; inti+1),

k – количество таких элементов.

Если k < 2, то есть значение w высоты подъема уровня воды не повторялось в соответствующем ему интервале, тогда среднее значение времени считается равным нулю.

По данному алгоритму можно найти значения τср и wср для реализаций распределения Парето с различными значениями параметра k. Для промежутков времени составляется матрица Vr, в столбцах которой записаны значения τср для реализаций распределения Парето с параметрами k=7,8,9,10 соответственно, а для средних точек каждого из интервалов – матрица Ur, в столбцах которой записаны значения wср.

Строки матриц Vr и Ur являются сечениями случайной функции W(k). Найдя выборочное среднее τв и wв для каждого из них соответственно, получим частоты подъема воды до определенного уровня. Следует отметить, что промежутки времени также являются случайными величинами, так как они зависят от интервалов разбиения вектора w, имеющего различные значения при различных k Є K.

В итоге получается следующая таблица 2.1.2 повторяемости уровней воды в реке Неве (превышение ординара в см).

Таблица 2.1.2. Повторяемость уровней воды в реке Неве

 

Таким образом, с помощью построенной математической модели, можно определить опасные для наводнений года, а также возможные уровни подъема воды. Зная последние года наводнений и уровни подъема, строим прогноз до 2020 года (рис. 2.1.5).

Рис. 2.1.5. Прогноз наводнений в Санкт-Петербурге до 2020г.

Однако для прогнозирования более – менее точной даты возникновения наводнений методов математической статистики недостаточно. Для этих целей было использование моделирование на основе динамики природной среды.

2.2 Модель анализа и прогноза наводнений на основе динамики природной среды

Начальная пространственно-временная планетарная картина называется статической картой, фиксируется и используется как основа для прогнозирования дальнейшего развития во времени данной системы. При этом используется методика определения экстремумов и фаз циклов, сочетания циклов с учетом их информационной базы. Статическая дата играет роль точки отсчета, относительно которой рассматривается поведение системы.

В более широком плане, начальная, зафиксированная в момент зарождения системы, пространственно-временная планетарная картина в рамках выбранных координат, олицетворяющая фактически внутреннюю программу самоуправления, используется как основа для прогнозирования дальнейшего развития во времени данной системы или подсистемы. Движение вышестоящей внешней системы (в нашем случае - Солнечной) отражено постоянными перемещениями планет, которые возможно зафиксировать в любой момент времени.

При этом информационное развитие системы имеет содержательную и функциональную трактовку. Если иметь в виду содержание информации (содержательная трактовка), то оно кроется, в конечном счете, в организации, то есть в структуре объектов (карте с обозначением положения РЗФ). Это содержание проявляется при воздействии на объект в особых условиях резонанса, что отражается в соответствующих функциональных "фазовых портретах". В модели на основе ДПС планеты-точки, олицетворяя определенную информационную базу, перемещаясь относительно своего начального положения, в разные фазы своего цикла движения динамично отражают свойственные им по информации события. В этом случае понятие информации связывается непосредственно с содержанием.

Таким образом, в предлагаемой модели на основе ДПС осуществляется не только поисковое прогнозирование, но и нормативное, которое не позволяет абстрагироваться от возможных, а порой и просто необходимых решений, способных видоизменить известные тренды-тенденции. Вместе с тем, вмешательство человеческого фактора должно вписываться в известный закон циклической временной организации, выражаемый в цикличном движении планет-точек, то есть в общие временные циклы развития в силу включенности в естественно-природные реалии этого мира. С одной стороны, зная циклы развития того или иного явления, закономерности развития этого явления в прошлом и настоящем, а с другой стороны, учитывая право выбора и возможность внесения определенных корректив, возможно осуществление адекватного реальности прогнозирования. Есть две даты, претендующие на роль статической. 18 августа 1979 году ЦК КПСС и Совет министров приняли постановление "О строительстве сооружений защиты города Ленинграда от наводнений", предусматривающее строительство защитной дамбы. Также роль статической карты для моделирования наводнений может выполнять дата возникновения города СПБ - 27 мая 1703 года.

