CC BY
38НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ, 2010, №3 УДК 556.53:004 (282.256.64)
Применение ГИС-технологий для комплексного использования и управления водными ресурсами рек бассейна р. Алдан
П. М. Аргунов
Приводятся результаты исследования бассейна р. Алдан с применением ГИС-технологий в условиях интенсивного освоения территории Южной Якутии. С помощью программного продукта создана геоинформационная система (ТИС) «Бассейн р. Алдан», состоящая из 4 разделов. Проведены анализ и обобщение материалов по использованию водных ресурсов рек, а также анализ природных условий их формирования. Даются выводы научных исследований по каждому разделу ГИС бассейна р. Алдан.
Ключевые слова: геоинформационная система, бассейн реки Алдан, наводнение, качество речных вод, электронная карта.
Results of research of pool of the river Aldan with application GIS - technologies in the conditions of intensive development of territory of Southern Yakutia are resulted. By means of software product the geoinformation system (GIS) «Pool of the river Aldan», consisting of 4 sections is created. The analysis and generalisation of materials on use of water resources of the rivers, and also the analysis of an environment from formation are carried out. Conclusions of scientific researches on each section GIS of pool of the river Aldan are given.
Key words: geoinformational system, river basin Aldan, flooding, quality of river waters, the elctronic card.
В современных условиях важным критерием
ческих решений в области водного хозяйства является наличие не только полноты информации о состоянии водных объектов, но и наличие электронных карт, отражающих комплексное использование и управление их водными ресурсами, а также обусловливающих возможность проведения экспрессоценки на основе применения современных методов научного исследования.
Выбранный объект исследования - бассейн р. Алдан - в последнее время испытывает большую антропогенную нагрузку. Так, согласно «Схеме развития производительных сил Республики Саха (Якутия) до 2020 г.» в бассейне р. Алдан планируется создание 7 гидроэлектростанций, идет прокладка нефтепровода «Восточная Сибирь - Тихий океан» (ВС-ТО), строится железная дорога до г. Якутска, а также интенсивное развитие получит Южно-Якутский территориально-промышленный комплекс, включающий в себя строительство металлургического завода, разработку уранового и угольного месторождений [1]. Поэтому актуальной задачей научных гидрологических исследований на сегодняшний день является изучение водных ресурсов рек бассейна р. Алдан с целью кон-
АРГУНОВ Петр Михайлович, специалист-эксперт, Ленского БВУ Росовдресурсов, [email protected], р.т. 8(4112) 42-07-87.
троля их использования и управления. Сложность этой задачи обусловлена, прежде всего, суровыми природными (климатическими, мерзлотно-гид-рогеологическими, сейсмическими и др.) условиями территории региона, наличием большого числа объектов экономики, использующих водные ресурсы. Острота водохозяйственных проблем и усиление антропогенного воздействия на окружающую среду в перспективе влияют на специфику управления водными ресурсами рек.
В настоящее время в связи с бурным развитием информационных технологий и накоплением большого объема гидрологической информации весьма актуален вопрос качественного их предоставления с помощью ГИС-технологий. В статье приведены результаты научных исследований геоинформационного обеспечения для комплексного использования и управления речных ресурсов бассейна р. Алдан.
Для решения комплекса задач, направленных на создание геоинформационного блока автоматизированной информационной системы, использован программный продукт компании ESRI - Arc View 3.2, с помощью которого создана геоинформационная (ГИС) система «Бассейн р. Алдан».
Информационный блок состоит из 4-х основных разделов:
- природные условия;
- качество речных вод;
- наводнения;
- использование водных ресурсов рек.
По разделу «Природные условия» проведена работа по созданию серии электронных карт, отражающих рельеф, почвы, мерзлотно-гидроге-ологические условия бассейна р. Алдан.
текающего на всем его четырехсоткилометровом протяжении от Томмота до устья р. Учура в усло-
ций, является узкая преимущественно беспойменная долина и глубоко врезанное русло [2]. Долина Алдана здесь располагается на границе двух крупных геологических структур - Алданского щита и Алданской антеклизы, соответствующих в рельефе Алданскому нагорью (по правобережью) и Лено-Алданскому плато (по левобережью). Такое пограничное положение обусловливает чередование выходов в ее пределах как изверженных и метаморфических пород, так и осадочных скальных отложений - доломитов и известняков. Нижнее течение Алдана характеризуется достаточно сложным режимом русловых переформирований, зависящим от характера продольного профиля реки. Здесь река постепенно вступает в пределы Центрально-Якутской низменности, переходя от ограниченных к свободным условиям развития русловых деформаций. Долина реки получает в нижнем течении двустороннее расширение. Только в отдельных местах скальные борта долины прижимаются к реке. В некоторых местах берега долины представлены горными склонами, поросшими лесом и кустарником или покрытыми осыпями. В пойменной прибрежной части долины располагаются сельскохозяйственные угодья - поля, сенокосы, выпасы для скота.
