GIS, hidraulinio modeliavimo ir visuomenės saugumo derinimas: išankstinio perspėjimo apie potvynių rizikos valdymą sistema Žiemgalos regione (Latvija)

Žiemgalos regionas yra žemumų teritorija, kurią labai veikia potvyniai dėl lygaus reljefo, tankaus upių tinklo ir drenažo neefektyvumo. Lielupės, vienos iš pagrindinių šios vietovės upių, kelias yra lėtas dėl žemo upės vagos nuolydžio. Jo salpos aukštis neviršija vieno metro virš vandens lygio. Prieš srovę nuo Jelgavos upė nukrenta tik 5–10 cm per kilometrą, o vaga yra daug mažesnė už vidutinį Baltijos jūros lygį. Dėl šių sąlygų vietovėje natūraliai kaupiasi vanduo, yra aukštas požeminio vandens lygis ir kyla drenažo sunkumų, ypač tokiose miesto vietovėse kaip Jelgava ir plokščiuose kaimo kraštovaizdžiuose.

Tikimasi, kad klimato kaita dar labiau padidins šį esamą su potvyniais susijusį pažeidžiamumą. Latvijos aplinkos, geologijos ir meteorologijos centro (Aplinkos apsaugos ir regioninės plėtros ministerija, 2019 m.) duomenimis, numatoma, kad iki XXI a. pabaigos (2071–2100 m.) metinis kritulių kiekis Latvijoje padidės maždaug 13 proc. pagal RCP4.5 (tarpinis šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimo scenarijus) ir 16 proc. pagal RCP8.5 (blogiausias išmetamųjų teršalų scenarijus), palyginti su 1961–1990 m. ataskaitiniu laikotarpiu. Didžiausias sezoninis padidėjimas numatomas žiemą: prognozuojama, kad kritulių kiekis pagal RCP4.5 padidės 24–37 proc., o pagal RCP8.5 scenarijų – 35–51 proc.( LVĢMC, 2017). „Copernicus“ klimato kaitos paslauga (C3S projekcijos, kurias įgyvendina ECMWF ir kurios prieinamos svetainėje „Climate-ADAPT“) taip pat rodo didėjantį ekstremalių kritulių kiekį tiek pagal RCP4.5, tiek pagal RCP8.5 (žr., pavyzdžiui, didžiausius per penkias dienas iš eilės susikaupusius kritulius ir ekstremalius metinius bendrus kritulius). Naujausiuose „Zemgale“ tyrimuose taip pat nustatyta, kad smarkios liūtys, viršijančios 30 mm per 24 valandas, yra svarbus su potvyniais susijęs pavojus, ir pabrėžta, kad besikeičiantys sniego ir ledo tirpimo modeliai kartu su intensyvesniais krituliais gali padidinti tiek upių, tiek pluvinių potvynių riziką regione (Veidemane et al., 2026).

2024 m. liepos mėn. buvo trečias drėgniausias liepos mėn. Latvijos stebėjimo rekordas – iškrito 132,1 mm kritulių, t. y. 75 proc. daugiau nei mėnesio norma (LVĢMC – 2024 m. liepos mėn. Latvijos upių režimo apžvalga). Jelgavoje užsitęsę krituliai gali sukelti potvynius ir pakenkti infrastruktūrai, o dėl žemos topografinės padėties ir aukšto vandens lygio drenažo ir paviršinių nuotekų sistemas sunku eksploatuoti. Kaimo vietovėse šie įvykiai gali turėti įtakos gyvenvietėms, kaimams ir derlingai žemės ūkio paskirties žemei, kuri atlieka svarbų vaidmenį regiono ekonomikoje.

Iššūkis yra ne tik sumažinti potvynių poveikį, bet ir padidinti pasirengimą, prognozavimo tikslumą ir institucinius reagavimo pajėgumus. Ekstremalūs krituliai dažnai būna trumpalaikiai ir geografiškai lokalizuoti, todėl sunku prognozuoti ir sutrumpėja įspėjimo laikas. Be to, potvynių modeliavimas plokščiame baseine su sudėtingu hidrografiniu tinklu yra techniškai sudėtingas. Prognozės tikslumas priklauso nuo meteorologinių ir hidrologinių duomenų prieinamumo ir kokybės, reljefo ir upių vagų modeliavimo ir gebėjimo greitai apdoroti informaciją.

