Породный сход: в РФ разработали первое ПО для точного прогноза селей
Российские ученые разработали математическую модель для прогнозирования схода селей. Она обладает более высокой точностью по сравнению с существующими аналогами, так как кроме погодных условий при расчете учитывается еще и степень рыхлости материала. Это позволяет снизить вероятность ошибки до 0,006%. Разработку можно использовать как для прогноза стихийных бедствий в горных районах, так и для предсказания схода грунта в Центральной России, где участились оползни из-за небывалых ливней. По словам экспертов, обрушения почвы здесь будут происходить всё чаще из-за изменений климата, вызванных глобальным потеплением. Поэтому разработка математических моделей этих процессов крайне актуальна.
Прогноз схода селей
Ученые Уральского федерального университета совместно с китайскими специалистами разработали математическую модель для точного предсказания селевых потоков. ПО можно применять как для прогноза стихийных бедствий в горных районах, так и для оценки состояния склонов в равнинных регионах РФ, где из-за большого числа осадков участились оползни. Программа поможет выявить критические пороги осадков и энергии рыхлого материала — мощности, аккумулированной в грунте, при превышении которой формируется сель.
— Селевые потоки представляют собой постоянную проблему для прогнозирования стихийных бедствий из-за их крайне непредсказуемых механизмов запуска, на которые может влиять множество факторов. Обычно системы оповещения полагаются только на осадки, но мы выявили: риск возникновения селей значительно возрастает, когда энергия рыхлого материала превышает 3 млрд Дж/м², а максимальные суточные осадки — 27 мм. При этом для возникновения селя необходимы оба условия: без первого фактора второй практически не приводит к событию. Благодаря нашему исследованию точность прогноза существенно повысилась: средняя ошибка составила всего 0,006%, что в 4 тыс. раз меньше, чем у аналогичных моделей, — рассказал соавтор исследования директор института строительства и архитектуры УрФУ Никита Фомин.
Если в горных районах сходы селей происходят регулярно, то в средней полосе России количество подобных чрезвычайных ситуаций увеличилось только в последние годы, что вызвано заметным ростом объемов осадков, рассказал координатор программы экологизации промышленности Центра охраны дикой природы Игорь Шкрадюк.
Это результат глобального потепления, рассказывал в интервью «Известиям» климатолог, замдиректора Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН Александр Чернокульский.
— Другое дело, что в новой атмосфере содержится больше влаги. Грозовые облака поднимаются выше, и в дожди выливается больше воды. То есть количество дождя, которое выливается из одного грозового облака, становится больше. Теплого воздуха, в котором больше влаги, из-за глобального потепления становится больше, — добавил он.
Так, например, 21 июля сильнейшие ливни вызвали оползень в московском районе Царицыно, где часть газона смыло прямо на проезжую часть. А 15 июля аналогичный инцидент произошел на улице Ленинская Слобода.
— Для применения модели не в горных районах потребуется ее корректировка. Поведение грунтовых масс под внешними воздействиями — воды, высокой влажности или другой дополнительной нагрузки — дополнительно задается и учитывается в расчетах, — добавил Никита Фомин.
Свойства грунта
Математическую модель, учитывающую подвижную потенциальную энергию и общую энергию рыхлых отложений в селевых руслах, ученые апробировали на данных 159 селевых очагов в бассейне реки Нуцзян (провинция Юньнань, Китай). Исследования проводили на протяжении года. Анализ впервые помог выявить действующие закономерности: при энергии рыхлого материала (грунтов) >3,12 млрд Дж/м² риск возникновения селей возрастает в шесть раз. При этом снижение осадков с 29,5 мм до 27 мм уменьшает угрозу на 59%.
В зонах с высокой энергией рыхлого материала ученые рекомендуют дополнительно устанавливать датчики температуры и давления пара: эти параметры могут существенно усиливать риск образования селей при превышении локальных порогов. В ближайших планах — адаптация модели для других регионов.
— Пороговые значения зависят от геологии, но подход универсален. Например, для Урала или Кавказа их можно рассчитать на местных данных, — отметил Никита Фомин.
Полученная исследователями математическая модель превзошла 13 используемых эталонных моделей прогнозирования селей.
— Создание математических моделей для прогноза схода селей всегда актуально, так как они причиняют большой ущерб, и чтобы его избежать, такие стихийные бедствия нужно по возможности предсказывать, — сказал директор Института теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН Петр Шибалин.
Изменения климата приводят к увеличению количества осадков, поступающих на землю, и их неравномерности, в том числе и в центральной полосе России. Вода проникает в почву, грунт разбухает, и на склонах холмов и берегах рек происходят оползни. Эти изменения никак не учитываются в нормативной базе по строительству в стране. Для решения проблемы нужно пересмотреть стандарты по несущей способности склонов и откосов. Также можно отказаться от покоса травы на потенциально опасных участках, тогда корни лучше бы сдерживали грунт. Это помогло бы снизить риск возникновения оползней, резюмировал Игорь Шкрадюк.
