Чіпак В.П.*, к.т.н. Сапсай Г.І. **,
Мельник Т.П. **
*Закарпатське
обласне управління по меліорації і водному господарству, **Національний
університет водного господарства та природокористування, м. Рівне
Елементи автоматизації системи державного
моніторингу гідрологічного режиму річок
В Україні, за експертними оцінками, від підтоплення і затоплення земель тією чи іншою мірою потерпають до
16 млн осіб, або третина населення. Збитки на
Для цього слід проводити детальні
моніторинги із залученням дистанційних спостережень з метою реальної інформації
та визначення динаміки процесів затоплення, з урахуванням
певних факторів на критичних територіях створювати необхідні інформаційні бази
даних.
Моніторинг вимагає від
суб’єктів системи державного моніторингу поверхневих вод (СДМПВ) забезпечення
загальних задач і формуватись таким чином, щоб максимально задовольнити вимоги
цих суб’єктів моніторингу. Тобто слід створити таку систему, яка
використовувала б дані, що їх збирають суб’єкти моніторингу для розв’язання
своїх окремих задач, і на їх основі дозволяла б розв’язувати більш загальні
задачі, розробити більш узагальнені висновки та приймати більш глобальні
керівні рішення.
З метою забезпечення
своєчасного подання інформації слід здійснювати:
·
створення розгалуженої мережі автоматичних
гідрометеорологічних станцій у кількості, достатній для оцінки повеневої
ситуації;
·
впровадження методів дистанційного отримання інформації
за допомогою супутникових та радіолокаційних технологій;
·
впроваджувати моделі прогнозування погодних умов,
насамперед опадів, з урахуванням фізико-географічних особливостей та орографії;
·
створення в центрах з гідрометеорології
телекомунікаційного центру для швидкісного обміну гідрометеорологічною інформацією
між метеорологічними службами;
·
забезпечити ведення моніторингу небезпечних екзогенних
процесів;
·
на міжнародному рівні створити спеціальну науково-координаційну
раду та регіональну систему комплексного моніторингу та менеджменту з метою
прогнозування й попередження стихійних явищ і прийняття запобіжних заходів.
Одним з прикладів
моніторингу формування повені є система АВС та постів спостережень в районі
р.Тиса (Рис.1.)
Рис.1. Карта басейну
р.Тиса із зазначенням автоматизованих вимірювальних станцій (АВС) і постів
спостережень
Найкращою формою збору та
збереження даних моніторингу є геоінформаційна система (ГІС), тобто
інформаційно-програмне поєднання електронних карт із базами даних про об’єкти
на цих картах.
Система управління базами даних (СУБД) моніторингу реалізується на Microsoft Access 2003/XP, оскільки,
вона дозволяє врахувати усі особливості системи моніторингу вод, є досить
ефективною для розв’язування складних задач, підтримує коректне сортування,
зручна в оволодінні.
Однією з найбільших переваг обробки просторово-розподілених даних є
можливість візуалізації закономірності у вигляді електронних карт. Більшість
сучасних ГІС-пакетів мають у своєму розпорядженні відповідний інструмент, який
дозволяє відображати різними кольорами закономірності в чисельних параметрах
площинних об’єктів. Занесення значень параметрів здійснюється із БД з
відповідної таблиці-результату виконання спеціального запиту.
В системі моніторингу задіяні такі види електронних карт:
·
векторні (основні карти з об’єктами, на яких
реалізуються інформаційно-пошукові системи);
·
растрові (карти аерофотозйомки, рисунки);
·
матричні (цифрова матриця рельєфу місцевості,
матриці поверхонь значень).
СУБД призначена для роботи з банком даних системи моніторингу напряму. Для
забезпечення операцій роботи з даними з урахуванням їх просторової прив’язки,
тобто за допомогою геоінформаційної моделі довкілля розробляються спеціальні
програми системи моніторингу. Такі геоінформаційні аналітичні системи можуть
містити модулі:
·
інформаційно-пошуковий про стан і якість
річок;
·
інформаційно-пошуковий про стан водосховищ;
·
інформаційно-пошуковий про стан ставків;
·
інформаційно-пошуковий про стан про джерела
забруднення та користувачів водних ресурсів;
·
картографічний модуль;
·
модуль для побудови водного балансу річкової
системи;
·
модуль для здійснення геокодування параметрів
об’єктів, тобто занесення даних із БД в параметри об’єктів на карті.
