Розділ 7. Моделювання еколого-геофізичного стану
7.2. Створення проекту карт ризиків
167 7.2. Створення проекту карт ризиків затоплення
168 Проект карт ризиків затоплення представляє собою обмежену в часі та ресурсах унікальну сукупність процесів, що напрямлена на створення карт ризиків затоплення для зацікавлених осіб та організацій. Обмеженість у часі проекту полягає в наступному: проект завершується після створення карти ризиків затоплення та передачі карти зацікавленій особі чи організації. Унікальна сукупність процесів передбачає врахування всіх необхідних вимог об’єкту і особливостей, що з цього випливають. Під зацікавленими особами чи організаціями в картах ризиків затоплень розуміються громадяни держави, посадові особи та організації, діяльність яких підлягає ризикові збитків від підтоплення.
З приведеного вище зрозуміло, що в межах навчального посібника, неможливо описати усі можливі варіанти подій, які виникають під час розробки проекту створення карт ризиків затоплення. Враховуючи приведені обставини, в посібнику наведено етапи життєвого циклу проекту і опис основних процесів на прикладі моделювання водного режиму річки Західний Буг від витоків до точки впадіння в водосховище озеро Зеґжинське, що на території Польщі.
Автоматизація процесів проекту виготовлення карт ризиків затоплення проведена нами за допомого програми ArcGIS 10.1 з використанням програми HEC-GeoRAS 10.1 і програми HEC-RAS 4.1.0, що доступні за адресою http://www.hec.usace.army.mil/, з сайту «US Army Corpsof Engineers» (Корпус інженерів армії США).
Ключові етапи життєвого циклу проекту карт ризиків затоплення:
Початок проекту;
Отримання вхідних даних (моделей рельєфу, баз даних та ін.);
169
Зведення вхідних даних у одну систему, на базі програми ArcGIS 10.1 та інструментів HEC-GeoRAS 10.1;
Проведення аналізу рельєфу моделі підтоплення (див.
пункт 3.3 навчального посібника);
Експортування результатів аналізу з ArcGIS 10.1 в програму HEC-RAS 4.1.0 через інструменти HEC- GeoRAS 10.1;
Проведення обчислень над даними в програмі HEC- RAS 4.1.0;
Візуалізація результатів обчислень у вигляді профілів за допомогою програми HEC-RAS 4.1.0;
Експортування результатів обчислень з HEC-RAS 4.1.0 в програму ArcGIS 10.1інструментами HEC-GeoRAS 10.1;
Оформлення карти ризиків затоплення на основі результатів обчислень за допомогою ArcGIS 10.1;
Передача карт ризиків затоплення зацікавленим особам та організаціям;
Завершення проекту.
Кожний приведений етап включає контроль і документування затрачених ресурсів і часу.
Процеси проекту розподілились відповідно до етапів життєвого циклу проекту.
Початок проекту полягає в обранні наступного:
обсягів проекту (об’єкта, що підлягає аналізу, наприклад, водозбірний басейн);
ресурсів виділених на проект (персонал, обчислювальна техніка);
вхідних даних (моделі рельєфу, топографічні карти, гідрологічні дані та інші дані, які використовуються для статистичної обробки результатів).
Отримання вхідних даних включає передачу даних, аналіз достовірності отриманих результатів.
170 Зведення вхідних даних у одну систему для однозначної доступності включає наступне:
перейменування даних з використанням, визначених імен, наприклад: «Watershed» (Водозбірний басейн), «Cross section lines» (Поперечні профілі) долини річки;
Перевірку наявності всіх необхідних даних;
Утворення даних, які відсутні з різних критичних причин.
Аналіз рельєфу моделі підтоплення, приведений в попередньому пункті цього розділу за номером 3.3. Результат проведеного аналізу представлений на рис. 7.30.