Засушливый и резко континентальный климат, многолетняя мерзлота, состав материнских пород и особенности гидрологического и температурного режима грунтов обуславливают весьма широкое распространение своеобразных мерзлотных почв, которые можно подразделяют на следующие группы [3]:
а) мерзлотно-таежные палевые;
б) мерзлотно-оподзоленные;
в) переходные от лугово-болотных к палевым;
г) перегнойно-карбонатные мерзлотные;
д) мерзлотные лугово-черноземные;
е) лугово-болотные и торфянисто-болотные;
ж) почвы северной тайги и тундр;
з) горные почвы.
В целом для Алданского бассейна характерна неравномерная и в общем незначительная водо-удерживающая способность и слабая водопрово-димость почв. Это исключает возможность создания в почвах больших запасов влаги при орошении и предопределяет быстрое иссушение почв.
В мерзлотном отношении практически весь бассейн находится в пределах криолитозоны -
ных пород.
Среди сплошной зоны многолетней мерзлоты встречаются участки с не мерзлыми породами -таликами. В южной части бассейна талики занимают более 50% площади и сосредоточены обычно на плоских сухих водоразделах, под руслами непромерзающих рек, глубокими озерами и около постоянно действующих источников подземных вод.
К специфическим и широко распространенным криогенным процессам в бассейне Алдана относятся наледеобразование и различные проявления карста.
Раздел «Качество речных вод» включает многослойные тематические карты, содержащие сведения о речной сети бассейна р. Алдан, границах водоразделов, административно-территориального деления, населенных пунктах, дорогах, гидрологических и метеорологических постах, размещения антропогенных источников загрязнения, степени экологической напряженности, классификации рек по степени загрязненности.
Созданные карты по разделу «Качество речных вод», могут быть использованы для получения оперативных сведений:
- о загрязняющих веществах;
- при разработке инженерно-технических мероприятий по снижению загрязнения речных вод;
- по охране и восстановлению водных объектов (строительство биологических очистных сооружений, внедрение безотходных и маловодных технологий, создание систем оборотного и повторно-последовательного водоснабжения, создание и применение малотоксичных ядохимикатов в сельском хозяйстве и др.);
- в получении визуального представления о размещении гидрологических и метеорологических постов, размещения антропогенных источников загрязнения, степени экологической напряженности и загрязненности рек бассейна Алдана.
Выводы по разделу «Качество речных вод».
1. На территории бассейна р. Алдана протекают более 6 тыс. рек длиной более 10 км. Из них 3 реки имеют длину более 1000 км (Алдан, Амга и Мая), 6 рек - от 500 км до 1000 км (Тимптон, У чур, Гонам, Юдома, Аллах-Юнь, Томпо). Густота речной сети на левобережной части водосбора составляет в среднем около 0,3 км/км2, на правобережной - 0,6 км/км2, увеличиваясь до 1,0 и более км/км2 в бассейне р. Томпо [4].
2. Результаты исследований показывают, что речные воды Алдана в целом удовлетворяют
ПРИМЕНЕНИЕ ГНС-ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
требованиям к качеству источников II класса по ГОСТ 2761-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения» и могут быть использованы в питьевых целях после очистки и обеззараживания. Воды рек слабо- и сред-неминерализированные, по химическому составу гидрокарбонатно-кальциевые, с удовлетворительным кислородным режимом, бедны биогенным компонентами, умеренно загрязнены, отличаются низкой самоочищающейся способностью. Наиболее характерными загрязняющими веществами являются нефтепродукты (от 1 до 3 ПДК) и фенолы (от 3 до 5 ПДК). Содержание биогенных элементов (кислорода, углерода, водорода, кальция, магния, азота, калийа, фосфора, и др.) практически в 2-2,5 раза ниже оптимальных для здоровья величин. Вся исследуемая территория относится к региону с дефицитом фтора и йода в речных водах.
В разделе «Наводнения» раскрыта эффективность использования ГИС для принятия управленческих решений во время прохождения весеннего половодья на р. Алдан. Построены электронные карты мест образования постоянных ледовых за-
торов и проведения превентивных противозатор-ных мероприятий. Якутия по своим природным условиям относится к регионам с высокой вероятностью наводнений. На ее территории угроза наводнений существует почти для всех населенных пунктов, расположенных на реках. Только за последние 10 лет здесь произошли самые крупные наводнения России. Так, наводнения на реках Алдана (1998, 2001, 2004, 2007 гг.) по величине подъема уровней воды, масштабам затопления и суммарному ущербу превысили все крупнейшие наводнения предыдущих лет. Поэтому в данном разделе создана электронная модель масштабов затопления с. Кэскил, расположенного на р. Алдан при различных критических уровнях воды на карте масштаба 1:25000 (рис. 1). Такую модель можно использовать для прогноза площадей затопления практически на всех реках Якутии.
Созданные карты и модель масштабов затопления могут быть использованы при решении следующих практических задач:
- получение информации о гидрологической ситуации в период весеннего половодья;
- оценка вероятности возникновения и прогно-
зирования развития и последствии чрезвычайных ситуаций в период весеннего половодья (прослеживание масштабов затопления);
- принятие оперативных решений по ликвидации чрезвычайных ситуаций (определение мест эвакуации, спасательные работы и др.)
