CC BY
11
УДК 632.123.1
АНАЛИЗ НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ К ПРОГНОЗИРОВАНИЮ ЗАТОРНЫХ ЯВЛЕНИЙ В ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ
Ю.А. Ткаченко
младший научный сотрудник научно-исследовательского отдела (организации подготовки научно-педагогических кадров) научно-исследовательского центра Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки, мкр. Новогорск E-mail: и.tkachenkoQamchs.ru
П.Н. Ткаченко
кандидат технических наук, доцент, начальник кафедры (оперативного управления мероприятиями РСЧС и ГО) Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки, мкр. Новогорск E-mail: р.ii.tkachenkoQamchs.ru
А.Н. Тедуриева
младший научный сотрудник научно-исследовательского отдела (по проблемам ГО и ЧС) научно-исследовательского центра Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки, мкр. Новогорск E-mail: asuikal991Qmail.ru
Е.В. Иванов
кандидат технических наук, начальник научно-исследовательского отдела (по проблемам ГО и ЧС) научно-исследовательского центра Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки, мкр. Новогорск E-mail: linia-zhizniQyandex.ru
Аннотация. В статье представлен обзор существующих научно-методических подходов к прогнозированию заторных явлений на территории Томской области. Рассмотрены статистические сведения по заторам на территории Российской Федерации, указано несоответствие официальных сведений и фактических заторных событий в Томской области. Представлена подробная характеристика затороопасных участков рек Томской области. Указано расхождение расчетных (по существующим моделям) и фактических значений частот возникновения заторов на реках Томской области. Представлены антропогенные факторы, которые могут оказывать влияние на частоту возникновения заторных явлений в Томской области. Ключевые слова: наводнение; заторные явления; факторы, влияющие на возникновение заторов; затор.
Цитирование: Ткаченко Ю.А., Ткаченко П.Н., Тедуриева А.Н, Иванов Е.В. Анализ научно-методических подходов к прогнозированию заторных явлений в Томской области // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2022. № 2 (53). С. 29 - 37.
Вероятность возникновения наводнений, особенно вызванных заторными явлениями, является до сих пор сложно определяемой величиной ввиду множества факторов, которые необходимо учитывать при прогнозировании таких событий. Вместе с тем, многофакторные исследования представляют собой нетривиальную задачу, сопровождающуюся сложными расчетами и необходимостью обладать достаточно большим количеством неопровержимых сведений. Кроме того, многие модели определения возможности наступления заторных наводнений не в полной мере учитывают все возможные факторы, а зачастую, некоторые факторы не известны.
Необходимость учета новых, ранее не изученных факторов, влияющих на частоту возникновения наводнений и тяжесть их послед-
ствий, диктует актуальность проведения исследований направленных на построение новых прогностических моделей оценки вероятности возникновения таких неблагоприятных гидрологических явлений. С этой точки зрения, наибольший интерес будут представлять наводнения, связанные с возникновением заторных явлений, как наименее изученные и практически не подвергающиеся прогнозированию.
Стремительный подъем уровня воды в створе реки обуславливается низкой пропускной способностью объема воды при значительном сужении поперечного сечения русла, которое возникает в результате забивания обломками ледяных масс подледного пространства. Подобные явления систематически встречаются на территории Сибири в России.
Ледоход на реках Томской области, как правило, проходит довольно интенсивно и сопровождается заторными явлениями, из-за че-IX) уровень воды поднимается значительно выше критических отметок. Более того, Б узин В.А. в работе [1] указывает, что такие события довольно опасны из-за высоких уровней наводнений, холодного температурного периода, возможности разрушения строений в момент выхода ледовых масс на берег.
В работе Шамина С.И. [2| представлены сведения о более чем ста двадцати случаях возникновения заторных наводнений за 19912020 года в Российской Федерации с зафиксированным материальным ущербом и пострадавшим населением, из которых более 3 % приходилось на Томскую область (рисунок 1).
Вместе с тем, эти данные не позволяют полностью оценить картину подобных неблагоприятных явлений. Дело в том, что в базу включены не все явления, которые создавали когда-либо значительный материальный
ущерб для экономики территорий. Например, событие, произошедшее в 2010 году, при котором в результате заторных явлений произошло катастрофическое наводнение в Томском районе Томской области, не включено в вышеуказанный перечень опасных явлений. Как указывает Сидоренко C.B. в работе [3], в 2010 году в черте города Томска ледовые скопления вызвали затор, что привело к катастрофическому затоплению деревни Черная речка.
