CC BY
60
---------------------------------- © А.А. Вагнер, Я.Э. Кузняк,
И.Н. Ротанова, 2009
УДК 004.942+911.2 (556.05)
А.А. Вагнер, Я.Э. Кузняк, И.Н. Ротанова
ИСКУССТВЕННЫЕ МАЛЫЕ ВОДОЕМЫ КАК ЭЛЕМЕНТЫ МОДЕЛИ ДАННЫХ В ГИДРО-ГИС
Рассмотрены искусственные малые водоемы (пруды) как геопространствен-ные объекты. Для решения прикладных функциональных задач в ГИС предложены пути формирования схем представления и хранения данных, обеспечивающих обработку запросов с учетом классификации прудов по различным основаниям.
Ключевые слова: искусственные малые водоемы, модели данных, гидро-гис.
Для территорий с низкой обводненностью значимым элементом гидрографической сети являются искусственные малые водоемы - пруды и водохранилища, играющие важную роль в формировании водно-ресурсного потенциала. Пруды относятся к наиболее многочисленной группе искусственных водоемов на территории Алтайского края. Они сооружаются для задержания и использования (перераспределения) стока внутри года. Пруды разнообразны по форме, размерам, целевому назначению и использованию, роли в распределении стока и характеру его регулирования, биологической продуктивности и качеству воды, интенсивности заиления и зарастания водной растительностью и т.д. Они сооружены в разных геоморфологических, гидрогеологических и гидрологических условиях.
Использование прудов в Алтайском крае многопланово. Основные функции, которые выполняет прудовый фонд, - использование вод на орошение, сельскохозяйственное водоснабжение, осуществление регулирования местного стока (т.е. аккумулирования его части) и рыборазведение. Пруды также решают задачи рекреации, выполняют противопожарные функции и служат для борьбы с водной эрозией.
В последние годы многие пруды и водохранилища стали невостребованными в их основном предназначении - орошении сельскохозяйственных земель. В связи с этим наблюдается тенденция снижения внимания к правильной технической эксплуатации прудов и водохранилищ, что, в свою очередь, приводит к повышению риска аварий, снижению безопасности гидротехнических сооружений.
Как геопространственные объекты искусственные малые водоемы участвуют в технологическом процессе использования и комбинированном естественно-природном и технологическом процессах воспроизводства водных ресурсов, включающих забор, транспортирование, распределение, потребление, отведение, хранение и очищение воды (экологические требования и ограничения). В результате многих исследований установлено, что процессы и функционирование сформировавшейся экосистемы искусственного малого водоема (пруда, малого водохранилища) и естественного водоема (озера) аналогичны. Аналогия прудов и озер исходит из того, что пруды относятся к водоемам неактивного типа, т.е. пруд - это сооружение пассивного регулирования стока, искусственный водоем для хранения воды с неуправляемым ее расходом, поскольку слив воды из них происходит только при уровне выше отметки водосбросного устройства.
С другой стороны, пруды и малые водохранилища представляют собой геотехнические системы, подвергаются воздействию извне, относятся к категории регулируемых водных сооружений и оказывают существенное и разностороннее воздействие на ландшафты водосборных территорий. Техногенные изменения водного режима, вызванные гидротехническим строительством, могут резко трансформировать или ускорять природные процессы, нарушать характер установившихся взаимосвязей и их динамику.
Перераспределение водных ресурсов, связанное с функционированием прудов, вызывает изменения сложившихся взаимосвязей в природе, и, наряду с положительным эффектом, способствует появлению и проявлению негативных последствий. Изменения касаются не только одного какого-то природного компонента, а целой цепочки взаимосвязанных и взаимообусловленных процессов и явлений в ландшафтных комплексах. Помимо своего основного функционального назначения - водообеспечения прилежащей территории, пруды способствуют повышению влажности воздуха, снижению максимальных расходов воды рек и временных водотоков, уменьшению эрозионной деятельности текущей воды.
