Наводнения: от защиты к управлению. Научные редакторы: член-корреспондент РАН В. Н. Лыкосов и профессор В. А. Земцов - П. Пушистов

Важным элементом практического внедрения принципов ИУВР является создание информационно-моделирующего инструмента, способного обеспечить устойчивое управление системой водных ресурсов. Опыт внедрения на практике принципов ИУВР, накопленный в США ([битая ссылка] http://cdss.state.co.us) и ЕС ([битая ссылка] http://www.europa.eu.int/comm/environment/water/water-framework/index_en.html; [битая ссылка] http://www.bafg.de; http://www.wem.ctw.utwente.nl) однозначно свидетельствует, что таким инструментом может быть инновационная методология создания высокотехнологичных полноструктурных систем поддержки принятия решений при интегрированном управлении речным бассейном (СППР ИУРБ), которые могут быть использованы для поддержки процесса принятия политических, стратегических и тактических (оперативных) решений [73,81]. В СППР ИУРБ структурированный и интегрированный подход к управлению речным бассейном объединяется с достижениями в области информационных технологий, такими как географические информационные системы (ГИС), имитационные и оптимизационные компьютерные модели, приводя в результате к инструменту, который дает возможность обрабатывать, анализировать, прогнозировать и предоставлять информацию о пространственно-временных переменных системы водных ресурсов. СППР помогает ЛПР, распознавать какая информация является значимой на любом заданном этапе процесса принятия решения. С помощью такой информации может быть улучшено качество анализа эффективности различных мероприятий, которые вырабатываются в процессе принятия решений. С одной стороны эти мероприятия связаны с содержимым стратегии ИУВР, таким как анализ решаемых проблем, прогнозирование будущих состояний, планирование и проверка альтернатив, оценка воздействий, сравнение и ранжирование альтернатив. С другой стороны, эти мероприятия включают в себя такие процессообеспечивающие действия как информационное взаимодействие (интерактивность) и соучастие представителей заинтересованных сторон в процессе принятия решений.

Общая конфигурация СППР ИУРБ, как открытой системы коллективного пользования для планирования и управления водными ресурсами, включает в себя ряд уровней (функциональных систем) и блоков [5,39,73,81].

К уровню 1 относится измерительно-коммуникационная система с блоками: данные дистанционного зондирования земли (ДЗЗ), метеорологических, гидрологических гидрохимических и гидробиологических наблюдений на сети станций и постов (включая on-line данные автоматических станций раннего предупреждения об опасных явлениях и процессах), данные контроля за работой гидротехнических сооружений, данные инженерно-полевых изысканий русловых процессов, информация о точечных и диффузионных источниках загрязнения водных объектов и т. п.

Уровень 2 образует информационная система с блоками: ГИС, базы исторических и оперативных данных о системе природных ресурсов, о социально-экономической и административно-институциональных системах, базы знаний и правил.

Уровень 3 составляет моделирующая система с блоками: модели природных систем, социально-экономические модели, модели управления водопотреблением и водопользованием, модели техногенных воздействий и источников загрязняющих веществ, модели землепользования, модели урбанизированных территорий и т. п.

Наконец, к уровню 4 относится экспертно-аналитическая система с блоками сервисных программ: диагноза и развития ССПР, разработки стратегий, оценок и нормирования.

Рубежными в современной истории создания и эксплуатации СППР ИУРБ, общее количество которых насчитывает многие десятки, если не первые сотни, в мире, являются, по нашему мнению, 1993 и 2013 годы. В 1993 году началась разработка вероятно первой в мире СППР ИУРБ для участка реки Колорадо на территории штата Колорадо (США), которая была сдана в эксплуатацию в 1998 году.3 К 1913 году в штате Колорадо поэтапно «бассейн за бассейном» была разработана и успешно функционирует единая сеть СППР для интегрированного управления всеми бассейнами основных рек штата (см. сайт [битая ссылка] http://cdss.state.co.us).

В 2013 году технический Комитет Глобального Водного Партнерства ([битая ссылка] www.gwp.org) опубликовал отчет «Роль систем поддержки принятия решений и моделей в интегрированном управлении речными бассейнами» [73], обобщающий знания и опыт партнеров ГВП в указанной проблемной области и предназначенной в качестве практического руководства при разработке и верификации инструментальных средств типа СППР и информационно-моделирующих систем, призванных помочь ЛПР и ПЗС в деле реализации принципов и инновационных технологий ИУВР.