В докладе Областного комитета охраны окружающей среды и природопользования Томской области [4| также отражены сведения о том, что в 2010 i'. на территории Томской области фиксировались заторы близ населенных пунктов: Черная речка Томского района (река Томь), Могочино Молчановского района (река Объ), Игреково Молчановского района (река Объ), Тискино Колпашевского района (река Объ), Тогур Колпашевского района (река Объ), Усть-чая Колпашевского района (река Объ).
Рисунок 1 Распределение количества заторов в Российской Федерации по годам
Также в [2| отсутствуют данные по событиям (заторам), произошедшим в более ранний период времени. Исторические хроники позволяют выяснить происхождение более частых заторных явлениях на реках в Томской области, которые наблюдались с 1842 по 1996 года.
Количество наводнений из-за заторов более пятидесяти, за период с 1842 по 2021 годы [о], что составляет третью часть от общего количества наводнений.
Сравнительный анализ подобных событий на территории других субъектов Российской
Федерации позволяет выделить Томскую область, как одну из самых неблаххшриятных территорий по данному параметру (заторные явления) (рисунок 2) [2, 3, 4, 5].
Частота заторных явлений за рассмотренный период не несет явный циклический характер, повторяющийся постоянно в одно и то же время, и это дает возможность утвер-
ждать об отсутствии статистической зависимости числа наводнений от времени, что приводит к сложности определения времени начала выполнения необходимшх) и достаточно!^ объема инженерно-техни ческих мероприятий по предупреждению '1С. связанных с заторными явлениями.
Рисунок 2 Количество заторных явлений в субъектах Российской Федерации
Кроме тшх), попытка описать вероятную структуру подобншх) ряда гидрологических наблюдений и рассчитать вероятность возникновения события приводит к тому, что «...время является всего лишь счетчиком наблюдений, равным количеству лет фиксации подобных явлений. При этом последовательность расположения количества обнаруженных заторных явлений не имеет никакшх) значения...», как и отмечает Дружинин B.C. в работе [6].
В гидрологической практике, как правило, рассматривают законы распределения, зависящие от небольших) количества параметров [7]. Более сложные вероятные модели, где будет учитываться фактор времени и метеоусловия, морфологические и антропологические факторы формирования заторов необхо-
димо рассматривать с учетом теории случайных процессов.
Исследования Бузина В.А. [1|, Дончен-ко Р.В. [8], Нигметова Г.М. [9], Кулешова С.Л. [10], Козлова Д.В. [11] позволяют выделить антропш'енные, гидрометеорологические и морфологические, как основные факторы образования заторов (рисунок 3).
Причем, в [11] приводятся достаточно подробные результаты исследований морфологических факторов образования заторов, которые позволяют сделать вывод о достаточной степени изученности этой области проблемы заторообразования.
Для рек Азиатской части России общий вид уравнения множественной рсгрсс-сии [11, 12] имеет вид:
у = a\Xi + а2Х2 + а3Х3,
(1)
где у - частота возникновения заторов в пределах речного участка; а\, а2, а3 - коэффициенты регрессии; Х\ - бинарная переменная, характеризующая наличие изменений речного русла в плане (крутой поворот, излучина, меандр); Х2 - бинарная переменная, характеризующая наличие деления речного потока (раз-
ветвления, рукава, острова); Х3 - бинарная переменная, характеризующая наличие изменений глубин речного потока (плесы, перекаты, пороги, отмели) [11, 12].
Для реки Обь и рек ее бассейна зависимость (1) рассматривается со следующими коэффициентами бинарных переменных:
у = 0,233X1 + 0,263X2 + 0,197Хз.
(2)
При этом в данной модели наименьшее менения глубин речного потока, наибольшее влияние на частоту заторов имеет фактор из- разделение речного русла [11].
Рисунок 3 Факторы образования затора
Однако, Кулешов С.Л. в работе [12] поясняет: «...Модель неприменима для прогноза частоты образования заторов в зависимости от наличия тех или иных морфометричееких
особенностей русла (при значениях всех фак-
=
позволит оценить степень их влияния на исследуемый показ атель...».
Всего по результатам детального изучения морфологических факторов образования заторов для Томской области натурным обследованием с участием авторов, использованием лоцманских карт, статистических сведений, представленных в [13], выделяются три зато-роопасных участка на реке Томь, шесть зато-роопасных участков на реке Объ, пять заторо-опасных участков на реке Чулым и по одному
затороопасному участку на реках Кия и Яя.
