Combinarea GIS, modelarea hidraulică și siguranța publică: un sistem de avertizare timpurie pentru gestionarea riscului de inundații în regiunea Zemgale (Letonia)

Regiunea Zemgale este o zonă de câmpie, foarte expusă inundațiilor din cauza terenului plat, a rețelei fluviale dense și a ineficiențelor de drenaj. Râul Lielupe, unul dintre principalele râuri din zonă, are un curs lent din cauza gradientului scăzut al albiei râului. Înălțimea zonei inundabile nu depășește un metru deasupra nivelului apei. În aval de Jelgava, râul scade cu doar 5-10 cm pe kilometru, în timp ce albia râului este mult mai mică decât nivelul mediu al Mării Baltice. Aceste condiții fac ca zona să fie predispusă în mod natural la acumularea de apă, la niveluri ridicate ale apelor subterane și la dificultăți de drenaj, în special în zonele urbane precum Jelgava și în peisajele rurale plate.

Se preconizează că schimbările climatice vor exacerba și mai mult aceste vulnerabilități existente legate de inundații. Potrivit Centrului leton de mediu, geologie și meteorologie (Ministerul Protecției Mediului și Dezvoltării Regionale, 2019), până la sfârșitul secolului XXI (2071-2100), se preconizează că precipitațiile anuale din Letonia vor crește cu aproximativ 13 % în cadrul RCP4.5 (scenariul intermediar privind emisiile de gaze cu efect de seră) și cu 16 % în cadrul RCP8.5 (scenariul cel mai nefavorabil privind emisiile) comparativ cu perioada de referință 1961-1990. Se preconizează că cea mai puternică creștere sezonieră va avea loc iarna, precipitațiile urmând să crească cu 24-37 % în cadrul RCP4.5 și cu 35-51 % în cadrul scenariului RCP8.5 (LVňMC, 2017). Serviciul Copernicus privind schimbările climatice (proiecțiile C3S, puse în aplicare de ECMWF și accesibile pe Climate-ADAPT) indică, de asemenea, creșterea precipitațiilor extreme atât în cadrul RCP4.5, cât și al RCP8.5 (a se vedea, de exemplu, precipitațiile maxime acumulate pe parcursul a cinci zile consecutive și precipitațiile totale anuale extreme). Cercetările recente privind Zemgale au identificat în continuare fenomenele de precipitații abundente care depășesc 30 mm în 24 de ore ca fiind un pericol important legat de inundații și au subliniat că schimbarea modelelor de topire a zăpezii și a gheții, împreună cu precipitațiile mai intense, pot crește atât riscul de inundații fluviale, cât și riscul de inundații pluviale în regiune (Veidemane et al., 2026).

Iulie 2024 a fost a treia cea mai umedă lună iulie din istoricul observațional al Letoniei, cu 132,1 mm de precipitații, cu 75 % peste norma lunară (LVĘMC– Prezentare generală a regimului fluvial leton din iulie 2024). În Jelgava, precipitațiile prelungite pot provoca inundații și daune infrastructurii, în timp ce topografia scăzută și pânzele de apă înalte îngreunează funcționarea sistemelor de drenaj și de apă pluvială. În zonele rurale, aceste evenimente pot afecta așezările, satele și terenurile agricole fertile, care joacă un rol important în economia regională.

Provocarea constă nu numai în reducerea expunerii la inundații, ci și în creșterea gradului de pregătire, a acurateței previziunilor și a capacității de răspuns instituțional. Fenomenele de precipitații extreme sunt adesea pe termen scurt și localizate spațial, ceea ce îngreunează previziunile și reduce timpii de avertizare. În același timp, modelarea inundațiilor într-un bazin plat cu o rețea hidrografică complexă este solicitantă din punct de vedere tehnic. Precizia previziunilor depinde de disponibilitatea și calitatea datelor meteorologice și hidrologice, de modelarea terenului și a albiei râurilor și de capacitatea de a prelucra rapid informațiile.