Рис. 7.30. Результат аналізу рельєфу моделі підтоплення з нанесеними вхідними даними
171 На рис. 7.30 бачимо: 1 – русло річки Західний Буг, 2 – витоки річки Західний Буг, 3 – поперечний профіль долини річки, 4 – водозбірний басейн, 5 – точка впадіння річки Західний Буг в озеро Зеґжинське, SRTM– модель рельєфу на водозбірний басейн з максимальною висотою 684 метри і мінімальною – 74 метри. Слід відзначити, що площа водозбірного басейну склала 39471 км2, а довжина поперечних профілів долини річки, збільшується від витоків до точки впадіння.
Рисунок 7.30 наочно представляє водозбірний басейн річки Західний Буг з відзначенням витоків річки і місцем впадання в озеро Зеґжинське. Перепад висот на приведеному рисунку складає 610 метрів.
Особливу роль відведено встановленню границь берегів річки Західний Буг. Вони були векторизовані з топографічних карт у період межені річки (на рисунку не відображені). Поперечні профілі долини річки на рис. 7.30 відображені зеленими лініями, були створені в автоматичному режимі з кроком 1000 м і довжиною 20000 м.
Автоматичний режим, на жаль, не враховує можливий перетин профілів, що є недостатком програмного забезпечення (критичною помилкою проекту – ліквідована в інтерактивному режимі). Програма HEC-GeoRAS 10.1 дозволяє переглянути профіль після створення та виявити, чи задовольняє обраний профіль вимоги аналізу.
Експортування результатів аналізу з ArcGIS 10.1 у внутрішній формат програми HEC-RAS проведено після ретельної перевірки даних на наявність помилок, за допомогою HEC-GeoRAS 10.0.
Проведення обчислень над даними у програмі за HEC- RAS 4.1.0 вимагає встановлення параметрів аналізу, що визначаються відповідно до вхідних даних і поставлених вимог, наприклад, зазначаються одиниці виміру, притоки
172 річки, розміри накопичення вологи в ґрунті, параметри ґрунтового покриву прилеглих територій та ін. За основу аналізу територій, що підлягають підтопленню, використовують саме поперечні профілі річки, які визначають рівень підйому та величини накопичення води.
Візуалізація результатів обчислень у вигляді профілів представлена на рис. 7.31 та рис. 7.32.
З рис. 7.31 бачимо: WSE 1 – поверхня води під час нормального весняно-літнього паводку, WSE 2 – поверхня води під час проектованого збільшення водного потоку як результат паводку з вірогідністю 1 раз на 1000 років, Ground – поверхня ґрунту.
Рис. 7.31. Поперечний профіль долини річки
Рис. 7.31 наочно демонструє, яка ширина долини річки буде затоплена у випадку підняття рівня води в річці на висоту 8 метрів. Горизонтальна вісь на приведеному профілі представляє ширину долини річки, вертикальна вісь зображує висоту над рівнем моря.
173
Рис. 7.32. Повздовжній профіль русла річки Західний Буг На рис. 7.32 зображено, аналогічні позначення як на рис. 7.31 по відношенню до повздовжнього профілю річки від витоків до гирла. На профілі чудово проглядаються наявні водосховища.
Приведені рисунки 7.31, 7.32 за допомогою HEC-RAS анімуються, під час анімації чудово проглядається змодельований процес затоплення території.
Представлений приклад на рис. 7.31, 7.32 під час моделювання не враховував приток річки Західний Бух, оскільки додатково до розглянутого максимально можливого затоплення ставилось на меті проведення, експериментальних модельних розрахунків, і виявлення критичних помилок у моделюванні.
Експортування результатів обчислень з HEC-RAS 4.1.0 виконувалось у формат обміну даними, що за допомогою HEC-GeoRAS був перетворений у формат ArcGIS.
174 Оформлення карти ризиків затоплення з результатів обчислень за допомогою ArcGIS 10.1, проводилось з використанням дій, описаних у попередніх розділах.
Результат у виді оформленої карти ризиків затоплення представлено на рис. 7.33. На карті представлено кордон між Україною і Польщею в районі українського населеного пункту Устилуг і польського Zosin.
