CC BY
55
УДК 335; 355.4
Илъков А.В.
К ОПРЕДЕЛЕНИЮ РАЦИОНАЛЬНОГО ВАРИАНТА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕСУРСОВ НА ПРОВЕДЕНИЕ ПРЕВЕНТИВНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ, НАПРАВЛЕННЫХ НА СНИЖЕНИЕ ЗАТОРНЫХ НАВОДНЕНИЙ
В статье представлен методический подход к определению рационального распределения выделяемых средств на проведение противопаводковых мероприятий с целью достижения минимального возможного риска возникновения наводнения, вызванного затором, а также описаны, этапы его решения.
Ключевые слова: наводнение, затор, ущерб, риск, предотвращенный риск, превентивные мероприятия.
Ilkov A.V.
BY THE DEFINITION OF RATIONAL OPTIONS FOR ALLOCATING THE RESOURCES TO CARRY OUT PREVENTIVE MEASURES AIMED AT
REDUCING THE MASH FLOOD
The paper presents a methodical approach to the definition of a rational distribution of allocated funds for flood protection works in order to achieve the lowest possible risk of flooding caused by congestion, and also describes the steps to resolve it.
Keywords: flood, congestion, loss, risk, risk prevention, preventive measures.
Ежегодно в России происходит 230-250 событий чрезвычайного характера, связанных с опасными природными явлениями. Среди многочисленных опасностей природного характера наиболее разрушительными являются: наводнения, подтопления, землетрясения, оползни, сели [13]. По данным МЧС России основные потери при этом приносят наводнения (около 30%); оползни, обвалы и лавины (21%); ураганы, смерчи (14%); сели (3%) [14].
В России к числу наиболее опасных наводнений относятся наводнения на реках, обусловленные заторами льда. Заторы льда на реках
России — широко распространенное явление из-за сурового климата страны и больших объемов прочного ледяного покрова перед вскрытием рек весной. Именно поэтому заторы льда часто бывают на реках самых холодных районов России — всей Сибири, севера европейской части страны и Дальнего Востока. Несмотря на все проводимые мероприятия, ущерб от наводнений, вызванных заторами льда, остается на высоком уровне. Крупные наводнения, вызванные заторами льда в период с 1998 год по 2016 год приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Крупные наводнения, вызванные заторами в период 1998 - 2016 гг, (ущерб в ценах
на 2016 год)
Дата, место Причина Последствия
Пострадавшее население, (чел.) Ущерб, (в млрд)
4 мая 1998г. Вологодская область, г. Великий Устюг Ледяные заторы на реке Малая Северная Двина вызвали подъём воды на 9,6 м 8300 2,85
Продолжение на следующей странице
Дата, место Причина Последствия
Пострадавшее население, (чел.) Ущерб, (в млрд)
12 мая 2001г. г. Ленек, Якутия Ледяные заторы на реке Лене вызвали подъём воды на 10 м 43000 34,6
15 - 16 апреля 2004г. Южные районы Хакасии Ледовый затор, перекрыл реку Абакан. Подъём воды на 8,3 м 3000 0,113
19 мая 2010г. Республика Якутия Ледовый затор поднял уровень воды на реке Лена до отметки 8,6 м 7000 1193
28 апреля 2011г. Республика Хакасия Ледовый затора на реке Абакан, подъём воды на 8,2 м 570 0,128
20 мая 2012г. г. Среднекол ымск, Республика Якутия Ледяной затор на реке Колыма, вызвал подъем воды у города Среднеколымск. Уровень воды достиг отметки 9,2 м 1021 1,38
22 апреля 2013г. Вологодская область, г. Великий Устюг Ледяные заторы на реке Малая Северная Двина вызвали подъём воды на 8,62 м 1582 0,193
19 апреля 2016г. Вологодская область, г. Великий Устюг Ледяные заторы на реке Малая Северная Двина вызвали подъём воды на 9,34 м 6000 0,83
Первые научные работы в России, посвященные заторам, основаны на данных экспедиционных исследований и содержат в основном качественное описание процесса заторообразо-вания. Одной из таких работ является работа Близняка Е.В. [1].
