Наводнения: от защиты к управлению

Сетка модели CE-QUAL-W2 (далее W2—2011), полученная с помощью ИВК «Северная Сосьва» и показанная на рис. 26, имеет следующие параметры: общее число сегментов — 450, в т. ч. 357 сегментов основного русла и 93 сегмента, приходящихся на участки реки, отделенные от основного русла 7 островами. Всего в сетку модели W2—2011 включено семь проток. Длины сегментов модели W2—2011 изменяются в диапазоне от 47,6 м до 271,5 м при средних значениях около 200 м, число вертикальных слоев равно 104, толщина слоев — 0,2 м. На рис. 26 для удобства сравнения сеточного представления модели W2—2011 приведена схема расчетной сетки модели W2—2009, построенной вручную, с одинаковыми длинами сегментов, равными 400 м (число слоев по вертикали — 104, толщина слоев — 0,2 м).

Рис. 26. Схема расчетной сетки в плане участка реки Северная Сосьва от г/п Сосьва до г/п Сартынья: а) модель W2—2011; б) остров и протока Яныг-Пальятумп; в) модель W2—2009

Некоторые результаты верификации ИВК «Северная Сосьва» (W2—2011)

Общее представления о качестве воспроизведения уровня поверхности воды (η) вдоль участка реки дает рисунок на рис. 27. Максимальные значения абсолютных и относительных ошибок в расчетах уровней поверхности воды составили 0,42 м и 9,6%, соответственно, в точке 9 на данном рисунке.

Рис. 27. Результаты моделирования продольного профиля уровня воды на участке р. Северная Сосьва (сплошная кривая) и данные наблюдений за 20—21.09.2007 г. (точки)

Продольно-вертикальная структура поля горизонтальной скорости U, отображенного графическим интерфейсом моделей W2—2011 и W2—2009 в координатах «номера слоев сетки — номера сегментов», показана на рис. 28. Результаты моделирования продольной скорости течения U в поверхностном слое воды (сплошная кривая) и результаты полевых измерений (точки) представлены на рис. 29. Средняя величина относительной ошибки в прогнозе значений U, рассчитанные для 12 створов (точки на фрагменте (а)) оказалась равной 4,1%.

Рис. 28. Результаты моделирования продольной скорости течения за 21 сентября 2007 г.: а) W2—2011, б) W2—2009

Рис. 29. Результаты моделирования поперечно-осредненной продольной скорости течения в поверхностном слое воды за 21 сентября 2007 г.: а) W2—2011, б) W2—2009. Точками показаны соответствующие поперчено-осредненные данные измерений, полученные с помощью «Mini» ADP

Результаты применения информационно-вычислительной системы MIKE11 для моделирования переменных гидродинамики среднего течения реки Северная Сосьва

В целом, необходимость разработки одномерной (MIKE 11), как и двумерной поперечно-осредненной (W2) численных моделей гидродинамики и качества воды для участка реки от г/п Сосьва до г/п Игрим и последующего создания на их основе информационно-моделирующей системы прогнозирования гидрологических и экологических чрезвычайных ситуаций, обусловлена тем, что р. Северная Сосьва в среднем течении относится к водным объектам ХМАО-Югры с высокими рисками указанных ЧС. С одной стороны, этот участок относится к паводкоопасным с угрозами экстремально высоких уровней воды в период весенне-летнего половодья и сильных дождевых паводков в горной и предгорной частях бассейна, с другой — в засушливые периоды уровни воды летней межени могут быть экстремально низкими, что несет прямую угрозу судоходству на реке. Риски экологических ЧС обусловлены наличием в пойме среднего течения Северной Сосьвы объекта «Кратон» (законсервированная скважина — результат «мирного ядерного взрыва»), возможностью аварийных ситуаций при судоходстве, а также настоящим и особенно перспективным (Концепция комплексного…, 2006) сбросом загрязняющих веществ в местах добычи полезных ископаемых в Приполярном Урале.

Профессиональный инженерный программный пакет «MIKE 11 — a Modeling Systems for Rivers and Channels» (системы моделирования рек и каналов), разработанный Датским гидравлическим институтом, как уже отмечалось во введении [40], широко применяется на практике в качестве инструмента динамического одномерного моделирования течений и качества воды в реках, водохранилищах, ирригационных системах, каналах и других водных объектах (http://www.dhigroup.com).22 Одной из важных особенностей системы MIKE 11 [83] является ее модульная структура (MIKE 11…, 2006; 2008). Ядром моделирующей системы является модуль гидродинамики (HD), на основе которого формируются другие модули системы: поверхностного стока (RR), прогноза наводнений (EF), качества воды (WQ) и переноса наносов (ST). Модуль гидродинамики реализован на основе нестационарных одномерных уравнений Сен-Венана, с использованием неявной конечно-разностной схемы для расчета неустановившихся течений (MIKE 11…, 2008).