Перегляд повідомлення

Через вторгнення військ РФ на територію України, інтенсивні бойові дії на північному заході від Києва й обстріл військами РФ інфраструктурних об’єктів Києва ракетами великої потужності виникла загроза затоплення берегів Дніпра в Києві внаслідок прориву дамби Київської ГЕС і затоплення сіл Козаровичі й Демидів та інших населених пунктів у заплаві річки Ірпінь унаслідок ушкодження дамби Ірпінського гідровузла 26 лютого 2022 року. Науковці відділу математичного моделювання навколишнього середовища й відділу математичного моделювання морських і річкових систем Інституту проблем математичних машин та систем (ІПММС) НАН України спрогнозували характер затоплення територій Києва внаслідок прориву, що може бути допоміжним матеріалом для розроблення заходів своєчасного реагування на можливу катастрофу, попередження й захисту населення, а також захисту об’єктів особливого призначення.

*     *     *

І. Прогноз затоплення берегів Дніпра в Києві внаслідок прориву дамби Київської ГЕС за її можливого руйнування через бойові дії під час російського вторгнення в Україну 2022 року

 

Унаслідок вторгнення військ РФ на територію України, інтенсивних бойових дій на північному заході від Києва, обстрілу військами РФ інфраструктурних об’єктів Києва ракетами великої потужності виникла загроза ушкодження і руйнування дамби Київської ГЕС (рис.1).

Рис.1. Київська ГЕС. Вигляд будівлі та греблі ГЕС із південного заходу

Руйнування дамби Київської ГЕС небезпечне раптовим і неконтрольованим викидом великої кількості з води Київського водосховища, швидким поширенням хвилі прориву від зруйнованої дамби заплавою Дніпра, затопленням берегів Києва, матеріальними збитками місту, шкодою здоров’ю людей та їхньою загибеллю.

Науковці ІПММС НАН України спрогнозували характер затоплення територій Києва внаслідок прориву, що може бути допоміжним матеріалом для розроб0лення заходів своєчасного реагування на можливу катастрофу, попередження і захисту населення, захисту об’єктів особливого призначення.

Прогноз складено для періоду інтенсивних обстрілів інфраструктури Києва, на кінець лютого – початок березня 2022 року, для гідрологічної ситуації весняного водопілля, що склалася на цей період.

Характер затоплення визначається геометрією руйнування дамби і гідрологічною ситуацією на момент прориву: припливом води у Київське водосховище, рівнем води у водосховищі, витратою Десни, підпірним рівнем нижче за течією Дніпра на верхньому б’єфі дамби Канівської ГЕС. За низького водопілля 2022 року головним чинником є рівень води у Київському водосховищі.

Дані про гідрологічну ситуацію на Дніпрі та його притоках, про рівні води Київського й Канівського водосховищ надали фахівці Українського гідрометеорологічного центру (Укргідрометцентру).

Прогноз підготовлено за допомогою «Системи оперативного прогнозування затоплень берегової забудови м. Києва при піднятті рівня води в р. Дніпро у результаті високих повеней чи руйнування греблі Київської ГЕС», розробленої за профінансованим Національним фондом досліджень України (НФДУ) проєктом 2020.01/0421 «Прогнозування небезпечних впливів радіоактивно забруднених поверхневих вод і затоплення берегів: розвиток моделей та їх впровадження для зменшення наслідків надзвичайних ситуацій у м. Києві, спричинених водами р. Дніпро».

Систему налаштовано й верифіковано за даними історичних повеней 1979 і 2004 рр. При її тестуванні було продемонстровано високу точність прогнозу зон затоплень прибережної зони Києва у випадках високих повеней.

Результати прогнозу: зона затоплення – межі затоплюваної території, максимальні глибини на затопленій території, прихід і спад хвилі прориву в контрольних точках у районах Києва, що потрапляють до зони затоплення.

Розглянуто дві дати можливого прориву – 25 лютого і 2 березня 2022 року – та три можливі ширини прорану в дамбі ГЕС: 400 м, 280 м, 100 м. Довжина греблі ГЕС – 288 м, разом із дамбами лівого і правого берегів загальна довжина – близько 400 м (рис.1). Руйнування греблі разом з обома дамбами відповідає малоймовірному сценарію із прораном 400 м. Реалістичніші сценарії: повне руйнування греблі – сценарій із прораном 280 м і її часткового руйнування – сценарій із прораном 100 м.

