Автоматизированная информационная система мониторинга и прогнозирования качества поверхностных вод Орловской области

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автоматизированная информационная система мониторинга и прогнозирования качества поверхностных вод Орловской области

Плетнева Л.А., Плетнев А.Л., Плетнев А.А.

Given article is devoted to an actual problem of monitoring and prognosis a quality of surface waters. In it use of the automated information system for the decision of this problem is considered.

Проблемы экологической безопасности, возникшие в мире и в Российской Федерации на рубеже третьего тысячелетия, являются следствием многих причин: расточительного использования природных ресурсов; роста масштабов интенсификации добычи природных ресурсов для нужд экономики страны; несовершенства применяемых технологий и нормативно-правовой базы, регулирующей отношения в области природопользования и охраны окружающей среды. Водным законодательством Российской Федерации определены основные задачи, связанные с управлением в области использования, восстановления и охраны водных объектов, а также развитием водного хозяйства. Решение каждой из задач по государственному управлению связано в свою очередь с информационным обеспечением лиц, принимающих управленческие решения. карта поверхностный водный контроль

Создание системы информационного обеспечения является одним из необходимых условий водной безопасности, поскольку своевременное получение полной и достоверной информации об имеющихся факторах опасности, критическом изменении водохозяйственной и экологической обстановки, а также состоянии водохозяйственных и природных объектов и их устойчивости к воздействию неблагоприятных факторов служит основой для принятия любого серьезного управленческого решения. Поэтому мониторинг с управляемым воздействием является актуальной задачей. Для полноценного мониторинга с возможностью прогнозирования состояния поверхностных вод необходима автоматизированная информационная система. Создание информационной системы водного фонда Орловской области откроет возможность для решения следующих проблем:

· управление использованием и охраной водных ресурсов на основе бассейнового и административно - территориального принципов;

· проведение единой политики воспроизводства, охраны водных ресурсов и восстановления водных объектов;

· сохранение чистоты и полноводности рек, озер и других водных объектов;

· предупреждения, прогнозирования и ликвидации последствий паводков и других видов вредного воздействия вод;

· регулирования экономического и правового механизмов водопользования и охраны водных ресурсов;

· разработка и осуществление законодательства и общей политики в области охраны окружающей среды;

· обеспечение процесса принятия решений, особенно на областном уровне в плане регулирования экологических норм;

· укрепление целостности политики по отраслям в области охраны окружающей среды;

· информирование общественности о состоянии и тенденциях окружающей среды.

В Орловском государственном техническом университете разрабатывается автоматизированная информационная система (АИС) мониторинга состояния поверхностных вод. Эффективность создания автоматизированной информационной системы водохозяйственного и экологического состояния поверхностных вод зависит от следующих факторов: проектирования базы данных и ее реализации, проектирования и реализации приложений, административных процедур.

Проектирование базы данных включает в себя следующие этапы: построение информационно-логической модели данных предметной области; определение логической структуры реляционной базы данных; конструирование таблиц базы данных; создание схемы данных; создание записей; разработка необходимых форм, запросов, макросов, модулей, отчетов; разработка пользовательского интерфейса.

Для создания базы данных необходимо располагать описанием выбранной предметной области, охватывающим реальные объекты и процессы, а также определить все необходимые источники информации для удовлетворения предполагаемых запросов пользователей и потребности в обработке данных. В результате анализа информации, необходимой для мониторинга и прогнозирования водохозяйственного и экологического состояния поверхностных вод Орловской области, сформировали описание предметной области и определили логическую структуру базы данных.

В пределах области располагаются водоразделы трех крупных рек Европейской части страны: Волги, Днепра и Дона. Изучение химического состава поверхностных вод суши Орловской области проводятся комплексной лабораторией по мониторингу окружающей природной среды (КЛМС) в соответствии с планом работы группы гидрохимии и графиком отбора проб и определения расходов поверхностных вод.

В бассейне реки Ока изучение химического состава поверхностных вод осуществляется на 6 водных объектах, в 5 пунктах: р. Ока (г. Орел), р. Крома (п. Кромы), р. Орлик (г. Орел), р. Зуша (г. Мценск), р. Неручь (д. Орловка), р. Нугрь (г. Болхов) в 9 створах. Изучение химического состава поверхностных вод бассейна реки Днепр осуществляется на 1 водном объекте в 1 пункте (река Нерусса - город Дмитровск-Орловский) в 2 створах. Изучение химического состава поверхностных вод бассейна реки Дон осуществлялось на 2 водных объектах в 2 пунктах (река Сосна - горд Ливны, река Труды - село Крутое) в 3 створах.

Река Ока на территории города Орла с 1987 года относится к третьей категории пункта контроля. Целью осуществления контроля является получение информации о качестве воды реки Ока в районе города Орла с организованным сбросом сточных вод. На реке Ока расположены два гидрологических поста ГП «Вендерово» и ГП «Костомарово». Гидрологический пост «Костомарово» расположен на расстоянии 1386 км от устья реки Ока. Также гидрологические посты расположены на на реке Зуша город Мценск в 38 км от устья , на реке Орлик и в городе Болхов в 43,5 км от устья реки Нугрь.