Выводы по разделу «Наводнения».
Анализ водного режима рек Алдана позволяет сегодня выяснить причины, условия и закономерности формирования наводнений. Данные многолетних гидрологических наблюдений показывают, что наводнения на реках региона наблюдаются в
весенне-летнии сезон года: либо в период весеннего половодья, либо в период дождевых паводков.
В разделе «Использование водных ресурсов рек» проведены анализ и обобщение материалов Ленского БВУ Росводресурсов, представленных в форме статистической отчетности 2-ТП (Водхоз) с 1990 по 2007 гг.
Анализировались данные по использованию и забору речных вод, сбр
осу сточных вод в реки, потерям при транспортировке, а также оборот-но-повторное использование воды (рис. 2). Все данные используются в базе данных созданной геоинформационной системы «Бассейн р. Алдан».
Результаты анализа представляются в текстовом и графическом виде. Анализ был произведен в разрезе бассейнов (р. Алдан, р. Амга), в разрезе административных районов (Алданский, Таттинский, Амгинский, Усть-Алданский, Усть-Майский, Нерюнгринский, Чурапчинский, Томпонский, Мегино-Кангалас-ский), в разрезе крупных водопользователей («Чульманская ТЭЦ -НГРЭС», с 2001 г. филиал Нерюнгринской ГРЭС ОАО «Дальневосточная генерирующая компания»; Нерюнгринский разрез ГУП «Якутуголь» РС (Я); МУП «Тепловодока-нал» г. Нерюнгри; ЗАО ГДК «Алдголд») (рис.3).
Выводы по разделу «Использование водных ресурсов рек».
До 2001 г. сохранялось практически постоянное количество водопользователей в пределах 60-65. В 2001 г. наблюдается резкое увеличение предприятий и организаций, использующих воды рек (139 водопользователей), затем с 2002 г. наблюдается тенденция снижения числа водопользователей. Основной причиной этого является реорганизация и укрупнение предприятий жилищно-коммунального хозяйства, а также передача им функций водоснабжения сельских населенных пунктов администрациями наслегов.
ПРИМЕНЕНИЕ ГНС-ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ВОДНЫМИ РЕСУРСАМИ РЕК БАССЕЙНА Р. АЛДАН
С 1990 до 2001 гг. наблюдается общая тенденция сокращения забора потребления и использования воды на р. Алдан, что связано с уменьшением использования воды в жилищно-коммунальном хозяйстве, вызванное ликвидацией, сокращением производства ряда транспортных, обслуживающих, строительных и других организаций и предприятий, а также снижением объемов попутно забранных шахтно-рудничных вод угольным разрезом «Нерюнгринский» ОАО «Якутуголь». С 2001 г. использование водных ресурсов рек практически не изменяется и сохраняется в количестве 29-35 млн. м3. В 2003 г. наблюдается некоторый рост использования воды, связанный с введением в эксплуатацию водоводов «р. Лена-оз.
Основную долю сброса сточных вод в реки составляют загрязненные сбросы, они преобладают в период с 1992 по 1999 гг. и с 2003 по 2007 гг. Максимум сбросов был в 2007 г. (38,40 млн. м3), минимум - в 2000 г. (20,68 млн. м3). Преобладание загрязняющих сбросов связано со стоками золотодобывающих предприятий, очистные сооружения которых не обеспечивали очистку вод до установленных норм. Нормативно-очищенные сбросы занимают малую часть сбросов.
Собранная база данных по разделу «Использование водных ресурсов рек» может использоваться государственными и частными организациями работающими в сфере использования и охраны водных ресурсов.
В целом геинформационный блок каждого раздела состоит из следующих видов данных:
- буквенно-цифровые данные;
- географические данные;
- иллюстрационный материал;
- банк данных;
- руководство для пользователя;
- печатная документация;
- фотодокументация.
Таким образом, разработанная на основе ГИС-технологии геоинформационная система «Бассейн р. Алдан» позволяет оперировать со значительными объемами информации, а также выполнять с ней все необходимые операции: ввод, коррекцию, хранение, обработку, визуализацию на экране, манипулирование, анализ и вывод. Она позволит принимать научно обоснованные решения в области использования и управления водными ресурсами, проследить развитие наводнений и экологически опасной ситуации с загрязнением речных вод.
Литература
1. Якутия. Историю - культурный атлас. - М.: Фео-рия, 2007. - 872 с.
2. Реслрсы поверхностных вод СССР. Т. 17. Лено-Ин-дигирский район. - Л.: Гидрометеоиздат, 1972. -651с.
3. Схема комплексного использования и охраны водных ресурсов бассейна р. Лены. Том 2. Водные объекты. Водные ресурсы. Водохозяйственные системы и ГТС. -Якутск, 2006.-356 с.
4. Аржакова С. К., Жирков И. И., КусатоеК. И., Андросов И. М. Реки и озера Якутии. - Якутск: Бичик, 2007. -136 с.