Dar vienas iššūkis – poreikis pereiti nuo vietinio ir iš dalies rankinio ankstyvojo perspėjimo metodo prie regioninės, automatizuotos ir koordinuotos sistemos. Jelgavos miesto patirtis yra praktiškas atspirties taškas. Tačiau regionų plėtrai reikia geresnio duomenų integravimo, savivaldybių ir nacionalinių stebėsenos įstaigų bendradarbiavimo, techninių ekspertinių žinių ir visuomenės pasitikėjimo. Klaidingi pavojaus signalai arba praleisti įvykiai gali pakenkti piliečių pasitikėjimui sistema. Dėl šios priežasties prisitaikymo prie klimato kaitos priemone daugiausia dėmesio skiriama potvynių prognozavimo gerinimui, duomenų srautų automatizavimui ir savalaikiam informacijos apie turtą teikimui tiek valdžios institucijoms, tiek gyventojams.

Šis atvejis susijęs su Europos ir Latvijos potvynių rizikos valdymo, prisitaikymo prie klimato kaitos ir civilinės saugos politikos sistema. ES lygmeniu Potvynių direktyva nustatoma bendra potvynių rizikos vertinimo ir valdymo sistema, pagal kurią reikalaujama, kad valstybės narės parengtų potvynių grėsmės žemėlapius, potvynių rizikos žemėlapius ir potvynių rizikos valdymo planus. Šie planai turi būti skirti prevencijai, apsaugai ir pasirengimui, įskaitant potvynių prognozavimo ir ankstyvojo perspėjimo sistemas.

Latvijoje potvynių rizikos valdymas įgyvendinamas pagal upių baseinų valdymo ir potvynių rizikos valdymo planus. 2022–2027 m. planavimo laikotarpiui Latvija parengė Dauguvos, Gaujos, Lielupės ir Ventos upių baseinų rajonų integruoto upių baseinų valdymo ir potvynių rizikos valdymo planus. Šiuose planuose nustatomos potvynių rizikos zonos, galima potvynių žala ir nuostoliai, taip pat numatomos potvynių prevencijos ir potvynių rizikos mažinimo priemonių programos. Tai tiesiogiai susiję su Žiemgala, kurią kerta Lielupės ir Dauguvos upių sistemos.

Latvijos nacionaliniame prisitaikymo prie klimato kaitos plane iki 2030 m. nustatyta nacionalinė prisitaikymo prie klimato kaitos sistema. Plane nustatyta su klimatu susijusi rizika civilinei saugai ir nelaimių valdymui, įskaitant ekstremalius kritulius, upių nuotėkio pokyčius ir su potvyniais susijusią riziką. Jame taip pat pateikiami konkretūs nurodymai dėl ankstyvojo perspėjimo sistemų. Jame teigiama, kad ankstyvasis perspėjimas turėtų būti reaguojamojo pobūdžio, reguliariai atnaujinamas ir juo turėtų būti galima užtikrinti didelės skiriamosios gebos modeliavimą ekstremalių oro sąlygų poveikiui prognozuoti.

Priemonė taip pat dera su Latvijos civilinės saugos sistema. Pagal Civilinės saugos ir nelaimių valdymo įstatymą nelaimių rizikos vertinimas apima rizikos nustatymą, analizę ir vertinimą. Įstatyme pripažįstama žmonių teisė gauti išankstinius įspėjimus ir rekomendacijas, kaip elgtis nelaimės ar grėsmės atveju. Atsižvelgiant į tai, ankstyvojo perspėjimo apie potvynius sistema padeda tiek instituciniam pasirengimui, tiek visuomenės informavimui apie riziką.

Regioniniu lygmeniu 2021–2027 m. Žiemgalos planavimo regiono plėtros programa ir Žiemgalos planavimo regiono prisitaikymo prie klimato kaitos planas iki 2030 m. suteikia planavimo kontekstą regioniniam prisitaikymui prie klimato kaitos.