Понятие СППР ИУРБ не используется в Водном кодексе 2006 г. [15] и Водной стратегии Российской Федерации на период до 2020 года [13]. Вместе с тем отдельные попытки разработки СППР предпринимались в нашей стране чаще всего в исследовательских вариантах и в рамках международных проектов [5,7,8,25,39 и др.]. Однако, в своем выступлении на Всероссийской конференции «Водные проблемы крупных речных бассейнов и пути их решения» (6—11 июня 2009 года, г. Барнаул) советник РАН, академик О. Ф. Васильев подчеркнул: «Россия отстает от США в разработке и реализации СППР управления речными бассейнами приблизительно на 20 лет. Несомненно, приоритетной задачей в области инновационного управления водными ресурсами нашей страны является задача ликвидации этого отставания».

Читателям заинтересованным в получении информации доступного уровня об ИУВР и СППР ИУРБ, включая описание результатов реализации конкретного проекта СППР для ИУВР Санкт-Петербурга и Ленинградской области, рекомендуем обратиться к монографии [5].

В нашем обзоре проблемы разработки и эксплуатации СППР ИУРБ, включая примеры применения СППР ИУН, обсуждаются в разделах 3.1 и 3.2, а так же упоминаются в разделах 2.1 и 2.4.

«Интеллектуальным» ядром СППР ИУРБ, позволяющим прогнозировать переменные системы водных ресурсов и проводить анализ сценариев на тему «Что будет, если…?» относительно факторов внешних воздействий (например, изменения переменных климата; изменения параметров растительного покрова; строительство гидротехнических сооружений и т.п.) является моделирующая система СППР [5,25,26,43,63,81,91]. Методологической основой разработки моделирующей системы служит междисциплинарный прикладной системный анализ водных ресурсов (ПСА ВР) [37,38,44,73,81,95 и др.]. Сравнительно простой вариант прикладного системного анализа водных объектов/экосистем [38,44] включает интегрированную реализацию следующих этапов: реальный объект – экспериментальное и теоретическое изучение объекта – феноменологическая/концептуальная модель – математическая модель – имитационная/численная модель – испытание модели (калибровка, верификация, анализ чувствительности и неопределенностей) – анализ результатов моделирования – получение новых знаний об объекте.

В нашем обзоре методология применения ПСА ВР для создания моделирующих компонентов СППР представлена в разделах 3.1, 3.2 и 3.4.

О системном определении понятия «наводнение»

Раздел 1.1 монографии [20] носит название «Понятие „наводнение“: природные и социально-экономические аспекты». В этом разделе авторы [20] обсуждают две исторически сложившиеся группы в определении понятия «наводнение». К первой группе они относят формулировки, в которых под наводнением понимается стихийный природный процесс, выражающийся в физическом затоплении суши в результате подъема уровня воды в реке, озере или море [17,30,31]. Ко второй группе авторы [20] относят определения, в которых под наводнением понимается затопление используемых человеком земель, в результате чего причиняется социально-экономический ущерб [2,27,35].

В нашем определении понятия «наводнение» мы воспользуемся фундаментальным представлением [81] о том, что систему водных ресурсов (СВР) при решении проблем планирования и управления, можно рассматривать как «продукт» взаимодействия системы природных ресурсов (СПР), социально-экономической системы (СЭС) и административно-институциональной системы (АИС). Подробное аналитическое описание характеристик СПР, СЭС и АИС и их взаимодействия можно найти в приложении Е монографии [81]. В результате такого представления под наводнением будем понимать: «Временное природное или природно-техногенное затопление территории, освоенной человеком для проживания и различных хозяйственных целей, вызывающее отрицательные последствия социально-экономического характера (включая, гибель людей, эвакуацию населения, материальный и нематериальный ущербы) и требующее применения эффективных методов и средств административно-институционального характера (включая принципы и инструментарий интегрированного управления наводнениями). Таким образом, в данном определении понятия «наводнение», в отличие от определения второй группы, подчеркивается принципиальная важность высокоэффективного управления наводнениями и ответственность ЛПР (читай, государство) и ПЗС (читай, институты гражданского общества) за обеспечение такого управления.