Географическая информационная система реки Миасс Текст научной статьи по специальности «Математика»

УДК 528.91:556

А.В. Бобылев, Н.С. Рассказова

Южно-Уральский государственный университет

ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА РЕКИ МИАСС

В настоящее время информационные технологии все больше проникают в различные области, работа специалистов в которых невозможна без использования картографической информации, анализа состояния местности, а также специальной, в том числе и научной информации, имеющей непо -средственное отношение к объектам местности. Vitek J.D. и др. [1] определяют ГИС, как «систему, обеспечивающую ввод, манипулирование и анализ географически определенных данных для поддержки принятия решений». Информационно-логическая структура и концепция ГИС в целом позволяют считать данные системы системами анализа данных. Данная особенность позволяет использовать ГИС как системы, способные обеспечить поддержку принятия различных решений (в т.ч. научных и управленческих). Геоинформационные системы, в которых заложены определенные методики, специальные средства анализа пространственные или атрибутивных данных можно считать ГИС-технологиями.

Все большее применение геоинформационные системы и создаваемые на их основе технологии находят и в сфере изучения водных объектов. Особенностью подобных ГИС географо-экологической направленности, в основе которых лежит бассейново-ландшафтный подход, является организация значительных объемов разнородной информации, связанной с использованием водных объектов и земель в пределах водосборных территорий. Специфика и структура ГИС водохранилищ учитывает то, что это искусственные водоемы. Их главное отличие состоит в зарегулированности течения, что непосредственно отражается на водном режиме всех связанных с рассматриваемым водохранилищем водных объектов. В результате нарушаются сложившиеся природные закономерности данной системы, могут формироваться и протекать новые, слабо изученные процессы. Кроме того, в процессе использования водных ресурсов водохранилища испытывают значительную нагрузку в результате хозяйственной деятельности, что приводит к увеличению интенсивности внутриводоемных процессов, отмечается «цветение» воды, заиливание и зарастание водоема [2].

Основной целью данной работы является создание актуальной и удобной в использовании геоинформационной системы Шершневского водохранилища. Водохранилище находится в среднем течении реки Миасс на территории города Челябинска, оно является вторым в каскаде (после Аргазинского), малым по размеру, собственно река Миасс также является маловодной. Нельзя не отметить, что данный водный объект является единственным питьевым источником не только для Челябинска, но и для других городских и сельских поселений (г. Копейск, г. Коркино, г. Еманжелинск и др.), входящих в состав Челябинской агломерации (всего 1,4

млн. чел.), имеющих единую с областным центром инфраструктуру водоснабжения.

Географическая информационная система Шершневского водохранилища является комплексной системой, содержащей информацию о р. Миасс и Шершневском водохранилище. Основной составляющей природной среды, рассматриваемой в ГИС, является состояние водных ресурсов на рассматриваемой территории. В качестве тематических подсистем рассматриваются различные объекты антропогенного воздействия.

Основным программным средством создания и актуализации топографической основы ГИС Шершневского водохранилища являлась ГИС «ИнГео». Данный программный комплекс обладает развитыми средствами создания и редактирования условных знаков, необходимых для составления карт различных масштабов. Создаваемые классификаторы удобны в использовании и отвечают требованиям оперативного редактирования электронных карт. Кроме того, незаменимым при создании ГИС водных объектов является механизм создания и установления топологических связей между различными объектами. После созданная топографическая основа конвертирована в ГИС МарШБО. Данный выбор объясняется необходимостью не просто постоянного поддержания семантической информации в актуальном виде, но и постоянного анализа больших массивов информации в динамике ее изменения с целью принятия различных управленческих решений. В среде МарШБО удобно проводить анализ статистической информации, графически представлять полученные результаты как картографическими методами (путем составления тематических слоев на базе топографической информации, и составлением отдельных тематических картосхем), так и при помощи средств бизнес-графики. По результатам проведения анализа информации, имеющей привязку к объектам, расчетов и их графического представления могут быть сформированы файлы отчета или рабочие наборы, которые впоследствии могут использоваться в различных организациях водного хозяйства и экологических службах при ведении ими различных систем мониторинга и статистического учета.

Основными методами создания гидрографической сети в ГИС Шершневского водохранилища является метод графов (рис. 1) для построения линейной гидрографической модели речной системы, пространственный и системный анализы, проводимые на основе созданных электронных карт и картосхем системы. Первым этапом создания этой системы являлось создание базы данных (БД) о Шершневском водохранилище. Каждый слой тематической информации может полностью или частично характеризовать тот или иной объект или явление, а также несколько различных объектов (явлений). «Каркасом» ГИС Шершневского водохранилища является электронная топографическая карта (1:100000), составленная на основе графа речной системы и отвечающая требованиям последующего создания линейной гидрографической модели реки Миасс

(часть карты представлена на рис. 2). Течение Миасса на территории Челябинской области также отображено на карте масштаба 1:50000.

