CC BY
119УДК 614.81: 627.51
РИСК НАВОДНЕНИЙ: МЕТОДЫ ОЦЕНКИ И КАРТОГРАФИРОВАНИЯ
© 2012 г. А.В. Шаликовский
Восточный филиал ФГУП «Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов», г. Чита
Ключевые слова: наводнения, опасность наводнений, ущерб от наводнений, оценка риска наводнений, зоны риска наводнений, картографирование наводнений.
В статье охарактеризованы различные подходы к оценке риска наводнений: вероятностный, балльный, через величину среднегодового или максимального ущерба, математическое ожидание вреда. Рассмотрены частные случаи расчета математического ожидания вреда и зонирования территорий в соответствующих показателях.
Введение
По данным Dartmouth Flood Observatory [1] за 1985-2011 гг. ущерб от наводнений в мире превысил 1,31 трлн долл. с числом погибших более 766 тыс. человек, что в среднем составляет 48,5 млрд долл. и 28,4 тыс. человек в год. При этом все показатели (число наводнений, их средняя продолжительность, ущерб, гибель людей) имеют явно выраженную тенденцию роста. В последние годы наводнения отмечаются даже в населенных пунктах, расположенных в пустынях Алжира и Саудовской Аравии. Следует отметить, что к наводнениям в США и Европейских странах принято относить «временное затопление поверхности земли, обычно не покрытой водой» [2]. Таким образом, при оценке последствий стихийных бедствий к наводнениям относят не только речные наводнения, но и затопление местности в результате цунами, разрушения плотин, схода селей, повреждения водонесущих коммуникаций и др.
Учитывая серьезность проблемы, исследованию наводнений во всем мире уделяется большое внимание. В последние годы в Российской Федерации также опубликовано значительное число работ в этом направлении.
Водное хозяйство России № 2, 2012
Водное хозяйство России
При этом авторы используют различные трактовки понятий «опасность» и «риск» наводнений и предлагают соответствующие подходы к их определению.
Интерес к данной проблеме возрос после принятия Федерального закона «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» [3], который установил, что здания и сооружения должны идентифицироваться по возможности «опасных природных процессов и явлений и техногенных воздействий на территории, на которой будут осуществляться строительство, реконструкция и эксплуатация здания или сооружения». При этом «идентификация ... должна проводиться в соответствии с районированием территории Российской Федерации по уровню опасности природных процессов и явлений, утвержденным уполномоченным федеральным органом исполнительной власти ...».
Действующая нормативная база не позволяет осуществлять районирование, предусмотренное данным законом. Некоторые нормы не только противоречивы, но, в ряде случаев, и абсурдны. Например [4] относит к «умеренно опасным» наводнения с «поражением» от 70 до 100 % площади территории при скорости потока от 25 до 40 м/с.
Возможные подходы к оценке риска
Термины «опасность» и «риск» в настоящее время понимаются по-разному. Однако для научных дискуссий, а тем более - разработки нормативных документов, эти термины должны быть определены однозначно.
Словарь современного русского литературного языка [5] определяет опасность как «способность причинить какой-либо вред», а стандарт [6] -как «источник потенциального вреда или ситуация с потенциальной возможностью нанесения вреда».
В отличие от «опасности», которая является качественным понятием, «риск» - количественная характеристика (численное значение опасности). Данный подход используется в теории управления рисками и закреплен многими международными стандартами для систематизации процесса «выявление опасностей - оценка риска - воздействие на риск».
Для оценки риска наводнений используется несколько подходов.
1. Риск - вероятность или частота реализации опасности. Наличие апробированных способов определения расчетных гидрологических характеристик обусловил наиболее широкое использование именно вероятностного описания риска наводнений. В этом случае риск равен вероятности затопления рассматриваемой точки местности. Реализация данного подхода заключается в нанесении границ зон затопления различной обеспеченности на карты местности. Однако при этом игнорируются другие факторы опас-
Водное хозяйство России № 2, 2012
Водное хозяйство России
ности наводнений - глубина и скорость потока, продолжительность затопления.
Другими примерами использования данного подхода является оценка вероятности выхода воды на пойму и превышения критических отметок, установление повторяемости наводнений в пределах какой-либо территориальной единицы.
2. Риск - максимальный ущерб, который может быть причинен при возникновении неблагоприятного события. Возможный максимальный ущерб является основным показателем риска техногенных наводнений и широко применяется при декларировании безопасности ГТС и страховании ответственности их собственников. Этот показатель, оцененный для территориальной единицы, также важен для обоснования необходимых резервов на чрезвычайные случаи.
3. Риск - среднемноголетний фактический ущерб. Среднемноголетний ущерб достаточно широко используется в качестве меры опасности стихийных бедствий. На его основе удобно осуществлять крупномасштабное районирование риска наводнений: от континентов и государств до муниципальных образований.