O altă provocare este necesitatea de a trece de la o abordare locală și parțial manuală a alertei timpurii la un sistem regional, automatizat și coordonat. Experiența orașului Jelgava oferă un punct de plecare practic. Cu toate acestea, extinderea regională necesită o mai bună integrare a datelor, cooperarea dintre municipalități și organismele naționale de monitorizare, expertiza tehnică și încrederea publicului. Alarmele false sau evenimentele ratate ar putea submina încrederea cetățenilor în sistem. Din acest motiv, măsura de adaptare se axează pe îmbunătățirea previziunilor privind inundațiile, pe automatizarea fluxurilor de date și pe furnizarea în timp util de informații la nivel de proprietate atât autorităților publice, cât și rezidenților.

Cazul este încadrat în cadrul de politică european și leton privind gestionarea riscului de inundații, adaptarea la schimbările climatice și protecția civilă. La nivelul UE, Directiva privind inundațiile stabilește un cadru comun pentru evaluarea și gestionarea riscurilor de inundații, solicitând statelor membre să pregătească hărți de hazard, hărți de risc de inundații și planuri de gestionare a riscului de inundații. Aceste planuri trebuie să abordeze prevenirea, protecția și pregătirea, inclusiv sistemele de previzionare a inundațiilor și de alertă timpurie.

În Letonia, gestionarea riscului de inundații este pusă în aplicare prin intermediul planurilor de gestionare a bazinelor hidrografice și de gestionare a riscului de inundații. Pentru perioada de planificare 2022-2027, Letonia a pregătit planuri de gestionare integrată a bazinelor hidrografice și de gestionare a riscului de inundații pentru districtele hidrografice Daugava, Gauja, Lielupe și Venta. Aceste planuri identifică zonele cu risc de inundații, potențialele daune și pierderi cauzate de inundații și includ programe de măsuri pentru prevenirea inundațiilor și reducerea riscului de inundații. Acest lucru este direct relevant pentru Zemgale, care este traversat de sistemele fluviale Lielupe și Daugava.

Planul național leton de adaptare la schimbările climatice până în 2030 oferă cadrul național de adaptare la schimbările climatice. Planul identifică riscurile legate de climă pentru protecția civilă și gestionarea dezastrelor, inclusiv precipitațiile extreme, modificările scurgerilor de râuri și riscurile legate de inundații. Aceasta include, de asemenea, indicații specifice privind sistemele de alertă timpurie. Acesta prevede că alerta timpurie ar trebui să fie reactivă, actualizată periodic și capabilă să asigure o modelare de înaltă rezoluție pentru prognozarea impactului condițiilor meteorologice extreme.

Măsura este, de asemenea, în concordanță cu cadrul de protecție civilă al Letoniei. În temeiul Legii privind protecția civilă și gestionarea dezastrelor, evaluarea riscurilor de dezastre include identificarea, analiza și evaluarea riscurilor. Legea recunoaște dreptul persoanelor de a primi alerte timpurii și recomandări cu privire la modul de acțiune în caz de dezastru sau amenințare. În acest context, un sistem de avertizare timpurie în caz de inundații sprijină atât pregătirea instituțională, cât și comunicarea publică a riscurilor.

La nivel regional, Programul de dezvoltare a regiunii de planificare Zemgale 2021-2027 și Planul de adaptare la schimbările climatice al regiunii de planificare Zemgale până în 2030 oferă contextul de planificare pentru adaptarea regională la schimbările climatice.

Principalul obiectiv al măsurii este de a spori gradul de pregătire pentru gestionarea riscului de inundații în regiunea Zemgale prin extinderea sistemului local de avertizare timpurie în caz de inundații din orașul Jelgava la nivel regional și prin introducerea modelării predictive a inundațiilor. Măsura sprijină alertele timpurii de inundații, procesul decizional și protecția civilă prin intermediul unui sistem regional de schimb și analiză de informații în timp real.

Un obiectiv specific este de a permite evaluarea riscurilor de inundații înainte de producerea unui eveniment și de a oferi instituțiilor publice și cetățenilor informațiile necesare pentru a selecta măsuri adecvate de protecție a oamenilor, a sănătății, a mediului și a activităților economice în mod eficient.

De asemenea, sistemul îmbunătățește cooperarea dintre municipalități și organismele naționale de monitorizare, extinde sistemul de alertă timpurie privind riscul de inundații la întreaga regiune și îmbunătățește comunicarea cu factorii de decizie și cu cetățenii.

