Петр Пушистов - Наводнения: от защиты к управлению

Так, в России значительный по времени и количеству успешно реализованных проектов опыт применения одномерных гидравлических моделей HEC-RAS 3.1 и HEC-6 (http://www.hec.usace.army.mil) и двумерной (плановой) гидродинамической модели RMA2 (http://chl.erdc.usace.army.mil/rma2), работающей в системе моделирования SMS (http://www. aquaveo.com), накоплен коллективом кафедры гидрологии Томского государственного исследовательского университета во главе с проф. Земцовым В. А. при решении задач прогнозирования последствий гидротехнического строительства и других техногенных воздействий на локальных участках речных систем Оби и Томи (Земцов и др. 2007; 2009; 2012). Успешность применения указанных ПП во многом обеспечивается тем, что коллектив кафедры располагает и эффективно использует современный высокотехнологичный инструментарий для проведения полевых инженерно-изыскательских работ и получения качественных, высокого пространственного разрешения натурных данных для калибровки и верификации численных моделей. Указанный измерительный инструментарий включает базу и мобильные приемники системы глобального позиционирования (GPS), высокоточные геодезические измерительные системы, гидрометрические приборы для экспресс-измерений, в том числе, акустический доплеровский профилограф течения (ADP) и оригинальные приборы для отбора проб наносов (Земцов и др., 2010).

Определенной популярностью в РФ при решении водохозяйственных задач и создании систем предупреждения чрезвычайных ситуаций пользуются программные продукты, разработанные Датским гидравлическим институтом (http://www.dhisoftware.com) и распространяемые в нашей стране научно-консалтинговой фирмой «Волга» (http://www.volgaltd.ru). Одномерный многоцелевой комплекс MIKE 11 успешно применялся в исследованиях режимов течения Нижней Волги, Северной Сосьвы и качества воды рек Ока, Яуза и Нищенка (Водные ресурсы…, 2010; Будяну и др., 2012; и др.). Двухмерные комплексы MIKE 21 и MOUSE использовались в проектах изучения гидрологического режима Каспийского моря и моделирования ливневой канализации г. Москвы, соответственно (http://www.volgaltd.ru). Трехмерная численная модель MIKE 3 — Flow Model, освоенная сотрудниками Атлантического отделения Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН, успешно применялась при проведении теоретических исследований горизонтального конвективного водообмена в озерах и морях (Чубаренко, 2008; Чубаренко и Есюкова, 2010).

Другой убедительный пример эффективности использования трехмерной численной модели GETM (http://www.getm.eu) для решения конкретных водохозяйственных задач, например, расчет характеристик гидродинамического и термического режимов водоемов — охладителей, продемонстрирован в работах сотрудников Института водных проблем РАН (Дебольская и др., 2010; Исаенков, 2010).

Краткий обзор разработанных российскими специалистами одно- и двумерных (плановых) численных гидравлических моделей, прошедших основательную проверку на лабораторных и натурных данных и использованных при решении водохозяйственных задач для конкретных объектов, т.е. имеющих достаточный уровень конкурентоспособности с аналогичными рыночными ПП, произведенными в США и странах ЕС, содержится в работе (Земцов и др., 2007).

Цель монографии [40] — дать краткое описание опыта разработки высокотехнологичных информационно-вычислительных комплексов, предназначенных для воспроизведения переменных гидродинамики и качества воды региональных водных объектов и изложить результаты применения таких ИВК к участку среднего течения реки Северная Сосьва (Ханты-Мансийский автономный округ — Югра) и Телецкого озера с устьевым участком реки Чулышман (Республика Алтай). Прогностической основой, указанных ИВК, послужила хорошо известная, разработанная в США, 2.5-мерная численная модель гидродинамики и качества воды CE-QUAL-W2 (далее W2) (Colе and Wells, 2003; 2006; http://www.ce.pdx.edu/w2). Инициатива начала работ по освоению численной модели W2 в Лаборатории математических проблем экологии и природопользования, организованного в 2002 году Югорского НИИ информационных технологий (ЮНИИИТ, г. Ханты-Мансийск) исходила от член.-корр. РАН Лыкосова В. Н. (Институт вычислительной математики РАН, г. Москва), который совместно с группой экспертов, рекомендовал опробовать модель W2, как инструмент решения прикладных задач по оценке и прогнозу гидрологического режима и экологического состояния водных объектов на территории существующих и перспективных зон промышленного развития севера Западной Сибири.

Список аргументов в пользу выбора программного продукта W2 для практических применений включает в себя следующие позиции:

— разработка последовательности версий модели W2, начиная с 1974 года, проводится непрерывно с учетом результатов практических применений консорциумом мировых лидеров-производителей данного класса ПП в составе: Станция водных путей инженерного корпуса армии США (http://www.wes.army.mil), группа моделирования качества воды Портлендского государственного университета (http://www.ce.pdx.edu/w2) и группа моделирования поверхностных вод международной компании ERM (http://www.erm-smg.com);

— для программного продукта W2 характерны очень высокие темпы роста масштабов успешных практических применений. Так согласно обобщенным данным (http://www.ce.pdx.edu/w2) в настоящее время с использованием W2 в 116 странах мира промоделировано 1134 конкретных водных объектов (436 рек, 297 озер, 319 водохранилищ и 82 эстуария). Указанные показатели за период с 2004 по 2012 год выросли почти в три раза;

— программный код последних версий модели W2, вместе с руководством пользователя и техническими отчетами профессионального применения W2 к различным водным объектам на территории США, свободно доступны в Интернете (http://www.ce.pdx.edu/w2);

— руководства пользователя W2 подготовленные доктором Thomas Cole (Инженерный корпус армии США) и профессором Scott Wells (Портлендский государственный университет, США) являются отличным учебным пособием для начинающих пользователей и очень полезным и информативным инструментом в руках уже более опытных пользователей (Colе and Wells, 2003; 2006). Специально для начинающих пользователей профессор Scott Wells подготовил хорошо иллюстрированное и достаточно подробное описание основных этапов практического применения W2, которое можно найти на веб-сайте (http://www.cequalw2wiki.com). Благодаря усилиям и энтузиазму сотрудников Портлендского государственного университета в главе с доктором Chris Berger эффективно работает «Форум пользователей» (http://w2forum.cee.pdx.edu), обеспечивающий поддержку, которая может быть получена как со стороны разработчиков, так и других пользователей W2. Для повышения квалификации пользователей W2 организации — разработчики проводят ежегодные учебные семинары;

— сроки реализации проектов, основанных на применении W2 к конкретным водным объектам, существенно сокращаются, а исследовательский потенциал пользователей резко возрастает благодаря, появившейся в последние годы, возможности использования лицензионных программных продуктов WMS (http://www.loginetics.com)) и W2i-AGPM for W2 (www.aquaveo.com в качестве пре- и постпроцессоров численной модели W2;