На рис. 2.2.1 приведена карта модели на основе ДПС от даты наводнения – 19.11.1824 года по системе включения (19.11.1824 PL 090->UR-000-NE 03.12.1821 17:21:59).

Рис.2.2.1. Статическая карта наводнения 1824 года.

На рис. 2.2.2 приведена карта модели на основе ДПС от даты наводнения – 23.09.1924 года по системе включения (23.09.1924 PL (103) 180->UR-180-NE 12.01.1908 г.).

Рис.2.2.2. Статическая карта наводнения 23.09 1924 года.

Единство двух катастрофических наводнений заключается в том, что транзитный РЗФ PL в обоих случаях включает фазы цикла с большим периодом обращения и соответствующим ИН – UR-NE (0,8) по 4 гармонике. В первом случае транзитный Плутон включает оппозицию, во втором – соединение. Если моделировать по аналогии, то катастрофическое наводнение в Санкт-Петербурге в ближайшее время возможно в 2017-2018 годах. Между третьим и потенциально четвертым наводнением тоже должен существовать критический период, который приходится на 1974-75 гг. Как видно в табл. 3.1, такой период действительно был - 29.9.75 году высота наводнения достигала – 281 см. Если учитывать одни включения, то в 1982-83 гг. состоялся транзит PL по фазе цикла NE-UR. Однако катастрофического наводнения не наблюдалось, максимальные значения в эти годы 216 см. Следовательно, должны существовать еще какие-то дополнительные факторы. Важное значение имеет определение полного алгоритма возникновения тех или иных опасных явлений, в данном случае - наводнений.

Для определения алгоритма возникновения наводнений рассматриваются наводнения свыше 250 см. Всего в истории Санкт-Петербурга насчитывается 19 таких наводнений. В модели на основе ДПС для анализа целесообразно использовать базу данных наводнений в 20 и 21 веках, поскольку программа Future позволяет отслеживать циклы лишь за указанный период. С 1903 по 2007 гг. наблюдалось 7 такого рода наводнений (см. табл. 2.2.1, рис. 2.2.3 ).

Список дат наводнений:

№ п/п	Дата	Высота подъема воды
1	25.11.1903	269
2	23.09.1924	380
3	15.10.1929	258
4	15.10.1955	293
5	29.09.1975	281
6	06.12.1986	260
7	30.11.1999	262

 

Таблица 2.2.1. Список дат наводнений высотой подъема свыше 250 см.

На рис. 2.2.3 приведена диаграмма особо опасных наводнений высотой свыше 250 см.:

Рис. 2.2.3. Список наводнений высотой свыше 250 см.

Для составления алгоритма особо крупных наводнений высотой свыше 250 см., проведем анализ базы данных (табл.2.2.1) по 3 циклическим составляющим:

1) Фоновым циклам;

2) Транзитам (по карте СПБ от 27.05.1703 г.);

3) Включенным циклам.

Выраженность фоновых циклов отражена на рис. 2.2.4 и 2.2.5.

Рис.2.2.4. Процентная выраженность малых циклов при наступлении наводнений.

Учитывая некорректность базы данных (малого объема) для нахождения явных закономерностей в проявлениях малых циклов и из-за их высоких скоростей данные таблицы 4.4 мы можем игнорировать. Вот данные рис. 2.2.5, отражающих выраженность высших фоновых циклом, ввиду длительности периодов образования, мы игнорировать не можем, хотя бы очевидную роль цикла JU – PL. Таким образом, при наступлении особо опасны, и в первую очередь, катастрофических наводнений, роль фонового цикла JU – PL чрезвычайно высока.

Исходя из данных двух рисунков можно составить индексную шкалу напряженности планетарных циклов. В таблице 2.2.2 приведена шкала ИН фоновых циклов, составленная на основе рис. 2.2.4 и 2.2.5.

Рис.2.2.5 . Выраженность высших фоновых циклов при наводнениях в СПБ

Хотя следует признать, что индексация малых циклов носит ориентировочный характер и не отражает истинной картины. Более корректным представляется ориентация на закономерности всех опасных наводнений, что требует дальнейших исследований.

Таблица 2.2.2. Индексная шкала напряженности фоновых циклов при наводнениях в СПБ

 

Теперь следует рассмотреть роль включенных циклов. Параметры их проявленности отражены на рисунках 2.2.6 и 2.2.7.

