КАРТОГРАФИЧЕСКАЯ ОСНОВА ОЦЕНКИ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН Горшкова А.Т.,Урбанова О.Н.,Бортникова Н.В.,Урбанов Д.А.

Институт проблем экологии и недропользования Академии наук Республики Татарстан (ИПЭН АН РТ)


Номер: 5-3
Год: 2017
Страницы: 128-132
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

реки, водосбор, гидрологические карты, векторный слой, rivers, pool, hydrological maps, vector layer

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Институт проблем экологии и недропользования Академии наук Республики Татарстан обладает большим объемом информации о водных объектах республики. Построенные на его основе гидрологические карты позволяют оценить водные ресурсы всех рек республики и определить возможность их использования.

Текст научной статьи

Решение водохозяйственных и природоохранных задач методами традиционной гидрологии основано на использовании данных многолетних гидрометрических наблюдений, проводимых, как правило, на крупных реках. Малые и средние реки, которые в последнее время стали объектами массового проектирования и комплексного использования, остаются и, в ближайшем будущем, будут оставаться, недостаточно изученными. Это вызывает необходимость развития методов анализа и расчета, позволяющих переносить имеющуюся гидрометеорологическую информацию на неизученные территории. При этом необходим большой объем сведений не только о водных ресурсах отдельных рек, но и о стокообразующих факторах их бассейнов (климатических, геологических, геоморфологических). Республика Татарстан является одним из немногих регионов России, обладающих полноценным сводом сведений о водных объектах и их ресурсах, нашедших свое отражение в различных печатных изданиях [1; 2; 3]. Все опубликованные сведения получены в результате многолетних исследований условий формирования речного стока с подробным выделением характеристик различных элементов географического ландшафта и их распределения по бассейнам. Исследования велись с 1946 г. отделом гидрологии, который претерпел много переименований в зависимости от преобладающей тематики (отдел энергетики, водного хозяйства, малых рек), но при этом гидрологическая группа, как основа научного плана, присутствовала в структуре отдела постоянно. В настоящее время вся собранная информация сосредоточена в Институте проблем экологии и недропользования АН РТ в виде баз данных Автоматизированной Системы Оценки Водных Ресурсов (АСОВР), которая позволяет осуществлять ввод, поиск, сравнение, систематизацию, архивацию и обработку данных. В директориях базы данных АСОВР содержатся гидрологические, гидрохимические, морфометрические, ресурсные характеристики в виде отдельных многочисленных табличных цифровых матриц. Для математической обработки информации разработано специальное прикладное программное обеспечение, основанное на стандартных методах математических и гидрологических расчетов. Тексты прикладных программ позволяют решать конкретные гидрологические и водохозяйственные задачи. Проводимая, в частности, с помощью современного программного обеспечения обработка информации, позволяет преобразовать сухой язык цифр в оценку состояния бассейнов малых рек и их водных ресурсов. При этом строятся различные вспомогательные и промежуточные карты, которые можно отнести к числу гидрологических, поскольку они составлены для объяснения и понимания гидрологических явления и процессов. В качестве единицы площади, на которую распределяется рассматриваемое явление или процесс, принят элементарный речной бассейн - естественное образование, самой природой «приспособленное» для изучения процессов формирования стока [4, 23]. Для построения карт используется информация как метрического (координатного), так и тематического (содержательного) типа. Метрическая информация служит для фиксации пространственного положения (границ) картографируемых объектов и состоит из специального набора координат. Тематическая информация содержит количественные, качественные, топонимические и другие характеристики. Любой картографируемый объект обязательно содержит оба атрибута. Например, при разработке первой очереди геоинформационной системы «Природопользование» в рамках «Электронного Правительства Республики Татарстан» в качестве основы для создания электронных тематических карт были использованы базы пространственных данных по характеристикам речной сети территории республики, по водным ресурсам бассейнов рек и муниципальных районов [5]. Для модуля «Мониторинг водных ресурсов» на первом этапе разработки электронной картографической основы был создан целый ряд вспомогательных и аналитических карт, несущих односложную информацию. В частности, карта гидрографической сети территории РТ, цифровые данные о которой представлены в АСОВР в виде таблицы формата MS Excel, входящего в состав офисного программного пакета Microsoft Office. В таблице приведены сведения о названии рек, куда и с какого берега впадают, расстояния от устья принимающей реки, длине и категории водотока, общем количестве притоков и притоков, длина которых менее 10 км. Все водотоки расположены в порядке гидрографической схемы - главная река - ее притоки в порядке впадения от истока к устью, независимо от того, с какого берега они впадают. Внутри бассейнов притоков первого порядка таким же образом размещены притоки второго порядка и т.