Фрактальная оценка паводковых затоплений

Андрей Николаевич Насонов; Вадим Вячеславович Кульнев; Ольга Николаевна Николаева; Галина Аркадьевна Анциферова; Екатерина Станиславовна Галкина; Илья Викторович Цветков

doi:10.17308/geo.2021.4/3746

Андрей Николаевич Насонов Российский государственный аграрный университет – Московская сельскохозяйственная академия им. К.А. Тимирязева https://orcid.org/0000-0002-4927-2192
Вадим Вячеславович Кульнев Центрально-Черноземное межрегиональное управление Федеральной службы по надзору в сфере природопользования https://orcid.org/0000-0002-1646-9183
Ольга Николаевна Николаева Сибирский государственный университет геосистем и технологий https://orcid.org/0000-0001-5871-6966
Галина Аркадьевна Анциферова Воронежский государственный университет https://orcid.org/0000-0003-0040-6564
Екатерина Станиславовна Галкина Воронежский государственный университет https://orcid.org/0000-0002-9384-4020
Илья Викторович Цветков Тверской государственный университет https://orcid.org/0000-0002-5284-880X

DOI: https://doi.org/10.17308/geo.2021.4/3746

Ключевые слова: геоинформационное моделирование, гидрологические процессы, ГИС-технологии, паводковое затопление территорий, речная сеть, степенное распределение, фрактал

Аннотация

Цель – повышение эффективности исследовательских работ, направленных на определение вероятного уровня подъема паводковых вод и оценку риска паводковых затоплений территорий. Материалы и методы. При оценке риска паводковых затоплений территорий использовались методы мультифрактального анализа и специальное дополнение к геоинформационной системе, позволяющее анализировать картографические материалы для получения новых знаний о конфигурации речной сети и обусловленных этим особенностях пространственной локализации паводковых затоплений. Результаты и обсуждение. Представлена модель оценки риска затопления пойменных территорий, которая основана на анализе фрактальной развитости речной сети. Детально изложена методика фрактального моделирования на основе свободно распространяемой географической информационной системой – QGIS. Полученные результаты выражены в картосхемах территорий с высоким риском паводкового затопления на примере Калужской области. Приведен перечень предлагаемых противопаводковых мер. Выводы. Применение фрактального моделирования гидрологических процессов в QGIS позволяет оценить уровень вероятного подъема паводковых вод на анализируемых территориях, избирательно оценить риски затопления и провести на них превентивные инженерно-мелиоративные мероприятия.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Андрей Николаевич Насонов, Российский государственный аграрный университет – Московская сельскохозяйственная академия им. К.А. Тимирязева

доцент кафедры организации и технологии строительства объектов природообустройства Института мелиорации, водного хозяйства и строительства имени А.Н. Костякова ФГБОУ ВО «Российский государственный аграрный университет – Московская сельскохозяйственная академия им. К.А. Тимирязева», кандидат технических наук, г. Москва, Российская Федерация

Вадим Вячеславович Кульнев, Центрально-Черноземное межрегиональное управление Федеральной службы по надзору в сфере природопользования

ведущий специалист-эксперт отдела государственного экологического надзора по Воронежской области Центрально-Черноземного межрегионального управления Федеральной службы по надзору в сфере природопользования, кандидат географических наук, г. Воронеж, Российская Федерация

Ольга Николаевна Николаева, Сибирский государственный университет геосистем и технологий

профессор кафедры экологии и природопользования ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет геосистем и технологий», доктор технических наук, г. Новосибирск, Российская Федерация

Галина Аркадьевна Анциферова, Воронежский государственный университет

доктор географических наук, профессор кафедры природопользования факультета географии, геоэкологии и туризма Воронежского государственного университета, г. Воронеж, Российская Федерация

Екатерина Станиславовна Галкина, Воронежский государственный университет

аспирант кафедры природопользования факультета географии, геоэкологии и туризма ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», г. Воронеж, Российская Федерация

Илья Викторович Цветков, Тверской государственный университет

профессор кафедры экономики предприятия и менеджмента Института экономики и управления ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет», доктор технических наук, г. Тверь, Российская Федерация