Сведения по затороопасным участкам, их характеристикам, а также фактическим частотам, полученным в результате обработки статистических сведений, наступления заторных событий представлены в таблице 1. Знаком «+» отмечено наличие фактора образования затора, знаком «-» отмечено отсутствие фактора образования затора.
Таблица 1 — Характеристика затороопасных участков на реках Томкой области
№ Участок, км от устья реки Наличие фактора Количество периодов (лет) наблюдений Количество событий (затор), ед. Частота (фактическая) наступления события (затор)
Изменение речного русла Деление речного потока Изменение глубины речного потока
Река Томь
1 92-159 км + + + 30 26 0,87
2 53-74 км + + + 41 34 0,78
3 0-38 км - + + 20 6 0,36
Река Обь
1 27662773 км + + - 24 10 0,42
2 27172728 км + + + 33 4 0,12
3 26772685 км + + + 52 9 0,17
4 26612668 км + - + 13 7 0,54
5 24172557 км + + + 39 12 0,34
6 18302180 км + + - 36 6 0,27
Река Чулым
1 597600 км + + - 67 19 0,32
2 457496 км + + + 32 3 0,1
3 371377 км + + + 72 45 0,63
4 275283 км + + - 28 7 0,54
5 131137 км + + - 34 19 0,56
Река Кия
1 34 км + + - 38 11 0,29
Река Яя
1 13-29 км + - - 33 15 0,44
Частота наступления события определена как отношение количества зафиксированных событий (затор) к количеству периодов (в годах) наблюдения. Для каждого участка произведены расчеты частот возникнове-
ния заторов но зависимости (2). Сравнение частот (фактических и расчетных) показывает значительную разницу полученных значений (рисунок 4).
■ Частота (расчетная) возникновения заторов ■ Частота (фактическая) возникновения заторов
Рисунок 4 Частоты (фактические и расчетные) наступления заторных событий
Полевые обследования, являющиеся самым надежным способом уточнения информации в районах, сильно измененных хозяйственной деятельностью [14], проводимые ежегодно с 2010 1\ но настоящее время совместно с ОАО «Томскгеомониторинг» [15] позволяют определить много численные антропогенные воздействия в нижнем течении Томи, такие как: добыча пеечано-гравийных материалов, складирование добываемых материалов у нового коммунального моста, зимний отстой судов в Эуштинской протоке, наличие мостовых переходов, дамб обвалования. Подобные антропогенные факторы не учтены в исследованиях [11, 12], что значительно снижает достоверность имеющейся модели определения частоты возникновения заторных явлений на территории Томской области.
Выводы.
Исходя из сопоставления результатов, по-
лученных с применением зависимости (2), ста-тиетического анализа (таблица 1), нолевых обследований можно сделать вывод о том, что существующие модели настоящее время не в полной мере учитывает антропогенные факторы (мостовые переходы, ледозащитные дамбы, добыча пеечано-гравийно материалов, складирование добываемых материалов, зимний отстой судов), которые также влияют на вероятность возникновения заторных явлений. В свою очередь отсутствие достоверных моделей прогноза не позволяет своевременно спланировать и провести мероприятия смягчения рисков в паводкоопасный период, что делает актуальным решение задачи разработки (уточнения) математической модели по выявлению затороопасных участков с учетом влияния вновь выявленных антропогенных факторов.
Литература
1. Бузин В.А. Зажоры и заторы льда на роках России. СПб.: Издательство ГШ. 2016. 242 с.
2. Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. ФГБУ «Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации мировой центр данных». Официальный сайт. [Электронный ресурс] Режим доступа http://niotoo.ru/data/310-noblagopriyatnye-^lsloviya-pogody-nanjosshio-ekononlichoskie-potori (дата обращения: 05.12.2021).
3. Сидоренко C.B. Спутниковый мониторинг паводка на реке Томь / C.B. Сидоренко, А.Д. Романцов // Земля из космоса: наиболее эффективные решения. - 2010. - № 6. - С. 70 - 77.
4. ОГБУ «Областной комитет охраны окружающей среды и приро-допользования» Томской области. Государственный доклад о состоянии и охране окружающей среды Томской области в 2017 году. Официальный сайт. [Электронный ресурс] - Режим доступа https://ogbu.green.tsu.ru/wp-content/uploads/2021/07/%D0%93%D0%BE%Dl%81%D0%B4%D0%BE%D0%BA%D0%BB%D0%B0 %D0%B4-2017.pdf (дата обращения: 02.02.2022).
