Отчет о комплексном наборе данных характеристик крупных плотин Италии и их водосборных бассейнов.

Список ключевых заголовков разделов

1. Введение
2. Классификация, типы и назначение крупных плотин в Италии
3. Структурные характеристики плотин
4. Геоморфологические и климатические характеристики водосборных бассейнов
5. 1 Атрибуты водосборного бассейна
6. 2.1 Геоморфологические атрибуты
7. 2.2 Атрибуты почвы, земельного покрова и NDVI
8. 2.3 Климатические атрибуты
9. 2.4 Атрибуты экстремальных осадков
10. Взаимодействие между инфраструктурой и водосборным бассейном
11. Доступность данных
12. Заключение

Введение в документ

Данный отчет восполняет давний критический пробел в данных в Италии, впервые систематически создавая и публикуя комплексный набор данных национального масштаба, охватывающий все 528 крупных плотин, находящихся под надзором Главного управления плотин Италии, и их водосборные бассейны. В настоящее время базы данных плотин глобального и европейского масштаба (такие как GOODD, GRanD, GDW, наборы данных проекта AMBER и др.) имеют недостаточное покрытие Италии и, как правило, не содержат ключевых характеристик, описывающих гидрологический ответ верхних бассейнов. Существующие внутренние источники (такие как цифровые карты Главного управления плотин, отчеты ISPRA) также в основном сосредоточены на структурной информации о самих плотинах, игнорируя такие важнейшие для формирования паводков атрибуты водосборов, как геоморфология, климат, земельный покров и почвы. Данное исследование направлено на предоставление комплексного ресурса, объединяющего структурную информацию о плотинах и природные характеристики бассейнов, для поддержки детальных гидрологических исследований, оценки рисков наводнений и принятия решений в области управления водными ресурсами.

Основное содержание набора данных включает два основных модуля: структурные атрибуты плотин и характеристики водосборных бассейнов. Часть, посвященная атрибутам плотин, объединяет данные из официальных источников, включая название каждой плотины, географические координаты, годы начала и окончания строительства, основную функцию (например, выработка электроэнергии, орошение, защита от наводнений, водоснабжение и т.д.), эксплуатационный статус, тип конструкции (например, гравитационная плотина, арочная плотина, каменно-набросная плотина, речной водослив и т.д.), высоту плотины, объем водохранилища, площадь водохранилища, отметку максимально допустимого уровня воды (MDWL) и отметку гребня водосброса. Площадь водохранилища и отметка MDWL являются важной дополнительной информацией в этом наборе данных по сравнению с другими глобальными или национальными наборами данных, что имеет решающее значение для точной оценки способности водохранилища регулировать паводки.

Характеристики водосборных бассейнов представляют собой еще один важный вклад данного исследования. Исследовательская группа на основе 30-метровой цифровой модели рельефа SRTM с использованием инструментов ГИС (таких как r.basin) выполнила автоматизированное определение границ водосборного бассейна для каждой плотины, с ручной корректировкой только для нескольких бассейнов со сложным рельефом (например, для плотины Паннаро и озера Пушьяно). Для этих 523 действительных бассейнов были рассчитаны и интегрированы четыре основные категории атрибутов: геоморфологические атрибуты (такие как площадь, средняя высота, средний уклон, коэффициент Хортона для речной сети, длина основного русла, коэффициент формы и т.д.); атрибуты почвы и земельного покрова (включая насыщенную гидравлическую проводимость на основе текстуры почвы, долю пяти категорий земельного покрова на основе данных CORINE, а также характеристики индекса NDVI на основе долгосрочной статистики и его пространственно-временной изменчивости); климатические атрибуты (на основе набора данных BIGBANG 4.0 были извлечены данные о среднемесячных осадках и температуре, рассчитаны среднегодовые осадки/температура, коэффициенты Фурье годового цикла осадков/температуры, изменчивость осадков и т.д.); а также атрибуты экстремальных осадков (на основе усовершенствованного набора данных об экстремальных осадках в Италии путем пространственной интерполяции получены средние по бассейну параметры a и n кривых "интенсивность-продолжительность-частота", а также L-моменты). Эти атрибуты соответствуют ранее созданной авторами базе данных характеристик итальянских бассейнов (FOCA), что значительно увеличивает количество бассейнов в Италии с высокоплотным описанием характеристик.

В отчете не только представлены исходные данные, но и проведен предварительный анализ на основе набора данных, исследующий взаимодействие между плотинами и водосборными бассейнами, в частности их потенциальную роль в снижении паводков. В отчете анализируется распределение таких качественных показателей, как отношение площади водохранилища к площади бассейна и отношение объема водохранилища к площади бассейна, для итальянских плотин, а также впервые на основе разницы высот между максимально допустимым уровнем воды и гребнем водосброса (ΔH) количественно рассчитан потенциальный объем каждой плотины, который может быть использован для защиты от наводнений. Анализ показал, что примерно 50% итальянских плотин (с отношением площадь водохранилища/площадь бассейна менее 1/150) могут оказывать незначительное спонтанное влияние на снижение паводков. В то же время эмпирическое распределение значений ΔH показывает, что для 75% плотин ΔH составляет менее 2 метров, что ограничивает возможности для эффективных противопаводковых операций при сохранении их основных функций по выработке электроэнергии или орошению.

Данный набор данных открыто предоставляется через платформу Zenodo и призван стать авторитетным базовым ресурсом для исследователей, политиков, операторов плотин и заинтересованных сторон при планировании водных ресурсов, управлении рисками наводнений, оценке воздействия изменения климата и калибровке гидрологических моделей. Он представляет собой наиболее полную на сегодняшний день комплексную базу информации о плотинах и бассейнах в Италии, закладывая прочную основу данных для системных гидрологических и инженерных исследований от национального до бассейнового масштаба.