Združevanje GIS, hidravličnega modeliranja in javne varnosti: sistem zgodnjega opozarjanja za obvladovanje poplavne ogroženosti v regiji Zemgale (Latvija)

Regija Zemgale je nižinsko območje, ki je zelo izpostavljeno poplavam zaradi ravnega terena, gostega rečnega omrežja in neučinkovitosti odvodnjavanja Reka Lielupe, ena glavnih rek na tem območju, ima počasen tok zaradi nizkega naklona rečne struge. Višina poplavne ravnice ne presega enega metra nad vodostajem. Nižje od Jelgave se reka spusti le 5–10 cm na kilometer, medtem ko je struga precej nižja od povprečne ravni Baltskega morja. Zaradi teh razmer je območje naravno nagnjeno h kopičenju vode, visokim nivojem podzemne vode in težavam z odvajanjem, zlasti na mestnih območjih, kot je Jelgava, in v ravnih podeželskih pokrajinah.

Pričakuje se, da bodo podnebne spremembe še povečale te obstoječe ranljivosti, povezane s poplavami. Po podatkih latvijskega centra za okolje, geologijo in meteorologijo (ministrstvo za varstvo okolja in regionalni razvoj, 2019) naj bi se do konca 21. stoletja (2071–2100) letne padavine v Latviji povečale za približno 13 % v skladu z RCP4.5 (scenarij vmesnih emisij toplogrednih plinov) in 16 % v skladu z RCP8.5 (najslabši scenarij emisij) v primerjavi z referenčnim obdobjem 1961–1990. Najmočnejše sezonsko povečanje se pričakuje pozimi, pri čemer naj bi se padavine v skladu z RCP4.5 povečale za 24–37 %, v skladu s scenarijem RCP8.5 pa za 35–51 % (LVĢMC, 2017). Tudi Copernicusova storitev za spremljanje podnebnih sprememb (projekcije C3S, ki jih izvaja ECMWF in so dostopne na platformi Climate-ADAPT) kaže na vse večje količine ekstremnih padavin v skladu z RCP4.5 in RCP8.5 (glej na primer največje količine padavin, nakopičene v petih zaporednih dneh, in skupno količino ekstremnih letnih padavin). V nedavnih raziskavah o Zemgalu so bili močni padavinski pojavi, ki so v 24 urah presegli 30 mm, nadalje opredeljeni kot pomembna nevarnost, povezana s poplavami, in poudarjeno je bilo, da lahko spreminjanje vzorcev snega in taljenja ledu skupaj z intenzivnejšimi padavinami poveča tveganje poplav ob rekah in pluvialu v regiji (Veidemane et al., 2026).

Julij 2024 je bil tretji najbolj moker julij v latvijskem opazovalnem zapisu s 132,1 mm padavin, kar je 75 % nad mesečno normo (LVĢMC– pregled latvijskega rečnega režima iz julija 2024). V Jelgavi lahko dolgotrajne padavine povzročijo poplave in škodo na infrastrukturi, medtem ko nizka topografija in visoke vodne gladine otežujejo delovanje drenažnih in meteornih sistemov. Na podeželskih območjih lahko ti dogodki vplivajo na naselja, vasi in rodovitna kmetijska zemljišča, ki imajo pomembno vlogo v regionalnem gospodarstvu.

Izziv ni le zmanjšanje izpostavljenosti poplavam, temveč tudi povečanje pripravljenosti, natančnosti napovedi in zmogljivosti institucionalnega odzivanja. Ekstremne padavine so pogosto kratkotrajne in prostorsko lokalizirane, kar otežuje napovedovanje in zmanjšuje opozorilne čase. Hkrati je modeliranje poplav v ravninskem bazenu s kompleksno hidrografsko mrežo tehnično zahtevno. Natančnost napovedi je odvisna od razpoložljivosti in kakovosti meteoroloških in hidroloških podatkov, modeliranja terena in struge ter zmogljivosti za hitro obdelavo informacij.

Dodaten izziv je potreba po prehodu z lokalnega in delno ročnega pristopa zgodnjega opozarjanja na regionalni, avtomatiziran in usklajen sistem. Doživetje mesta Jelgava je praktično izhodišče. Vendar so za regionalni razvoj potrebni boljše povezovanje podatkov, sodelovanje med občinami in nacionalnimi organi za spremljanje, tehnično strokovno znanje in zaupanje javnosti. Lažni alarmi ali zamujeni dogodki bi lahko spodkopali zaupanje državljanov v sistem. Zato se prilagoditveni ukrep osredotoča na izboljšanje napovedovanja poplav, avtomatizacijo pretoka podatkov in zagotavljanje pravočasnih informacij na ravni nepremičnin javnim organom in prebivalcem.