К недостаткам этого подхода в первую очередь следует отнести нестабильность оценок - после каждого катастрофического наводнения среднем-ноголетний ущерб резко изменяется. Например, три крупнейших наводнения в мире нанесли ущерб около 620 млрд долл. (более 47 % ущерба за 27 лет во всем мире) и после каждого из них показатели ущерба в соответствующих странах возрастали многократно.
Кроме этого, ущербы различных лет очень сложно привести к некоторому единому эквивалентному уровню. Эта проблема наиболее актуальна для Российской Федерации, где за последние 20 лет кардинально изменились все аспекты формирования ущерба от наводнений.
Во-первых, значения ущерба следует приводить к единому уровню цен. Наиболее простым способом является перевод ущерба в доллары США [7], что сопряжено со значительными ошибками, т. к. до 90-х годов XX в. курс рубля к доллару являлся значительно заниженным, а в дальнейшем далеко не всегда отражал реальную инфляцию. Например, за последние 12 лет рост потребительских цен составил 4,75 раза, цен на недвижимость - в 5 раз, а курс колебался в небольшом диапазоне.
Во-вторых, для получения актуальных оценок необходимо учитывать происходящие изменения в использовании паводкоопасных территорий. Сложность решения данной задачи заключается в возможности использования только экспертных оценок.
4. Бальные оценки риска. Данный подход основан на установлении качественной градации уровня риска в зависимости от нескольких факторов
Водное хозяйство России № 2, 2012
Водное хозяйство России
Риск наводнений:
методы оценки и картографирования ^■71
опасности наводнений. При этом рассматриваются либо их различные сочетания, либо производится вычисление параметра, от значения которого устанавливается уровень риска.
Наиболее ярким примером этой группы методов является вычисление «магнитуды» в зависимости от продолжительности наводнения, площади пострадавшего региона и класса, который, в свою очередь, определяется значениями ряда параметров [1]. Бузин В.А. [8] предлагает оценивать риск в зависимости от превышения максимального уровня над уровнем выхода воды на пойму и повторяемости таких выходов. Аналогичные методы используются многими авторами, но в большинстве случаев имеются такие сочетания учитываемых факторов опасности, при которых результаты начинают противоречить смыслу рассматриваемого явления.
5. Риск - математическое ожидание вреда. Зарубежные специалисты по опасным природным явлениям считают основоположником данного подхода Rowe '.Б., который отмечал, что «риск - это вероятностные потери, определяемые умножением вероятности негативного события на величину возможного ущерба от него» [9]. В настоящее время на этом определении основана вся система международных и российских стандартов по управлению рисками: «риск - сочетание вероятности события и его последствий» [10]. Таким образом, под риском наводнений следует понимать величину вреда (в натуральных или экономических показателях) различной повторяемости или его математическое ожидание.
Отдельные аспекты определения математического ожидания вреда от наводнений
В зависимости от поставленной задачи и пространственных границ оцениваемого объекта можно выделить различные подходы к вычислению математического ожидания вреда от наводнений.
Рассмотрим простейший случай: на горизонтальном участке земли выращивается культура, не переносящая затопления. В этом случае вероятность затопления участка и полной гибели урожая равна обеспеченности максимального уровня воды, соответствующего отметке рассматриваемой территории. Следовательно, для данного случая имеем:
М(У) = С • Рзат / 100 , (1)
где М(У) - математическое ожидание ущерба; С - стоимость оцениваемого объекта; р - обеспеченность уровня затопления, %.
г зат ¿г ?
Задача несколько усложняется, если рассматриваемая территория не го-
Водное хозяйство России № 2, 2012
Водное хозяйство России
ризонтальная и ее отдельные фрагменты затапливаются при разных значениях обеспеченности уровня:
м (у ) = £ с
+ +1) р - Р,
2 • Яобщ. 100
(2)
где п - число расчетных значений обеспеченности;
Я, и Я - площадь затопления, соответственно, при значениях обеспеченности максимальных уровней р. и р ;
Яобщ - общая площадь оцениваемой территории.
Учитывая, что произведение стоимости на удельную площадь затопления является ущербом, зависимость (2) можно представить в более общем виде:
м (У )=Е
У + Уж)
\р,- Р,+11 100
(3)
На практике зависимость (3) может использоваться преимущественно для определения математического ожидания вреда в натуральных показателях (если вместо экономического ущерба рассматривать площадь затопления, протяженность дорог и т. д.). Другим направлением ее применения является оценка риска по данным о фактических ущербах. При этом сохраняются те же проблемы, что и при расчете среднемноголетнего ущерба, но в то же время расчет математического ожидания может быть выполнен на основе более короткого ряда. В качестве примера на рис. 1 представлены
80
70
60
1С
у
р 50
д
а
§ 40
,б
р ер 30
Н
20
10
0
у = 163,82е -0-121х
Я2 = 0,9905
у = -0,0308х +6,0439
Я2 = 0,8229
10 20 30 40 50 60 70 Вероятность превышения, %
80
90 100
Рис. 1. Зависимость вероятности превышения ушерба от наводнений в Российской Федерации.
