Автоматизована інформаційно-вимірювальна система "Тиса" для прогнозування повеней в Закарпатській області

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автоматизована інформаційно-вимірювальна система "Тиса" для прогнозування повеней в Закарпатській області

Живиця В.А.

Розглянуто необхідність створення, склад і функції автоматизованої інформаційно-вимірювальної системи “Тиса” для прогнозування повеней в Закарпатській області.

The necessity of creation, structure, functions of automated information and measuring system “Tysa” for flood forecasting in Zakarpattya region are considered. тиса радіозв'язок повінь автоматизований

Найбільш паводконебезпечною територією не тільки в Україні, але й в Європі є Карпати та прилеглі до них передгірські райони. Густота річної мережі в Карпатах становить у середньому 1,4 км/км², що у 4...7 разів вище ніж на більшій частині території України. Така велика розгалуженість річкової мережі в поєднанні з великою кількістю опадів призводить до наздвича1но високого стоку в основних річках під час повеней і паводків. Стік річок збільшується в сотні і тисячу разів і досягає 1000...8000 м³/с. Їх водність під час повені можна порівняти з водністю найбільших річок Європи - Дунаєм, Волгою, Дніпром.

Умови формування повеней в гірських районах суттєво відрізняються від рівнинної території. Так, в Карпатах, на протязі зими і весни можливі неодноразові паводки, викликані частими відлигами й інтенсивними опадами. В окремі періоди опади випадають одночасно зі сніготаненням і формуються багатопікові паводки змішаного походження. Такі природні особливості Карпат у поєднані з техногенними чинниками призводять до періодичного виникнення повеней і паводків. Тільки в Закарпатті за період 1946-2001 рр. пройшло 150 паводків різної інтенсивності, в тому числі катастрофічні паводки 1998 і 2001 рр., які встановили історичні максимуми і нанесли великих збитків господарству області.

Висока повторюваність повеней і паводків, катастрофічні наслідки, до яких вони призводять, потребують детального вивчення умов формування і прогнозування їх розвитку. Повені і паводки - це природне явище, яке було, є і буде завжди. Тому з ними необхідно не тільки боротися, але й прогнозувати їх проходження і при можливості попереджати. Це економічно вигідніше і призводить до менших негативних наслідків. В паводконебезпечних районах необхідно мати постійну інформацію про стан річок і атмосфери, що в поєднанні з іншими природними чинниками дозволить прогнозувати зміну рівнів і витрат.

У 1988 р. міністерство меліорації і водного господарства УРСР та інститут “Укрдіпроводгосп” підготувало Технічне завдання на розробку автоматизованої інформаційно-вимірювальної системи “Тиса” (АІВС-“Тиса”). Робочий проект АІВС-“Тиса” був розроблений в 1990р. Створення системи передбачалось у дві черги:

1. Створення Центру збору і обробки інформації (ЦЗІ) в м. Ужгород та засобів зв'язку між ним та аналогічними ЦЗІ в м. Ніредьгаза (Угорщина);

2. Створення мережі автоматизованих вимірювальних станцій, системи передачі даних та програмно-інформаційного забезпечення.

В рамках створення першої черги в 2000 р. було проведене необхідне оснащення Ужгородського ЦЗІ комп'ютерами та засобами зв'язку. Була створена і введена в дію система мікрохвильового радіорелейного зв'язку між містами Ужгород та Ніредьгаза.

В тому ж році, в рамках створення другої черги АІВС-“Тиса”, була здійснена модернізація системи відомчого мовного УКХ - радіо зв'язку, створена система цифрового радіозв'язку для передачі інформації з автоматизованих вимірювальних станцій (АВС). На території області були розміщені дві групи ретрансляторів:

1. Ужгород (центральний), Яворник, Плай, Мукачево;

2. Рокосово (центральний), Колочава, Красна, Терентин.

