Наводнения: от защиты к управлению

Существуют различные численные модели реки Рейн. Они различаются по диапазонам, описываемых масштабов (от масштаба всего бассейна до локального масштаба) и степени сложности (1D поперечно осредненные, 2D осредненные по глубине, 2D или 3D вихреразрешающие модели и т.п.). При исследованиях в рамках проекта «Пространство для рукавов Рейна», использовалась одномерная (1D) модель Нижнего Рейна для расчетов крупномасштабных явлений, процессов и морфологических расчетов, и двумерная (2D), осредненная по глубине, модель для более детальных локальных расчетов. Расчеты уровней воды при наводнениях проводились с помощью двумерной, осредненной по глубине, модели для всех рукавов Рейна.

Эти модели интенсивно использовались на исследовательской и проектной стадиях работ по улучшению обстановки на реке. Они обеспечивали помощь в привязке критических (заданных) проектных уровней воды для того, чтобы избежать переливов воды через гребни дамб и плотин, в проверке безопасности систем защиты от наводнений и в оценивании гидрологических и морфологических влияний предлагаемых мероприятий.

Расчеты уровней воды при наводнениях с помощью двухмерной модели для рукавов Рейна сопровождаются затратами слишком большого времени для того, чтобы проводить их в режиме реального времени (on-line) во время заседания семинара или совещания типа «мозговой штурм». Таким образом, модельные расчеты для каждого предлагаемого мероприятия (всего их более 600), выполнялись заблаговременно и эффекты изменения уровней воды за счет каждого индивидуального мероприятия накапливались (запоминались) в базе данных. Эта база данных (БД) является ядром «Конструктора планирования».

Основное предположение, лежащее в основе подхода «Конструктор планирования», заключается в том, что в первом приближении, эффекты изменений уровня воды за счет каждого индивидуального мероприятия могут быть отделены от тех, которые, получены для каждого другого мероприятия, и эффекты комбинации или объединения таких мероприятий могут быть получены путем суперпозиции индивидуальных эффектов. На первый взгляд может показаться, что это сомнительный подход так как уравнения гидродинамики являются существенно нелинейными. На самом деле, общий или суммарный эффект изменения уровня воды двух объединенных мероприятий может легко оказаться на 50% выше или ниже, чем сумма двух индивидуальных эффектов. Но для большого набора мероприятий (скажем, больше чем 25 на участке реки длиной 100 км) этот подход, как показывала проверка, является вполне приемлемым. Как иллюстрирует рис. 16, расчет по полностью нелинейной 2D гидродинамической модели для комбинации из 40 мероприятий вдоль протоки Ваал реки Рейн дает результаты для уровней воды, которые не более, чем на 10 см. отличались от результатов «Конструктора планирования», в которых изменения уровней воды за счет индивидуальных мероприятий просто суммировались.

Метод, связанный с запоминанием в базе данных эффектов каждого мероприятия, позволяет проводить on-line — представление эффектов или влияния планируемых мероприятий. С использованием принципа суперпозиции, проектные эффекты изменения уровня воды любой комбинации мероприятий, могут быть скомпонованы за счет учета каждого индивидуального мероприятия.

Для каждого из предлагаемых мероприятий, БД содержит схему ситуации или аэрофотоснимки и наземные фотографии, эффекты изменений продольного профиля поверхности воды при проектных условиях наводнения, площадь затопления, оценку затрат, длины плотин/дамб, которые должны быть построены заново или восстановлены, экологические эффекты или воздействия, количество материала, которое должно быть изъято или перемещено для различных типов почво-грунтов и т. п. Таким образом, когда проводится анализ и синтез наборов мероприятий, важным аспектом процесса принятия решения может стать незамедлительность его информационного обеспечения, что и достигается с помощью «Конструктора планирования».

Рис. 16. Влияние на уровни воды 40 мероприятий вдоль рукава Ваал реки Рейн при проектных условиях наводнения, как результат расчета по 2D модели, воспроизводящий все мероприятия (сплошная линия) и как результат метода «Конструктор планирования», в котором результаты отдельных мероприятий просто суммируются вместе (пунктирная линия).

Центральным элементом в представлении такой информации (см. рис. 17) является диаграмма, показывающая насколько профиль поверхности воды превышает требуемый, согласно принципу «Пространство для реки», (т.е. профиль без укрепления или увеличения высоты защитных плотин и дамб). Путем клика на кнопку «мероприятие», профиль поверхности воды в соответствии с моделируемым мероприятием корректируется. Таким образом, это позволяет увидеть немедленно, что необходимо еще сделать для того, чтобы достичь желаемой или требуемой ситуации. Путем открытия окон, связанных с названиями мероприятий, можно также отобразить на экране фотографии и любую другую доступную информацию.