Soluția de adaptare constă într-un sistem de alertă timpurie pentru gestionarea riscului de inundații. Acesta combină modelarea inundațiilor (modelul hidraulic HEC-RAS) cu informații bazate pe sistemul de informații geografice (GIS), inclusiv date privind geometria terenului și a râurilor, previziuni hidrologice, date cadastrale și de adresă și hărți de inundații, împreună cu funcționalități de asistență decizională și de avertizare (IMPETUS, livrabilul D4.3 – Facilitarea schimbării rapide și de anvergură prin tehnologii inovatoare.

Sistemul a fost conceput pentru a aborda provocările legate de predicția și pregătirea pentru riscul de inundații într-o regiune caracterizată de teren plat și dinamică hidrologică complexă. Sistemul utilizează modelul hidraulic HEC-RAS 2D pentru a simula debitul de apă în două dimensiuni. Acest model este utilizat pentru modelarea și prognozarea inundațiilor și poate fi integrat cu GIS, sprijinind prelucrarea și vizualizarea datelor. Sistemul citește automat datele de prognoză hidrologică din sistemul de prognoză al Centrului leton de mediu, geologie și meteorologie.

Rezultatele modelării sunt utilizate pentru a identifica potențialele zone inundabile. Sistemul nu numai că sprijină procesul decizional instituțional, ci și informează direct populația, contribuind la îmbunătățirea capacității de pregătire și răspuns. În prezent, acoperă aproximativ 93.000 de gospodării (aproximativ 225.000 de locuitori) din regiunea Zemgale.

Aplicația online are o relevanță socială ridicată, deoarece le permite rezidenților să se înregistreze și să selecteze până la trei locații, cum ar fi o casă, un loc de muncă sau o școală pentru copii, pentru a primi alerte specifice cu privire la potențiale inundații.

În prezent, sistemul poate prezice inundațiile cu una până la două zile înainte ca acestea să aibă loc. Atunci când se identifică un risc, experții instruiți sunt alertați. Ei monitorizează situația, folosind drone atunci când este necesar pentru a captura imagini în timp real ale zonelor amenințate. Aceste imagini sunt partajate cu Comisia pentru protecție civilă a teritoriului de cooperare afectat, care este, de asemenea, responsabilă de pregătirea planurilor locale de protecție civilă, această comisie evaluează riscul și decide dacă să pregătească puncte și proceduri de evacuare sau să continue monitorizarea în cazul în care amenințarea este limitată.

Pe lângă abordarea situațiilor de urgență, sistemul stochează date privind inundațiile care sunt relevante pentru analiza pe termen lung. În viitorul apropiat, acest lucru va permite autorităților să evalueze frecvența inundațiilor, zonele cele mai afectate și modul în care riscurile se schimbă în timp. Aceste informații contribuie la Planul de adaptare la schimbările climatice al Jelgava, care a fost elaborat în paralel și în coordonare cu sistemul de alertă timpurie. Se preconizează că planul va orienta alegerile viitoare pentru gestionarea inundațiilor. Astfel de opțiuni includ soluții bazate pe natură, cum ar fi refacerea zonelor umede.

Este prevăzută o extindere viitoare a sistemului de alertă timpurie. Acest lucru se poate realiza prin algoritmi bazați pe IA conectați la sistemul național de monitorizare și la alte baze de date. IA poate integra mai multe surse de date și procese de modelare într-un sistem coerent, capabil să simuleze inundațiile pe perioade îndelungate și la o rezoluție spațială ridicată.

În același timp, sistemul este flexibil. Pe baza experienței anterioare din Jelgava, acesta este conceput pentru a fi îmbunătățit în continuare și potențial extins. Printre evoluțiile viitoare potențiale se numără extinderea sistemului la nivel național și consolidarea capacităților de modelare pentru a aborda inundațiile induse de precipitații dincolo de contextele fluviale. O altă posibilă evoluție viitoare ar putea fi asigurarea accesibilității seturilor de date actualizate ca date deschise pentru experți și societate.

Cu toate acestea, robustețea sistemului este în prezent influențată de limitările în ceea ce privește precizia previziunilor. Acestea depind de calitatea datelor meteorologice, de reprezentarea terenului și de ipotezele hidrologice.