Рис.2.2.6. Процентная выраженность малых включенных циклов при наступлении наводнений

Здесь также следует в большей степени ориентироваться на данные высших включенных циклов, поскольку малые включенные циклы носят тактический характер.

Основным моделирующим циклом наводнений в СПб, как показано на рис. 2.2.7, является включенный цикл UR-NE. Данный цикл включается в 2,5 раза чаще, чем все остальные 9 циклов, составляя около 18 % общего веса 35 планетарных циклов.

Рис.2.2.7. Выраженность высших включенных циклов при наводнениях в СПБ

Для особо опасных и катастрофических наводнений характерны включения высшими РЗФ (особенно PL) - статических точек или ранее образованных циклов, особенно планетарных циклом - UR-NE. Наглядно данная закономерность просматривается при анализе катастрофических наводнений в 1824 и 1924 гг. (рис.2.2.1, 2.2.2).

Таким образом, особо опасные и катастрофические наводнения в Санкт-Петербурге моделируются включениями фаз циклов высшей категории UR-NE, UR-PL, NE-PL.

Исходя из параметров рисунков рис. 2.2.6 и 2.2.7., составляется индексная шкала напряженности включенных планетарных циклов. В таблице 2.2.3 приведена шкала ИН включенных циклов:

Таблица 2.2.3. Индексная шкала напряженности включенных циклов при наводнениях в СПБ

 

Закономерности транзитов по статической карте от 27.5.1703 года отражены на рис. 2.2.8. и 2.2.9.

Рис.2.2.8. Выраженность транзитов малых планет при наводнениях.

Здесь, также как и в предыдущих случаях, можно игнорировать данными транзитов малых планет.

Рис. 2.2.9. Выраженность транзитов высших планет при наводнениях в СПБ

Данные рисунка 2.2.9, отражающие выраженность транзитов высших планет при катастрофических наводнениях в СПБ, весьма наглядны, показывают особое при моделировании значение транзитов таких РЗФ, как Юпитер и Нептун, а также транзит Плутона по Нептуну статическому (радиксному). На рисунке первая планета – транзитная, вторая – статическая.

Таблица 2.2.4. Индексная шкала напряженности транзитов при наводнениях в СПБ

 

Исходя из параметров рисунков рис. 2.2.8 и 2.2.9. можно составить индексную шкалу напряженности транзитов. В таблице 2.2.4 приведена шкала ИН включенных циклов:

В целом, можно подчеркнуть, что по результатам комплексного анализа основных видов циклов, найдены четкие закономерности формирования катастрофических и особо опасных наводнений.

Основные выводы по результатам исследований модели на основе ДПС следующие:

1. Особо опасные и катастрофические наводнения в Санкт-Петербурге моделируются включениями циклов высшей категории UR-NE, UR-PL, NE-PL, транзитами высших планет, особенно Плутоном.

2. Наиболее уязвимыми в резонансе являются следующие статические РЗФ: SA – NE – UR, включая и их фоновые комбинации.

3. Весьма опасными являются включения циклов, находящихся в резонансе с точками статической карты;

4. Транзиты Плутона, Нептуна и Юпитера по точкам статической карты требуют особого внимания.

Нужно напомнить, что последнее соединение Урана и Нептуна состоялось в 1993 году на 288 и 289 градусах эклиптической долготы. Включение данных точек транзитным Плутоном возможно лишь в 2016 и 2017 годах (см. рис. 2.2.10)

Рис. 2.2.10. Карта включения в 2016-17 гг. транзитным Плутоном соединения Урана и Нептуна от 1993 г.

Вывод о возможности катастрофического наводнения в указанные годы подтверждается и методом математической экстраполяции.

Следует также отметить, что в 2017 году формируется и фоновый полуквадрат Урана и Нептуна. На рис. 2.2.11 сделана попытка моделирования временного интервала наступления катастрофического наводнения в СПБ во второй половине 2017 года (другие интервалы времени не рассматривались).

Рис.2.2.11. Прогноз катастрофического наводнения в СПБ во второй половине 2017 года.