5. Администрация города Томска. История наводнений в Томске. Официальный сайт. [Электронный ресурс] - Режим доступа https://admin.tomsk.ru/pgs/2ut (дата обращения: 02.02.2022).
6. Дружинин B.C. Методы статистической обработки гидрометеорологической информации : учебное пособие / Дружинин B.C., Сикан A.B. - Санкт-Петербург: Российский государственный гидрометеорологический университет, 2001. - 174 с. - ISBN 5-86813-029-4. - Текст : электронный // IPR SMART : [сайт]. - URL: https://www.iprbookshop.ru/14904.html (дата обращения: 04.02.2022). - Режим доступа: для авторизир. пользователей.
7. Аргучинцева A.B. Методы статистической обработки и анализа гидрометеорологических наблюдений : учеб. пособие / A.B. Аргучинцева. - Иркутск : Иркут. гос. ун-т, 2007. - 105 с.
8. Донченко Р.В. Ледовый режим рек СССР. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 247 с.
9. Нигметов Г.М., Пчелкин В.И., Филатов Ю.А. Ледовые заторы на реках Российской Федерации, пути и способы борьбы с ними // Технологии гражданской безопасности. 2003. №12. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ledovye-zatory-na-rekah-rossiyskoy-federatsii-puti-i-sposoby-borby-s-nimi (дата обращения: 04.02.2022).
10. Кулешов С.Л. Вероятностный анализ факторов заторообразования в речных бассейнах (на примере рек Севера Европейской и Азиатской частей России): диссертация ... кандидата Технических наук: 05.23.16 / Кулешов Сергей Леонидович; [Место защиты: ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»], 2019.
11. Козлов Д.В. Многомерный анализ данных при оценке факторов заторообразования в речных бассейнах / Д.В. Козлов, С.Л. Кулешов // Водные ресурсы. - 2019. - Т. 46. - № 2. - С. 132 - 141. -DOI 10.31857/S0321-0596462132-141.
12. Кулешов С.Л. Анализ влияния морфометрии русла на частоту образования весенних заторов льда в пределах речного бассейна / С.Л. Кулешов, Д.В. Козлов // Природообустройство. - 2017. - № 5. - С. 15 - 19.
13. Каталог заторных и зажорных участков рек СССР, Том 2. Азиатская часть СССР. - Л.: Гидрометеоиздат, 1976. - 518 с.
14. Р 52.08.874-2018. Руководство по определению гидрографических характеристик картометрическим способом: [Утв. Росгидромет, 20.12.2018]. СПб.: 1986. -91 с.
15. Матвеев ,4.11. и др. Мониторинг состояния ледового покрова на участках р. Томи, на которых возможно образование ледовых заторов (зажоров). Отчеты о НИР. - Томск: ОАО «Томскгеомони-торинг», 2011-2020 гг.
ANALYSIS OF SCIENTIFIC AND METHODOLOGICAL APPROACHES TO PREDICTION OF JAM PHENOMENA IN THE TOMSK REGION
Yuliya TKACHENKO
junior researcher research department (organizations for the preparation of scientific-teaching staff) research center
Civil Defence Academy EMERCOM of Russia Address: 141435, Moscow region, city Khimki, md. Novogorsk
E-mail: u.tkachenkoQamchs.ru
Asiyat TEDURIEVA
junior researcher research department (for civil defense and emergency situations) research center
Civil Defence Academy EMERCOM of Russia Address: 141435, Moscow region, city Khimki, md. Novogorsk E-mail: asuikal991Qmail.ru
Pavel TKACHENKO
candidate of technical sciences, associate professor, head of department (operational management of RSChS and GO) Civil Defence Academy EMERCOM of Russia Address: 141435, Moscow region, city Khimki, md. Novogorsk
E-mail: p.n.tkachenkoQamchs.ru
Evgeniy IVANOV
candidate of technical sciences,
head of research department
(for civil defense and emergency
situations) research center
Civil Defence Academy EMERCOM of Russia
Address: 141435, Moscow region, city Khimki,
md. Novogorsk
E-mail: linia-zhizniQyandex.ru
Abstract. The article presents an overview of the observed scientific and methodological approaches to forecasting congestion investments in the Tomsk region. Statistical information on the territory of the Russian Federation is excluded, a discrepancy between statistical data and statistical data on events in the Tomsk region is given. Presentation of the general characteristics of the jam-prone areas of the Tomsk region. The discrepancy between the calculated (according to existing patterns) and actual values of the frequency of congestion in the rivers of the Tomsk region is indicated. Anthropogenic factors that influence the emergence of potential benefits in the Tomsk region. Keywords: flooding; congestion phenomena; factors affecting the occurrence of congestion; congestion.