Литература

1. Avakyan A. B., Istomina M. N. Navodneniya kak global'naya problema [Floods as a global problem]. Strategiya grazhdanskoj zashchity: problemy i issledovaniya, 2013, no. 1, pp. 180-193. (In Russ.)
2. Alekseevskij N. I., Kosickij A. G., Hristoforov A. V. Fraktal'nye svojstva rechnyh sistem i ih ispol'zovanie v gidrologicheskih raschetah [Fractal properties of river systems and their use in hydrological calculations]. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta, 2013. no. 371. pp. 167-170. (In Russ.)
3. Arhipkin O. P., Sagatdinova G. N., Bralinova Zh. A. Analiz mnogoletnih vremennyh ryadov dannyh kosmicheskogo monitoringa pavodkov [Analysis of long-term time series of space flood monitoring data]. Materialy VII Mezhdunarodnoj nauchnoj konferencii «Regional'nye problemy distancionnogo zondirovaniya Zemli», 2020, pp. 161-164. (In Russ.)
4. Barsukova M. V., Korol' T. S., Lagutina N. V., Nasonov A. N. Kurs lekcij po ekologicheskoj bezopasnosti v prirodoobustrojstve i vodopol'zovanii: uchebno-metodicheskoe posobie [A course of lectures on environmental safety in environmental management and water use: an educational and methodological guide]. M.: Izd-vo «DPK-Press», 2020. 132 p. (In Russ.)
5. Bedarev A.V., Repina E.M., Kul'nev V.V. Metrologicheskoe obespechenie ekologicheskogo monitoringa vodnyh ob"ektov [Metrological support of environmen tal monitoring of water bodies]. Materialy Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Aktual'nye problemy gidrogeologicheskih, inzhenerno-geologicheskih i geoekologicheskih issledovanij», 2020, pp. 58-67. (In Russ.)
6. Berezovoj V. V., Kul'nev V. V. Ekologicheskaya bezopasnost' grazhdanskogo stroitel'stva [Environmental safety of civil engineering]. Cbornik materialov «Transgranichnoe sotrudnichestvo v oblasti ekologicheskoj bezopasnosti i ohrany okruzhayu-shchej sredy», 2020, pp. 23-30. (In Russ.)
7. Bozhokin S. V., Parshin D. A. Fraktaly i mul'tifraktaly [Fractals and multifractals]. Izhevsk: NIC «Regulyarnaya i haoticheskaya dinamika», 2001. 128 p. (In Russ.)
8. Burakov D. A. O vliyanii ispareniya na stok vesennego polovod'ya v lesnoj zone [On the effect of evaporation on the runoff of the spring flood in the forest zone]. Meteorologiya i gidrologiya, 1968, no. 12, pp. 55-61. (In Russ.)
9. Vladimirov A. M. Faktory formirovaniya ekstremal'nogo stoka v malovodnyj sezon [Factors of formation of extreme runoff in the low-water season]. Uchenye Zapiski RGGMU, 2008, no. 7, pp. 13-22. (In Russ.)
10. Dokus A. A., Shakirzanova Zh. R. Prognozirovanie i ocenka gidrologicheskih riskov v period vesennego polovod'ya [Forecasting and assessment of hydrological risks during the spring flood]. Sbornik dokladov mezhdunarodnoj nauchnoj konferencii pamyati vydayushchegosya russkogo gidrologa YUriya Borisovicha Vinogradova «Tret'i Vinogradovskie chteniya. Grani gidrologii», 2018, pp. 711-716. (In Russ.)
11. D'yakonova T.A., Pisarev A. V., Hoperskov A. V., Hrapov S. S. Matematicheskaya model' dinamiki poverhnostnyh vod [Mathematical model of surface water dynamics]. Vestnik Volgogradskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya 1: Matematika. Fizika, 2014, no. 1, pp. 35-44. (In Russ.)
12. Zhikov V. V. Fraktaly [Fractals]. Sorosovskij obrazovatel'nyj zhurnal, 1996, no. 12, pp. 109-117. (In Russ.)
13. Zvyaginceva A. V., Kul'nev V. V., Kul'neva V. V. Ekologicheskij monitoring opasnyh gidrologicheskih yavlenij [Environmental monitoring of dangerous hydrological phenomena]. Ekologiya i razvitie obshchestva, 2018, no. 3 (26), pp. 62-66. (In Russ.)
14. Kul'nev V. V., Bazarskij O. V. Kompleksnaya metodika geoekologicheskoj ocenki territorii gornodobyvayushchih predpriyatij [Complex methodology of geoecological assessment of the territory of mining enterprises]. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo oblastnogo universiteta. Seriya: Estestvennye nauki, 2011, no. 2, pp. 142-147. (In Russ.)
15. Kul'nev V. V., Pochechun V.A. Primenenie al'golizacii pit'evyh vodoemov Nizhnetagil'skogo promyshlennogo uzla [Application of algolization of drinking reservoirs of the Nizhny Tagil industrial hub]. Medicina truda i promyshlennaya ekologiya, 2016, no. 1, pp. 20-21. (In Russ.)
16. Kulygin V. V. Sovmestnoe ispol'zovanie bajesovskih setej i GIS dlya ocenki riskov shtormovyh nagonov v del'te r. Don [Joint use of Bayesian networks and GIS to assess the risks of storm surges in the delta. Don]. Vestnik SGUGiT, 2018, vol. 23, No2, pp. 92-107. (In Russ.)