Транзитно-фоновая ситуация показывает, что наиболее опасным периодом является декабрь 2017 года.

Прогнозируемое потепление климата и неизбежный рост дальнейшего освоения речных долин несомненно приведут к увеличению повторяемости и увеличению разрушительной силы наводнений. Поэтому неотложной задачей является разработка и осуществление действенных мер предотвращения наводнений и защиты от них, поскольку это в 50—70 раз уменьшает затраты на ликвидацию последствий от причиненных ими бедствий. Можно выделить две большие группы способов (направлений) защиты от наводнений: инженерные и не инженерные.

3 Мероприятия по снижению риска наводнений

3.1. Инженерные способы защиты

Основой комплекса мероприятий по защите от наводнений в речных бассейнах сейчас являются инженерные мероприятия, которые обеспечиваю наиболее радикальное воздействие на паводки. Традиционно сложившимися инженерными методами защиты от наводнений в Российской Федерации являются следующие:

— ограждение территорий дамбами;

— увеличение пропускной способности речного русла;

— повышение отметок защищаемой территории;

— переброска стока;

— некоторые специальные приемы снижения опасности наводнений.

Строительство водохранилищ в речном бассейне осуществляется, как правило, в целях многоцелевого использования водных ресурсов и позволяет, при условии выполнения соответствующих требований при их строительстве и эксплуатации, кардинально решить для отдельных территорий проблему защиты от наводнений, в том числе и на территории Санкт-Петербурга.

Опыт прошлых лет показывает, что наибольшего экономического эффекта и технической надежности систем защиты от наводнений можно достичь при сочетании регулирования стока водохранилищами и обвалования защищаемых территорий. Однако высокие половодья и паводки вызывают трудности с эксплуатацией системы обвалования. В связи с разрушением дамб на отдельных участках системы затоплениям подвергаются значительные территории. Одной из главных причин такого положения являлись трудно предсказуемые заторы льда в весенний период. Заторы же льда на самых неожиданных участках реки вызывают такие резкие и высокие подъемы уровней, при которых происходит перелив воды через гребень дамб, их разрушение и затопление прилегающих территорий. Проведение взрывных и ледокольных работ малоэффективно. А с помощью создания водохранилища появиться возможность регулирования расходов воды во время весеннего ледохода.

Важными элементами в составе мероприятий, обеспечивающих безаварийную эксплуатацию системы обвалования, являются резервные противоаварийные пойменные емкости на обвалованной территории. Указанные емкости представляют собой обвалованные участки поймы, затопление которых предусматривается в случае возникновения аварийной ситуации из-за угрозы перелива воды через гребни дамб на ответственных участках обвалования. В качестве резервных противопаводковых емкостей предусматривается использование менее ценных в хозяйственном отношении обвалованных территорий. Сброс воды в эти резервные емкости в критический момент позволяет произвести срезку уровня в междамбовом пространстве на контролируемых территориях и предотвратить таким образом разрушения обвалования в нежелательных

местах. Обеспечение безаварийного функционирования инженерных систем и сооружений защиты является главнейшим принципом борьбы с наводнениями. На защищенных территориях происходит интенсивное развитие хозяйства и накопление ценностей. Аварии на защитных сооружениях сопряжены с исключительно большими материальными ущербами и человеческими жертвами. Особенно это касается сегодняшнего времени, когда из-за низкого финансирования в негодность пришла примерно половина гидротехнических сооружений.

3.2. Не инженерные способы защиты

Большая часть территорий, подвергающихся периодическим затоплениям,

практически не может быть обеспечена инженерными системами защиты. В этих условиях для незащищенных территорий исключительную важность приобретают не инженерные, предупредительные, способы защиты от наводнений. Такими направлениями защиты являются:

— развитие программы страхования от наводнений;

— контроль за хозяйственным использованием опасных зон;

— организация оперативного оповещения и информирования органов управления и населения об опасности наводнения;

— разработка и оперативное осуществление планов эвакуации людей и материальных ценностей из угрожаемых районов;

— организация регулярных гидрометеорологических наблюдений;

— мониторинг и прогноз развития паводковых процессов;

— вынос объектов из зон периодического затопления;

— организация координации и эффективного управления защитой от наводнений

в речном бассейне.

