Почти ежегодные ""петербургские потопы"" оставались неотъемлемой частью жизни города на протяжении всей истории его существования. Задумывались ли вы, почему?
Штормовые нагоны являются проблемой для многих прибрежных городов по всему миру. Наш город – яркий пример. Причина наводнений Петербурге – наложение эффектов аномальной циклонической активности над Балтийским морем, локальный ветровой нагон и сейшевых колебаний уровня. Пересекая Балтийское море, глубокие циклоны создают эффект «обратного барометра» с низким давлением в центре (локальный подъем уровня моря), вследствие этого от центра циклона распространяется длинная волна. При выходе на мелководную и узкую акваторию Финского залива высота волны увеличивается, и ее распространение приводит к быстрому росту уровня воды в устье Невы.
За 300 лет было зафиксировано около 308 наводнений, из них 3 катастрофических, унесших тысячи людских жизней. Но слышали ли вы о наводнениях в Петербурге в последнее десятилетие? Ученые из Научно-исследовательского института наукоемких компьютерных технологий Университета ИТМО, под руководством Александра Бухановского, разработали модули, отвечающие за улучшение качества гидродинамического прогнозирования нагонной волны и систему поддержки принятия решений на основе алгоритмов, создающих оптимальное расписание для маневрирования затворами. Результат – успешное функционирование дамбы, десятки отраженных наводнений и ни одной ложной тревоги.
На основе комплекса гидродинамических и вероятностных моделей прогнозируется развитие нагонных наводнений, а результаты моделирования используются для выработки оптимальных планов маневрирования затворами Комплекса защитных сооружений Санкт-Петербурга от наводнений (введен в строй в 2011 г.). При прогнозировании учитываются основные факторы, влияющие на жизненный цикл штормовых нагонов: атмосферное давление, ветер, ледовое покрытие, ветровое волнение, различные гидродинамические процессы. Высокое качество прогнозов достигается путем применения различных технологий обработки и усвоения данных измерений, настройки моделей и ансамблевого прогнозирования.
Наши разработки внедрены в оперативную эксплуатацию (24×7) в составе Системы предотвращения наводнений в Санкт-Петербурге, созданной компанией ВСС для Дирекции Комплекса защитных сооружений.
«Мы прогнозируем изменение уровня воды и предсказываем оптимальные сценарии закрытия и открытия затворов Комплекса защитных сооружений, чтобы спасти город от наводнения, не мешая при этом работе морского порта», – Сергей Иванов.
В качестве иллюстрации представлен пример формирования и развития штормового нагона, а также последующего предотвращения вызванной им угрозы наводнения в январе 2015 года.
Публикации по теме:
Ivanov S.V., Kosukhin S.S., Kalyuzhnaya A., Boukhanovsky A.V. Simulation-based collaborative decision support for surge floods prevention in St. Petersburg // Journal of Computational Science. — 2012. — Vol. 3., Issue 6. — pp. 450-455.
Belleman R.G., Krzhizhanovskaya V.V., Shirshov G.S., Melnikova N.B., Rusadi F.I., Broekhuijsen B.J., Gouldby B.P., Lhomme J., Balis B., Bubak M., Pyayt A.L., Mokhov I.I., Ozhigin A.V., Lang B., Meijer R.J. Flood early warning system: design, implementation and computational modules // Procedia Computer Science. — 2011. — Vol. 4., Issue 2011. — pp. 106-115.
Kosukhin S.S., Kalyuzhnaya A., Nasonov D.A. Problem solving environment for development and maintenance of St. Petersburg's Flood Warning System // Procedia Computer Science. — 2014. — Vol. 29. — pp. 1667-1676.
Krzhizhanovskaya V.V., Melnikova N.B., Chirkin A.M., Ivanov S.V., Boukhanovsky A.V., Sloot P.M.A. Distributed simulation of city inundation by coupled surface and subsurface porous flow for urban flood decision support system // Procedia Computer Science. — 2013. — Vol. 18. — pp. 1046-1056.
Pyayt A.L., Kozionov A.P., Kusherbaeva V.T., Mokhov I.I., Krzhizhanovskaya V.V., Broekhuijsen B.J., Meijer R.J., Sloot P.M.A. Signal analysis and anomaly detection for flood early warning systems // Journal of Hydroinformatics. — 2014. — Vol. 16. — pp. 1025-1043.
Kalyuzhnaya A., Nasonov D.A., Boukhanovsky A.V. Ensemble risk assessment for flood warning in Saint-Petersburg // International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM. — 2014. — Vol. 1. — pp. 247-256.
Kalyuzhnaya Anna V., Visheratin Alexander A., Dudko Alexey, Nasonov Denis, Boukhanovsky Alexander V. Synthetic storms reconstruction for coastal floods risks assessment // Journal of Computational Science. — 2015. — Vol. 9. — pp. 112-117.
Kosukhin S.S., Kovalchuk S.V., Boukhanovsky A.V. Cloud Technology for Forecasting Accuracy Evaluation of Extreme Metocean Events // Procedia Computer Science. — 2015. — Vol. 51., Issue 1. — pp. 2933-2937.
Kalyuzhnaya Anna V., Boukhanovsky A.V. Computational uncertainty management for coastal flood prevention system // Procedia Computer Science. — 2015. — Vol. 51., Issue 1. — pp. 2317-2326.
Pyayt A.L., Shevchenko D.V., Kozionov A.P., Mokhov I.I., Lang B., Krzhizhanovskaya V.V., Sloot P.M.A. Combining Data-driven Methods with Finite Element Analysis for Flood Early Warning Systems // Procedia Computer Science. — 2015. — Vol. 51., Issue 1. — pp. 2347-2356.