Российские исследователи создали математическую модель, предназначенную для предсказания схода селей.
Эта модель демонстрирует более высокую степень точности по сравнению с существующими вариантами, так как при расчетах дополнительно учитывается степень рыхлости материала наряду с погодными условиями. Это позволяет уменьшить вероятность ошибки до 0,006%. Разработку можно применять как для прогнозирования стихийных бедствий в горных местностях, так и для оценки рисков схода грунта в Центральной России, где увеличилось количество оползней из-за сильных ливней. По мнению специалистов, обрушения почвы будут происходить всё чаще в связи с климатическими изменениями, вызванными глобальным потеплением. Поэтому создание математических моделей этих процессов имеет высокую актуальность.
Прогноз схода селей
Ученые Уральского федерального университета в сотрудничестве с китайскими экспертами разработали математическую модель для точного предсказания селевых потоков. Программное обеспечение можно использовать как для прогнозирования стихийных бедствий в горных областях, так и для анализа состояния склонов в равнинных районах России, где из-за обильных осадков наблюдается увеличение числа оползней. Программа поможет определить критические уровни осадков и энергию рыхлого материала — мощности, накопленной в грунте, при превышении которой формируется сель.
— Селевые потоки представляют собой серьезную проблему для прогнозирования стихийных бедствий из-за их крайне непредсказуемых механизмов запуска, зависящих от множества факторов. Обычно системы оповещения ориентируются только на осадки, но мы выяснили, что риск появления селей значительно возрастает, когда энергия рыхлого материала превышает 3 млрд Дж/м², а максимальные суточные осадки составляют 27 мм. Для возникновения селя необходимо выполнение обоих условий: без первого фактора второй редко приводит к событию. Благодаря нашему исследованию точность прогноза значительно возросла: средняя ошибка составила всего 0,006%, что в 4 тысячи раз меньше, чем у подобных моделей, — отметил соавтор исследования, директор института строительства и архитектуры УрФУ Никита Фомин.
Если в горных районах сходы селей происходят регулярно, то в средней полосе России количество таких чрезвычайных ситуаций возросло лишь в последние годы из-за значительного увеличения объемов осадков, рассказал координатор программы экологизации промышленности Центра охраны дикой природы Игорь Шкрадюк.
Это следствие глобального потепления, отмечал в интервью климатолог, заместитель директора Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН Александр Чернокульский.
— В новой атмосфере содержится больше влаги. Грозовые облака поднимаются выше, и в дожди выливается больше воды. То есть количество дождя, который выпадает из одного грозового облака, увеличивается. Теплого воздуха, в котором содержится больше влаги, из-за глобального потепления становится больше, — добавил он.
Например, 21 июля сильнейшие ливни привели к оползню в московском районе Царицыно, где часть газона смыло прямо на проезжую часть. А 15 июля аналогичный случай произошел на улице Ленинская Слобода.
— Чтобы использовать модель в равнинных районах, потребуется её корректировка. Поведение грунтовых масс под воздействием воды, высокой влажности или другой дополнительной нагрузки дополнительно учитывается в расчетах, — добавил Никита Фомин.
Свойства грунта
Математическую модель, учитывающую подвижную потенциальную энергию и общую энергию рыхлых отложений в селевых руслах, ученые проверили на данных 159 селевых очагов в бассейне реки Нуцзян (провинция Юньнань, Китай). Исследования проводились на протяжении года. Анализ помог выявить закономерности: при энергии рыхлого материала (грунтов) >3,12 млрд Дж/м² риск возникновения селей увеличивается в шесть раз. При этом снижение осадков с 29,5 мм до 27 мм уменьшает угрозу на 59%.
В зонах с высокой энергией рыхлого материала ученые рекомендуют дополнительно устанавливать датчики температуры и давления пара: эти параметры могут значительно увеличивать риск формирования селей при превышении локальных порогов. В ближайших планах — адаптация модели для других регионов.
— Пороговые значения зависят от геологии, но подход универсален. Например, для Урала или Кавказа их можно рассчитать на основе местных данных, — отметил Никита Фомин.
Разработанная исследователями математическая модель превзошла 13 действующих эталонных моделей прогнозирования селей.
— Создание математических моделей для предсказания схода селей всегда необходимо, так как они могут причинить значительный ущерб, и чтобы избежать этого, такие стихийные бедствия нужно по возможности предсказывать, — заявил директор Института теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН Петр Шибалин.
Изменения климата приводят к увеличению количества осадков, выпадающих на землю, и их неравномерности, в том числе в центральной части России. Вода проникает в почву, грунт разбухает, и на склонах холмов и берегах рек возникают оползни. Эти изменения не учитываются в действующих нормативных документах по строительству в стране. Для решения проблемы необходимо пересмотреть стандарты по несущей способности склонов и откосов. Также можно отказаться от покоса травы на потенциально опасных участках, что поможет корням лучше удерживать грунт и снизить риск возникновения оползней, резюмировал Игорь Шкрадюк.
Фото: hi-tech.mail.ru