Разработка геоинформационной системы для оценки и анализа экологической ситуации бассейна р. Сулак

Библиографическое описание статьи для цитирования:
Магомедова М. Р., Попова Л. В. Разработка геоинформационной системы для оценки и анализа экологической ситуации бассейна р. Сулак // Научно-методический электронный журнал «Концепт». – 2015. – Т. 13. – С. 3676–3680. – URL: http://e-koncept.ru/2015/85736.htm.
Аннотация. Разработанная прогнозно-моделирующая геоинформационная система бассейна реки Сулак дает возможность проводить комплексный анализ водно-экологической обстановки при недостаточной обеспеченности данными стационарных наблюдений за качеством поверхностных вод и позволяет прогнозировать экологическое состояние водных объектов для принятия оперативного и эффективного решения по рациональному использованию и охране водных ресурсов.
Комментарии
Нет комментариев
Оставить комментарий
Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы комментировать.
Текст статьи
Магомедова Милада Руслановна,кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВО«Дагестанский государственный технический университет», г. Махачкалаnguseinova@mail.ru

Попова Лилия Викторовна,Ведущий специалистэксперт отдела регулирования водопользования, ЗападноКаспийское бассейновое водное управление Федерального агентства водных ресурсов, г. Махачкала

Разработка геоинформационной системы для оценки и анализаэкологической ситуации бассейнар. Сулак

Аннотация. Разработанная прогнозномоделирующая геоинформационная система бассейна реки Сулак дает возможность проводить комплексный анализ водноэкологической обстановки при недостаточной обеспеченности данными стационарных наблюдений за качеством поверхностных вод и позволяет прогнозировать экологическое состояние водных объектов для принятия оперативного и эффективного решения по рациональному использованию и охране водных ресурсов.Ключевые слова:геоинформационная система, водныеобъекты, комплексная оценка.

Разный уровень хозяйственной освоенности речных геосистем бассейна реки Сулак, а также отсутствие комплексной оценки современной экологической ситуации, затрудняют эффективное управление природопользованием в бассейне реки.Сулак имеет большое значение для энергетики, орошения и водоснабжения городов и других населенных пунктов на территории от г. Хасавюрта до г. Избербаша, включая столицу РеспубликиДагестан–г. Махачкала. В бассейне насчитывается 2430 рек общей длиной 13500 км.Основными водопользователями, в интересах которых осуществляется регулирование стока водохранилищами Сулакского каскада, являются: коммунальное и промышленное водоснабжение, энергетика, сельское хозяйство, рыбное хозяйство. Водохранилища используются также в рекреационных целях местными жителями.На берегах реки складируется бытовой мусор, что приводит к значительному загрязнению водотоков, особенно в период паводков; повсеместно можно наблюдать несанкционированные сбросы сточных вод на рельеф или непосредственно в водоем. В настоящее время ряд предприятий, осуществляющих сброс сточных вод непосредственно в водные объекты бассейна реки Сулак не функционирует, однако, не исключено восстановление их производственной деятельности. Ксожалению, улучшение качества очистки существующих очистных сооружений или строительство новых не прогнозируется. В этой связи необходимо проведение в бассейне реки Сулак мероприятий по снижению антропогенной нагрузки, направленных на сохранение экологохозяйственного баланса территории. На первом этапе исследования было проведено обобщение имеющихся данных многолетних наблюдений экологического состояния реки Сулак, проведена экологическая оценка состояния водных объектов бассейна.Наиболее эффективно обработка пространственно распределенных данных в ходе оценки геоэкологического состояния может быть осуществлена с помощью геоинформационных технологий (ГИСтехнологий). В современных условиях, при наличии в бассейнах рек многих десятков и сотен водосбросов, водозаборов, гидрологических и гидрохимических постов, как это имеет место в бассейне р. Сулак, оперативный анализ и прогноз экологического состояния водных объектов, принятие быстрых и эффективных решений по регулированию использования и охране водных ресурсов требуют высокого уровня информационного обеспечения. Для комплексной оценки и моделирования водноэкологической обстановки в бассейнереки Сулак разработана информационноаналитическая геоинформационная система, которая включает в себя:информацию о качественном состоянии водных объектов, основных источниках загрязнения поверхностных вод, гидрологических постах, для поддержки анализа и моделирования состояния природнохозяйственного комплекса;разработка программного обеспечения для визуализации информации о постах наблюдения, водозаборах и водосборах в бассейне р. Сулак;создание прогнозномоделирующей системы «ГИС» для решения задач экологического мониторинга водных объектов и прогнозирования экологического состояния бассейна реки Сулак;проведение на основесозданной серии карт комплексной оценки водноэкологической обстановки бассейна реки Сулак.Для разработки информационноаналитической системы «Бассейн р. Сулак» использована хорошо зарекомендовавшая себя в России и за рубежом ГИСоболочка ArcView 3.2а. Всостав системы входят: электронная карта бассейна р. Сулак с нанесенными водозаборами, водосбросами и постами наблюдений; открытые для пополнения атрибутивные базы данных, включая базы данных с информацией о многолетних расходах воды в реках, величине водозабора и водосброса и содержании в воде загрязняющих веществ; разработанное программное обеспечение для визуализации на экране монитора атрибутивных данных о водосбросах, водозаборах и постах наблюдений инструментом «Горячая связь»; разработанное программное обеспечение для визуализации информации об основных водных объектах бассейна посредством диалоговых окон, создаваемых в дополнительном модуле ArcView DialogDisigner; внешние аналитические модули: разработанный модуль БВУ2000 «Кривая обеспеченности расходов воды»;СППР –«Система поддержки принятия решений» (СевКавНИИВХ,

