Одним из основных направлений географического подхода анализа-оценки природных и природно-антропогенных рисков является их визуализация как универсального инструмента не только наглядного отображения и пространственного измерения опасных процессов и явлений, но и выявленного уровня негативного воздействия на человека и среду его обитания. Картографирование рисков непременно должно быть основано на главных принципах географии – антропоцентрического подхода и оценочности. По методической процедуре оно представляет собой сквозной процесс создания ряда информационных, оценочных промежуточных и итоговых карт различной направленности и содержания. Инвентаризационное картографирование базируется на составлении и интерпретации ряда тематических карт природы, населения и хозяйства. Аналитическое – заключается в разработке серии оценочных карт опасности и частных рисков на основе рассчитанных показателей и географических данных инвентаризационных карт. Синтетическое – представляет собой синтез аналитических карт и дает целостную интегральную оценку риска.
Современным механизмом, позволяющим организовать действия по регистрации геоданных об опасных природных процессах, их однозначной локализации и созданию геоинформационных моделей в один управляемый процесс, является геоинформационная технология. Также она обеспечивает автоматизированную оценку всех метрических и содержательных аспектов развития опасных природных процессов [6, 3, 4].
Объектом для исследования и картографирования рисков от наводнений определены главные реки бассейна оз. Байкал. Самая большая из них – Селенга, протекающая по территории России и Монголии, площадью водосбора 447 тыс. км2. В ее бассейн входят реки Орхон, Эгийн-Гол, Чикой, Хилок, Уда, Джида, Темник. Значительными водотоками Среднего и Северного Байкала являются Баргузин и Верхняя Ангара.
Повышения уровней и расходов воды в реках отмечаются во время весенних половодий и летних дождевых паводков. Вскрытие нередко сопровождается заторными явлениями, ведущими к резким кратковременным подъемам воды. Анализ повторяемости по генезису их формирования свидетельствует о преобладании на реках Южного и Среднего Байкала паводковых наводнений (61–90 %) и незначительно – половодно-паводковых. На Северных реках чаще отмечаются половодно-паводковые наводнения (42–90 %). На локальных участках рек зажимов, сужений русел природного и антропогенного характера возможны заторные наводнения и крайне редко незначительные зажорные [1, 6, 8].
Исходной информацией послужили многолетние данные по 39 гидрологическим постам уровенного режима и максимальных расходов в динамике с 1936 г., интенсивности подъема и спада воды, продолжительности стояния высоких отметок, общих сведений и фактов о наводнениях из материалов МЧС, Бурятского республиканского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, Гидрометеоцентра Монголии, статистических сборников и литературных источников. Также использованы справочные и современные картографические материалы по населению, размещению промышленных транспортных и бытовых объектов.
Картографической базой являлась векторная топооснова масштаба 1:100000, высотной основой – цифровая модель рельефа (ЦМР), исходными данными, для формирования которой послужили векторные изолинии рельефа и отметки высот и глубин масштаба 1:50000. При проецировании сцены космических снимков высокого разрешения на ЦМР создана цифровая модель местности высокой метрической точности [3, 4].
В основу содержания карты положены обобщенные результаты оценочных операций и расчетов рисков для населения и хозяйства. Непосредственно сама методика оценки заключается в определении ожидаемых потерь при возникновении опасности на освоенной территории и состоит из взаимосвязанных последовательных поэтапных шагов. Для объективности информации, необходимой при картографировании, в работе применяется вероятностно-площадной подход, основанный на показателях опасности. Классификационными показателями опасности являются повторяемость, которая рассчитывается как отношение числа лет с наводнениями к числу лет в рассматриваемый период; величина (глубина затопления) – как разница подъема уровня воды над уровнем критическим с учетом продолжительности стояния опасных уровней и площади затоплений. Расчеты показателей рисков базируются на методических приемах через параметр уязвимости, определение которого позволяет определить физические показатели рисков и их удельные значения [7, 6]. При картографировании в сравнительной оценке и выявлении уровня применяются удельные данные.
Карты рисков, выполненные таким образом, в сравнение с балльными оценками достаточно точны, обладают высокой достоверностью и представляют не только научный, но и большой практический интерес. Апробация методики проведена в бассейне р. Селенга в пределах российской части, в дальнейшем включена монгольская часть. Последние исследования выполнены на реках Среднего и Северного Байкала.
На начальном этапе для регистрации наводнений выделены бассейны главных рек, гидрологические посты, наполнена атрибутивная база первичных гидрологических данных, что позволило определить повторяемость и величину наводнений. Учитывая орографические особенности, различия гидрографических характеристик строения долины, русла, развитости поймы исследуемых рек, их бассейны разделены на участки с характерными показателями опасности. Выявление вероятных границ затопления осуществлено на основе рассчитанного показателя величины наводнений по крупномасштабной топографической основе и цифровой модели местности высокой метрической точности. Определение площадей с помощью ГИС технологий в программной среде Arc GIS. Совмещение слоя зон затопления с картами современного использования земель, сельскохозяйственной, населения и функциональных типов поселений дало возможность выделить площади земель разных категорий.