Как свидетельствуют современные природные, экологические и социально- экономические показатели, для большинства речных бассейнов характерно бессистемное и нерациональное размещение самых различных по назначению объектов.

При хозяйственном освоении паводкоопасных территорий, как в долинах рек, так и на морских побережьях, необходимо проводить детальные экономические и экологические исследования. Их цель — выявление путей получения максимально возможного экономического эффекта от освоения этих территорий и вместе с тем сведение к минимуму возможного ущерба от наводнений. Далее, ограничение или полное запрещение таких видов хозяйственной деятельности, в результате которых возможно усиление наводнений (лесосводка и др.), а также расширение мероприятий, направленных на создание условий, ведущих к уменьшению стока. Кроме того, на паводкоопасных территориях должны осуществляться лишь такие виды хозяйственной деятельности, которым при затоплении будет нанесен наименьший ущерб.

Должно проводиться четкое районирование и картирование пойм с нанесением границ паводков различной обеспеченности. С учетом вида хозяйственного использования территории ученые рекомендуют выделить зоны с 20 % обеспеченностью паводка (для сельскохозяйственных угодий), 5 % обеспеченностью (для строений в сельской местности), 1 % обеспеченностью для городских территорий и 0,3 % обеспеченностью для железных дорог.

Должна существовать четко разработанная и постоянно готовая к работе система по прогнозированию паводков и по оповещению населения о времени наступления наводнения, о максимально возможных отметках его уровня и продолжительности. Прогнозирование паводков и половодий должно осуществляться на основе развития широкой, хорошо оснащенной современными приборами службы наблюдений за гидрометеорологической обстановкой.

Наилучшим инструментом по регулированию землепользования на паводкоопасных территориях может быть гибкая программа по страхованию от наводнений, сочетающая как обязательное, так и добровольное страхование.

Основной принцип этой программы должен заключаться в следующем: в случае принятия рационального, с позиций противопаводковой защиты, вида использования территории страхователю выплачивается существенно большая страховая сумма, чем в случае игнорирования им соответствующих рекомендаций и норм.

3.2.1. Страхование от опасности наводнения

Повышению уверенности людей в преодолении негативных последствий наводнений способствует еще одна важнейшая составляющая экономического механизма, обеспечивающего выполнение задач в данной сфере общественных отношений. Этой составляющей является страхование рисков возникновения наводнений и гражданско-правовой ответственности, проводимое как в обязательном, так и в добровольном порядке.

Поскольку государство не может взять на себя все бремя расходов, связанных с ликвидацией последствий наводнений, то необходимо, чтобы жители и субъекты Российской Федерации, компании и различные производственные объединения, особенно те, которые являются владельцами частного капитала и активно инвестируют средства в строительство и недвижимость, были также вовлечены к процесс обеспечения собственной безопасности и безопасности своих капиталов.

Важная роль в этом принадлежит государственным и особенно частным страховым компаниям. Мировая статистика показывает, что затраты страховых компаний за последние годы неуклонно растут и составляют сейчас около 40 % от общего экономического ущерба от природных катастроф. Этот механизм, способствующий предупреждению чрезвычайных ситуаций различного характера и осуществлению защитных мероприятий от них, получил в зарубежных странах широкое распространение, и его практическая реализация регламентирована многими национальными законодательными актами, в том числе специальными, регулирующими отношения физических и юридических лиц по данным вопросам. Наиболее полное решение этот механизм нашел в США.

В США, где проблема наводнений, как и у нас, является очень острой, а страховое дело развито очень высоко, давно поняли, что защита от стихийного бедствия требует серьезного правового обеспечения на федеральном и местном уровнях. Правительство Соединенных Штатов активно включилось в борьбу со стихией. В США действуют законы о государственном страховании от наводнений и о защите от наводнений, которые предусматривают правовую защиту владельцев собственности при условии соблюдения местными властями установленных в общегосударственном масштабе правил землепользования.

Деятельность страховых и перестраховочных компаний во многом совпадает с интересами государства, поскольку в конечном итоге она позволяет организовать своевременную помощь пострадавшим и способствует повышению безопасности проживания людей, являя собой один из способов защиты от наводнений.