Pagrindinis priemonės tikslas – pagerinti pasirengimą potvynių rizikos valdymui Žiemgalos regione, išplečiant Jelgavos miesto vietos išankstinio perspėjimo apie potvynius sistemą iki regioninio lygmens ir įdiegiant prognozinį potvynių modeliavimą. Šia priemone remiamas ankstyvasis perspėjimas apie potvynius, sprendimų priėmimas ir civilinė sauga pasitelkiant regioninę keitimosi informacija realiuoju laiku ir jos analizės sistemą.

Konkretus tikslas – sudaryti sąlygas įvertinti potvynių riziką prieš įvykstant įvykiui ir suteikti viešosioms institucijoms ir piliečiams informaciją, kurios reikia norint pasirinkti tinkamas priemones žmonėms, sveikatai, aplinkai ir ekonominei veiklai veiksmingai apsaugoti.

Sistema taip pat gerina savivaldybių ir nacionalinių stebėsenos įstaigų bendradarbiavimą, išplečia išankstinio perspėjimo apie potvynių riziką sistemą visam regionui ir gerina sprendimų priėmėjų ir piliečių informavimą.

Prisitaikymo sprendimą sudaro išankstinio perspėjimo apie potvynių rizikos valdymą sistema. Jame potvynių modeliavimas (HEC-RAS hidraulinis modelis) derinamas su geografinės informacinės sistemos (GIS) informacija, įskaitant reljefo ir upių geometrijos duomenis, hidrologines prognozes, kadastrinius ir adresų duomenis bei potvynių žemėlapius, kartu su sprendimų palaikymo ir įspėjimo funkcijomis (IMPETUS, Deliverable D4.3 – Enable rapid and plataus masto change by Innovative Technologies).

Sistema sukurta siekiant spręsti problemas, susijusias su potvynių rizikos prognozavimu ir pasirengimu potvyniams regione, kuriam būdingas plokščias reljefas ir sudėtinga hidrologinė dinamika. Sistema naudoja HEC-RAS 2D hidraulinį modelį, kad imituotų vandens srautą dviem matmenimis. Šis modelis naudojamas potvynių modeliavimui ir prognozavimui ir gali būti integruotas su GIS, remiant duomenų apdorojimą ir vizualizavimą. Sistema automatiškai nuskaito Latvijos aplinkos, geologijos ir meteorologijos centro prognozių sistemos hidrologinių prognozių duomenis.

Modeliavimo rezultatai naudojami potencialioms potvynių teritorijoms nustatyti. Sistema ne tik padeda priimti institucinius sprendimus, bet ir tiesiogiai informuoja gyventojus, taip prisidėdama prie geresnio pasirengimo ir reagavimo pajėgumų. Šiuo metu ji apima apie 93 000 namų ūkių (apie 225 000 gyventojų) Žiemgalos regione.

Internetinė taikomoji programa yra labai svarbi socialiniu požiūriu, nes joje gyventojai gali užsiregistruoti ir pasirinkti ne daugiau kaip tris vietas, pavyzdžiui, namus, darbo vietą ar vaikų mokyklą, kad gautų tikslinius įspėjimus apie galimus potvynius.

Šiuo metu sistema gali prognozuoti potvynius likus vienai ar dviem dienoms iki jų atsiradimo. Nustačius riziką, įspėjami apmokyti ekspertai. Jie stebi situaciją, prireikus naudodami dronus, kad realiuoju laiku užfiksuotų vietovių, kurioms gresia pavojus, vaizdus. Šiais vaizdais dalijamasi su paveiktos bendradarbiavimo teritorijos civilinės saugos komisija, kuri taip pat yra atsakinga už vietos civilinės saugos planų rengimą. Ši komisija įvertina riziką ir nusprendžia, ar parengti evakuacijos punktus ir procedūras, ar tęsti stebėseną, jei grėsmė yra ribota.