Primer je umeščen v okvir evropske in latvijske politike za obvladovanje poplavne ogroženosti, prilagajanje podnebnim spremembam in civilno zaščito. Na ravni EU direktiva o poplavah vzpostavlja skupni okvir za ocenjevanje in obvladovanje poplavne ogroženosti, v skladu s katerim morajo države članice pripraviti karte poplavne nevarnosti, karte poplavne ogroženosti in načrte za obvladovanje poplavne ogroženosti. Ti načrti morajo obravnavati preprečevanje, zaščito in pripravljenost, vključno z napovedovanjem poplav in sistemi zgodnjega opozarjanja.

V Latviji se obvladovanje poplavne ogroženosti izvaja z upravljanjem povodij in načrti za obvladovanje poplavne ogroženosti. Latvija je za obdobje načrtovanja 2022–2027 pripravila načrte integriranega upravljanja povodij in obvladovanja poplavne ogroženosti za vodna območja Daugava, Gauja, Lielupe in Venta. Ti načrti opredeljujejo območja poplavne ogroženosti, morebitno škodo in izgube zaradi poplav ter vključujejo programe ukrepov za preprečevanje poplav in zmanjševanje poplavne ogroženosti. To je neposredno pomembno za Zemgale, ki jih prečkata rečna sistema Lielupe in Daugava.

Latvijski nacionalni načrt za prilagajanje podnebnim spremembam do leta 2030 določa nacionalni okvir za prilagajanje podnebnim spremembam. V načrtu so opredeljena tveganja, povezana s podnebjem, za civilno zaščito in obvladovanje nesreč, vključno s skrajnimi padavinami, spremembami odtekanja rek in tveganji, povezanimi s poplavami. Vključuje tudi posebne navedbe o sistemih zgodnjega opozarjanja. V njem je navedeno, da bi moralo biti zgodnje opozarjanje odzivno, redno posodobljeno in zmožno zagotoviti modeliranje visoke ločljivosti za napovedovanje vplivov ekstremnih vremenskih razmer.

Ukrep je skladen tudi z latvijskim okvirom civilne zaščite. V skladu z zakonom o civilni zaščiti in obvladovanju nesreč ocena tveganja nesreč vključuje opredelitev, analizo in oceno tveganja. Zakon priznava pravico ljudi do zgodnjega opozarjanja in priporočil o tem, kako ukrepati v primeru nesreče ali grožnje. V zvezi s tem sistem zgodnjega opozarjanja na poplave podpira institucionalno pripravljenost in obveščanje javnosti o tveganjih.

Na regionalni ravni razvojni program regije načrtovanja Zemgale za obdobje 2021–2027 in načrt regije načrtovanja Zemgale za prilagajanje podnebnim spremembam do leta 2030 zagotavljata okvir načrtovanja za regionalno prilagajanje podnebnim spremembam.

Glavni cilj ukrepa je izboljšati pripravljenost na obvladovanje poplavne ogroženosti v regiji Zemgale z nadgradnjo lokalnega sistema zgodnjega opozarjanja na poplave v mestu Jelgava na regionalno raven in z uvedbo napovednega modeliranja poplav. Ukrep podpira zgodnje opozarjanje na poplave, odločanje in civilno zaščito prek regionalnega sistema za izmenjavo in analizo informacij v realnem času.

Poseben cilj je omogočiti oceno poplavne ogroženosti pred dogodkom ter javnim ustanovam in državljanom zagotoviti informacije, potrebne za izbiro ustreznih ukrepov za učinkovito zaščito ljudi, zdravja, okolja in gospodarskih dejavnosti.

Sistem tudi izboljšuje sodelovanje med občinami in nacionalnimi nadzornimi organi, razširja sistem zgodnjega opozarjanja na poplavno ogroženost na celotno regijo ter izboljšuje komunikacijo z nosilci odločanja in državljani.