Оскільки 2 березня рівень Київського водосховища (102.73 м) вищий за його рівень 25 лютого (102.65 м), прорив дамби за вищого рівня водосховища призводить до збільшення території затоплення. Інші гідрологічні показники на 2 березня: приплив води до Київського водосховища – 1450 м³/с, скид Київської ГЕС – 1664 м³/с, витрата Десни – 218 м³/с, підпірний рівень Канівського водосховища – 91.43 м.

На рис.2 наведено прогнозовані глибини затоплення берегів Києва при прориві дамби 2 березня 2022 р. за рівня Київського водосховища 102.73 м.

Рис.2. Глибини затоплення берегів Києва при прориві дамби Київської ГЕС для проранів: а) завширшки 280 м і б) 100 м

Найбільші площі затоплення спостерігаються у місцях зниженого рельєфу на півночі (від дамби ГЕС до меж Києва, мікрорайонів Оболонь і Троєщина) й на півдні (від мосту Південний до захисних дамб у Козині та Процеві, що не переливаються).

У межах Києва можуть затоплюватися: невеликі ділянки вздовж Оболонських озер, острови Труханів, Долобецький, Венеційський, дачні й котеджні містечка на Лівому березі (містечко Деснянське, Русанівські сади на півночі, Нижні сади на півдні). На півдні Києва більша територія під загрозою затоплення: ділянка Голосіївського району від Дніпра до Столичного шосе, село Осокорки, 11-й мікрорайон Позняків, мікрорайон Осокорки до вулиці Ревуцького, мікрорайон Бортничі до озер Заплавне і Вітовець.

У таблиці нижче наведено глибини затоплення в деяких контрольних точках у Києві.

Приклад графіка приходу і спаду хвилі прориву в контрольній точці на Русанівських садах (вул. 15-а Садова) наведено на рис.3.

Рис.3. Прихід і спад хвилі прориву у контрольній точці на Русанівських садах, вул. 15-а Садова при прориві дамби Київської ГЕС для проранів завширшки 280 м і 100 м

Від величини прорану в дамбі залежить не тільки глибина на затоплюваній ділянці, а й час початку затоплення і час досягнення максимальної глибини затоплення. Навіть при повному руйнуванні греблі є час для евакуації або підняття на безпечну висоту (вище першого поверху). Для прорану 280 м – це 8 годин, що відповідають глибині 1.2 м, ще безпечної для дорослої людини. Для прорану 100 м – 23 години 20 хвилин.

Змодельовані дані прориву дамби Київської ГЕС 02.03.2022 р. для проранів 280 м і 100 м передано спеціалістам «Центру ГІС Аналітик». На їхній основі за допомогою програми ArcGIS створено інтерактивну карту зон і глибин затоплення берегів Дніпра у Києві внаслідок прориву дамби на підкладці OpenStreetMap. В Інтернеті карта доступна для авторизованих користувачів. Її інтерфейс показано на рис.4.

Рис.4. Інтерфейс інтерактивної карти затоплення берегів Києва при прориві дамби Київської ГЕС

*     *     *

ІІ. Прогноз затоплення сіл Козаровичі й Демидів та інших населених пунктів у заплаві річки Ірпінь унаслідок ушкодження дамби Ірпінського гідровузла 26 лютого 2022 року через бойові дій під час російського вторгнення в Україну

Розглянуто сценарій затоплення заплави Ірпеня за рівня Київського водосховища 103.6 м, що відповідає форсованому рівню водосховища у 20-х числах березня 2022 року. Змодельовано межі зони затоплення й розподіл глибин затоплення в заплаві Ірпеня.

26 лютого 2022 року через бойові дій під час Російського вторгнення в Україну було ушкоджено дамбу Ірпінського гідровузла, що регулює водообмін між річкою Ірпінь і Київським водосховищем (рис.1).

