ГИС для прогнозирования чрезвычайных ситуаций

Многим экстремальным природными и техногенным явлениям присущи пространственные и временные закономерности. Землетрясения происходят, как правило, на месте стыка тектонических плит и влияют на жизнь целых регионов. Паводки возникают либо от весеннего снеготаяния, либо от проливных дождей, после чего сотни рек выходят из берегов и затапливают огромные территории.

ВНИИ ГОЧС в кооперации с Центром исследования экстремальных ситуаций и Военно-инженерным университетом уже более десяти лет создает специализированную геоинформационную систему (ГИС) «Экстремум» - комплексное программное средство, включающее картографические и атрибутивные базы данных, модели для прогнозирования ЧС и их последствий, сценарии реагирования при землетрясениях, природных пожарах, наводнениях, техногенных катастрофах. ГИС работает в двух режимах - исследовательском и оперативном. Первый предназначен для решения научно-практических задач по заблаговременной оценке рисков; изучения различных факторов, влияющих на уровень риска; оценки эффективности мероприятий по его снижению и управлению им. Оперативный режим служит для определения эффективных мероприятий по немедленному реагированию на ЧС.

В базах данных ГИС хранится как постоянная, так и периодически обновляемая информация, которая группируется в несколько информационных массивов:

1. Группа баз данных цифровых топографических карт масштабов 1:5 000 000, 1:1 000 000, 1:100 000, 1:10 000 и 1:2000. Мелкомасштабные карты дают общую информацию о топографии района. Крупномасштабные позволяют описывать структуру городов, населенных пунктов и отдельных объектов. Карты разломов и инженерно-геологических условий дают геологическую характеристику среды. Эта информация дополняется детальными гидрографическими данными. Структура массива соответствует российским стандартам для электронных карт.

2. Базы данных о населении и застройке по всему земному шару (около двух миллионов населенных пунктов). Города представляются в векторном виде - как с детализацией до отдельного здания с набором параметров (тип сооружения, материал и дата постройки, количество этажей и пр.), так и в описании обобщенными данными, например, распределением разных типов зданий в пределах города или микрорайонов; есть также информация о распределении людей в зданиях и городе в течение суток.

3. Данные об инфраструктуре и системах жизнеобеспечения, в том числе о железных дорогах, автомагистралях, аэродромах, о силах и средствах, которые могут быть задействованы в случае возникновения чрезвычайной ситуации, и пр. Параметры законов разрушения зданий, поражения людей, а также параметры моделей для определения перечня мероприятий по снижению рисков и оперативному реагированию. Кроме того, ГИС содержит информацию о факторах техногенного риска: о химически, пожаро- и взрывоопасных объектах, АЭС и ГЭС, о плотинах, магистральных нефте- и газопроводах и др. В базы данных включен каталог всех известных сильных землетрясений. И наконец, в ГИС имеются данные мониторинга: сейсмологические, геофизические, GPS-наблюдения, инженерно-сейсмометрические и гидрологические наблюдения, космические снимки и пр. Все группы информационных массивов связаны единым координатным пространством и единой системой мер.

Вся информация в системе представлена в формате MS Access (MDB) и может быть обработана при помощи любого языка программирования, поддерживающего этот формат. Предусмотрены и варианты экспорта/импорта данных в другие форматы (DBF, MIF-MID, Excel).

На основе разработанных во ВНИИ ГОЧС методик созданы математические модели прогнозирования ЧС, планирования мероприятий по смягчению их последствий и оперативному реагированию на них. Эти модели позволяют получить:

• распределение интенсивностей землетрясений, значения максимальных ускорений колебаний грунта и их повторяемость;

• поля поражающих факторов в случае аварий на опасных объектах;

• законы разрушения зданий различных типов, характерных для рассматриваемого региона;

• законы поражения людей, учитывающие специфику территории;

• оценки последствий землетрясений, вторичных природных и техногенных процессов;

• оценки последствий на пожаро- и взрывоопасных, радиационно- и химически опасных объектах;

• оценки индивидуальных сейсмических рисков, инженерных, экономических и комплексных рисков.

Блок программ, разработанных в среде MS Access на языке Visual Basic, позволяет оценивать последствия и индивидуальные риски при землетрясениях, наводнениях, пожарах в случае аварий на опасных объектах. Модели внутри блока подразделяются на следующие группы:

• модели воздействий;

• модели, описывающие сопротивления объектов воздействию;

• модели оценки рисков.

Комплексное применение этих моделей дает возможность оценить последствия первичного и вторичного воздействий опасных факторов, включая медицинскую, инженерную, пожарную и химическую обстановку, а также спрогнозировать индивидуальный риск населения.

Кратко отметим особенности работы моделей, описывающих различные воздействия.

Входными данными для оценки сейсмического риска являются карты общего сейсмического районирования, прогнозирующие уровень сейсмической опасности на установленный период времени для рассматриваемой территории. Прогноз сейсмической опасности представляет собой либо электронную карту с изображением зон сейсмической активности, либо набор возможных (сценарийных) эпицентров. Для каждой зоны или эпицентра задается повторяемость в интервале времени и вероятная магнитуда. В итоге формируется карта индивидуального сейсмического риска с пояснительной запиской, где в табличной форме приводятся результаты расчетов для каждого населенного пункта (квартала или строения).

Для прогнозирования рисков от лесных пожаров и наводнений в состав ГИС включен отдельный модуль. Внушительная площадь региона, где возможны катастрофы (80 процентов территории России покрыто лесами, примерно столько же приходится на бассейны крупнейших рек Европы и Азии), и пространственная неопределенность мест возникновения очагов влияет на состав и объем информации, хранимой в базах данных ГИС. В них включена информация о 2500 пунктах наблюдения за пожарной обстановкой и о более чем 3000 водомерных постов на территории России. Исходными данными для оценки рисков служат результаты метеорологических прогнозов и наблюдений за изменением уровня воды в реках и за параметрами, характеризующими пожарную обстановку в лесных массивах (температурой, влажностью, количеством дней после дождя). Результатом расчета являются показатели зонирования территории по степени опасности за определенный промежуток времени и показатели индивидуального риска, которые оформляются в виде тематической карты и пояснительной записки.

В настоящее время в Российской Федерации насчитывается около 45 тысяч потенциально опасных объектов различного типа и ведомственной подчиненности. В зонах непосредственной угрозы жизни и здоровью людей (в случае техногенных ЧС) проживает около 80 млн. человек, то есть 55% населения страны. При оценке индивидуальных рисков от техногенных аварий с помощью специального модуля ГИС осуществляется:

• выбор источников опасности и уточнение их характеристик;

• построение поля поражающих факторов;

• выделение объектов, попадающих в зону влияния этих факторов;

• выбор характеристик уязвимости элементов риска из базы данных;

• оценка степени поражения элементов риска, величина социального и материального ущерба;

• расчет показателей индивидуального риска.

Для реализации приведенной последовательности действий создан ГИС-проект, включающий три уровня детальности информации о возможных источниках опасности, элементах риска и местности.

По результатам расчетов с использованием ГИС «Экстремум» Агентство по мониторингу и прогнозированию ЧС еженедельно дает долгосрочные, среднесрочные и краткосрочные прогнозы возможных ЧС.

[i42430]