Рис. 1. Граф системы реки Миасс

Рис. 2. Топографическая основа ГИС Шершневского водохранилища

Топографическая основа масштаба 1:100000 удовлетворяет требованиям комплексного изучения и оценки состояния линейного водного объекта, такого как река Миасс. При создании ГИС линейных объектов целесообразным является принятие решения о цифровании лишь ограниченной (буферной) территории вокруг данного объекта, характеризующей состояние объекта и режим его использования. Это, с одной стороны, позволяет минимизировать временные затраты на создание топоосновы, а с другой — не перегружать систему графической информацией. Так при создании ГИС Шершневского водохранилища для характеристики реки Миасс было принято решение об оцифровке

топографической основы в пределах 2 км от реки вне земель поселений. Подобная буферная зона является достаточной для характеристики водосборной территории реки. В границах урбанизированных территорий водный объект испытывает значительно большую антропогенную нагрузку, как с точки зрения хозяйственного использования, так и с позиции загрязнения собственно водного объекта, поэтому территории городских поселений (г. Миасс и г. Челябинск) оцифрованы полностью. Русло реки Миасс извилистое, со сложным меандром, это дает возможность удобно по отношению к объектам картографированной территории располагать таблицы со статистическими данными и элементы бизнес-графики при формировании файлов отчета.

Особое внимание при формировании системы уделялось тематической нагрузке, которая создавалась преимущественно путем формирования тематических слоев, содержащих характеристики отдельных объектов хозяйственной деятельности.

Для части тематических слоев базы данных отсутствуют (там, где графическая информация исчерпывающе характеризует объект).

Тематическая информация ГИС «Шершни» объединена в следующие слои:

- Географические характеристики водных объектов;

- Гидрологические характеристики водных объектов;

- Земельно-кадастровая информация (информация о землепользованиях в пределах водосборной территории);

- Функциональное и правовое зонирование территорий поселений (земли поселений), расположенных в непосредственной близости от водных объектов;

Прочие объекты хозяйственной деятельности (сельскохозяйственные объекты, подземная и наземная инфраструктура и т.д.), представляющие потенциальную опасность для водных объектов;

Водоохранные зоны (с учетом требований нового Водного кодекса, рекомендаций РОСНИИВХ);

Результаты мониторинга негативного воздействия объектов хозяйственной деятельности на состояние водных объектов, имитационные модели.

Комбинирование слоев с различной информацией дает возможность проводить различные виды анализа для выявления нарушений в сфере охраны водных объектов, использования земель и расположенных на них объектов недвижимости, расположенных в водоохранных зонах и т.д.

Созданная нами система позволяет выявлять недостатки законодательного и технологического характера в части проектирования зон охраны водных объектов. Так, например, наложение земельно-кадастровой информаций на слой водоохранных зон дает наглядное представление о несовершенстве законодательства в сфере использования водных объектов,

ведь новый Водный кодекс устанавливает связь размера (ширины) водоохраной зон лишь с общими типовыми характеристиками водных объектов: установлено фиксированное соответствие размера водоохранной зоны каждому типу водного объекта. При этом не учитывается ни экологическое состояние самого водного объекта, ни топографические особенности местности, ни характер объектов, расположенных в непосредственной близости от рассматриваемых гидрографических объектов (технологические особенности эксплуатации производственных объектов, функциональное зонирование территорий городских и сельских поселений, режим использования и соответствие разрешенному использованию земельных участков, находящихся вблизи водных объектов). Отметим и непроработанность на законодательном уровне вопроса охраны водных объектов с особым хозяйственным значением, таких как Шершневское водохранилище.

Для возможности проведение более детального анализа состояния Шершневского водохранилища на данный район создана карта более крупного масштаба (1:25000) с отображением информации, имеющей отношение только к режиму использования водохранилища и земельных угодий также в границах водосборной территории. На базе данного картографического материала также предусматривается возможность проведения имитационного моделирования различных процессов.

Следует отметить, что созданная нами ГИС Шершневского водохранилища является базовым материалом и представляет удобные механизмы для осуществления поддержки принимаемых управленческих решений в сфере использования водных объектов, земельных ресурсов, принятия законодательных решений относительно статуса и режима использования водохранилища. Особо следует отметить значение ГИС для проведения различных видов оценочной деятельности: оценки состояний водных объектов, кадастровой оценки объектов недвижимости, определения рыночной стоимости участков занятых водными объектами, а также расположенных в пределах водосборной территории.

Дальнейшей задачей совершенствования геоинформационной системы является создание программно-информационной платформы для проведения различных научных исследований, т.е. превращение ГИС в ГИС-технологию.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Vitek J.D., Walsh St.J., Gregory M.S. The National Science Foundation National Center for Geographic Information. P. 23.

2. Арефьев, Н.В. Бассейново-ландшафтный подход к организации экологического мониторинга гидроэнергокомплексов на основе геоинформационных технологий / Н.В. Арефьев, В.Л. Баденко, Г.К. Осипов // Гидротехническое строительство». - 1998. - № 11.

3. Берлянт, А.М. Образ пространства: карта и информация / А.М. Берлянт. - М.: Мысль, 1986. - 240 с.

4. Геоинформатика. Толковый словарь основных терминов / А.М. Берлянт, А.В. Кошкарев.

© А.В. Бобылев, Н.С. Рассказова, 2007