Prilagoditvena rešitev je sestavljena iz sistema zgodnjega opozarjanja za obvladovanje poplavne ogroženosti. Združuje modeliranje poplav (hidravlični model HEC-RAS) z informacijami, ki temeljijo na geografskem informacijskem sistemu (GIS), vključno s podatki o geometriji terena in reke, hidrološkimi napovedmi, katastrskimi podatki in podatki o naslovih ter kartami poplav, skupaj s funkcijami za podporo odločanju in opozarjanje (IMPETUS, rezultat D4.3 – omogočanje hitrih in daljnosežnih sprememb s strani inovativnih tehnologij.

Sistem je bil zasnovan za reševanje izzivov, povezanih z napovedovanjem poplavne ogroženosti in pripravljenostjo nanjo v regiji, za katero sta značilna raven teren in zapletena hidrološka dinamika. Sistem uporablja hidravlični model HEC-RAS 2D za simulacijo pretoka vode v dveh dimenzijah. Ta model se uporablja za modeliranje in napovedovanje poplav ter ga je mogoče integrirati z GIS, kar podpira obdelavo in vizualizacijo podatkov. Sistem samodejno bere podatke o hidroloških napovedih iz sistema napovedi Latvijskega centra za okolje, geologijo in meteorologijo.

Rezultati modeliranja se uporabljajo za opredelitev potencialnih poplavnih območij. Sistem ne podpira le institucionalnega odločanja, temveč tudi neposredno obvešča prebivalstvo, kar prispeva k boljši pripravljenosti in zmogljivosti odzivanja. Trenutno pokriva približno 93.000 gospodinjstev (približno 225.000 prebivalcev) v regiji Zemgale.

Spletna aplikacija ima velik družbeni pomen, saj prebivalcem omogoča, da se registrirajo in izberejo do tri lokacije, kot so dom, delovno mesto ali otroška šola, da bi prejeli ciljno usmerjena opozorila o morebitnih poplavah.

Sistem lahko trenutno predvidi poplave en do dva dni pred njihovim pojavom. Ko se ugotovi tveganje, se opozori usposobljene strokovnjake. Spremljajo razmere in po potrebi uporabljajo drone za zajem slik ogroženih območij v realnem času. Te slike se posredujejo komisiji za civilno zaščito prizadetega območja sodelovanja, ki je odgovorna tudi za pripravo lokalnih načrtov civilne zaščite. Ta komisija oceni tveganje in se odloči, ali bo pripravila evakuacijska mesta in postopke ali nadaljevala spremljanje, če je grožnja omejena.

Poleg reševanja izrednih razmer sistem shranjuje podatke o poplavah, ki so pomembni za dolgoročno analizo. V bližnji prihodnosti bo to organom omogočilo, da ocenijo, kako pogosto se pojavljajo poplave, katera območja so najbolj prizadeta in kako se tveganja spreminjajo skozi čas. Ta spoznanja so vključena v Jelgavov načrt za prilagajanje podnebnim spremembam, ki je bil pripravljen vzporedno in usklajeno s sistemom zgodnjega opozarjanja. Načrt naj bi usmerjal prihodnje odločitve za obvladovanje poplav. Take možnosti vključujejo sonaravne rešitve, kot je obnova mokrišč.

Predvidena je prihodnja razširitev sistema zgodnjega opozarjanja. To je mogoče doseči z algoritmi, ki temeljijo na umetni inteligenci in so povezani z nacionalnim sistemom spremljanja in drugimi podatkovnimi zbirkami. Umetna inteligenca lahko vključi več virov podatkov in postopkov modeliranja v skladen sistem, ki lahko simulira poplavne dogodke v daljših obdobjih in z visoko prostorsko ločljivostjo.

Hkrati je sistem prilagodljiv. Na podlagi predhodnih izkušenj v Jelgavi je zasnovan tako, da ga je mogoče še izboljšati in po možnosti nadgraditi. Morebitni prihodnji razvoj vključuje razširitev sistema na nacionalno raven in krepitev zmogljivosti modeliranja za obravnavanje poplav zaradi padavin zunaj rečnih okvirov. Drug možen prihodnji razvoj bi lahko bil, da bi bili nadgrajeni nabori podatkov kot odprti podatki dostopni strokovnjakom in družbi.

Vendar na robustnost sistema trenutno vplivajo omejitve natančnosti napovedi. Ti so odvisni od kakovosti meteoroloških podatkov, predstavitve terena in hidroloških predpostavk.

