Петр Пушистов - Наводнения: от защиты к управлению

Комплекс программ, MIKE 11 состоит из набора редакторов входных файлов, работа с которыми позволяет создать компьютерную модель конкретной речной системы (MIKE 11…, 2006). Каждый редактор работает с файлом определенного типа. Объединение и обмен данными между отдельными редакторами достигается при использовании редактора моделирования. Редактор моделирования позволяет пользователю задавать диапазон параметров моделирования, имена файлов, запускает программы моделирования, а также дает возможность редактору речной сети связываться с другими редакторами.

В первой части данного раздела представим результаты применения MIKE 11 HD для моделирования переменных гидродинамики участка реки Северная Сосьва от г/п Сосьва до г/п Сартынья. Методические причины выбора этого участка реки Северная Сосьва в качестве основного объекта освоения и применения системы MIKE 11 HD (далее модель M11 «Сосьва — Сартынья») обоснованы выше. Для разработки модели М11 «Сосьва — Сартынья» реки был подготовлен план речной сети от г/п Сосьва до г/п Сартынья, сгенерированный на основе лоцманских карт при помощи программы Adobe Photoshop. Для задания граничных условий на входном створе (г/п Сосьва) были использованы данные наблюдений о расходе воды и для задания граничных условий на выходном створе (г/п Сартынья) использовались данные наблюдений за уровнем воды. Данные о поперечной структуре русла через каждые 400 метров были подготовлены на основе файла батиметрии модели W2—2009. Гидравлические параметры (коэффициенты придонного трения и др.) заданы близкими к средним величинам из рекомендуемых диапазонов наблюдаемых параметров для субполярных рек (Барышников, 1991).

Рис 30. План расчетных точек на участках реки Северная Сосьва от г/п Сосьва до г/п Сартынья (а) и от г/п Сартынья до г/п Игрим (б)

На рис. 30, а показан план речной сети, на котором представлены оцифрованные точки расчетной сетки модели M11 «Сосьва — Сартынья» (длина участка — 70400 м.).

Рис. 31. Графики наблюдаемых (пунктирная линия) и рассчитанных по модели M11 «Сосьва — Сартынья» (сплошная линия) значений уровня воды на г/п Сосьва за 2003 год

Определенное качественное и количественное представление о сравнении результатов расчетов и данных наблюдений дают рис. 31 и табл. 5. Средняя абсолютная ошибка прогноза уровней воды в основные фазы гидрологического цикла на г/п Сосьва составила 0,18 м.

Таблица 5. Данные наблюдений (η н) и расчетов (η м) (M11 «Сосьва — Сартынья») уровней воды в основные фазы гидрологического цикла на г/п Сосьва за 2003 год

Также было проведено сравнение результатов расчетов уровня воды и скорости течения на участке реки Северная Сосьва от г/п Сосьва до г/п Сартынья, полученных с помощью M11 «Сосьва — Сартынья» и W2—2009, и соответствующих данных наблюдений, полученных в результате экспедиционных работ 20—21 сентября 2007 года. Результаты сравнения прогнозов переменных гидродинамики, полученных с помощью двух моделирующих комплексов, и реальных данных можно увидеть на рис. 32 и 33.

Рис. 32. Графики уровней воды, рассчитанных с помощью двух моделирующих систем и данные измерений уровня на участке реки от г/п Сосьва до г/п Сартынья (20—21 сентября 2007 г.)

Данные представленные на рис. 32 и 33 показывают, что рассчитанные с помощью M11 «Сосьва — Сартынья» уровни и скорости течения качественно и количественно близки к соответствующим переменным гидродинамики, полученным с помощью W2—2009. Результаты сравнения измеренных значений уровня воды и скорости течения за 20—21 сентября 2007 года и соответствующих значений полученных с помощью W2—2009 необходимо полно проанализированы и оценены в работе (Пушистов и др., 2009б).

Рис. 33. Графики скоростей течения, рассчитанных с помощью двух моделирующих систем и данные измерений значений скорости в поверхностном слое на участке реки от г/п Сосьва до г/п Сартынья (20—21 сентября 2007 г.)

Во второй части данного раздела изложим результаты применения MIKE 11 HD для моделирования переменных гидродинамики среднего течения реки Северная Сосьва от г/п Сосьва до г/п Игрим (далее, М11 «Сосьва — Игрим»).

Для разработки М11 «Сосьва — Игрим» для участка реки, длиной 184800 м, были подготовлены:

1.План речной сети от г/п Сосьва до г/п Игрим на основе лоцманских карт при помощи программы Adobe Photoshop (см. рис. 30 а, б).

2. Данные о расходе воды для входного створа (г/п Сосьва), и данные об уровнях воды для выходного створа (г/п Игрим) за 2003 год.

3. Данные о поперечной структуре сечений русла через каждые 400 метров на участке г/п Сосьва — г/п Сартынья были заимствованы из файла речной сети модели М11 «Сосьва — Сартынья» (см. рис. 30 а). Данные о поперечной структуре сечений русла на участке от г/п Сартынья до г/п Игрим (см. рис. 30 б, длина участка — 114400 м) были подготовлены только на основе данных о глубинах с лоцманских карт с помощью технологии, использованной в W2—2006.

Таблица 6. Данные наблюдений (η н) и расчетов (η м) по модели М11 «Сосьва — Игрим» уровней воды в основные фазы гидрологического цикла на г/п Сосьва

Определенное количественное представление о сравнении результатов расчетов по модели М11 «Сосьва — Игрим» и данных наблюдений дают табл. 6 и 7.

Таблица 7. Данные наблюдений (η н) и расчетов (η м) по модели М11 «Сосьва — Игрим» уровней воды в основные фазы гидрологического цикла на г/п Сартынья

Сравнения данных таблиц 5 и 6 свидетельствует о заметном росте (более чем в 3 раза) средних абсолютных ошибок прогноза уровней воды (∆η) для г/п Сосьва по модели М11 «Сосьва — Игрим» относительно модели М11 «Сосьва — Сартынья», ∆η=0,57 м и ∆η=0,18 м, соответственно. Аналогичная ошибка по модели М11 «Сосьва — Игрим» для г/п Сартынья (табл. 7) составила 0,86 м.

Для объяснения причин значительных абсолютных ошибок прогноза уровней воды на г/п Сартынья (∆η=0,86 м) по модели М11 «Сосьва — Игрим» была разработана дополнительная модель MIKE 11 HD для участка Сартынья — Игрим с данными о поперечной структуре сечений русла, полученными только с помощью данных лоцманских карт и технологии, использованной при разработке W2—2006. Абсолютные ошибки уровня воды по дополнительной модели М11 «Сартынья — Игрим» для г/п Сартынья оказались равными 0,89 м, из чего следует однозначный вывод о низком качестве исходных данных, получаемых с лоцманских карт для построения расчетной сетки модели М11 «Сартынья — Игрим». Таким образом, для создания адекватной информационно-моделирующей системы прогноза гидрологических ЧС для среднего течения реки Северной Сосьвы, с использованием ресурса программного пакета MIKE 11 (http://www.dhigroup.com), необходимо организовать полевые съемки высокого пространственного разрешения высотных отметок русла и поймы участка реки от г/п Сартынья до г/п Игрим.