De când sistemul a devenit operațional în 2025, nu sunt încă disponibile date de monitorizare privind utilizarea sa efectivă de la rezidenți și instituții, alături de performanța sa. Cu toate acestea, ele vor deveni disponibile într-o etapă ulterioară, odată ce sistemul a fost testat pe o perioadă suficientă de funcționare. Până în prezent, sistemul a fost validat prin simulări, evaluându-i funcționalitatea și performanța în cadrul unor scenarii de inundații modelate.

Sistemul de avertizare timpurie necesită perfecționare și întreținere continuă, în special în ceea ce privește:

• îmbunătățirea calității și densității datelor de intrare (de exemplu, studii privind albia râurilor, senzori);
• calibrarea modelelor hidrologice și hidraulice;
• Optimizarea setărilor numerice pentru a echilibra precizia și costul computațional.

Aceste aspecte indică faptul că calitatea soluției nu este statică. Este nevoie de actualizări tehnice continue pentru a menține și îmbunătăți performanța în timp.

Sistemul de alertă timpurie este rezultatul colaborării dintre mai mulți actori. Centrul Digital Jelgava este o instituție digitală municipală care coordonează procesele de protecție civilă și a dezvoltat aplicația web care acționează ca sistem de alertă timpurie pentru public. Regiunea de planificare Zemgale este o instituție care cuprinde șase municipalități și coordonează dezvoltarea regională și planificarea adaptării la schimbările climatice sub supravegherea Ministerului Protecției Mediului și Dezvoltării Regionale. A fost responsabil pentru dezvoltarea modelului hidraulic HEC-RAS 2D. Centrul leton de mediu, geologie și meteorologie colectează, stochează și furnizează informații de mediu, inclusiv date meteorologice și hidrologice utilizate de model pentru a prezice zonele inundabile. Forumul Baltic pentru Mediu lucrează la interfața dintre știință, societatea civilă, politică și administrație. Aceasta a coordonat implicarea părților interesate pentru dezvoltarea sistemului de alertă timpurie și a planului de adaptare.

Participarea părților interesate a fost esențială pentru dezvoltarea sistemului de avertizare timpurie în caz de inundații. Strategia de implicare a părților interesate a implicat grupuri care reprezintă categoriile „cvadruple helix” (mediu academic, guvern, industrie și comunitate) și a inclus reprezentanți ai instituțiilor și organizațiilor locale, regionale și naționale. Procesul a inclus informarea, colaborarea, schimbul de informații, consultarea și co-crearea soluției. Experții din diverse domenii au fost, de asemenea, consultați și implicați în schimbul de informații privind predicția riscului de inundații.

Factori de succes

Mai mulți factori au sprijinit dezvoltarea și punerea în aplicare a sistemului de alertă timpurie. Printre acestea se numără interesul puternic al părților interesate de la nivel local și regional pentru îmbunătățirea gestionării riscului de inundații, sensibilizarea tot mai mare cu privire la riscurile de inundații legate de climă și disponibilitatea exemplelor de bune practici, cum ar fi gemenii digitali.

Un factor favorizant esențial este cooperarea dintre Centrul digital Jelgava, Regiunea de planificare Zemgale, Centrul leton de mediu, geologie și meteorologie și Forumul de mediu baltic. Sistemul se bazează, de asemenea, pe aplicația bazată pe senzori aflată deja în funcțiune în orașul Jelgava. Acest sistem de avertizare inițială s-a bazat în principal pe senzorii râurilor pentru a măsura nivelurile apei și pe un mecanism simplu de notificare pentru a alerta rezidenții. Deși această abordare s-a dovedit valoroasă la nivel local, funcționalitatea sa a fost limitată în ceea ce privește domeniul de aplicare și nu dispunea de capacitate predictivă. Această experiență anterioară a oferit o bază tehnică și de cunoștințe consolidată pentru extinderea sistemului la regiunea Zemgale în sens larg.

Soluția are un potențial clar de extindere. Acesta este conceput pentru a fi extins de la orașul Jelgava la nivelul regional Zemgale și pentru a fi conectat la rețeaua națională de monitorizare. Experiența dobândită prin intermediul proiectului, inclusiv manualul , poate sprijini, de asemenea, alte municipalități să instituie și să exploateze sisteme de avertizare timpurie în caz de inundații.