г. Новочеркасск; ДБВУ, г. РостовнаДону).Картографической основой ГИС «Бассейн р. Сулак» является векторная электронная карта бассейна р. Сулак масштаба 1:200000. Электронная карта создана на основе тематических слоев в формате покрытий Arc/Infoиз 10 электронных планшетов указанного масштаба, охватывающих территорию бассейна реки. Затем одноименные тематические слои из различных планшетов были преобразованы в формат шейпфайлов и объединены по всей территории бассейна. Таким образом,в состав карты были включены векторные слои со стандартным набором атрибутивных баз данных: Каспийское море; Озера, реки, водохранилища; Реки, каналы; берега, отмели; Города, села;Граница бассейна р. Сулак.Для нанесения на электронную карту сети постов наблюдений, водосбросов и водозаборов, с помощью подсоединенного к ГИС специального модуля была выполнена разметка расстояний от устья вдоль р. Сулак и ее притоков. Далее были созданы в формате шейпфайлов и нанесены на электронную карту бассейна следующие векторные слои (рис. 2.):Гидрологические посты;Гидрохимические посты;Поверхностные водозаборы;Подземные водозаборы;Сбросы сточных вод в водные объекты;Сбросы сточных вод на рельеф местности.

Рис. 1. Общий вид окна программы ArcView3.2a с ГИСпроектом «Бассейн р. Сулак»и фрагментом открытой электронной карты бассейна.

Рис. 2. Фрагмент электронной карты бассейна р. Сулак с сетью гидропостов, водозаборов и водосбросов.

Рис. 3.Окно проекта «Бассейн р. Сулак» с открытыми таблицами баз данных «Гидрологические посты» и «Гидрохимические посты»

Рис.4.Таблицы баз данных «Поверхностные водозаборы»

Рис.5.Таблицы баз данных «Сброс сточных вод в водные объекты» и «Сброс сточных вод на рельеф местности»

Визуализация атрибутивной информации водохозяйственного и экологического характера, хранящейся в созданных базах данных (коды и названия постов, название предприятий и месторасположение водозаборов и водосбросов, объемы забора и сброса воды, а также показатели качества воды), осуществляется инструментом «Горячая связь». Для визуализации хранящейся в базах данных информации о постах наблюдений разработаны 6 программ на алгоритмическом языке Avenue:Sulak.HLinkHP_Text Программа вывода информации о гидрологических постах по «горячей связи» в текстовое окно;Sulak.HLinkHChP_Info Программа вывода информации о гидрохимических постах по «горячей связи» в окно сообщений;Sulak.HLinkSWI_Info Программа вывода информации о поверхностных водозаборах по «горячей связи» в окно сообщений;Sulak.HLinkUWI_Info Программа вывода информации о подземных водозаборах по «горячей связи» в текстовое окно;Sulak.HLinkBP_Text Программа вывода информации о сбросах сточных вод в водные объекты по «горячей связи» в текстовое окно;Sulak.HLinkBPL_Text

Программа вывода информации о сбросах сточных вод на рельеф местности по «горячей связи» в текстовое окно.

Рис.6.Фрагмент электронной карты бассейна р Сулак с открытым по «горячей связи» текстовым окном с информацией о сбросе сточных вод на рельеф местности.С целью обработки временных рядов гидрологических наблюдений на реках бассейна р. Сулак для ГИС «Бассейн р. Сулак» разработан внешний аналитический модуль «Построение клетчатки вероятностей». Он представляет собой базу данных MicrosoftAccess, снабженную специальными расчетными и графическими функциями, разработанными на языке VisualBasicforApplicationsи обеспечивающим анализ рядов наблюдений и построение на клетчатке вероятностей кривой обеспеченности расходов воды в реке.Модуль запускается из среды ArcView3.2aвстроенной кнопкой Вида с программным обеспечением на языке Avenue: Access.DischargeFrequency_Calculation

Программа запуска MicrosoftAccessс гидрологической базой данных «Построение клетчатки вероятностей».В состав гидрологической базы данных «Построение клетчатки вероятностей» входят:а) 4 таблицы:Spr

Стандартная таблица градуировки оси абсцисс для построения клетчатки вероятностей: «Обеспеченность в пределах 0,0150 % Расстояния, мм, с точностью 0,1 мм»;SprAll

Полная таблица градуировки оси абсцисс для построения клетчатки вероятностей: «Обеспеченность в пределах 0,0199,99 % Расстояния, мм, с точностью 0,01 мм»;tblKletch