У 2000-2003 рр. були введені в дію перші автоматизовані гідрометеорологічні вимірювальні станції в м. Тячів на р. Тиса і в м.Ужгород на р.Уж, а також автоматизована метеорологічна станція на ретрансляторі Рокосово.

З 2001 р. розпочалася робота над розробкою і створенням автоматизованої інформаційно-вимірювальної системи для прогнозування паводків і управління водними ресурсами в басейні р. Тиса Закарпатської області (АІВС-“Тиса”-2).

В рамках проекту АІВС-“Тиса”-2 передбачалось більш тісне міжнародне співробітництво з державами, що межують із Закарпатською областю з метою обміну необхідною інформацією і залученням іноземних інвестицій у проект. Так, спільно з Словаччиною заплановано встановлення АВС на річках Уж і Латориця з інтеграцією в існуючу систему. Угорщина надала допомогу в створені 12 АВС у басейні р. Тиса. Передбачається розвиток УКХ-радіо зв'язку ( отримання додаткових частот, збільшення кількості абонентських радіостанцій) і використання супутникового зв'язку з найбільш віддаленими АВС.

На даний час до складу автоматизованої системи входять:

1. Інформаційний центр (ЦЗІ) - м. Ужгород, офіс Закарпатського облводгоспу.

2. Автоматизовані вимірювальні станції - 35 шт.

3. Система мікрохвильового радіорелейного зв'язку - 8 рет-рансляторів.

4. Метеорологічний радар - м. Нопкор, Угорщина.

5. Метеорологічний супутник “Meteosat” - ЄС.

Наведені складові системи мають різне обладнання і виконують наступні функції:

Інформаційний центр. Обладнаний міні - АТС, створена локальна обчислювальна мережа на 24 комп'ютерні робочі місця. Встановлено необхідне програмне забезпечення:

1. Програма “Radar” для роботи з даними метеорологічного радару;

2. Програма “ICI sat” для роботи зі знімками з метеорологічного супутника;

3. Програма “ MS Access 97” та “MS Excel 97” для обробки даних з українських та угорських АВС на робочих місцях.

В ЦЗІ відбувається накопичення всієї інформації, що надходить від АВС, радару, метеосупутника за системою радіорелейного і супутникового зв'язку з території України та Угорщини.

Прогнозування паводкової ситуації відбувається з використанням системи прогнозування Flomatis, яка розроблена і впроваджена в межах міжнародної співпраці з ЄС.

Система Flomatis інтегрує в одній комп'ютерній системі управління даними і прогнозування паводку та використовує центральну реляційну базу даних для збереження і обробки даних, вхідний параметр моделі та результати моделювання прогнозу.

Процесорний блок моделі прогнозування становить модель опадів - стоку Kalypso. Вона дозволяє проводити повне моделювання водного балансу території в залежності від опадів. Концепція моделі базується на послідовній симуляції і математичній суперпозиції індивідуальних гідрологічних процесів, спочатку у вертикальному, потім у горизонтальному напрямках. Головні процеси у вертикальному напрямку: накопичення снігу, компресія і абляція, утворення перешкод, випаровування, відкладання наносів та накопичення підземних вод. У горизонтальному напряму моделюється поверхневий і ґрунтовий стік, підземний стік, інфільтрація водних потоків.

Для моделювання гідрологічної ситуації на річках увесь баланс Верхньої Тиси розбито на 122 субводозбори, а водні потоки представлені 106 ділянками річок. Кожен субводозбір належить до однієї з трьох регіональних зон (низина, передгір'я, високогір'я). В межах одного субводозбору ґрунти і землекористування може різнитись, оскільки вони далі структуруються на гідротопи однакового землекористування та ґрунти.

Сформовано 310 гідротопів для басейну Верхньої Тиси. Для кожного гідротопу вертикальні гідрологічні процеси послідовно моделюються і в кінці об'єднуються горизонтальні процеси. Кожен гідротоп визначається 17 параметрами, що описують шари ґрунтів, рослинний покрив і фільтраційні властивості. Додатково 33 параметри визначають характер поверхні і гідрологію кожного субводозбору.