Страховые организации добиваются этого страховым регулированием риска путем включения в договора требований к страхуемым субъектам по соблюдению установленных правил по безопасному размещению принадлежащей им собственности, знанию и соблюдению правил поведения в случае чрезвычайной ситуации и т. д. Одной из крайних мер может быть, например, отказ от страхования при размещении объекта страхования на крайне опасных участках территории, например, в пойме реки.

Поскольку страховые компании не могут определять вслепую размеры страховых выплат, то, чтобы сделать это, им необходима определенная информация о риске отдельных территорий, связанном с возможным наводнением. Для получения такой информации компания должна поддерживать тесный контакт с учеными-гидрологами и специалистами, занимающимися оценкой риска, и даже частично инвестировать ведение этих работ. Наличие информации об опасных природных событиях, на территории Санкт-Петербурга, и связанных с ними экономических, экологических и социальных потерях дает возможность страховым и перестраховочным компаниям разработать вероятные сценарии страховых услуг для данного региона и страны в целом.

Таким образом, страхование является одним из важнейших звеньев обеспечения безопасности людей и объектов, позволяющее смягчить экономические последствия катастрофических затоплений.

3.2.2. Управление водным хозяйством

Среди основных причин, усугубивших разрушительные последствия наводнений, можно назвать неподготовленность общей системы водохозяйственных служб, а также неразбериху среди собственников водных бассейнов, которая возникала всегда, когда вставал вопрос, кому же заниматься очисткой рек. Система организации управления водными ресурсами представляет собой важную часть в области взаимодействия общества и природы, являясь в то же время примером одной из наиболее сложных проблем в указанной области. Поэтому необходимо создать нормативно-правовую базу по вопросам реформирования и развития водохозяйственного комплекса, защиты территорий и населения от наводнений, страхования в водно-ресурсной сфере.

3.2.3. Мониторинг и прогнозирование наводнений

Ни предотвратить, ни остановить наводнения человек пока не в силах. Их можно ослабить и локализовать. И поэтому постоянный мониторинг и своевременный и точный прогноз наводнения — единственный способ избежать неблагоприятных последствий. Мониторинг — организационно и технически оформленная государственная (или ведомственная) система наблюдений, оценки состояния гидрологической среды, анализа происходящих в ней процессов для своевременного выявления и прогнозирования их изменений и оценки.

Прогнозирование опасных гидрологических явлений заключается в определении вероятности их возникновения и развития в определенном месте и в определенное время, а также оценке возможных последствий их проявлений. Опыт показал, что в области эффективного обеспечения готовности и осуществления превентивных мер одним из наиболее действенных средств для снижения ущерба является хорошо функционирующая система раннего предупреждения.

Предвидеть наводнение можно практически всегда, но с различной заблаговременностью. В зависимости от многих факторов заблаговременность предупреждения о наводнении может колебаться от многих дней и даже недель до нескольких часов. Мировая практика позволяет утверждать, что затраты на прогнозирование и обеспечение готовности к стихийным бедствиям в 15 раз ниже затрат на предотвращение причиненного ущерба. К сожалению, пока прогнозирование природных ЧС представляет собой весьма сложную и слабо разработанную проблему. Использование современных моделей требует очень мощной вычислительной техники и полной автоматизации процесса получения данных, их контроля, объективного анализа и расчета. Поэтому подготовка прогнозов сейчас немыслима без функционирования вычислительных центров, оборудованных современными ЭВМ.

3.2.4. Оповещение и информирование населения при наводнениях

Важнейшей задачей в области снижения ущерба от наводнений является своевременное предупреждение органов исполнительной власти и населения о возможности опасного подъема уровня воды и затопления прибрежных территорий.

Для оповещения и информирования населения при наводнениях должны использоваться в первую очередь системы централизованного оповещения населения, созданные во всех субъектах Российской Федерации, управление которыми осуществляется органами управления ГОЧС субъектов РФ. Для оповещения и информирования населения используются электрические сирены, сети радио- и телевещания, а также сети проводного вещания. Основным сигналом оповещения об опасности, по которому люди должны немедленно включить все имеющиеся у них средства приема информации, является сигнал «Внимание всем!», передаваемый звучанием электрических сирен. Целесообразно рассмотреть создание в России специальной сети радиовещания службы погоды, которая бы взяла на себя и функции экстренного оповещения и информирования населения и органов власти всех уровней о возможности возникновения и возникновении чрезвычайных ситуаций различного характера.