Таблица с данными: наименование рек, гидрологических постов, период наблюдений в годах, тип кривой обеспеченности, минимальные и максимальные расходы воды в м3/с;tblDATA Таблица с данными для построения эмпирических и теоретических кривых обеспеченности расходов воды по всем рекам и гидропостам, внесенным в базу данных;

Рис.7.ГИС «Бассейн р. Сулак» с окном гидрологической базы данных Microsoft Access «Построение клетчатки вероятностей»б) 4 формы для ввода информации в базу:MAIN–Основная форма гидрологической базы данных; frmDATA

Форма для ввода данных Q( м3/с) и P(%) для построения кривой обеспеченности расходов воды;frmAdd Форма для добавления данных в таблицу tblKletch, открываемая кнопкой «Добавить» основной формы MAIN;frmEdit

Форма для редактирования таблицы tblKletch, открываемая кнопкой «Изменить» основной формы MAIN.в) 1 отчет для вывода информации: 

RepKletch

Итоговый документ, создаваемый на основе базы данных специальной программой и открываемый кнопкой «Печать» основной формы MAIN; г)1 модуль:Decl

Программный модуль, содержащий описание подпрограмм (процедур и функций) на алгоритмическом языке Visual Basic for Applications, обеспечивающих работу с таблицами, формами и отчетами базы данных.Работу гидрологической базы данных обеспечивают следующие программы:Form_MAINобеспечивает работу с основной формой базы данных и включает подпрограммы:Sub Names_AfterUpdate;Sub Изменить_Click;SubПечать_Click; SubДобавить_Click;SubУдалить_Click;Sub Quit_Click.Программа Form_frmDATA, включающая подпрограмму Sub Form_Current, обеспечивает работу формы frmDATAдля ввода данных Q( м3/с) и P(%).Программа Form_ frmAdd, обеспечивающая работу формы frmAddдля добавления данных в таблицу tblKletch, включает подпрограммы:Sub Form_Close;

Sub ОК_Click.Программа Form_ frmEdit, обеспечивающая работу формы frmEditдля редактирования таблицы tblKletch, включает подпрограммы:Sub Form_Close;Sub Form_Load;Sub ОК_Click.Программа Report_RepKletch обеспечивает построение клетчатки вероятностей и кривой обеспеченности расходов воды; она включает подпрограммы:Sub Report_Close;Sub Report_Open;Sub ОбластьДанных_Print;Sub Draw Координаты эмпирических и теоретических кривых обеспеченности расходов воды Q(м3/с) и P(%), вводимые в форму frmDATAдля заполнения таблицы tblDATA, вычислялись на ЭВМ по программам, разработанным на алгоритмическом языке TurboPaskal.Для визуализации информации об основных реках бассейна и водохранилищах ГЭС с помощью инструментов дополнительного модуля ArcView DialogDesignerи разработанных программ на языке Avenueсозданы диалоговые окна «Информация о реках бассейна р. Сулак» и «Информация о водохранилищах бассейна р. Сулак», обеспечивающие вывод на экран по выбору подробной текстовой и графической информации об основных реках бассейна: Сулак, Аварское Койсу, Андийское Койсу, Каракойсу, Казикумухское Койсу, а также действующих, строящихся и проектируемых водохранилищах ГЭС: Гергебильское, Гунибское, Ирганайское, Миатлинское, Чиркейское, Чирюртовское, проектируемые водохранилища.Работу диалоговых окон обеспечивают 8 разработанных программ на языке Avenue:Sulak.DialogInfoRiver_Open Программа открытия диалогового окна «Информация о реках бассейна р. Сулак»;Sulak.DialogInfoRiver_Close Программа закрытия диалогового окна «Информация о реках бассейна р. Сулак»;Sulak.DialogInfoReservoir_Open Программа открытия диалогового окна «Информация о водохранилищах бассейна р. Сулак»;Sulak.DialogInfoReservoir_Close Программа закрытия диалогового окна «Информация о водохранилищах бассейна р. Сулак».С целью использования программы «Система поддержки принятия решений» (СППР)для анализа информации, заполняющей базы данных ГИС «Бассейн р. Сулак», в интерфейс ArcView 3.2а встроена кнопка с программным обеспечением на языке Avenu Sulak.Cprp_Run для запуска программы СППР из среды ГИС и работы ее в качестве внешнего аналитического модуля.Разработанная прогнозномоделирующая ГИС бассейна реки Сулак позволяет прогнозировать экологическое состояние водных объектов для принятия оперативного и эффективного решения по рациональному использованию и охране водных ресурсов.

Ссылки на источники1.Государственные доклады о состоянии и использовании водных ресурсов в зоне деятельности ЗападноКаспийского БВУ в 20102013 гг.2.Государственный водный кадастр. Многолетние данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Т. I. Вып. 26. Бассейны Терека, Кумы, Самура, Сулака. Л.: Гидрометеоиздат, 1987 г.3.Сайпулаев И., Эльдаров Е.Водные ресурсы Дагестана. Состояние и проблемы. Махачкала,1996 г.