Рис.1. Супутниковий знімок Ірпінського гідровузла і заплави р. Ірпінь, що прилягає до нього

Рівень заплави р. Ірпінь нижчий від рівня водосховища, воду річки перекачують до водосховища електричними насосами. Внаслідок ушкодження дамби вода з водосховища почала затоплювати долину річки. Затоплення не було стрімким, рівень води піднімався поступово, але згодом, приблизно з середини березня, виникла загроза підтоплення сіл Козаровичі й Демидів, що лежать біля дамби (рис.1), а також інших населених пунктів, розташованих у долині Ірпеня вище за його течією.

Під час весняної повені, посиленого припливу води до Київського водосховища, підняття його рівня, неможливості відновити дамбу через бойові дії постали питання: яка максимальна територія в долині Ірпеня може бути затоплена, якими можуть бути глибини затоплення,  а також чи існує загроза господарським об’єктам і населенню.

Науковці ІПММС НАН України підготували відповідний прогноз затоплення долини р. Ірпінь унаслідок ушкодження дамби Ірпінського гідровузла.

2021 року в цьому Інституті розробили «Систему оперативного прогнозування затоплень берегової забудови м. Києва при піднятті рівня води в р. Дніпро у результаті високих повеней чи руйнування греблі Київської ГЕС» в межах фінансованого Національним фондом досліджень України проєкту 2020.01/0421 «Прогнозування небезпечних впливів радіоактивно забруднених поверхневих вод і затоплення берегів: розвиток моделей та їх впровадження для зменшення наслідків надзвичайних ситуацій у м. Києві, спричинених водами р. Дніпро».

Для прогнозу затоплення модель Київського водосховища доповнили рельєфом долини р. Ірпінь вилученим із загальнодоступного набору топографічних даних Copernicus GLO-30 Digital Elevation Model.

Через відсутність даних про рельєф дна річок у топографії Copernicus і за відсутності доступних вимірювань глибин р. Ірпінь у моделі не було відтворено русло Ірпеня. Тому при прогнозуванні затоплення не враховувалася витрата Ірпеня, що прийнятно на ділянці долини, ближчої до гирла, де характер затоплення визначається насамперед рівнем Київського водосховища.

За даними, що їх надали фахівці Укргідрометцентру, найвищий рівень Київського водосховища у березні сягав 103.63 м, середній приплив води до водосховища становив 1670 м³/с.

На рис.2 наведено оброблені супутникові знімки Sentinel-2 долини р. Ірпінь із нанесеною межею спрогнозованої за даними Укргідрометцентру зони затоплення. Порівняння зі знімками показує, що прогноз відтворює межі реальної затопленої території.

Для точнішого порівняння потрібне співставлення з безпосередніми дослідженнями затоплення на місцевості: фотознімками затоплених ділянок, спостереженнями урізу води, позначками рівнів води на господарських об’єктах і так далі.

Рис.2. Спрогнозована зона затоплення долини річки Ірпінь на оброблених супутникових знімках Sentinel-2: а) знімок із комбінацією короткохвильових інфрачервоних зон (SWIR); б) знімок із комбінацією зон, що дає нормалізований різницевий водний індекс (NDWI)

Відповідно до прогнозу, серед населених пунктів у долині Ірпеня суттєво затоплюється лише с. Демидів. У с. Козаровичі вода підступає до околиці вулиць Ірпінської та Комсомольської, затоплюються лиш окремі земельні ділянки і будівлі. У Гуті-Межигірський затоплюється крайня вулиця Дачного кооперативу «Лютізький». У Демидові затоплюється значно більша ділянка на сході села: вулиці Ірпінська, Садова, Богдана-Хмельницького, Поштова. Вода підступає до Київської вулиці, якою пролягає автошлях Р-02. 27 квітня американське видання «The New York Times» опублікувало матеріал про затоплення села Демидів – на фото і відео показано затоплення саме цієї ділянки села.

Учені ІПММС НАН України спільно з фахівцями Центру ГІС Аналітик передали спрогнозовані дані, межу зони затоплення і максимальні глибини затоплення в долині Ірпеня до Державної служби України з надзвичайних ситуацій.

Розроблена система дозволить прогнозувати зменшення зон затоплень у заплаві р. Ірпінь унаслідок літнього зниження припливів води до Київського водосховища з річок Тетерів, Прип’ять і Дніпро.

 

За інформацією Інституту проблем математичних машин та систем НАН України

 

P.S. Автор світлини на обкладинці – Девід Ґуттенфельдер (David Guttenfelder), ‘The New York Times’.