Заключение

Приведенная, в данном курсовом проекте, статистика последствий наводнений позволяет сделать выводы о масштабах ущербов, как экономического характера, так и социального.

На примере Санкт-Петербургских наводнений были рассмотрены виды моделирования и прогнозирования, составляющие системный подход, который является наиболее перспективным направлением в области обеспечения безопасности функционирования природных систем.

Для успешного прогнозирования возникновения наводнения, как правило, недостаточно одного из методов, так как и моделирование на основе математической статистики, и моделирование на основе динамики природной среды имеют свои достоинства и недостатки. Поэтому был применен комплексный подход к прогнозированию. По результатам комплексного анализа основных видов циклов, найдены четкие закономерности формирования катастрофических и особо опасных наводнений. Что позволило спрогнозировать следующее катастрофическое наводнение на территории г. Санкт-Петербурга.

Для определения годов наводнения используются методы математической статистики, для уточнения месяца и дня наводнения – методы прогнозирования на основе ДПС. Также метод математической статистики позволяет определить высоту подъема воды во время наводнения.

Таким образом, владея информацией о предстоящем Чрезвычайном происшествии, можно существенно снизить ущерб и риск наводнения.

Список использованных источников

1. Нежиховский Р. А. Река Нева и Невская губа, Л.: Гидрометеоиздат, 1981.

2. Бузинов А.С. Методика прогнозирования функционирования и устойчивости объектов на основе космических ритмозадающих факторов. / А.С. Бузинов Г.П. Жигулин М.Ю. Мамонтова Р.И. Шабаев. СПб, 2004г.

3. Еремин, М. Н. Оценка риска и управление безопасностью территорий региона: монография / М. Н. Еремин. - Екатеринбург : УрО РАН, 2003. - 267 с.

4. Лебедев В.В. Математическое и компьютерное моделирование экономики. М, 2002г.

5. Белов, П.Г. Системный анализ и моделирование опасных процессов в техносфере: учебное пособие для вузов / П.Г. Белов. - М.: Академия, 2003. - 512 с.

6. Владимиров, В. А. Оценка риска и управление техногенной
безопасностью / В. А. Владимиров, В. И. Измалков, А. В. Измалков; Центр
стратегических исследований гражданской защиты МЧС России. - М.: Деловой
экспресс, 2002. - 184 с.

7. Померанец К. С. «Три века петербургских наводнений». СПб, 2005 г.

8. Павловский А.А., Менжулин Г.В. О динамике Санкт-Петербургских наводнений в различные климатические периоды и оценка изменений уровня Финского залива при ожидаемом глобальном потеплении // Вестник СПбГУ, Сер. 7. – 2009, Вып. 2. – С. 71–83.

9. Баринов А.В. Чрезвычайные ситуации природного характера и защита то них. Учебное пособие для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Ладос-Пресс, 2003.

10. Владимиров В.А., Воробьев Ю.Л., Салов С.С. и др. Управление риском. Риск. Устойчивое развитие. Синергетика. – М., 2000г.

11. Рагозин А.Л. Оценка и управление природными рисками. – М.: Издательская фирма «КРУК», 2003г. – 320 с.

12. Акимов В.А., Лесных В.В., Соколов Ю.И. Риски катастрофических наводнений на территории России в начале XXI века: анализ и управление. – Оценка и управление природными рисками. – М.: Изд-во РУДН, 2010.

13.Атлас природных и техногенных опасностей и рисков чрезвычайных ситуаций. Российская Федерация: коллективная монография / Под общ. ред. С.К. Шойгу. – М.: ИПЦ «Дизайн. Информация. Картография», 2010. – 696 с.

14. Знаменский В.А. Экологическая безопасность водной системы Санкт-Петербурга. СПб 2000. 120с.

 

Скачать: Ocenka-i-analiz-riska-navodneniy.doc