Be reagavimo į ekstremalias situacijas, sistemoje saugomi duomenys apie potvynius, kurie yra svarbūs ilgalaikei analizei. Artimiausiu metu tai leis valdžios institucijoms įvertinti, kaip dažnai kyla potvyniai, kurios teritorijos yra labiausiai paveiktos ir kaip laikui bėgant keičiasi rizika. Šiomis įžvalgomis remiamasi Jelgavos prisitaikymo prie klimato kaitos plane, kuris buvo parengtas lygiagrečiai ir suderintas su ankstyvojo perspėjimo sistema. Planas turėtų būti orientuotas į būsimus potvynių valdymo sprendimus. Tokios galimybės apima gamtos procesais pagrįstus sprendimus, pavyzdžiui, šlapynių atkūrimą.

Numatoma ateityje išplėsti ankstyvojo perspėjimo sistemą. Tai galima padaryti naudojant dirbtiniu intelektu grindžiamus algoritmus, susietus su nacionaline stebėsenos sistema ir kitomis duomenų bazėmis. DI gali integruoti kelis duomenų šaltinius ir modeliavimo procesus į nuoseklią sistemą, galinčią imituoti potvynių įvykius ilgą laiką ir didele erdvine skiriamąja geba.

Tuo pačiu metu sistema yra lanksti. Remiantis ankstesne patirtimi Jelgavoje, jis sukurtas taip, kad jį būtų galima toliau tobulinti ir galbūt išplėsti. Galimi būsimi pokyčiai, be kita ko, apima sistemos išplėtimą iki nacionalinio lygmens ir modeliavimo pajėgumų stiprinimą, kad būtų galima spręsti kritulių sukeltų potvynių problemą už upių ribų. Kitas galimas būsimas pokytis galėtų būti tai, kad atnaujinti duomenų rinkiniai būtų prieinami ekspertams ir visuomenei kaip atvirieji duomenys.

Tačiau sistemos patikimumui šiuo metu įtakos turi prognozių tikslumo apribojimai. Tai priklauso nuo meteorologinių duomenų kokybės, reljefo atvaizdavimo ir hidrologinių prielaidų.

Nuo 2025 m., kai sistema pradėjo veikti, gyventojų ir įstaigų duomenų apie faktinį jos naudojimą kartu su jos veiklos rezultatais dar nėra. Tačiau jie bus prieinami vėliau, kai sistema bus išbandyta per pakankamą veikimo laikotarpį. Iki šiol sistema buvo patvirtinta atliekant modeliavimą, įvertinant jos funkcionalumą ir veikimą pagal modeliuojamus potvynių scenarijus.

Išankstinio perspėjimo sistema turi būti nuolat tobulinama ir prižiūrima, visų pirma kiek tai susiję su:

• įvesties duomenų (pvz., upių vagų tyrimų, jutiklių) kokybės ir tankumo gerinimas,
• hidrologinių ir hidraulinių modelių kalibravimas,
• Skaitmeninių nustatymų optimizavimas siekiant subalansuoti tikslumą ir skaičiavimo sąnaudas.

Šie aspektai rodo, kad sprendimo kokybė nėra statiška. Tam reikia nuolatinių techninių atnaujinimų, kad laikui bėgant būtų išlaikytas ir pagerintas našumas.

Išankstinio perspėjimo sistema yra kelių subjektų bendradarbiavimo rezultatas. Jelgavos skaitmeninis centras yra savivaldybės skaitmeninė institucija, koordinuojanti civilinės saugos procesus ir sukūrusi internetinę programą, kuri veikia kaip išankstinio perspėjimo sistema visuomenei. Žiemgalos planavimo regionas yra institucija, apimanti šešias savivaldybes ir koordinuojanti regioninės plėtros ir prisitaikymo prie klimato kaitos planavimą prižiūrint Aplinkos apsaugos ir regioninės plėtros ministerijai. Ji buvo atsakinga už HEC-RAS 2D hidraulinio modelio kūrimą. Latvijos aplinkos, geologijos ir meteorologijos centras renka, saugo ir teikia informaciją apie aplinką, įskaitant meteorologinius ir hidrologinius duomenis, kurie pagal modelį naudojami potvynių teritorijoms prognozuoti. Baltijos aplinkos forumas nagrinėja mokslo, pilietinės visuomenės, politikos ir administravimo sąsajas. Ji koordinavo suinteresuotųjų subjektų dalyvavimą kuriant ankstyvojo perspėjimo sistemą ir prisitaikymo prie klimato kaitos planą.