Программа наблюдений на каждом пункте контроля должна учитывать местные особенности процесса загрязнения контролируемого участка водотока, включая обязательное определение таких элементов качества воды, как температура, содержание взвешенных веществ, минерализация, содержание растворенного кислорода, БПК, плавающие примеси, запахи, патогенные микроорганизмы и дополнительные специфические для данного объекта. Программа наблюдений должна быть дифференцирована с учетом значимости водного объекта.

На реке Ока определение качества поверхностных вод в пункте контроля проводятся ежемесячно по сокращенной программе и в основные гидрологические фазы 7 раз в год.

Ежемесячно анализ качества воды проводится с 1981 года по сокращенной программе №3, которая предусматривает определение характерных загрязняющих веществ: аммиак, нитриты, железо общее, медь, цинк, никель. Нефтепродукты, СПАВ, фенолы, хром общий, взвешенные вещества. По общей программе с 1977 года не определяются соединения металлов спектральным методом (соединения меди, цинка, никеля, хрома определяются колориметрическим методом).

Учитывая особенности работы органов контроля о состоянии поверхностных вод и их требования к информации о качестве водных объектов. была разработана концептуальная модель базы данных мониторинга поверхностных вод.

В результате была создана база данных в среде СУБД Microsoft Access. Данная среда была выбрана для дальнейшего совместного использования взаимодействию ГИС ArcView и СУБД MS Access. Созданная АИС включает в себя базу данных, комплекс компьютерных программ, построенных на математических моделях динамики загрязнения поверхностных вод, реализованных в среде Delphi и MS Access. Комплекс программ включает: программы расчета гидрологических характеристик, модели качества речной воды, которые воспроизводят пространственное распределение в реке загрязняющих веществ на основе детерминированного подхода. Информационные экологические ресурсы помещаются в базы данных (БД), которые являются ядром информационной системы водного фонда и предназначены для хранения и обработки информации. БД содержат:

· блок «Справочники» содержит формы ввода исходной информации по водным объектам, районам, предприятиям, контрольным точкам, загрязняющим веществам, гидрологические характеристики, нормативно-справочную информацию, информацию о статистической отчетности;

· блок «Мониторинг» - данные мониторинга гидросферы, почв, среднегодовые концентрации 32 загрязняющих веществ и гидробиологические показатели;

· блок «Статистической отчетности» содержит данные по промышленным предприятиям, источникам загрязнения, влияющим на качество поверхностных вод; сбросы воды в водные объекты, объемы сброса отдельных загрязняющих веществ;

· блок для работы с координатами объектов.

Особенностью данных БД является то, что они накапливают информацию, используют и обмениваются данными с геоинформационной системой (ГИС). ГИС содержит карту Орловской области, а также инструменты, необходимые для соединения проекта карты с БД, и инструменты, позволяющие отобразить и редактировать объекты из БД. На электронной карте отображаются следующие объекты БД: границы области и административных районов, населенные пункты, гидрография (реки и озера), леса, автомобильные и железные дороги (Рис.1).

На карте разным цветом отображается загрязнение реки по различным показателям, в зависимости от их концентрации. Таким образом, визуально могут быть определены наиболее загрязненные участки и участки с наименьшим загрязнением. Данные поступают из базы данных MS Access в Arc View. Поэтому можно увидеть степень загрязненности отдельных участков речного бассейна, а, используя математические модели и их программную реализацию, получать информацию о качестве поверхностных вод в различные моменты времени.

Рисунок 1 - Фрагмент электронной карты ГИС

Разработка приложений АИС подразумевает создание ActiveX-компонента, который обеспечивает создание DDE-связи между MS Access и Arc View.

Наиболее целесообразным является использование ГИС как инструментального средства для подготовки и анализа пространственных и атрибутивных данных и создание дополнительных специализированных ГИС-приложений для численной реализации математических моделей, прогнозирования состояния водных экологических систем. Предлагаемая АИС водохозяйственного и экологического состояния бассейна реки Ока предусматривает:

· получение изображения карты района, области в масштабе пользователя в целом, изображение слоев с возможностью увеличения изображения для детального изучения карты;

· отображение экологической, водохозяйственной и справочной информации по любому выбранному по карте объекту или для выбранного в базе данных объекта с возможностью увидеть его местоположение на электронной карте;

· работу с базами данных нормативно-справочной информации и статистической отчетности;

· изображение на карте величины загрязнения каждого населенного пункта.

Данная работа проводится в рамках исследований при поддержке РФФИ по проекту № 06-07-96305 р_центр_а.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сербенюк, С.Н. Картография и геоинформатика - их взаимодействие [Текст] / С.Н. Сербенюк - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1990.

2. Плетнева, Л.А. Разработка метода прогнозирования качества поверхностных вод Орловского региона на основе данных их контроля [Текст] / Л.А. Плетнева // Научные исследования: информация, анализ, прогноз. Труд коллективной монографии. Книга 2. -Воронеж: Воронежский госпедуниверситет, 2004.

3. Плетнев, А.Л. Контроль природной среды методами математического моделирования и ГИС-технологий [Текст] / А.Л. Плетнев, Э.Ф. Казанцев, Е.В. Закалкина // Безопасность жизнедеятельности, №11, 2002.

Размещено на Allbest.ru