В настоящее время существуют достаточное количество работ о природе образования заторов, которые отражены в научных трудах ведущих ученых: Шуляковского Л.Г., Лисер И.Я., Самочкина В.М., Софер М.Г., Карнович В.Н., Булатова С.Н., Бузина В.А., Коренькова В.А., Донченко Р.В., Шаночкина С.В. и др. [1, 2, 3, 4, 7, 8, 12]. Существующие научные исследования и работы позволили выявить различные мероприятия, проводимые в целях снижения риска наводнений, вызванных заторами (рисунок 1): мероприятия по снижению риска возникновения заторов (долговременные и единовремен-
ные превентивные мероприятия);
мероприятия, направленные на ликвидацию заторов;
проведение берегоукрепительных работ; создание противопаводковых дамб. В данной статье рассмотрены лишь мероприятия, направленные на снижение риска возникновения самих заторов. Противозаторные мероприятия достаточно хорошо изучены и изложены в различных научных трудах, методических рекомендациях и указаниях [5, 6, 9, 10, 11, 12, 16, 17, 18]. Проведение каждого из вы-шеуказаных превентивных мероприятий в той или иной степени снижает риск возникновения заторного наводнения. Накоплен большой опыт по организации и проведению превентивных мероприятий с целью снижения риска заторного наводнения. Имеются различные методики по проведению ледорезных и ледокольных работ,
взрывных работ, работ но зачернению ледового покрова и др. [5, 6, 9, 10, 11, 12, 16, 17]. Они достаточно полно описывают применение каждого противопаводкового мероприятия в отдельности. Однако работы по совместному их при-
менению в условиях ограниченных ресурсов с целью достижения минимального уровня риска возникновения заторного наводнения отсутствуют.
Мероприятия по снижению риска Бозникно&ения наводнений, ВызВанных заторами на реках
_ 1 , I ;
(1) Мероприятия по снижению риска возникновения заторов на реках Берегоукрепительные работы Создание противопаводковых дамб (2) Мероприятия, направленные на ликвидаиию заторов на реках
Долговременные мероприятия (до установления ледостава на реках)
Расчистка русел рек
Дноуглубительные работы
Русловыпрямительные работы
Единовременные мероприятия (ежегодные, до начала ледохода на реках)
Ослабление и разрушение ледового покрова рек
1 1
Ледорезные работы Ледокольные работы Взрывные работы
Проведение взрывных работ
□бстрел из орудии и минометов
Химическии Термическии Механическии Чернение льда
Бомбометание с самолетов и вертолетов
Установка взрывных зарядов с выходом на лед
Рисунок 1 - Мероприятия по снижению риска наводнений, вызванных заторами на реках
Исходя из этого, научная задача формулируется следующим образом: в условиях ограниченного финансирования противопаводковых мероприятий необходимо найти такое распределение выделяемых средств между превентивными мероприятиями, чтобы риск возникновения наводнений, вызванных заторами, был минимальным:
п
R = Щ (Uj ,Vk ,akj ,S,pi) ^ min, i=i
где Rj — риск возникновения ЧС по j-му сценарию;
Uj — прогнозируемый ущерб (в денежном исчислении);
Wj — частота возникновения j-ой ЧС за рассматриваемый период;
Vk — нормированный объем работ;
Si — средства, выделяемые на проведение превентивных мероприятий;
р. — доля от выделяемых средств на проведение i-ro превентивного мероприятия.
