Прогнозне моделювання процесів формування паводкових стоків з використанням геоінформаційних технологій

Анотація

Розглянуто проблему моделювання процесів виникнення паводкового стоку та його прогнозування. Розглянуто та проаналізовано основні природні та антропогенні чинники виникнення паводків. Виконано аналіз наявних наукових досліджень у галузі прогнозування та моделювання гідрологічних процесів і явищ, внаслідок якого зроблено висновок, що прогнозні моделі загалом будують на підставі аналізу ходу паводку та географічних особливостей русел річок і, тільки в окремих випадках, на підставі аналізу опадів без урахування інформації про поточний стан ґрунтів та рослинний покрив. Запропоновано здійснювати аналіз можливості виникнення та моделювання ходу паводка із застосуванням геоінформаційних технологій. Обґрунтовано потребу врахування низки ключових параметрів під час складання моделі прогнозування формування паводкового стоку: максимальний кут нахилу поверхні землі та напрям формування можливого поверхневого стоку, вологомісткість рослинного покриву та ґрунтового покриву, тип підстильної поверхні, кількість опадів та поточна вологість. В основу запропонованого підходу покладено припущення, що паводковий стік – це надлишок рідких опадів, який не може бути увібраний ґрунтами та рослинним покривом. Визначено перелік завдань, які потрібно вирішити для реалізації запропонованого підходу. Для моделювання паводкового стоку запропоновано поділити площу водозбору на як завгодно малі (розмір обмежений тільки наявними обчислювальними ресурсами) елементи правильної геометричної форми з однаковими (відхилення не більше 10 %) ключовими параметрами моделі. Розрахунки об'ємів паводкового стоку будуть виконуватись для цих окремих елементів водозбору. Поверхневий стік у кожному окремому елементі запропоновано розраховувати як суму об'ємів стоків із сусідніх елементів (за наявності) та кількості опадів, мінус об'єм води, що поглинається ґрунтом та рослинним покривом. Запропоновано модель такого поділу для частини села Угринів Івано-Франківського району Івано-Франківської області. З використанням пакета програм Surfer побудовано цифрову модель рельєфу цієї території, що дає змогу візуалізувати напрям формування можливого поверхневого стоку. На підставі ЦМР створено карту крутизни схилів, що є джерелом інформації про максимальний кут нахилу в кожній точці цифрової моделі рельєфу. Наведено класифікацію ґрунтів з погляду їх вологомісткості та водопроникності. Розглянуто та охарактеризовано типи підстильних поверхонь (рілля, населені пункти, водні об'єкти, ліси, чагарники, луки). Запропоновано алгоритм оброблення даних на підставі метеорологічного прогнозу. Окреслено завдання, вирішення яких передбачає реалізація запропонованої моделі. Запропонована модель може стати основою для розроблення спеціалізованого програмного забезпечення, яке дасть можливість прогнозувати паводки.