Ker je sistem začel delovati leta 2025, podatki o spremljanju njegove dejanske uporabe od rezidentov in institucij skupaj z njegovo uspešnostjo še niso na voljo. Vendar bodo na voljo pozneje, ko bo sistem preskušen v zadostnem obdobju delovanja. Doslej je bil sistem potrjen s simulacijami, pri čemer sta bili ocenjeni njegova funkcionalnost in zmogljivost v modeliranih poplavnih scenarijih.

Sistem zgodnjega opozarjanja je treba nenehno izpopolnjevati in vzdrževati, zlasti v zvezi z:

• izboljšanje kakovosti in gostote vhodnih podatkov (npr. raziskave rečne struge, senzorji),
• umerjanje hidroloških in hidravličnih modelov,
• Optimizacija numeričnih nastavitev za uravnoteženje natančnosti in računskih stroškov.

Ti vidiki kažejo, da kakovost rešitve ni statična. Za vzdrževanje in izboljšanje učinkovitosti skozi čas so potrebne stalne tehnične posodobitve.

Sistem zgodnjega opozarjanja je rezultat sodelovanja med več akterji. Digitalno središče Jelgava je občinska digitalna institucija, ki usklajuje procese civilne zaščite in je razvila spletno aplikacijo, ki deluje kot sistem zgodnjega opozarjanja javnosti. Regija načrtovanja Zemgale je institucija, ki združuje šest občin ter usklajuje regionalni razvoj in načrtovanje prilagajanja podnebnim spremembam pod nadzorom ministrstva za varstvo okolja in regionalni razvoj. Odgovoren je bil za razvoj hidravličnega modela HEC-RAS 2D. Latvijski center za okolje, geologijo in meteorologijo zbira, shranjuje in zagotavlja okoljske informacije, vključno z meteorološkimi in hidrološkimi podatki, ki jih model uporablja za napovedovanje poplavnih območij. Baltski okoljski forum deluje na stičišču znanosti, civilne družbe, politike in uprave. Usklajeval je sodelovanje deležnikov pri razvoju sistema zgodnjega opozarjanja in načrta prilagajanja.

Sodelovanje deležnikov je bilo osrednjega pomena za razvoj sistema zgodnjega opozarjanja na poplave. Strategija vključevanja deležnikov je vključevala skupine, ki so predstavljale kategorije „četverne vijačnice“ (akademske kroge, vlado, industrijo in skupnost), ter predstavnike lokalnih, regionalnih in nacionalnih institucij in organizacij. Proces je vključeval obveščanje, sodelovanje, izmenjavo informacij, svetovanje in soustvarjanje rešitve. Opravljena so bila tudi posvetovanja s strokovnjaki z različnih področij, ki so sodelovali pri izmenjavi informacij o napovedovanju poplavne ogroženosti.

Dejavniki uspeha

Razvoj in izvajanje sistema zgodnjega opozarjanja je podprlo več dejavnikov. Ti vključujejo velik interes lokalnih in regionalnih deležnikov za izboljšanje obvladovanja poplavne ogroženosti, vse večjo ozaveščenost o poplavni ogroženosti, povezani s podnebjem, in razpoložljivost primerov dobre prakse, kot so digitalni dvojčki.

Ključni omogočitveni dejavnik je sodelovanje med digitalnim centrom Jelgava, regijo načrtovanja Zemgale, latvijskim centrom za okolje, geologijo in meteorologijo ter baltskim okoljskim forumom. Sistem temelji tudi na senzorski aplikaciji, ki že deluje v mestu Jelgava. Ta začetni opozorilni sistem se je pri merjenju vodostaja opiral predvsem na rečne senzorje in preprost mehanizem obveščanja za opozarjanje prebivalcev. Čeprav se je ta pristop izkazal za dragocenega na lokalni ravni, je bila njegova funkcionalnost omejena in ni imela zmogljivosti napovedovanja. Te predhodne izkušnje so zagotovile konsolidirano tehnično bazo in bazo znanja za razširitev sistema na širšo regijo Zemgale.

Rešitev ima jasen potencial za povečanje. Zasnovan je tako, da se razširi z mesta Jelgava na regionalno raven Zemgale in se poveže z nacionalno mrežo za spremljanje. Izkušnje, pridobljene s projektom, vključno s priročnikom, lahko pomagajo tudi drugim občinam pri vzpostavljanju in delovanju sistemov zgodnjega opozarjanja na poplave.

