СЦЕНАРІЇ ЗАТОПЛЕННЯ НАВКОЛИШНІХ ТЕРИТОРІЙ ПРИ ПРОРИВІ ДАМБИ КАХОВСЬКОЇ ГЕС

Зміст

1. Передумови дослідження 
2. Катастрофічний сценарій
3. Реалістичний сценарій
4. Імовірний сценарій
5. Аналіз динаміки рівня води на підтоплених територіяхстаном на 09 червня 2023 року
6. Висновки
7. Посилання на використані джерела

1. Передумови дослідження. В результаті виконання серії форсайтних досліджень у вересні-жовтні 2022 року командою Світового центру даних «Геоінформатика і сталий розвиток» передбачалася ймовірність підриву дамби Каховської ГЕС. У зв’язку з цим було проведено широкомасштабне комп’ютерне моделювання затоплення навколишніх територій і побудовані три можливі сценарії цієї катастрофи:

1. Катастрофічний сценарій;
2. Реалістичний сценарій;
3. Імовірний сценарій. 

Для проведення моделювання використовувалися дані цифрової моделі рельєфу (ЦМР) від Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) [1]. Дані щодо гідрологічних мереж було отримано з відкритих каталогізованих джерел геопросторових даних (OSM, ESRI geodata) [2,3].

В ході дослідження застосовувалися методи спектрального аналізу знімків, метод оцінки зміни індексів знімків, зокрема: Normalized Difference Moisture Index (NDMI), Normalized Difference Water Index (NDWI), крігінг, засоби групи інструментів гідрологічного аналізу ГІС, алгебри карт, метод виявлення зміни значення пікселя та методи глибокого машинного навчання у середовищі географічних інформаційних систем (ГІС).

При опрацюванні даних використовувалися спеціально розроблені у геоінформаційному середовищі Світового центру даних «Геоінформатика і сталий розвиток» моделі для оцінки поширення розливу води в результаті руйнування антропогенних споруд (дамб, шлюзів, гідровузлів тощо). Враховувалося, що рівень висот поверхні води Каховського водосховища біля ГЕС становить 13 м (± 2,5 м). 

2. Катастрофічний сценарій. Цей сценарій теоретично можливий, але на практиці малоймовірний (вірогідність його виникнення менше 4%). Він грунтується на припущенні про максимальну зону затоплення в результаті одномоментного повного знищення дамби Каховської ГЕС. В реальних умовах реалізації цього сценарію будуть заважати чинники формування морфометричної структури басейну гирла Дніпра та обмеження стосовно максимально можливого об’єму води із Каховського водосховища (води з водосховища не вистачить покрити таку велику площу, рис. 1).

Рис. 1. Катастрофічний сценарій затоплення прилеглих до ГЕС територій

3. Реалістичний сценарій.  Розглядається зона потенційного максимального затоплення, що охоплює найбільші за площею території, які можуть бути заповнені водою в результаті повного знищення дамби Каховської ГЕС. Цей сценарій відрізняється від попереднього (катастрофічного) врахуванням максимально можливого об’єму води з Каховського водосховища, який може затопити оточуючі території.

Такий сценарій має вірогідність виникнення 15 %, оскільки у випадку прориву дамби беруться до уваги максимально можливі масштаби затоплення території, рис. 2. 

Рис. 2. Реалістичний сценарій максимального затоплення прилеглих до ГЕС територій

4. Імовірний сценарій. Грунтується на припущенні, що при прориві дамби відбудеться заповнення водою ділянок із найбільш вірогідними зонами затоплення території (рис. 3). Вірогідність виникнення цього сценарію - 80 %.

Сценарій відрізняється від попередніх (катастрофічного та реалістичного) тим, що передбачає не повну одночасну руйнацію всієї дамби, а лише суттєве руйнування тільки 30-60 % від її повної конструкції. Це призведе до значно меншої руйнівної хвилі (до 3,5 м), меншого витоку води за одиницю часу, що знизить можливе просування води по території і зменшить її максимальну площу, яка може бути затоплена у разі такого масштабу прориву.
 

Рис. 3. Імовірний сценарій затоплення прилеглих до ГЕС територій

Максимальний екстент (охоплення) затопленої території при втіленні імовірного сценарію може відбутися за 3-5 днів від моменту руйнування дамби, в залежності від пори року (стан промерзання ґрунтового покриву, стан вологовмісту тощо):

• Так, з настанням морозів і сильним зволоженням території (кінець листопада – початок березня) вода може покрити всю зазначену на карті територію за три дні;
• При теплій і сухій погоді, особливо влітку та на початку осені, територія може бути затоплена за 5 днів, оскільки на швидкість просування впливатимуть фільтраційні фактори поверхні території та температура повітря;
• Однак за умов затяжної дощової погоди в літній час затоплення може так само скоротитися до 3 днів.

