По данным Управления ООН по снижению риска бедствий (UNDRR), за полвека опасности, связанные с водой, стали причиной 50 % всех мировых стихийных бедствий и 45 % всех зарегистрированных в их результате смертей. Кроме того, количество задокументированных катастроф из-за наводнений с 2000 года увеличилось на 134 % по сравнению с двумя предыдущими десятилетиями.

Помочь справиться с одной из множества водных угроз — прорывными паводками призвана программа гидрологов СПбГУ OutburstFloodFormation. Она способна предсказать характеристики возможного прорыва грунтовой плотины (время разрушения, максимальный расход воды, объем прорывного паводка, размеры прорана), подпруживающей озеро или водохранилище, на основании информации о размере дамбы, ее высоте над уровнем озера, составе и свойствах грунта, а также других данных.

Актуальность разработки очевидна: прорывные паводки нередко сопровождаются масштабным затоплением территорий, разрушением зданий и даже гибелью людей. Причем в зоне риска находятся в первую очередь горные районы: неустойчивые ледниковые озера способны неожиданно спускаться, то есть терять объемы воды из-за влияния резкого потепления или экстремальных осадков. Виной всему — неустойчивые морены, то есть скопления обломочного материала, образующие гряды и холмы из валунов и моренного суглинка с включением погребенного льда. Морены формируются на краях тающих ледников и подпруживают плотину.

«Прорыв может произойти по одной из двух причин, — объяснила Галина Валентиновна Пряхина. — Либо в результате перелива: например, прошли сильные дожди и уровень воды поднялся. Либо в результате внутренней фильтрации: когда вода вымывает грунт, расширяет внутренние каналы, что в итоге приводит к просадке гребня плотины и окончательному ее разрушению».

Пользователи программы — это в первую очередь представители административных органов и служб МЧС. Благодаря разработке они смогут вовремя подготовиться к чрезвычайным ситуациям, связанным с селями и наводнениями. Ведь только с проблемами весеннего половодья ежегодно сталкиваются жители более 25 регионов России.

В целом количество опасных гидрологических явлений в Российской Федерации продолжает расти: в прошлом году Росгидромет фиксировал 17-летний максимум таких событий. Основные риски связаны с наводнениями и паводками, которые чаще всего случаются на Дальнем Востоке, в Сибири и на юге европейской части страны.

Масштабные катастрофы приносят огромные расходы: по данным UNDRR, речные и разливные наводнения являются одними из наиболее дорогостоящих типов стихийных бедствий — средний ежегодный убыток составляет $388,4 млрд. Куда более серьезная проблема — обеспечение безопасности огромного количества людей. В этом в том числе может помочь программа, созданная учеными СПбГУ, а также другие подобные разработки.

Программа предназначена для анализа водных объектов, которые располагаются в труднодоступных горных районах. В этих местах обычно нет гидрологических постов, поэтому специалисты вынуждены собирать информацию о водоемах во время экспедиций или пользоваться спутниковыми снимками. Это отнимает много времени и сил. Разработка исследователей СПбГУ поможет решить эту проблему.

Чтобы воспользоваться программой, необходимо загрузить геометрические размеры плотины и водоема, характеристики грунта, из которого сложена плотина, информацию о притоке воды к озеру. Модель за несколько минут произведет расчеты и предоставит результат в виде графиков и таблиц.

Одно из ключевых преимуществ решения — анализ большого количества данных. В отличие от аналогов созданная учеными компьютерная модель учитывает неоднородность грунтовой плотины, то есть различные водно-физические свойства в разных ее точках. Это очень важные характеристики для точного расчета рисков прорыва.

В ближайших планах исследователей — добавить в программу блок расчета притока воды, чтобы при моделировании также использовать данные о том, сколько воды поступает в озеро из-за осадков или в результате таяния ледников. Это позволит более детально прогнозировать, как поведет себя вся озерная система.