Штормовые нагоны на реках. Паводки на урбанизированных территориях

Штормовые нагоны в открытом море возникают под воздействием ветра и изменений атмосферного давления. Они могут быть причиной возникновения гравитационных волн, которые распространяются вверх по течению рек, впадающих в море.

Для прогнозирования штормового нагона в устье реки используются методы, описывающие развитие и распространение штормового нагона в открытом море, например модель Национальной метеорологической службы США SPLASH (Jelesnianski, 1974), а также методы прогнозирования распространения штормового нагона в заливах, представленные Оверлэндом (Overland, 1975), а затем с помощью динамического метода рассчитывается трансформация волны вверх по течению реки.

Поскольку движению гравитационной волны вверх по реке препятствует течение, распространение штормового нагона может быть наилучшим образом описано с помощью методов гидродинамики (см. раздел 6.3.5).

Гидрологические методы расчета перемещения водных масс по руслу, такие как метод кинематической волны, непригодны для расчета движения волны вверх по течению реки. Кроме того, инерционные компоненты гравитационной волны, которые не принимаются во внимание при расчетах по диффузионно-гидравлическим методам, на самом деле слишком важны, чтобы ими пренебрегать при расчетах штормовых нагонов.

Ряд работ по проблеме приливов в реках был опубликован Организацией Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры (1991). В последних применениях используется ГИС для создания карт риска для территорий, находящихся под угрозой затопления вследствие как штормовых нагонов, так и паводковых волн (см. публикации Программы по тропическим циклонам ВМО).

Паводки на урбанизированных территориях. Развивающаяся урбанизация природных затопляемых пойм рек способствовала резкому росту человеческих жертв и материального ущерба. Быстрые демографические и социальные изменения, наряду с ростом цен на землю и проблемами окружающей среды, связанными с загрязнением вод и потенциальным изменением климата, характеризующимся возрастанием изменчивости и экстремальным масштабом, делают проблему управления водными ресурсами на урбанизированных территориях актуальной во всем мире (Pielke and Downton, 2000; Dabberdt and others, 2000).

Различают два вида затопления городских территорий. Первый — когда городская территория затапливается водами рек, вышедших из своих берегов, это флювиальное наводнение. Зоны затопления прогнозируются на основании прогноза уровня воды в реке. Второй — когда затопление городской территории может произойти на отдельном водосборе как особый случай быстроразвивающегося бурного паводка.

Вопросам гидрологии городов и управления водохозяйственной деятельностью посвящено значительное число публикаций (например, Urbonas and Roesner, 1993; Kovar and Nachtnebel, 1996; Dabberdt and others, 2000). Уникальными особенностями гидрологии урбанизированных территорий являются большие площади с водонепроницаемым или слабопроницаемым покрытием и сосуществование естественной и искусственной дренажных систем: сточных труб, струенаправляющих дамб, насосов, прудов-накопителей и т. п.

Как следствие, процесс формирования поверхностного стока после осадков будет очень изменчивым и неоднородным, a сток воды и загрязняющих веществ характеризуется более высокими пиками гидрографов в замыкающих створах. Высокая пространственновременная изменчивость осадков вызывает соответствующую изменчивость стока, поскольку городские водосборы не способны гасить такие колебания.

Искусственная дренажная система и развитие естественной системы позволят своевременно пропустить более ранние и более высокие пики паводков. Что касается гидрологических воздействий, то проблема прогнозирования паводков и борьбы с ними становится серьезной для случаев затоплений с повторяемостью один раз в 5-100 лет, в то время как проблема качества воды может быть острой вследствие ливней с периодом повторяемости, например менее двух лет.

В силу особенностей формирования стока на урбанизированных территориях вследствие выпавших дождей и нагрузки загрязняющими веществами, для того, чтобы обеспечить эффективное управление водными ресурсами, требуется очень высокое пространственное и временное разрешение данных, моделей и средств управления на больших территориях (Dabberdt and others, 2000).

Таким образом, цифровые данные о высотных отметках поверхности земли, гидрологические модели с распределенными параметрами и данные радиолокаторов вместе с данными автоматических дождемеров в точке и ГИС могут использоваться для подготовки прогнозов стока на урбанизированных территориях и систем управления (Cluckie and Collier, 1991; Braga and Massambani, 1997; Georgakakos and Krajewski, 2000; Kovar and Nachtnebel, 1996; Riccardi and others 1997).

Там, где имеют место высокая степень урбанизации и горный рельеф и конвективный режим погоды, существует большая необходимость в развитии систем управления водными ресурсами высокого разрешения, способных работать на больших урбанизированных территориях.