Применение методов компьютерного моделирования зон затопления при максимальных расчетных уровнях воды для решения проектных задач при рекультивации нарушенных земель, а также проектировании зданий и сооружений вблизи водных объектов

Abstract

Актуальность моделирования зон максимального разлива рек (зон затопления) при проведении инженерных изысканий для проектирования и строительства объектов хозяйственной деятельности, разработки проектов рекультивации нарушенных земель в зонах непосредственного влияния водных объектов связана с тем, что в современных условиях, при постоянно растущих требованиях к безопасности и бесперебойности работы проектируемых сооружений, существующие методики оценки опасности затопления не всегда дают удовлетворительный результат, чтобы в полной мере оценить наличие или отсутствие риска для проектируемого сооружения. Цель работы: анализ отечественного и зарубежного опыта моделирования зон затопления при максимальных уровнях воды рек для практического решения задач инженерного проектирования, оценка достоинств и недостатков основных подходов в практике изысканий, демонстрация возможностей одного из способов моделирования при решении конкретной инженерной задачи. Методы. При подготовке исходных данных для создания цифровой модели рельефа применялся метод анализа пространственных данных при помощи геоинформационных систем, для расчета максимальной зоны затопления - метод численного моделирования зоны затопления р. Иня и расположенной по левому берегу отработанной карьерной выемки в рамках производства работ по подготовке проекта рекультивации нарушенных земель. Численное моделирование выполнялось при помощи моделирующей системы HEC-RAS версии 5.0.5. Результаты. Произведен обзор существующей мировой и отечественной практики численного моделирования зон затопления рек при решении задач в области инженерного проектирования, приведена собственная модель расчетной зоны затопления на примере участка рекультивации «Моховское поле», показан пример оценки влияния на рекультивируемый объект при реализации наиболее негативного сценария (вероятное затопление карьерной выемки в период прохождения максимального расхода воды 1 % обеспеченности), описаны достоинства и недостатки применения разных подходов на практике.

The relevance of modeling zones of maximum flooding of rivers (flood zones) during engineering surveys for design and construction of economic activity objects, development of projects for the disturbed lands recultivation in the zones of direct impact of water bodies is related to the fact that under current conditions, with ever-increasing requirements for security and business continuity of the projected facilities, the existing methods for assessing the risk of flooding do not always give a satisfactory result in order to fully assess whether there is a risk for the projected facility or not. The main aim of the research is to analyze domestic and foreign experience in modeling flood zones at maximum river water levels for practical solution of problems of engineering design, to assess advantages and disadvantages of the main approaches in the practice of surveys, to demonstrate the possibilities of modeling method for solving a particular engineering problem. Methods. The method of spatial data analysis for creating a digital terrain model via geoinformation systems was used for preparing initial data; the method of numerical simulation of the Inya river flood zone and the abandoned quarry excavation located on the left bank as part of the works on preparation of the project for the disturbed lands recultivation was used to calculate the maximum flood zone. Numerical modeling was carried out using HEC-RAS simulation system, ver. 5.0.5 Results. The author has carried out the review of the existing worldwide and domestic practice of numerical modeling of flood zones for rivers when solving the problems in the field of engineering design. The paper introduces the author's own model of the calculated flood zone on the example of the recultivation site «Mokhovskoye pole». The example of assessment of the impact on the recultivated object when implementing the most negative scenario (probable flooding of the pit in the period of the maximum water flow of 1 % occurrence) was shown, the advantages and disadvantages of applying different approaches in practice were described.