Для практичної
ефективності служби гідрологічного оповіщення в басейнах річок і зменшення
ризику стихійних лих створюються автоматизовані інформаційно-вимірювальної
системи (АІВС), які є надзвичайно важливими для
прогнозу паводків і управління водними ресурсами.
Основна мета АІВС - оперативне прогнозування гідрографів паводків на ріках басейну
за допомогою спеціальних математичного, інформаційного і програмного
забезпечень; підготовка достовірної прогнозної інформації про параметри паводку
і передача її в автоматичному режимі відповідним службам оповіщення і
протипаводковим підрозділам; видача рекомендацій для прийняття управлінських
рішень по безаварійному пропуску паводків.
Створення АІВС спрямовано на наукове забезпечення
управління водними ресурсами басейну річки, програми боротьби з паводками, дає можливість здійснити
автоматизацію і розширення зон спостережень, збору і обробки інформації з
районів інтенсивного формування стоку (гірські, передгірні), попередження про
формування, проходження паводків та вжиття відповідних заходів по захисту
територій від затоплень.
АІВС для прогнозу паводків і управління
водними ресурсами в басейні річок забезпечує функціонування багатьох підсистем. У складній системі
передбачено вирішення важливих часткових цілей, сукупність яких у виді
підсистем можна розглядати, як модель великої системи. Функціональна структура
АІВС передбачає розподіл системи на такі підсистеми:
·
Прогнозування
дощових, тало-дощових і селевих паводків.
·
Контроль
параметрів та прогнозування якості природних і скидних вод.
·
Прогнозування
зон затоплення і можливих збитків від затоплення дощовими, тало-дощовими і
селевими паводками.
·
Розробка
оперативних планів протипаводкових заходів в особливий період.
У режимі реального часу отримуються дані щодо атмосферних опадів,
температури повітря та рівня води (рис. 2, 3, 4).
Рис.3. Атмосферні опади по станції Вашарошнамень, мм
Рис.2. Температура повітря по станції
Вашарошнамень, °C
Рис.4. Режим рівня води р. Тиса по станції Вашарошнамень, см
В складі системи функціонує
спеціальне програмне забезпечення:
·
Програмне
забезпечення для обробки гідрологічної інформації з АВС. Дані автоматизованих
станцій постійно накопичуються в базі даних.
·
Програма
“Radar” для роботи з даними метеорологічного радара.
·
Програма
"ICIsat" для роботи із знімками з метеорологічного супутника
“Meteosat”.
Рис.5. Схема обробки інформації гідрометеорологічних даних
·
Дані
з АВС (українських та угорських) обробляються на робочих місцях з допомогою
програми MS Excel 2003.
В режимі цілодобового
чергування здійснюється аналіз і передається управлінням.
Для створення бази даних річкової топографії басейну річок, даних часових рядів спостережень,
розроблено гідравлічну модель і модель опади-стік програмного комплексу MIKE11. Для функціонування моделі необхідно забезпечити
отримання даних з автоматизованих станцій, розміщених в басейні річок в режимі реального часу.
У склад нової інтегрованої інформаційної системи ArcGIS входить три ключових
програмних компоненти:
·
настільні продукти ArcGIS Desktop, ядром яких
є інтегрований набір потужних ГІС-додатків;
·
ArcSDE-шлюз для роботи з
базами геоданих, які зберігаються в СУБД моніторингу;
·
Серверний додаток ArcIMS. Інтернет-ГІС
для роботи з розподіленими даними і службами.
Реалізація автоматизації системи
моніторингу гідрологічного режиму річок
має стати основою для розв’язання найактуальніших проблем, а саме:
·
підготовка,
підтримка та прийняття рішень щодо запровадження ефективного (безаварійного,
ресурсоощадливого, екологічно безпечного) режиму управління СДМПВ;
·
запобігання
виникненню джерел аварій та можливих надзвичайних ситуацій;
·
розробка сучасних
технологічних рішень і технічних проектів з їх гармонійним впровадженням в природне середовище;
·
формування
інформаційного поля, яке має матеріалізуватися у методичні вказівки,
нормування та правове регламентування самого механізму і динаміки
функціонування СДМПВ.