При цьому, узбережжя правого берега Дніпра (північна частина карти) постраждає у 8 разів менше, ніж ліва частина берега (південна частина). Загальна площа, яка може бути потенційно вкрита водою (разом з руслом і гирлом Дніпра) сягає 1126 км2. Мінімальна ширина затопленої смуги території сягає 2,3 км біля самої ГЕС, максимальна – 23 км біля гирла річки. Ширина максимальної не суцільної смуги затоплення (з елементами незатоплених територій у середині зони) сягає 38 км.

З великих населених пунктів буде затоплено прибережну частину Херсону (рис. 4).
 

Рис. 4. Затоплена прибережна частина Херсону

Також під водою можуть опинитися населенні пункти Олешки та Гола Пристань. Частково може затопити Олександрівку, Широку Балку, Софіївку, Виноградне та інші зазначені на карті населені пункти. Рівень води, який може затопити вказані населені пункти може коливатися, і в залежності від ступеню руйнування дамби може становити від декількох десятків десятків сантиметрів до 1,5 м і більше (в невеликих локальних пониженнях).

До м. Миколаєва великий рівень води (більше 1 м) може дійти тільки за умови реалізації попереднього катастрофічного сценарію. Комп’ютерне моделювання вказує на те, що хвиля за 3-5 днів має згаснути і не вплинути значним чином на підняття рівня води в акваторії м. Миколаєва.

За 5-7 днів після прориву дамби рівень води на затоплених територіях має почати стрімко спадати і, в залежності від сезону року, має повернутися до попередньої норми (це твердження є досить умовним, оскільки попередня норма може повністю повернутися виключно при повній відбудові дамби). У квітні - вересні це може скласти 1 тиждень (за умови сухої погоди), у жовтні – березні – 2 тижні і більше. Вода залишатиметься на 1-2 місяці в локальних пониженнях, площа яких не перевищує декількох квадратних кілометрів.

5. Аналіз динаміки рівня води на підтоплених територіях станом на 09 червня 2023 року. Станом на першу половину дня 09.06.2023 року ситуація розвивається ближче до Імовірного сценарію. Спостерігається незначне падіння рівня води (до 30 см, роздільна здатність знімків не дозволяє сказати точніше) на правому березі Дніпра у районах безпосередньої близькості до самої ГЕС. Динаміку затоплення найближчих до Каховської ГЕС територій (30 км від дамби) за період 5-9 червня 2023 року проілюстровано на рис. 5 серією космічних знімків Sentinel-3 OLCI. 

Рис. 5. Динаміка затоплення найближчих до Каховської ГЕС територій (30 км від дамби) протягом 5-9 червня 2023 року.

Прогнозується незначне зростання рівнів води у наступні два дні нижче за течією Дніпра, особливо поблизу гирла на лівому березі. Потім прогнозується поступове зниження рівнів води на всіх затоплених ділянках. Серію космічних знімків Sentinel-3 OLCI, що демонструє динаміку затоплення територій нижче рівня Каховської за період 5-9 червня 2023 року, наведено на рис. 6.

Рис. 6. Динаміка затоплення територій нижче рівня Каховської ГЕС за 5-9 червня 2023 року.

Якщо літо не буде аномально спекотним і сухим, зони локальних понижень залишатимуться підтопленими тривалий час (до кількох місяців). Комплекс робіт з ідентифікації таких зон і прогнозування швидкості їх висихання буде виконано в ході подальшого дослідження.

6. Висновки

1. Результати дослідження, проведеного Світовим центром даних «Геоінформатика і сталий розвиток» вказують на надзвичайно високий рівень небезпеки, яка пов’язана з підривом дамби Каховської ГЕС. Повністю або частково у зоні ураження можуть опинитися біля 100 населених пунктів, з них зазнають значних затоплень біля 40 населених пунктів (частка території населеного пункту під водою складає 45 %).
    
2. Аналіз факторів поширення ударної хвилі свідчить, що за час, поки наслідки від хвилі дійдуть до гирла р. Південний Буг (3-4 дні при повному руйнуванні дамби, 6 днів – при частковому руйнуванні) її руйнівні можливості згаснуть і значним чином не вплинуть на ситуацію із рівнем води у місті Миколаїв.
    
3. За 5-7 днів після прориву дамби рівень води на затоплених територіях має почати стрімко спадати і, в залежності від сезону року, має повернутися до попередньої норми (це досить умовно, оскільки попередня норма може повністю повернутися виключно при повній відбудові дамби). У квітні - вересні це може скласти 1 тиждень (за умови сухої погоди), у жовтні – березні – 2 тижні і більше. В окремих локальних пониженнях, площа яких не перевищує декількох квадратних кілометрів, вода залишиться ще на 1-2 місяці.

7. Посилання на використані джерела даних:

1. The Platform for Big Data in Agriculture; 
2. OpenStreetMap; 
3. ArcGIS Living Atlas of the World.

© World Data Center
    for Geoinformatics and Sustainable Development
June 09, 2023