Долгосрочный метод сбора данных о наводнениях с применением регистраторов Solinst.
По данным Канадской базы данных катастроф, "катастрофические наводнения" происходят все чаще, и в целом Национальная климатическая оценка США сообщает, что количество сильных дождей во всем мире растет.
С увеличением числа наводнений возрастает потребность в точных данных об уровне воды.
В связи с усилением наводнений и разрушительных ливней (в значительной степени это можно объяснить изменением климата) растет потребность в более подробных данных о наводнениях.
Более точные данные о наводнениях позволяют принимать более эффективные решения руководителям водосборных бассейнов и аварийных служб, включая меры по обеспечению готовности к чрезвычайным ситуациям, распоряжения об эвакуации, закрытии дорог и эксплуатации водохранилищ, дамб и плотин.
Аризонский центр водных наук USGS - одно из учреждений, работающих над созданием новых методов регистрации точных и долгосрочных данных о наводнениях для принятия более обоснованных решений.
Мониторинг стока ручьев
Геологическая служба США в Аризоне проводит мониторинг речного стока с 1890-х годов. В настоящее время по всему штату установлено более 200 регистраторов уровня. Их цель - улучшить понимание и предсказать последствия наводнений путем сбора долгосрочных данных о потоке.
Существующие измерения паводковых явлений включают наблюдение за высокими отметками воды после сильного потока, а также ручные измерения стока во время паводка.
Однако исследования отметок высоких вод дают информацию о пиковом уровне и сбросе, но не дают полной картины повышения и понижения уровня воды в течение всего паводка.
Высокие отметки уровня не дают данных об уровне воды за весь период наводнения (Источник изображения: USGS)
Кроме того, ручные измерения расхода могут быть опасны и не могут быть выполнены в удаленных, труднодоступных местах во время наводнения.
Метод непрерывного вычисления площади склона.
Чтобы преодолеть пробелы в сборе данных, USGS в Аризоне разрабатывает метод непрерывного измерения площади склона (Continuous Slope-Area Method или сокращенно CSA).
Метод CSA предполагает создание участка (или зоны), где ведется непрерывный сбор данных об уровне воды в ручье. На участке устанавливаются три или более регистраторов уровня воды. Каждый регистратор располагается в поперечном сечении потока с аналогичными характеристиками, включая форму, уклон и течение.
Для выбора подходящего участка ручья проводится много исследований и полевых измерений (включая построение 3D модели профиля рельефа при помощи лидаров). Идеальным местом является прямой участок, который стабилен и не подвергается частому размыву или заполнению. Выбранные участки также находятся в местах, которые обычно недоступны во время наводнений.
Обследования и полевые данные также используются для определения геометрии и уклона русла, что необходимо для расчета расхода потока наряду с измерениями уровня воды.
В данном проекте используются регистраторы уровня воды Solinst. Эти регистраторы установлены в прочных металлических корпусах и расположены на прочных металлических или железобетонных конструкциях, вкопанных в берега ручья. Многие из них установлены на существующих гидропостах.
Регистратор Solinst, установленный в металлическом корпусе для записи непрерывных измерений уровня воды в ручье (Источник изображения: USGS)
Для автоматического измерения уровня воды регистраторы Solinst объединяют датчик абсолютного давления, датчик температуры и регистратор данных в компактном устройстве. Они разработаны для долговечного использования и практически не требуют обслуживания. Регистраторы оснащены литиевой батареей, имеют надежную память и программируются с помощью удобного ПО. Уровнемеры могут быть настроены на непрерывную запись высокочастотных показаний (с частотой до 0,125 секунды), и их можно оставлять без присмотра на длительное время.
Один Barologger устанавливается на каждом участке для получения барометрических данных, которые позже используются для компенсации данных Levelogger.
Регистраторы были установлены в различных типах ручьев, включая песчаные русла, русла, сложенные из камней и булыжников.
Регистраторы уровня воды Solinst Levelogger, установленные в металлических корпусах в различных типах ручьевых каналов (Источник изображения: USGS)
Регистраторы данных настроены на запись показаний уровня воды каждые пять минут в течение одного года. Кроме того, данные с регистраторов загружаются ежегодно после каждого крупного события, связанного с сильным течением.
Данные Levelogger об уровне воды загружаются ежегодно и после каждого наводнения (Источник изображения: USGS)
Улучшенные данные о речном потоке.
Непрерывные данные, регистрируемые регистраторами уровня воды Levelogger, позволяют получить полные гидрографы паводков. Это позволяет реконструировать весь поток, а не только его пик.
Метод непрерывного вычисления площади склона обеспечивает сбор данных об уровне воды на протяжении всего наводнения (Источник изображения: USGS).
При известной геометрии участка, регистрируемые глубины потока, могут быть использованы для расчета расхода во время подъема и спада паводковых вод. На данный момент полевые испытания этого метода дали полезные результаты для дальнейших исследований.
Для дальнейшего подтверждения метода CSA был проведен эксперимент в Юго-западном исследовательском центре по изучению водоразделов Министерства сельского хозяйства США. В Центре водораздела имеется несколько водосборных воронок с фиксированной геометрией, используемых для проведения контролируемых испытаний. Полевые испытания подтвердили точность метода.
Новые данные, полученные с помощью метода CSA, используются для калибровки существующих рейтингов "ступень-сброс" и сравнения с данными о прошлых наводнениях. Эти данные используются для прогнозирования будущих наводнений и их последствий, а также для получения более точной информации для принятия срочных мер.
В целом, метод CSA обеспечивает более точные измерения и отчетность о событиях, связанных с потоками и наводнениями. Поскольку нестабильная погода неизбежна в будущем, непрерывные долгосрочные данные будут ценным ресурсом.
Чтобы узнать больше о методе CSA, Аризонский центр водных исследований USGS подготовил ряд информативных видеороликов:
https://www.usgs.gov/media/videos/understanding-floods-long-term-streamflow-data-collection
https://www.usgs.gov/media/videos/reach-scale-monitoring-advances-stream-gaging
https://www.usgs.gov/media/videos/advances-streamgaging-reach-scale-monitoring-experiment-1-2
https://www.usgs.gov/media/videos/advances-streamgaging-reach-scale-monitoring-experiment-2-2
Для получения дополнительной информации о измерителях уровня воды Solinst, свяжитесь с нами, мы готовы обсудить ваши задачи мониторинга.