Для каждого населенного пункта, попадающих) в зону действия наводнения, имеются каталоги опасных отметок уровней воды, так называемых критических уровней воды, с превышения которых начинается затопление данного населенного пункта. При этом может быть несколько значений критического уровня, характеризующих последовательность затопления города но мере повышения уровня воды в реке. Каждый критический уровень будем рассматривать как сценарий наводнения. Количество сценариев развития наводнения (количество ЧС) будет соответствовать количеству критических уровней, которые определяются по каталогу опасных отметок уровней подъема воды для исследуемой территории [8].
Возникновение на какой-либо территории ЧС является случайным событием, которое может произойти но п различным сценариям. Профилактика с целью предупреждения ЧС осуществляется путем проведения превентивных мероприятий ПМ\ и ПМ^-
ПМ\ — долговременные превентивные меро-
приятия;
ПМ2 — единовременные превентивные мероприятия.
Общий показатель риска заторного наводнения на рассматриваемой территории после рационального распределения выделяемых ресурсов между превентивными мероприятиями определяется по формуле:
изменение частоты воз-
ДВ* - — Дщр)
3 = 1
^з — из шз>
— а^ У\ + а,2] У2,
где Дш^ — (ш^ — ) никновения ЧС;
частота возникновения ЧС, когда
(1)
щ — риск возникновения ЧС по сценарию;
К^р — взвешенный предотвращенный риск после проведения долгосрочных и единовременных превентивных мероприятий соответственно при ^'-ом сценарии.
Риск наводнения характеризуется частотой или вероятностью возникновения наводнения с учетом возможного (прогнозируемого) ущерба.
из
долговременные превентивные мероприятия не проводились;
— частота возникновения ЧС, когда долговременные превентивные мероприятия проводились
к — 1, 2.
Обозначим объем работ, соответствующих реализуемому превентивному мероприятию, при котором дальнейшее их наращивание не приводит к существенному снижению риска через 1. Тогда, в зависимости от выделенных средств, объемы работ, выполненных при реализации мероприятия, будут изменяться в пределах от 0 до 1. Для определения зависимости объема выполненных работ от выделенных средств может быть использован метод экспертных оценок, на основе которого была получена следующая функция аппроксимации:
(2)
Ук —
1
где из — прогнозируемый ущерб (в денежном исчислении);
— частота возникновения ^'-ой ЧС за период.
Взвешенный предотвращенный риск находим как сумму произведений предотвращенного риска и нормированного объема работ
1 +ехр(—ак • (Б'рк — /Зк)'
(5)
(3)
где — предотвращенный риск при реализации к-го превентивного мероприятия в ^'-ом сценарии;
1.2.3.....11:
п — количество сценариев возникновения наводнения.
ук — нормированный объем работ; к — 1, 2;
Величину предотвращенного риска от реализации к-то превентивного мероприятия в ^'-ом сценарии определим как произведение разницы Дш^ между частотами возникновения ЧС в различных периодах и прогнозируемого ущерба при ^'-ом сценарии.
akj — из ДШj,
(4)
где 5 — выделяемые денежные средства на проведение превентивных мероприятий; рк — доля от выделяемых средств Б на проведение превентивных мероприятий ПМк; Ук — объем работ соответствующего выделенным средствам на проведение превентивного мероприятия ПМк при к — 1, 2; ак, ~ коэффициенты определяются в результате статистической обработки результатов метода экспертных оценок.
Объем выполнения работ соответствующих превентивных мероприятий У\ и У2 будет зависеть от рационального распределения денежных средств на их проведение. Из анализа соотношения (5) следует, что задача определения объемов выполняемых работ сводится к нахождению доли от выделяемых средств на проведение превентивных мероприятий ПМ\ и ПМ2-
Задача определения рационального распределения выделенных финансовых средств сводится к решению оптимизационной задачи следующего вида: провести оптимальное распределение выделенных финансовых средств, обеспечивающих максимальное выполнение объемов работ, предусмотренных превентивными мероприятиями, при наличии ограничений на взвешенный предотвращенный риск:
F = Vx + V2 —► max
при следующих ограничениях
{ Ri - (anVi + ü2iV2) ^ 0
R2 - (ai2Vi + Ü22V2) ^ 0 Rs - (ai3Vi + ü2sV2) ^ 0
R4 - (auVi + (124У2) ^ 0
(6)
(7)
, Rn - (ainVi + a2nV2) ^ 0,
где Vi ж V2 — объемы работ, предусмотренные превентивными мероприятиями (5);
п — количество сценариев.
