Российские ученые создали программу, которая автоматически рассчитывает вероятные объемы и продолжительность осадков в конкретной местности. Она позволит прогнозировать вероятность затопления территорий и может помочь при проектировании инженерных сооружений: ливневой канализации, малых мостов или водопропусков под дорогами. Об этом сообщили «Известиям» в пресс-службе Министерства высшего образования и науки РФ. Пока база включает информацию о более чем 25 тыс. сильных дождей, ранее наблюдавшихся метеостанциями Северного, Среднего и Южного Урала. По словам экспертов, прежде чем использовать программу по всей стране, необходимо ее серьезно протестировать, а в случае успеха — скорректировать нормативы, которые сегодня основаны на данных 1970-х годов.
Ливневый расчет
При проектировании систем ливневой канализации в российских городах используются данные наблюдений за дождями полувековой давности. Дело в том, что статистическая информация об осадках была собрана в 1970-е годы для всего СССР и пересматривалась только для нескольких конкретных метеостанций. Это привело к ряду ошибок при проектировании современных объектов, которые сейчас мы видим, наблюдая подтопление городских улиц, приусадебных территорий, разрушение мостов.
Такие события в последнее время происходят всё чаще. Например, несколько дней назад в Благовещенске из берегов вышли озера и река, были затоплены улицы, разрушены участки дороги, людей эвакуировали в пункты временного размещения. В июле паводок, вызванный обильными осадками, разрушил мосты и жилые дома в городе Нижние Серги Свердловской области. В тот же месяц из подтопленных ливнями домов в Иркутске пришлось эвакуировать жителей. 20 июня в Москве прошел настолько сильный ливень, что пришлось даже перекрывать Варшавское шоссе, затопило несколько переходов на юге города, а также Дмитровское шоссе.
Гидрологи и метеорологи из Пермского госуниверситета, пытаясь решить эту проблему, запатентовали программу под названием Rainstat. Она поможет проектировать сооружения для отвода воды на основе современных метеоданных.
Осадки на метеостанциях фиксируют двумя приборами — осадкомером и плювиографом. Первый представляет собой металлический цилиндр высотой 40 см. С внешней стороны к сосуду припаян носик для слива воды. Измерения производятся с помощью специального стакана объемом 200 куб. см, который имеет 100 делений. Одно деление равно 2 куб. см, что при площади приемного отверстия 200 кв. см соответствует 0,1 мм. Собранные с помощью осадкометра данные публикуются в цифровом виде. Однако снимаются они только два раза в день — в 8 утра и 8 вечера. Таким образом, можно узнать объем осадков за прошедший период времени.
Непрерывно регистрирует количество и интенсивность выпадающих жидких осадков прибор под названием «плювиограф». Он похож на осадкометр, только в нем вода из приемного ведра попадают в сосуд с поплавком. На вертикальной оси этого поплавка насажена горизонтальная стрелка с пером. Оно касается ленты самописца, вращаемой часовым механизмом. Таким образом, при осадках поплавок с пером поднимается, и по записи можно судить о времени выпадения, интенсивности и общем количестве. Проблема в том, что в цифровом виде этих данных нигде нет — они существуют лишь на бумажных носителях.
Ученые из Перми создали базу на компьютере, взяв данные метеостанций своего региона. Затем они написали программу для их обработки — такую, которой мог бы пользоваться любой желающий.
Каждый дождь можно «записать» в виде графика, на котором видно, когда его интенсивность была меньше и больше, когда находилась на пике. Для работы программы необходимо упорядочить эти промежутки времени с разной интенсивностью дождя — от наибольшей к наименьшей. Далее множество таких графиков дождей выстраивают друг за другом по порядку, учитывая общий объем осадков и период их выпадения.
— Эти данные можно будет использовать для инженерных расчетов и строительного проектирования, — рассказал доцент кафедры гидрологии и охраны водных ресурсов Пермского госуниверситета Дмитрий Клименко. — Например, программа поможет проектировать системы водоотведения — ливневые канализации в больших городах и поверхностные каналы в малых, а также в сельской местности. Каналы для отвода воды проектируются на основе дождя максимальной интенсивности продолжительностью 20 минут, который случается раз в 100 лет на конкретной территории.
Потопа не будет
В нормативах для постройки канализации описано, какие должны быть разработаны сооружения для интенсивности осадков за определенный период времени. Инженер может взять необходимую информацию из новой программы — например, о средней интенсивности дождя за час, использовав данные от ближайшей метеостанции района. И подобрать необходимые параметры сооружения под характеристику, продиктованную нормативом.
Если речь идет о реках, потенциально возможные уровни подъема воды рассчитываются также с учетом интенсивности дождей.
По мнению заведующего кафедрой «Системы автоматизированного проектирования объектов строительства» УрФУ Владимира Алехина, такие данные будут востребованными. Они дают возможность проектировщикам точнее назначать параметры ливневой канализации, предотвращая затопление городских территорий, подвалов и цокольных этажей зданий.
Пока база включает более 25 тыс. ливней, ранее наблюдавшихся метеорологическими станциями Северного, Среднего и Южного Урала. Для каждого отдельного города или региона России тоже можно вычислить ливневые потоки, необходимо только внести данные наблюдений за дождями.
— Вообще известны различные современные зарубежные программные продукты и методики расчета, в которых имеются возможности учета особенностей ливневых стоков, — сообщил завкафедрой водоснабжения, водоотведения и санитарной техники Академии строительства и архитектуры КФУ им. В.И. Вернадского профессор Илья Николенко. — Но проектирование этих систем и их расчеты выполняются на основании действующих нормативных документов. Поэтому для внедрения программы в расчетную практику потребуется выполнение определенных мероприятий и нормативных процедур. В настоящее время программу можно рассматривать как результат научно-исследовательской работы, хотя ее данные актуальны.
Разработка прошла в рамках гранта Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ).
В пресс-службе московского ГУП «Мосводосток» сообщили, что для определения актуальности программы в целях строительства новых сооружений в столице и прогнозирования возможных скоплений воды требуется ее детальное изучение.