17. Nasonov A. N., Kul'nev V. V., Cvetkov I. V., Nasonov S. N. O primenenii fraktal'nyh metodov v distancionnom monitoringe ochagov opustynivaniya v yuzhnom Priaral'e [On the application of fractal methods in remote monitoring of desertification foci in the southern Aral Sea region]. Mezhdunarodnaya nauchno-prakticheskaya konferenciya, posvyashchennaya pamyati pervogo Prezidenta Mezhdunarodnoj akademii nauk ekologii, bezopasnosti cheloveka i prirody Zasluzhennogo ekologa Rossijskoj Federacii, doktora tekhnicheskih nauk, professora Viktora Antonovicha Rogaleva «Ekologiya i razvitie obshchestva», 2019, pp. 25-30. (In Russ.)
18. Nasonov A. N., Cvetkov I. V., Zhogin I. M., Kul'nev V. V., Repina E. M., Kirnosov S. L., Zvyaginceva A. V., Bazarskij O. V. Fraktaly v naukah o Zemle: uchebnoe posobie [Fractals in Earth Sciences: a textbook]. Voronezh: Izd-vo «Kovcheg», 2018. 82 p. (In Russ.)
19. Nepoklonov V. B., Habarov D. A., Habarova I.A. Primenenie geoinformacionnyh tekhnologij pri issledovanii izmenenij struktury zemlepol'zovaniya territorij po materialam mnogozonal'noj kosmicheskoj s"emki [Application of geoinformation technologies in the study of changes in the structure of land use of territories based on the materials of multi-zone satellite imagery]. Vestnik SGUGiT, 2020, vol. 25, v. 2, pp. 151-159. (In Russ.)
20. Polunin A. Ya. O modelirovanii processa postupleniya vody na vodosbor dlya kratkosrochnyh prognozov stoka [On modeling the process of water supply to the catchment area for short-term runoff forecasts]. Trudy Gidrometcentra, 1988, v. 295, pp. 69-79. (In Russ.)
21. Pochechun V. A., Kul'nev V. V. Geosistemnoe rajonirovanie kak osnova dlya reabilitacionnyh meropriyatij okruzhayushchej sredy gorno-metallurgicheskogo kompleksa (na primere metallurgicheskogo kombinata) [Geosystem zoning as a basis for environmental rehabilitation measures of the mining and metallurgical complex (on the example of a metallurgical combine)]. Medicina truda i promyshlennaya ekologiya, 2016, no. 10, pp. 36-39. (In Russ.)
22. Sagova Z. M., Mezhova L. A., Kul'nev V. V., Lugovskoj A. M. Prichiny geoekologicheskih konfliktov prirodopol'zovaniya v mezhdunarodnyh rechnyh bassejnah i puti ih uregulirovaniya [Causes of geoecological conflicts of nature management in international river basins and ways of their settlement]. Izvestiya Dagestanskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta. Estestvennye i tochnye
nauki, 2018, vol. 12, no. 3, pp. 114-121. (In Russ.)
23. Smetanin V. I., Nasonov A. N., Zhogin I. M., Cvetkov I. V. Opredelenie territorial'nyh zon vozvedeniya zashchitnyh protivopavodkovyh damb s ispol'zovaniem fraktal'nogo analiza rechnoj sistemy [Determination of territorial zones for the construction of protective flood dams using fractal analysis of the river system]. Determination of territorial zones for the construction of protective flood dams using fractal analysis of the river system]. Prirodoobustrojstvo, 2013, no. 5, pp. 54-59. (In Russ.)
24. Hmelev V.A., Turbinskij V. V., Samshorina A. A., Suvorova A. V., Kolosnicyna V. V., CHe-chek I. Geoinformacionnye tekhnologii v sanitarno-gigienicheskoj ocenke posledstvij navodnenij v naselennyh punktah (na primere bassejna reki Obi Altajskogo kraya v 2014-2015 gg. [Geoinformation technologies in the sanitary and hygienic assessment of the consequences of floods in settlements (on the example of the Ob River basin of the Altai Territory in 2014-2015]. Vestnik SGUGiT, 2015, no. 4 (32), pp. 153-168. (In Russ.)
25. Yakovchenko S. G., Postnova I. S., Zhorov V. A., Lovckaya O. V. Opyt ispol'zovaniya GIS dlya ocenki zon zatopleniya, GIS dlya ustojchivogo razvitiya territorij [Experience in using GIS to assess flood zones, GIS for sustainable development of territories]. Materialy mezhdunarodnoj konferencii. Vladivostok-CHanchun', 2004, pp. 574-577. (In Russ.)
26. Binh Thai Pham, Chinh Luu, Tran Van Phong, Huu Duy Nguyen, Hiep Van Le, Thai Quoc Tran, Huong Thu Ta, Indra Prakash. Flood risk assessment using hybrid artificial intelligence models integrated with multi-criteria decision analysis in Quang Nam Province, Vietnam [Electronic recourse]. Journal of Hydrology, 2021, vol. 592.
27. Badana Ntanganedzeni, Joel Nobert. Flood risk assessment in Luvuvhu river, Limpopo province, South Africa [Electronic recourse]. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, 2020. DOI