В системе геопространственных объектов искусственные малые водоемы могут быть определены как природно-техногенные и выделены в отдельную категорию предметной (логической) модели данных в качестве элемента интегрированной ГИС. Такая концепция становится необходимой при решении вопросов взаимоотношений функциональных задач гидро-ГИС-проектов и СУБД. Чаще всего ис-
точником сведений об искусственных водоемах являются традиционные «бумажные» карты и другие материалы, предполагающие последовательное выполнение как минимум двух этапов работ: векторизацию данных и их формализацию с целью при-ведения к формату, предназначенному для решения прикладных функциональных задач. Поскольку картографические материалы в традиционном виде ориентированы, в первую очередь, на визуальное восприятие, подразумевающее осмысление информации пользователем, то при выборе представления данных в ГИС необходимо обеспечить их целостность и топологические отношения.
Для решения прикладных функциональных задач в ГИС необходима эффективная схема представления и хранения данных, обеспечивающая обработку (выполнение) запросов с учетом классификации прудов по различным основаниям: возрасту и стадиям развития, биологической продуктивности, морфологическим характеристикам, геоморфологическим особенностям и т.д.
Согласно функционально-генетической классификации все пруды подразделяются на шесть классов: по функциональному назначению, по способу сооружения, по морфологическим характеристикам, по геоморфологическим особенностям, по эволюционно-возрастным показателям, по источникам питания и водному режиму. По форме котловины и способу создания пруды подразделяют на: речные, овражно-балочные, карьерные, копани, наливные.
По морфометрическим показателям, площади и полному объему
- на: малые (площадь до 10 га, объем до 100 тыс.куб.м); средние (площадь от 10.1 до 25 га, объем 100-300 тыс.куб.м) и крупные (площадь более 25 га, объем более 300 тыс.куб.м).
По хозяйственному использованию: благоустройство и рекреация; комплексное; рыбоводство; орошение и пр.
При функционировании ГИС модель данных должна позволять выполнить статистический и классификационный анализ, а также обеспечивать решение экспертных и оценочных задач, в том числе, определение положительных (планируемых) и отрицательных (побочных, неизбежных) явлений в природной среде, связанных с сооружением прудов: отчуждение (затопление) продуктивных земель; размывы и переформирование берегов; перераспределение стока; водное благоустройство.
Очевидно, что выбранная модель данных для описанного типа геотехнических объектов будет находить применение для решения
определенного круга задач, и применимость конкретной модели данных необходимо рассматривать относительно поставленных задач.
В рамках разработки ГИАС «Вода и экология Сибири» и создания базы геоданных искусственных малых водоемов Алтайского края выполнен комплекс работ, включающий разработку типологии прудов и малых водохранилищ, основанную на учете их ландшафтноморфологических особенностей; оценку современного экологогеографического состояния прудов и водохранилищ; определение ландшафтно-экологических критериев строительства искусственных водоемов; выявление и описание проблем.
Работы выполнены в рамках проекта 4.5.2.8. СО РАН, грантов РФФИ №№ 07-05-00869 и 09-05-00920 и Госконтракта «Исследование современного состояния и научное обоснование методов и средств обеспечения устойчивого функционирования водохозяйственного комплекса в бассейнах рек Оби и Иртыша». ШИН
Wagner A.A., Kuznyak Ya.E., Rotanova I.N.
SMALL MAN-MADE WATER BODIES AS DATA MODEL ELEMENTS IN HYDRO-GIS
The paper considers small man-made water bodies (i.e. ponds) as geospatial objects. To solve the applied functional GIS tasks, the ways of representation schemes technique and data storage to provide inquiry processing with regard to ponds' classification.
Key words: small man-made water bodies, data model elements, hydro-gis
— Коротко об авторах --------------------------------------------------
Вагнер Анна Александровна - инженер, Учреждение Российской академии наук Институт водных и экологических проблем СО РАН, г. Барнаул, E-mail: [email protected],
Кузняк Яна Эдуардовна - инженер, Учреждение Российской академии наук Институт водных и экологических проблем СО РАН, г. Барнаул, E-mail: [email protected],
Ротанова Ирина Николаевна - кандидат географических наук, доцент, зам. директора по НР Учреждение Российской академии наук Институт водных и экологических проблем СО РАН, г. Барнаул, E-mail: rotanova@iwep. asu. ru,