Factori de limitare

În același timp, persistă o serie de factori limitativi. Acestea se referă în principal la disponibilitatea datelor, cooperarea cu municipalitățile, capacitatea tehnică și încrederea publicului. Printre obstacolele potențiale se numără seturile de date incomplete și dificultățile de a ajunge la un acord cu municipalitățile locale în ceea ce privește stocarea datelor și serviciile conexe.

Disponibilitatea limitată a experților cu înaltă calificare pentru operarea sistemelor de predicție bazate pe HEC-RAS la nivel municipal poate, de asemenea, să condiționeze funcționarea acestuia, alături de dependența sa de surse externe de date bazate pe GIS. De asemenea, este posibilă neîncrederea în rândul localnicilor față de avertizările primite prin intermediul sistemului de avertizare timpurie, mai ales dacă sunt generate alarme false.

Acțiunea a primit finanțare din programul de cercetare și inovare Orizont 2020 al Uniunii Europene (proiectul IMPETUS). Nu sunt disponibile informații privind costurile specifice ale măsurii

Principalul beneficiu este extinderea informațiilor de avertizare timpurie la un număr mare de rezidenți și gospodării. Sistemul acoperă aproximativ 93.000 de gospodării, corespunzând la aproximativ 225.000 de locuitori din regiunea Zemgale. Astfel, măsura nu se limitează la utilizatorii instituționali, ci sprijină în mod direct pregătirea publicului, ajutând rezidenții și autoritățile să primească informații specifice înainte de inundații. Permiterea cetățenilor să selecteze locații specifice pentru alerte specifice, cum ar fi școlile, casele sau locurile de muncă, oferă o valoare socială clară prin abordarea directă a nevoilor comunității.

Din punct de vedere economic, relevanța măsurii este legată de rolul Zemgale în economia letonă și de expunerea atât a zonelor urbane, cât și a celor rurale la inundații. În 2023, Zemgale a generat 3,1 miliarde EUR din PIB, ceea ce reprezintă 7,8 % din PIB-ul Letoniei, cu un PIB pe cap de locuitor de 13 626 EUR. Pe baza fertilității ridicate a solului, regiunea are un profil agricol și bioeconomie puternic. Prin urmare, o mai bună avertizare în caz de inundații nu poate sprijini doar protecția gospodăriilor, a infrastructurii și a serviciilor publice. De asemenea, aceasta aduce beneficii activităților economice, inclusiv agriculturii și lanțurilor valorice legate de alimente.

Măsura oferă beneficii pentru deciziile de planificare publică și de investiții. Prin îmbunătățirea disponibilității informațiilor privind riscul de inundații, aceasta poate ajuta municipalitățile și autoritățile regionale să acorde prioritate acțiunilor de pregătire, răspunsului în situații de urgență și viitoarelor măsuri de adaptare. De-a lungul timpului, colectarea și utilizarea datelor legate de inundații pot sprijini o mai bună înțelegere a frecvenței inundațiilor, a zonelor expuse și a modelelor de risc în schimbare. Acest lucru ar contribui la orientarea planificării adaptării la schimbările climatice și la selectarea unor măsuri structurale sau bazate pe natură adecvate.

Sistemul de alertă timpurie a fost dezvoltat pe parcursul celor patru ani ai proiectului IMPETUS, finanțat în cadrul programului Orizont 2020 al UE (2022-2025) și s-a încheiat în consecință cu ora programată a proiectului.

Întrucât măsura este un serviciu digital și operațional, durata sa de viață ar trebui înțeleasă ca fiind mai degrabă continuă decât limitată la o perioadă predefinită.

Se preconizează că sistemul va rămâne operațional atât timp cât este menținut, actualizat și utilizat de autoritățile responsabile. Continuitatea sa depinde de întreținerea tehnică periodică, de actualizarea datelor de intrare și a modelelor și de coordonarea între instituțiile implicate. În timp, sistemul poate fi îmbunătățit în continuare pentru a crește precizia previziunilor sau pentru a-și adapta funcționalitățile la nevoile în schimbare.

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

Manual de know-how pentru părțile interesate privind avertizarea timpurie în caz de inundații

Căi de adaptare pentru a aborda riscul de inundații indus de schimbările climatice în regiunea Zemgale, Letonia

Planul de adaptare la schimbările climatice în regiunea Zemgale