Моделирование селевых потоков (на примере Памира) (РФФИ-Аспиранты)НИР

Modeling of debris flows: a case study of the Pamir Mountains

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 октября 2020 г.-31 декабря 2020 г. Моделирование селевых потоков (на примере Памира) (РФФИ-Аспиранты)
Результаты этапа: В рамках первого этапа уравнения модели транспортно-сдвигового селеобразования, предложенной Ю.Б. Виноградовым, были реализованы в компьютерной программе на языке программирования Python. Модель использовалась для расчета селевых потоков 2015 г. в долине р. Барсемдара (Горно-Бадахшанская Автономная Область, Таджикистан). При это расчет выполнялся для 3 вариантов начального увлажнения, а) при абсолютном сухом, b) при увлажненном до предела текучести и c) при заполненном водой. Кроме того, проводилось сравнение результатов моделирования с оценкой скорости одной из селевых волн по данным видеосъемки. Полученный расход селевой волны близок по значению к модельному варианту b). Таким образом, были получены первичная оценка характеристик данного селевого потока. Модель транспортно-сдвигового селеобразования также была усовершенствована. Так было добавлено получение гидрографов селевых волн в очаге и расчет скорости потока. Данная информация будет в дальнейшем использована для детального зонирования долины с помощью гидродинамических моделей. Подготовлено 2 публикации (РИНЦ), одна из которых индексируется ВАК.
2 31 января 2021 г.-30 сентября 2021 г. Моделирование селевых потоков (на примере Памира) (РФФИ-Аспиранты)
Результаты этапа: В рамках работы над грантом для расчета характеристик селевых потоков в зоне зарождения использовалась транспортно-сдвиговая модель селеобразования. Для расчета характеристик селевого потока в долине применялась гидродинамическая модель FLO-2D. В связи с тем, что входными данными для гидродинамической модели являются именно гидрографы, а не единичное значение расхода, транспортно-сдвиговая модель была усовершенствована путем включения уравнения по расчету скорости и времени добегания волны. Для расчета скорости селя была выбрана формула, предложенная Ю.Б. Виноградовым. Для оценки времени прохождения волны расстояние между границами участков делится на скорость. Таким образом, использовался комплексный подход к моделированию для расчета характеристик от момента формирования в очаге до остановки потока. Была проведена адаптация и параметризация транспортно-сдвиговой модели для территории Западного Памира. Моделирование выполнялось в долинах рек Барсемдара и Дараисист. Результаты моделирования в долине Дараисист представлены в статье, индексируемой в системе Scopus. Результаты расчета в долине реки Барсемдара будут опубликованы в 2022 году. Для того, чтобы расширить район исследования и применения модернизированной транспортно-сдвиговой модели было принято решение о ее использовании для территории Северного Кавказа. Для этой цели была выбрана долина р. Герхожан-Су. Было оценено влияние современного положения оползня Бузулган после аномальной подвижки в 2020 г. на условия прохождения возможных селевых потоков долине р. Герхожан-Су. Для каждого из сценариев были рассчитаны значения расходов селя, как на выходе из очага, так и на вершине конуса выноса, плотности потока, а также пространственное распределение скорости и глубины потока. По результатам моделирования была подготовлена статья в журнале "Водные ресурсы". Кроме того, была создана компьютерная программа, на основе математических моделей опорожнения озера и транспортно-сдвигового селеобразования. Моделирование прорывного паводка и последующего за ним селевого потока проводилось для долины реки Бодомдара. Были получены карты пространственного распределения скорости и глубины, а также гидрографы прорывного паводка и селевого потока. Результаты расчета будут опубликованы в 2022 году. Также было выполнено сравнение результатов моделирования по FLO-2D и по модели неустановившегося движения воды, разработанной Т.А. Виноградовой, для участка р. Гунт в случае прорыва оз. Барсемкуль, образованного в результате блокировки русла при прохождении селевых потоков в 2015 г. Результаты исследований были доложены на конференциях EGU 2021,XVI Общероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации» и VIII Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы водохранилищ и их водосборов».
3 1 октября 2021 г.-30 декабря 2021 г. Моделирование селевых потоков (на примере Памира) (РФФИ-Аспиранты)
Результаты этапа: В рамках 3 этапа были проведены сценарные расчеты прохождения прорывных паводков в долине реки Дашт, где уже наблюдался прорыв озера в 2002 году. Всего было рассмотрено 2 сценария развития прорывных паводков.Так, в I сценарии рассматривался прорыв озера Дашт, с современным объемом в 47 тыс. м3. Гидрограф прорывного паводка был получен с помощью модели прорыва озера, предложенной Ю.Б. Виноградовым. Полученный гидрограф использовался в качестве входного для оценки приращения материала в потенциальном селевом очаге по транспортно-сдвиговой модели. Далее селевой гидрограф брался в качестве входных гидрологических данных при зонировании долины по гидродинамической модели FLO-2D.Во II сценарии предполагался прорывной паводок из озера Дашт исходя из гипотетического сценария максимального возможного наполнения озера равным 400 тыс.м3. Наибольший расход прорывного паводка был оценен по эмпирической формуле. Далее это значение использовалось в транспортно-сдвиговой модели селеобразования уже для получения гидрографа селевого потока, который в свою очередь служил входным для гидродинамической модели FLO-2D. Таким образом, были получены гидрографы прорывного паводка и селевого потока, как в зоне зарождения, так и в долине, карты пространственного распределения глубины и скорости потока. Также были проведены расчеты возможного прорывного паводка в долине реки Шазуд для каскада из трех озер: Шазуд-Сеюм, Шазуд-Якум и Шазуд Дуюм. Были получены гидрографы прорыва с помощью модели прорыва озера, предложенной Ю.Б. Виноградовым, для каждого отдельного озера, а также в случае каскадного прорывного паводка.
4 1 января 2022 г.-1 октября 2022 г. Моделирование селевых потоков (на примере Памира) (РФФИ-Аспиранты)
Результаты этапа: Для долины реки Герхожан-Су (Кабардино-Балкарская республика, Россия) осуществлялось моделирование селевого потока 2000 года. Расчеты трансформации потока в долине при этом выполнялись с помощью модели FLO-2D. При этом использовался рельеф, полученный по съемкам до катастрофы. В долине реки помимо зоны зарождения были выделены еще 5 участков активного насыщения потока твердым материалом. Выполнялось поочередное применение программ FLOVI для расчета расходов селя в зонах подпитки и FLO-2D для моделирования транзита потока и аккумуляции. Рассчитанные значения максимальных расходов для прошедших селевых потоков попадают в диапазон оценок, выполненных по видеосъёмке. Так, для долины реки Герхожан-Су относительная ошибка между оценёнными на конусе и рассчитанными расходами на вершине конуса составила от 4 до 22 % при том, что не все волны были сняты на видео. Это подтверждает возможность совместного использования программ FLOVI и FLO-2D PRO для оценки потенциальной селевой опасности. Также были выполнены численные эксперименты в используемом комплексе моделей для выявления определяющих параметров, изменение которых приводит к большим вариациям значений максимальных расходов и площадей затопления. Модель прорыва озера имеет наибольшую чувствительность к начальной температуре воды, транспортно–сдвиговая – к влажности потенциального селевого массива, FLO–2D – к реологическим параметрам (вязкости и напряжения пластического трения).

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".