Suinteresuotųjų subjektų dalyvavimas buvo labai svarbus kuriant išankstinio perspėjimo apie potvynius sistemą. Suinteresuotųjų subjektų dalyvavimo strategijoje dalyvavo grupės, atstovaujančios keturgubos spiralės kategorijoms (akademinei bendruomenei, vyriausybei, pramonei ir bendruomenei), ir vietos, regioninių ir nacionalinių institucijų bei organizacijų atstovai. Procesas apėmė informavimą, bendradarbiavimą, keitimąsi informacija, konsultavimąsi ir bendrą sprendimo kūrimą. Taip pat konsultuotasi su įvairių sričių ekspertais, kurie dalyvavo keičiantis informacija apie potvynių rizikos prognozavimą.

Sėkmės veiksniai

Ankstyvojo perspėjimo sistemos kūrimą ir įgyvendinimą palaikė keli veiksniai. Tai, be kita ko, didelis vietos ir regionų suinteresuotųjų subjektų suinteresuotumas gerinti potvynių rizikos valdymą, didėjantis informuotumas apie su klimatu susijusią potvynių riziką ir gerosios praktikos pavyzdžių, pavyzdžiui, skaitmeninių dvynių, prieinamumas.

Pagrindinis įgalinantis veiksnys yra Jelgavos skaitmeninio centro, Žiemgalos planavimo regiono, Latvijos aplinkos, geologijos ir meteorologijos centro ir Baltijos aplinkos forumo bendradarbiavimas. Sistema taip pat remiasi jutikliais pagrįsta programa, kuri jau veikia Jelgavos mieste. Ši pradinio įspėjimo sistema visų pirma rėmėsi upių jutikliais vandens lygiui matuoti ir paprastu pranešimo mechanizmu gyventojams įspėti. Nors šis metodas pasirodė esąs vertingas vietos lygmeniu, jo funkcionalumas buvo ribotas ir trūko prognozavimo pajėgumų. Ši ankstesnė patirtis suteikė konsoliduotą techninę ir žinių bazę, kad sistema būtų išplėsta į platesnį Žiemgalos regioną.

Sprendimas turi aiškų didinimo potencialą. Jis skirtas išplėsti nuo Jelgavos miesto iki Žiemgalos regiono lygmens ir sujungti su nacionaliniu stebėsenos tinklu. Įgyvendinant projektą įgyta patirtis, įskaitant vadovą, taip pat gali padėti kitoms savivaldybėms sukurti ir eksploatuoti išankstinio įspėjimo apie potvynius sistemas.

Ribojantys veiksniai

Tačiau tebėra tam tikrų ribojančių veiksnių. Jie daugiausia susiję su duomenų prieinamumu, bendradarbiavimu su savivaldybėmis, techniniais pajėgumais ir visuomenės pasitikėjimu. Galimos kliūtys – neišsamūs duomenų rinkiniai ir sunkumai siekiant susitarimo su vietos savivaldybėmis dėl duomenų saugojimo ir susijusių paslaugų.

Ribotas aukštos kvalifikacijos ekspertų, galinčių savivaldybių lygmeniu naudoti HEC-RAS pagrįstas prognozavimo sistemas, skaičius taip pat gali lemti jos veikimą ir priklausomybę nuo išorinių GIS pagrįstų duomenų šaltinių. Vietos gyventojai taip pat gali nepasitikėti per ankstyvojo perspėjimo sistemą gautais įspėjimais, ypač jei generuojami klaidingi pavojaus signalai.