В результате решения задачи оптимизации (6, при выделяемых ресурсах 5 находим значение функции Ртах и соответствующие значения и V2, которые характеризуют величину взвешенного предотвращенного риска (3). После чего находим значения показателя риска заторного наводнения после рационального распределения выделяемых ресурсов (ДR ) по формуле (1).
Таким образом, при рациональном варианте распределения финансовых ресурсов между превентивными мероприятиями, риск возникновения наводнений, вызванных заторами, будет минимальным.
Литература
1. Близняк Е.В. Река Енисей от Красноярска до Енисейска. Ч. II: Зимнее состояние реки. СПб, 1916, - 79 с.
2. Бузин В. А. Заторы льда и заторные наводнения на реках. СПб.: Гидрометеоиздат, 2004. — 203 с.
3. Бузин В.А. О наводнениях на реках, вызванных заторами льда. Водные ресурсы, том 27.
- СПб.: ГШ, 2000, С. 524-530
4. Бузин В.А., Чагина П.С., Шаночкин C.B. Прогнозы максимальных зажорных и заторных уровней воды рек Северной и Западной Двины / Труды ГГИ, вып. 323, 1986,
- С. 19-27.
5. ГОСТ - ВСН - 028-70 «Методические указания по борьбе с заторами и зажорами льда». Минэнерго СССР, 1970.
6. Григценко П.С., Шевченко Г.В., Марченко A.A. Предотвращение вредного воздействия половодий и паводков на территории Российской Федерации. // Мелиорация и водное хозяйство. - 2005. - Ш. — 2 стр.
7. Донченко Р.В., ГЦеголева Е.В., Коробко A.C. Закономерности формирования и распространения заторов льда на реках СССР // Труды ГГИ. 1982. Вып. 287. С. 3-15.
8. Каталог заторных и зажорных участков рек СССР. Т. 1 и 2. - Л.: Гидрометеоиздат, 1976.
- 548 с.
9. Методические рекомендации по предотвращению образования ледовых заторов на реках Российской Федерации и борьбе с ними.
Шахраманьян М.А., Векслер А.Б., Пчелкин В.II. Трегуб Г.Б. и др. - М.: ФЦ ВНИИ ГОЧС, 2004, 234 е., с иллюстрациями.
10. Методические рекомендации для органов исполнительной власти субъектов российской федерации по организации подготовки к па-водкоопасному периоду. Утверждены МЧС России 04.12.2014 года № 2-4-87-40-14.
11. Наставление по производству взрывных работ при пропуске ледохода из инженерных сооружений, железных дорог. - М.: Трансжилдор-издат, 1966.
12. Попов Е.Г. Заторы льда и проблемы борьбы с ними // Метеорология и гидрология. 1968. № 8. С. 52—60.
13. Природные опасности России / под ред. С.К. Шойгу - М.: КРУК, 2003.
14. Современные системы мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций / под общ. Ред. В.А. Пучкова / МЧС России. - М.: ФКУ ЦСИ ГЗ МЧС России, 2013, - 352 с.
15. СНиИ 2.06.15-85. Инженерная защита территории от затопления и подтопления.
16. СНиП 3.02.01-87. Гидромеханизированные и дноуглубительные работы.
17. Тавризов В.М. Ледокольные и взрывные работы. - М.: Недра, 1967. — 144 с.
18. Шеломенцев В.Н. Аграрное и земельное право. Правовой статус и экологический режим Арктики, 2015 г., №3(123). С. 94-98
Рецензент: доктор военных наук, профессор Мазаник А.И.