Omejevalni dejavniki

Hkrati ostajajo nekateri omejujoči dejavniki. Nanašajo se predvsem na razpoložljivost podatkov, sodelovanje z občinami, tehnične zmogljivosti in zaupanje javnosti. Morebitne ovire vključujejo nepopolne nabore podatkov in težave pri doseganju dogovora z lokalnimi občinami o shranjevanju podatkov in povezanih storitvah.

Omejena razpoložljivost visoko usposobljenih strokovnjakov za upravljanje sistemov napovedovanja, ki temeljijo na HEC-RAS, na občinski ravni lahko poleg odvisnosti od zunanjih virov podatkov, ki temeljijo na GIS, pogojuje tudi njihovo delovanje. Možno je tudi nezaupanje med lokalnimi prebivalci v opozorila, prejeta prek sistema zgodnjega opozarjanja, zlasti če pride do lažnih alarmov.

Ukrep je prejel sredstva iz programa Evropske unije za raziskave in inovacije Obzorje 2020 (projekt IMPETUS). Informacije o posebnih stroških ukrepa niso na voljo.

Glavna korist je razširitev obveščanja o zgodnjem opozarjanju na veliko število prebivalcev in gospodinjstev. Sistem pokriva približno 93.000 gospodinjstev, kar ustreza približno 225.000 prebivalcem v regiji Zemgale. Zato ukrep ni omejen na institucionalne uporabnike, temveč neposredno podpira pripravljenost javnosti, saj prebivalcem in organom pomaga, da pred poplavami prejmejo ciljno usmerjene informacije. Omogočanje državljanom, da izberejo določene lokacije za ciljno usmerjena opozorila, kot so šole, domovi ali delovna mesta, zagotavlja jasno družbeno vrednost z neposrednim obravnavanjem potreb skupnosti.

Z gospodarskega vidika je pomen ukrepa povezan z vlogo Zemgale v latvijskem gospodarstvu ter izpostavljenostjo mestnih in podeželskih območij poplavam. Leta 2023 je Zemgale ustvaril 3,1 milijarde EUR BDP, kar ustreza 7,8 % latvijskega BDP, pri čemer je BDP na prebivalca znašal 13 626 EUR. Zaradi visoke rodovitnosti tal ima regija močan profil kmetijstva in biogospodarstva. Izboljšano opozarjanje na poplave lahko zato ne le podpre zaščito gospodinjstev, infrastrukture in javnih storitev. Koristi tudi gospodarskim dejavnostim, vključno s kmetijstvom in vrednostnimi verigami, povezanimi s hrano.

Ukrep zagotavlja koristi za odločitve o javnem načrtovanju in naložbah. Z izboljšanjem razpoložljivosti informacij o poplavni ogroženosti lahko občinam in regionalnim organom pomaga pri prednostnem razvrščanju ukrepov za pripravljenost, odzivanja na izredne razmere in prihodnjih prilagoditvenih ukrepov. Sčasoma lahko zbiranje in uporaba podatkov, povezanih s poplavami, prispevata k boljšemu razumevanju pogostosti poplav, izpostavljenih območij in spreminjajočih se vzorcev tveganja. To bi pomagalo usmerjati načrtovanje prilagajanja podnebnim spremembam in izbiro ustreznih strukturnih ali sonaravnih ukrepov.

Sistem zgodnjega opozarjanja je bil razvit v štirih letih projekta IMPETUS, financiran v okviru programa EU Obzorje 2020 (2022–2025), in se je ustrezno končal z načrtovanim časom projekta.

Ker je ukrep digitalna in operativna storitev, bi bilo treba njegovo življenjsko dobo razumeti kot neprekinjeno in ne omejeno na vnaprej določeno obdobje.

Pričakuje se, da bo sistem deloval, dokler ga bodo vzdrževali, posodabljali in uporabljali pristojni organi. Njegova kontinuiteta je odvisna od rednega tehničnega vzdrževanja, posodabljanja vhodnih podatkov in modelov ter usklajevanja med vključenimi institucijami. Sčasoma se lahko sistem še izboljša, da se poveča natančnost napovedi ali da se njegove funkcije prilagodijo spreminjajočim se potrebam.

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

Priročnik za strokovno znanje deležnikov o zgodnjem opozarjanju v primeru poplav

Prilagoditvene poti za obravnavanje poplavne ogroženosti zaradi podnebnih sprememb v regiji Zemgale v Latviji

Načrt za prilagajanje podnebnim spremembam v regiji Zemgale