Анализ показателей опасности показывает, что на реках бассейна оз. Байкал небольшие наводнения регистрируются с повторяемостью 0,6–0,8 и лишь на отдельных участках – верховьев рек Селенга, Чикой, Джида, Верхняя Ангара, Баргузин показатель может достигать 0,9. При средних-больших наводнениях повторяемость составляет 0,08–0,4. Затоплению подвергаются преимущественно сельскохозяйственные земли, частично отдельные объекты и населенные пункты. Выдающиеся (катастрофические) наводнения – это исключительно высокие и широкомасштабные, которые охватывают практически весь речной бассейн и парализуют всю хозяйственную деятельность. Случаются они относительно редко с частотой 0,03–0,08, причем чаще в бассейне р. Селенга. В зону поражения попадает большая часть поймы с сельскохозяйственными, промышленными, транспортными землями и землями поселений.
По показателю величины наводнений их максимальные значения наиболее характерны для периода летних паводков, где глубина слоя воды на пойме может достигать 3 и более метров. Исключительные подъемы зарегистрированы в бассейне р. Селенга ее российской части. В районе с. Новоселенгинск глубина затопления достигала в 1971 г. 419 см и с. Хамней на р. Джида – 437 см.
Затоплению подвергаются преимущественно земли сельскохозяйственного назначения, земли населенных пунктов, а также промышленности (мосты, дороги, линии связи и электропередач) и незначительно земли запаса и лесного фонда. Так, на р. Селенга при наиболее высоких наводнениях общая площадь возможного поражения составляет 3,4 % территории бассейна и 9,5 % площади сельхозугодий, р. Баргузин – 5,3 % и р. Верхняя Ангара 3,5 %. Для примера на рис. 1 представлено ранжирование территории по показателям опасности наводнений на р. Баргузин и р. Верхняя Ангара [1, 9].
Рис. 1. Ранжирование территории по показателям опасности наводнений на реках Баргузин, Верхняя Ангара
В результате геоинформационного картографирования сформирован пространственно-временной ряд гидрологических и гидрографических геоданных, что позволяет конструировать имитационные модели механизма формирования и развития наводнений на реках бассейна оз. Байкал. Кроме того, полученные промежуточные результаты явились основой дальнейших оценочных операций показателей рисков, в том числе удельных.
Рис. 2. Пример пораженности земель и населения наводнениями в бассейне р. Селенга
В рассматриваемом масштабе показатели определены для сельскохозяйственных земель, земель разных категорий (земли населенных пунктов, промышленности, запаса и лесного фонда) и населения (индивидуальны риск), по значениям которых выполнены частные карты рисков или карты пораженности земель и населения наводнениями (рис. 2). Так, карта «Сельскохозяйственный риск» отражает подверженность сельскохозяйственных земель затоплениям и подтоплениям. Значения показателей изменяются в пределах 2,2–70,5∙10–3 тыс. га/тыс. га год. Высокими величинами характеризуются равнинные участки рек с развитой поймой бассейнов рек преимущественно южного Байкала. Это наиболее освоенные земли центральной части бассейна Селенги (южные районы Бурятии и северные приграничные Монголии), ее дельты, а также р. Баргузин. Карта индивидуального риска достаточно объективно иллюстрирует его различный уровень, обусловленный заселенностью и плотностью населения прибрежных территорий. Полученные значения в сравнение с западными регионами России относительно малы. Диапазон составляет 0,1–31,5∙10–3 чел./чел. год, причем в большинстве своем он не превышает 1,0∙10–3 чел./чел. год. Высокому индивидуальному риску подвержены территории непосредственно Селенги и Уды, как наиболее густонаселенные. Показатели здесь в несколько раз превышают среднебассейновый [6, 9, 10].
Карта интегрального риска от наводнений разработана по результатам обобщенного анализа полученных удельных показателей и сравнения частных карт риска. При выявлении уровня суммарного риска большой вес имели показатели поражения населения (индивидуальный риск). Таким образом, на основании проведенных исследований составлена карта (рис. 3), которая иллюстрирует интегральный риск от наводнений на реках бассейна оз. Байкал [2]. Фоновую основу данной карты составляет территориальная дифференциация уровня суммарного показателя риска. В целом повышенным уровнем риска в сравнении с другими характеризуется территория бассейна р. Селенга с большой опасностью затоплений наиболее густозаселенной и хозяйственно освоенной части Байкальского региона. Причем очень высокий суммарный риск, где индивидуальный имеет максимальные значения, выявлен на участке нижнего течения р. Селенга при слиянии с р. Уда. В зону затопления входит левобережняя часть г. Улан-Удэ. Кроме того, высокий уровень выделяется на участках приграничья при впадении рек Джида и Чикой, а также дельты. На реках среднего и северного Байкала показатели рисков не превышают средних значений.
Рис. 3. Карта наводнения. Интегральный риск
В качестве дополнительной информации отдельных характеристик наводнений на карте представлены отдельные диаграммы внутригодового распределения речного стока, генезис экстремальных максимумов по гидростворам. Также отражены крупные населенные пункты с высокой степенью опасности ‒ г. Улан-Удэ, пос. Наушки, пос. Кабанск, пос. Сотниково, с. Чикой и др. [5].
В целом данная карта, выполненная последовательно по методике, достаточно объективна. Она представляет наглядную картину возможности возникновения чрезвычайных ситуаций в регионе и является основанием для необходимости проведения комплекса различных мероприятий по снижению рисков от наводнений на реках и разработки научно обоснованных рекомендаций по планированию территории бассейна оз. Байкал.