Результати моделі - це гідрографи всіх вертикальних і горизонтальних процесів у кожному субводозборі та між ділянками водостоків, в першу чергу гідрографи стоку. Параметри гідрологічної моделі визначаються довгостроковими періодами (часовий крок - одна доба) і окремими штормовими випадками (часовий крок - одна година).

Автоматизовані вимірювальні станції. Станції призначені для вимірювання температури води і повітря (⁰С), опадів (мм), рівнів води (см) в автоматичному режимі (таблиця).

Таблиця

Характеристика автоматизованих вимірювальних станцій АІВС-“Тиса”

Отримана інформація через 5 хв. ( на деяких через 15 хв.) подається в ЦЗІ системою радіорелейного або супутникового зв'язку і зберігається у базі даних у вигляді графіків або таблиць. Станції, розміщені в будівлях, контейнерах або шафах. До їх складу входять:

1. Первинні прилади (сенсори, датчики):

- барометричний (DATAQUA) і радарний (VEGA PulsDRUCK) датчики виміру рівня води;

- датчики рівня опадів LAMBRECHT;

- датчик температури ROTRONIC.

2. PTU блок збору інформації та комунікаційний блок. В щит PTU функціонально вмонтовано три блоки:

- SCADA Pack - блок збереження вимірів та контролер;

- УКХ радіостанція Motorola та модем;

- акумулятор і зарядний пристрій.

3. Блоки захисту майна. Спрацьовує звуковий сигнал при відчиненні дверей і розривах вузлів.

4. Система обігріву антени електричним струмом.

5. Блок енергозабезпечення, в який входять мережа 230 V і акумулятори.

6. Ретранслятор.

7. Програма управлянні процесами збору, збереження та відображення інформації іFIX Dynamics 2,5.

8. Комп'ютер, що має безпосередній зв'язок з центральним комп'ютером.

Система УКХ - радіозв'язку.

Система зв'язку і передачі інформації в межах України здійснюється за допомогою мовного відомчого УКХ - радіозв'язку і цифрового радіозв'язку для передачі інформації з АВС. Зв'язок підтримується за допомогою 8 ретрансляторів і охоплює практично всю населену територію області. УКХ - радіозв'язок працює на частоті 350 мГц і є системою радіального типу. Зв'язок між ЦЗІ в м. Ужгород і м. Ніредьгаза підтримується за допомогою двох каналів прямого телефонного зв'язку та одного каналу для передачі комп'ютерних даних. Система працює на частотах 12...13 гГц. Можлива добудова аналогічної лінії зв'язку між м. Ужгород і м. Кошице (Словаччина).

Метеорологічний радар. Надає на ЦЗІ поточну інформацію про стан атмосфери на Карпатами і прилеглими територіями ( місцезнаходження і стан дощових хмар, їх висота, опади та інше).

Метеорологічний супутник “Meteosat”. Надає інформацію про стан атмосфери і земної поверхні, її фотографії, ступінь зволоження та інше.

Аналіз роботи системи АІВС-“Тиса” з 2004 р. показує, що система прогнозування Kalypso (опади-стік) в цілому вірно відображає динаміку формування повені в часі. Максимальні значення моделі гідрографу стоку під час повені повністю співпадають з фактичними даними, особливо в гірських районах. Точність прогнозування дещо зменшується на низині внаслідок впливу додаткових факторів. Розширення бази даних і удосконалення пакету програмного забезпечення покращить роботу системи прогнозування повеней в Закарпатській області.

Література

1. М.І.Ромащенко, Д.П.Савчук. Водні стихії. Карпатські повені. Статистика, причини, регулювання/за ред. М.І. Ромащенко.-К.: Аграрна наука, 2002.-304с.