Водное хозяйство России № 2, 2012
Водное хо зяйство России
,=1
1=1
0
Таблица 1. Статистические показатели ущерба от наводнений в Российской Федерации, млрд руб. (в ценах 2011 г.)
Показатель Значение
Среднегодовой ущерб 10,6
Математическое ожидание ущерба 15,9
Ущерб повторяемостью 1 раз в 10 лет 48,9
Ущерб повторяемостью 1 раз в 20 лет 89,5
Ущерб повторяемостью 1 раз в 100 лет 145,2
результаты обработки данных об ущербе от наводнений в Российской Федерации за последние 10 лет, приведенные к ценам 2011 г. В отличие от аналогичных результатов, представленных в [11], аппроксимация выполнена составной функцией.
Как видно из табл. 1, математическое ожидание ущерба превышает его среднегодовое значение в 1,5 раза. В то же время полученные результаты являются заниженными в связи с неполнотой оценок фактического ущерба - как правило, не учитывается вред урожаю и строениям на садовых участках, от остановок производства и др. Рассматриваемый период также отмечался невысокой интенсивностью наводнений. Например, среднегодовой ущерб от наводнений только в двух субъектах (Приморском крае и Читинской области) за 1989-1991 гг. в нынешних ценах составлял 56 млрд руб.
В большинстве случаев при наводнении наблюдается «неполное повреждение» объекта, характеризуемое его уязвимостью ф = У/С. Таким образом, имеем
м (У ) = £ С
(ф, +ф,+1)
|р, - р,-+1| 100
(4)
Уязвимость зависит от параметров объекта и значений факторов опасности конкретного наводнения в рассматриваемой точке (глубины и скорости потока, продолжительности затопления и др.). В связи с этим во многих странах мира проводятся исследования, направленные на установление зависимостей относительного ущерба для различных видов имущественных объектов. Например, в программном комплексе НЛ2и8-МН (Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям, США) используется более 900 таких зависимостей [12].
Разработанный автором подход [13] несколько отличается от традиционного, т. к. направлен на решение не только прогностических задач, но и на
Водное хозяйство России № 2, 2012
Водное хозяйств
-=1
Относительный ущерб, % 112 2 3 3 4
и ■ 0 1 2 3 4 5 6 7 Глубина затопления, м Рис. 2. Стандартная зависимость ущерба от глубины затопления.
зонирование опасных территорий. Для возможности зонирования показатель риска не должен зависеть от характера и интенсивности использования участков местности, не являться натуральным и обладать относительным постоянством. Этим условиям удовлетворяет математическое ожидание ущерба некоторому «эталонному» объекту, выраженное в долях его стоимости или процентах. Данная величина одновременно является и математическим ожиданием уязвимости эталонного объекта. В качестве эталонного объекта нами принято одноэтажное каменное облегченное здание в совершенно удовлетворительном состоянии, зависимость ущерба которому представлена на рис. 2.
Моделирование может быть выполнено как с использованием зависимости (3), так и методом статистических испытаний. В том и другом случае для различных значений обеспеченности максимального уровня предварительно вычисляется распределение глубин затопления и относительного ущерба по территории (рис. 3).
Таким образом, математическое ожидание ущерба конкретному объекту составляет
M(У) = C • K • M(y)этaл. (5)
где K = ф/фэтал - поправка, учитывающая различие в уровне уязвимости рассматриваемого и эталонного объекта; M(y)этал - математическое ожидание ущерба эталонному объекту в относительных показателях (для соответствующей точки местности).
Водное хозяйство России № 2, 2012
Водное хозяйство России
\
V ]
К
хО хО хС Ох Ох Ох
и Р
Водное хозяйство России № 2, 2012
Водное хозяйство России
Таблица 2. Поправочный коэффициент К зависящей от качественных признаков зданий [14]
Качественное состояние Класс здания
I II III IV V VI
Отличное 0,90 1,00 1,20 1,50 1,80 2,10
Хорошее 0,82 0,90 1,10 1,35 1,60 2,00
Совершенно удовлетворительное 0,77 0,85 1,00 1,15 1,40 1,90
Удовлетворительно е 0,75 0,80 0,95 1,05 1,45 2,05
Неудовлетворительное 0,75 0,85 1,00 1,10 1,70 2,30
Совершенно неудовлетворительное 0,78 0,90 1,10 1,25 1,95 2,70
Для зданий поправка К зависит от ряда параметров
K = Kl • к2 • Кз, (6)
где К1- поправка, определяемая в зависимости от класса здания и его состояния (табл. 2);
К1 и К2 - соответственно, поправки на высоту цоколя и этажность. Поправки К2 и К3 определяются, соответственно, по формулам:
К2 = 0,45 + (1,4 - й)2,7, (7)
1
(8)
К з =
0,4 + 0,6 • п
где й - высота цоколя, м (при й > 1,4 К2 = 0,45); п - число этажей здания.
