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 1 гектар у сільській місцевості становлять від 300 до 500 гривень, а на території міст — до 10–12 тис. гривень. Підтоплюється близько 11% загальної площі, цілі райони, досить багато сіл у різних регіонах держави: і в Закарпатті, Прикарпатті, на Поліссі, на Херсонщині тощо. Потрібні активні дії для удосконалення безпеки водокористування, раціонального здійс­нення водоохоронних заходів, зменшення збитків від негативних наслідків шкідливої дії вод, підвищення екологічної надійності та ефективності, функціонування гідромеліоративного комплексу, що забезпечить розв’язання зазначених проблем,.

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.