Veiksmui skirtas finansavimas pagal Europos Sąjungos mokslinių tyrimų ir inovacijų programą „Horizontas 2020“ (projektas IMPETUS). Informacijos apie konkrečias priemonės išlaidas nėra

Pagrindinė nauda – ankstyvojo perspėjimo informacijos išplėtimas įtraukiant daug gyventojų ir namų ūkių. Sistema apima apie 93 000 namų ūkių, t. y. apie 225 000 Žiemgalos regiono gyventojų. Taigi priemonė taikoma ne tik instituciniams naudotojams, bet ir tiesiogiai remia visuomenės pasirengimą, padėdama gyventojams ir valdžios institucijoms gauti tikslinę informaciją prieš potvynius. Suteikiant piliečiams galimybę pasirinkti konkrečias vietas tiksliniams įspėjimams teikti, pavyzdžiui, mokyklas, namus ar darbo vietas, sukuriama aiški socialinė vertė, nes tiesiogiai tenkinami bendruomenės poreikiai.

Ekonominiu požiūriu priemonės aktualumas yra susijęs su Žiemgalos vaidmeniu Latvijos ekonomikoje ir potvynių poveikiu tiek miesto, tiek kaimo vietovėms. 2023 m. bendrovė „Zemgale“ sukūrė 3,1 mlrd. EUR BVP, t. y. 7,8 proc. Latvijos BVP, o BVP vienam gyventojui buvo 13 626 EUR. Dėl didelio dirvožemio derlingumo regionas pasižymi stipriu žemės ūkio ir bioekonomikos profiliu. Todėl geresnis įspėjimas apie potvynius gali ne tik padėti apsaugoti namų ūkius, infrastruktūrą ir viešąsias paslaugas. Ji taip pat naudinga ekonominei veiklai, įskaitant žemės ūkį ir su maistu susijusias vertės grandines.

Priemonė naudinga priimant sprendimus dėl viešojo planavimo ir investicijų. Gerindamas informacijos apie potvynių riziką prieinamumą, jis gali padėti savivaldybėms ir regionų valdžios institucijoms teikti pirmenybę pasirengimo veiksmams, reagavimui į ekstremaliąsias situacijas ir būsimoms prisitaikymo priemonėms. Laikui bėgant su potvyniais susijusių duomenų rinkimas ir naudojimas gali padėti geriau suprasti potvynių dažnumą, pažeidžiamas teritorijas ir kintančius rizikos modelius. Tai padėtų orientuoti prisitaikymo prie klimato kaitos planavimą ir tinkamų struktūrinių ar gamtos procesais pagrįstų priemonių pasirinkimą.

Išankstinio perspėjimo sistema buvo sukurta per ketverius IMPETUS projekto, finansuojamo pagal ES programą „Horizontas 2020“ (2022–2025 m.), metus ir atitinkamai baigėsi numatytu projekto įgyvendinimo laiku.

Kadangi priemonė yra skaitmeninė ir operacinė paslauga, jos naudojimo trukmė turėtų būti suprantama kaip nepertraukiama, o ne apribota iš anksto nustatytu laikotarpiu.

Tikimasi, kad sistema veiks tol, kol ją prižiūrės, atnaujins ir naudos atsakingos institucijos. Jos tęstinumas priklauso nuo reguliarios techninės priežiūros, pradinių duomenų ir modelių atnaujinimo ir susijusių institucijų veiklos koordinavimo. Laikui bėgant sistema gali būti toliau tobulinama siekiant padidinti prognozių tikslumą arba pritaikyti jos funkcijas prie kintančių poreikių.

Marija Stocka
Manager at Project Management Division
Information Technology Development Department, Jelgava City Municipality Institution “Jelgava Digital Centre”

Mārīte Ieviņa
Head of Project Management Division
Information Technology Development Department, Jelgava City Municipality Institution “Jelgava Digital Centre”

jdc@jelgava.lv

Suinteresuotųjų subjektų praktinės patirties, susijusios su išankstiniu perspėjimu potvynių atveju, vadovas

Prisitaikymo prie klimato kaitos keliamos potvynių rizikos Žiemgalos regione (Latvija) mažinimo būdai

Prisitaikymo prie klimato kaitos planas Žiemgalos regione