Изложенный подход позволяет оценить риск для отдельных объектов недвижимости как непосредственно с ГИС-модели, так и с карт зонирования (что особенно актуально для развития страхования). В перспективе он и может использоваться для оценки риска в пределах отдельных территорий. Это будет возможно после перехода от используемой в настоящее время остаточной к рыночной стоимости недвижимости.
Заключение
Нерационально районировать всю территорию Российской Федерации по уровню опасности наводнений, что предусмотрено Федеральным законодательством [3]. Такое районирование может быть выполнено только с
Водное хозяйство России № 2, 2012
Водное хо зяйство России
очень грубыми допущениями, при которых в одну категорию будут попадать вместе с поймами рек и прилегающие горные массивы. Также следует отметить, что даже катастрофическое затопление не может привести к заметным последствиям на территориях, не используемых людьми. Поэтому, на наш взгляд, данная задача должна решаться поэтапно.
В первую очередь следует разработать нормативные документы, устанавливающие принципы идентификации территорий, подверженных угрозе наводнений, и их зонирования.
На основании разработанных норм необходимо выделить соответствующие территории населенных пунктов с установлением для них ряда численных показателей для определения приоритетности зонирования.
На этапе непосредственного зонирования должны быть разработаны карты двух видов: для возможности регулирования хозяйственного использования территории и в экономических показателях риска (для развития страхования и решения других прогностических задач).
Карты для регулирования хозяйственного использования паводкоопасных территорий должны учитывать не только вероятность затопления, но как минимум, - и возможную глубину затопления [13]. Наиболее перспективным подходом к зонированию в экономических показателях является использование математического ожидания ущерба, что позволяет совмещать в одном показателе одновременно как значение ущерба, так и его вероятность.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Brakenridge G.R. Global Active Archive of Large Flood Events. Dartmouth Flood Observatory.
University of Colorado. 2012. URL: http://floodobservatory.colorado.edu/Archives/index. html
2. Directive 2007/60/EC on the assessment and management of flood risks. European Parliament.
2007. URL: http://ec.europa.eu/environment/water/flood_risk/
3. Федеральный закон от 30 дек. 2009 г. № 384-Ф3 «Технический регламент о безопасности
зданий и сооружений» // Российская газета от 31 дек. 2009 г. № 255.
4. СНиП 22-01-95. Геофизика опасных природных воздействий. М.: ГП ЦПП, 1996. 9 с.
5. Словарь современного русского литературного языка. М.: АН СССР, 1959. Т. 8. С. 882.
6. ГОСТ Р 51901.1-2002. Менеджмент риска. Анализ риска технологических систем. М.:
Изд-во стандартов, 2002. 28 с.
7. Таратунин А.А. Наводнения на территории Российской Федерации. Екатеринбург: Изд-во
РосНИИВХ, 2008. 432 с.
8. Бузин В.А. Опасные гидрологические явления. СПб: РГГМУ, 2008. 223 с.
9. Rowe W.D. An anatomy of risk. New York: John Wiley Interscience, 1977. 488 p.
10. ГОСТ Р 51897-2002. Менеджмент риска. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов,
2002. 12 с.
11. Шаликовский А.В. Методология управления водохозяйственными рисками, обусловлен-
ными экстремальными гидрологическими явлениями // Водное хозяйство России. 2011. № 6. С. 24-32.
Водное хозяйство России № 2, 2012
Водное хозяйство России
12. HAZUS-MH Flood Loss Estimation Methodology. II. Damage and Loss Assessment / Scaw-
thornC. et al. // Nat. HazardsRev. 2006. 7. P. 72-81.
13. Шаликовский А.В. Оценка риска наводнений и зонирование паводкоопасных территорий
// Водное хозяйство России. 2006. № 4. С. 27-35.
14. Шаликовский А.В. Водные и водохозяйственные риски: анализ проблемы, концептуаль-
ные основы страхования. Екатеринбург: Изд-во РосНИИВХ, 2003. 100 с.
Сведения об авторе:
Шаликовский Андрей Валерьевич, к. т. н., доцент, заместитель директора, Восточный филиал ФГУП «Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов (ВостокНИИВХ), 672039, г. Чита-39, ул. Алекзаводская, 30; e-mail:vostokniivh@mail.ru
Водное хозяйство России № 2, 2012
Водное хозяйство России