Citation: Tkachenko Y.A., Tkachenko P.N., Tedurieva A.N., Ivanov E.V. Analysis of scientific and methodological approaches to prediction of jam phenomena in the Tomsk region // Scientific and educational problems of civil protection. 2022. № 2 (53). S. 29 - 37.
References
1. Buzin V.A. Ice jams and ice jams on the rivers of Russia. St. Petersburg: GGI Publishing House, 2016. -242 s.
2. Federal Service for Hydrometeorology and Environmental Monitoring. Federal State Budgetary Institution "All-Russian Research Institute of Hydrometeorological Information - World Data Center". Official site. [Electronic resource] - Access mode http://meteo.ru/data/310-neblagopriyatnye-usloviya-pogody-nanjosshie-ekonomicheskie-poteri (date of access: 05.12.2021).
3. Sidorenko S.V. Satellite monitoring of the flood on the Tom River / S.V. Sidorenko, A.D. Romantsov // Earth from space: the most effective solutions. - 2010. - No. 6. - S. 70 - 77.
4. OGBU "Regional Committee for Environmental Protection and Nature Management "of the Tomsk Region. State report on the state and protection of the environment of the Tomsk region in 2017. Official site. [Electronic resource] - Access mode https://ogbu.green.tsu.ru/wp-content/uploads/2021/07/%D0%93%D0%BE%Dl%81%D0%B4%D0%BE% D0%BA%D0%BB%D0%B0%D0%B4-2017.pdf (accessed 02.02.2022).
5. Administration of the city of Tomsk. History of floods in Tomsk. Official site. [Electronic resource] -Access mode https://admin.tomsk.ru/pgs/2ut (date of access: 02.02.2022).
6. Druzhinin B.C. Methods of statistical processing of hydrometeorological information: textbook / Druzhinin V.C., Sikan A.V. - St. Petersburg: Russian State Hydrometeorological University, 2001. - 174 s. - ISBN 5-86813-029-4. - Text: electronic // IPR SMART: [website], - URL: https://www.iprbookshop.ru/14904.html (date of access: 04.02.2022). - Access mode: for authorization, users.
7. Arguchintseva A.V. Methods of statistical processing and analysis of hydrometeorological observations: textbook, allowance / A. V. Arguchintseva. - Irkutsk: Irkut. state un-t, 2007. - 105 s.
8. Donchenko R.V. Ice regime of the rivers of the USSR. - L.: Gidrometeoizdat, 1987. - 247 s.
9. Nigmetov G.M., Pchelkin V.I., Filatov Yu.A. Ice jams on the rivers of the Russian Federation, ways and means of dealing with them // Civil Security Technologies. 2003. No. 1-2. URL: https: / / cyberleninka.ru / article / n/ledovye-zatory-na-rekah-rossiyskoy-federatsii-puti-i-sposoby-borby-s-nimi (date of access: 02/04/2022).
10. Kuleshov S.L. Probabilistic analysis of damming factors in river basins (on the example of the rivers of the North of the European and Asian parts of Russia): dissertation ... Candidate of Technical Sciences: 05.23.16 / Kuleshov Sergey Leonidovich; [Place of protection: Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "National Research Moscow State University of Civil Engineering"], 2019.
11. Kozlov D.V., Kuleshov S.L. Multivariate data analysis in assessing damming factors in river basins // Water Resources. - 2019. - T. 46. - No. 2. - S. 132 - 141.- DOI 10.31857/S0321-0596462132-141.
12. Kuleshov S.L. Analysis of the influence of channel morphometry on the frequency of formation of spring ice jams within the river basin / S.L. Kuleshov, D.V. Kozlov // Nature Engineering. - 2017. - No. 5. -S. 15 - 19.
13. Catalog of jam and jam areas of the rivers of the USSR, Volume 2. Asian part of the USSR. - L .: Gidrometeoizdat, 1976. - 518 s.
14. R 52.08.874-2018. Guidelines for determining hydrographic characteristics by cartometric method: [Approved. Roshydromet, December 20, 2018]. St. Petersburg: 1986. - 91 s.
15. Matveev D.I. and others. Monitoring of the state of the ice cover on the sections of the river. Tom, on which the formation of ice jams (jammings) is possible. Research reports. - Tomsk: JSC "Tomskgeomonitoring 2011-2020.