Рис. 7.33. Карта ризиків затоплення
На легенді («Legend», Легенда – пояснення умовних знаків) рис. 3.33 бачимо наступне: Western Bug River– русло річки Західний Буг, Springfreshe – територія весняного паводку, Flashflood (depth, m) – екстремальна зона ризику затоплення і «value» – величина глибини затоплення в
175 метрах. Темно-червоному кольору відповідає глибина 8, 33 м, світло жовтому кольору відповідає глибина 1,5 міліметр.
Основою для карт ризиків затоплення часто слугують топографічні карти, оскільки вони містять усю необхідну інформацію для проведення широкого спектру розрахунків.
Основою для карти ризиків затоплення на рис. 7.33 послугував Інтернет сервіс Open Street Map, на карту – основу нанесено результати моделювання, що добре інтерпретуються при детальному розгляді.
Завершальною стадією оформлення карти ризиків затоплення є перевірка на допущені помилки оформлення і тестування доступу в разі використання карти в мережі Інтернет.
Передача карт ризиків затоплення зацікавленим особам та організаціям проводиться шляхом тиражування (друку), копіювання на електронні носії, надання доступу через мережу Інтернет.
Завершення проекту. Завершальний етап проекту створення карт ризиків затоплення включає в себе документування пройдених операцій, затрачених ресурсів, використаного часу для використання в подальшій проектній діяльності.
Проводячи аналіз карти ризиків затоплення, з рис. 7.33 бачимо, що велика кількість населених пунктів розташована в долині річки Західний Буг, проте не всі населені пукти покриті зоною ризику підтоплення.
Під найбільший ризик затоплення попадають невеличкі населені пункти, що розташовані безпосередньо біля русла річки і це – закономірно.
Приведена карта має ряд переваг перед паперовими аналогами:
можливість безперешкодного тиражування;
176
можливість надання доступу через мережу Інтернет;
можливість проведення оперативних змін, у зв’язку з новими вхідними даними;
можливість автоматичного співставлення розрахункових даних з фактичним затопленням території на основі супутникових знімків.
У розділі розглянуті питання, пов’язані з вивченням підтоплень територій з використанням супутникових даних.
Описані процедури підготовки даних цифрової моделі рельєфу з використанням можливостей програми ArcGIS.
Показане підключення та створення власної бази даних, завантаження висотних даних України і регіону інтересу дослідження. Розроблено опції та встановлено параметри аналізу, проведено етапи аналізу рельєфу на території Львівської області. Представлено набори інструментів аналізу растрів (візуальних зображень) – скрипти мовою Python, змодельовано ранги стоків, показано створення шейп-файла та додавання до карти шару точок просторової прив’язки. Визначено водозбірні площі (басейни) на території Львівської області. Проведено оцінювання водного стану, показано приклад підготовки даних і аналізу рельєфу щодо стану водних потоків і водної ситуації в цілому на прикладі Миколаївського району Львівської області. Описані карти ризиків затоплення і їх застосування. Розкрито етапи та процеси створення проекту карт ризиків затоплення на прикладі ріки Західний Буг без врахування приток.
Контрольні запитання і завдання
1. Як створити каталог даних у програмі ArcGis для побудови моделі вимушених втрат?
2. Описати модель вимушених втрат (підтоплення).
3. Які є етапи проведення моделювання рельєфу земної поверхні?
177 4. Як здійснюється підключення та створення власної
бази даних, завантаження висотних даних і регіону інтересу дослідження?
5. Що таке карта ризиків затоплення?
6. Яке основне використання карт ризиків затоплення?
7. Які додаткові завдання вирішує карта ризиків затоплення?
8. За допомогою, яких програм проводиться автоматизація створення карт ризиків затоплення?
9. З яких етапів життєвого циклу складається проект карт ризиків затоплення?
10. З якою метою створюються профілі долини річки?
178