д. На территории Республики Татарстан, отличающейся густой, разветвленной речной сетью и большим количеством муниципальных образований, имеются значительные отличия и большое разнообразие в густоте речной сети и характере русел рек. Для отображения такого разнообразия на тематических картах разработан метод избирательного вывода параметров, который позволяет показать на картах реки и границы бассейнов с определенной детализацией. Реки на картах показаны как линейные картографические отображения, что является предпочтительным при решении ряда водохозяйственных задач, связанных с планированием их использования (размещение водопользователей по длине реки). Кроме того, картографирование гидрографической сети позволяет получить необходимую информацию о структуре речных водосборов при исследованиях пространственного распределения стока. Информация о речной сети была скомпонована в виде файлов rt_river_i.mif/mid и rt_river_a.mif/mid. Сведения о водных ресурсах бассейнов рек (годовые расходы воды, объем стока и водообеспеченность бассейнов), являющиеся атрибутивной информацией, связанной с картографическими объектами, скомпонованы в виде файла Bassn.mif/mid и имеют привязку к электронным картам ГИС «Природопользование». Для отображения водосбора, представляющего собой полигон земной поверхности, с которой происходит сток вод в речную сеть, был разработан векторный слой границ бассейнов рек обменном формате mif/mid. При этом, прежде всего, были выделены водосборные бассейны 71-го основного притока крупных рек, формирующих каркас гидрографической сети (Волга, Кама, Вятка, Белая) (рис.1). Рис. 1. Векторный слой границ бассейнов малых рек РТ В основу построения большинства гидрологических карт положено представление о «азонально репрезентативной площади» речного водосбора. В качестве репрезентативных бассейнов обычно используются элементарные водосборы или небольшая их группа, составляющая малый бассейн более высокого порядка, чем единичный. Размер речного бассейна теоретически обосновывается как величина площади, в пределах которой, нивелируется и взаимно компенсируется влияние микроландшафтных условий стока и становится пренебрежимо малой (находящейся в пределах точности гидрометрических измерений и точности многолетнего осреднения) величина периферийного водообмена бассейна. При соблюдении этих условий бассейн отражает совокупность (комплекс) условий стока, изменяющуюся только в зависимости от климатической зональности процессов тепло- и влагообмена. Поскольку все реальные речные бассейны любого размера состоят из множества элементарных водосборов, то объектом исследования может быть выбран любой из них. Границы элементарных водосборов (водоразделы) оцифровывали с помощью топографических карт, на которых рельеф территории представлен в горизонталях с сечением, зависящим от масштаба карты. Пример выделения площадей водосбора внутри основного бассейна приведен на рис. 2. Рис.2. Пример выделения площадей водосбора Различаются два вида оконтуривания водосборов: геоморфологическое, соответствующее поверхностному водоразделу, и гидрологическое выделение, представляющее действительный бассейн с учетом подземного притока. Не являясь прямым генетическим показателем речного стока, водосборная площадь может быть использована для приближенной характеристики условий питания рек подземными водами. Зависимости элементов стока от площади поверхностного водосбора хотя и не являются генетическими, но могут служить целям интерполяции. Интерполяция как способ нахождения промежуточных значений величины по имеющемуся дискретному набору известных значений, наряду с другими частными способам (аналогии, эмпирических коэффициентов, экспедиционным) широко распространенного в гидрологической практике географо-гидрологического метода В.Г. Глушкова, лежит в основе построения многочисленных карт, особенно гидрологических [6]. При построении карт высока и возможность использования метода гидрологической аналогии, особенно при отсутствии территориальных строительных норм, позволяющая привлекать современные данные наблюдений, разрабатывать новые карты и уточнять существующие. В гидрологии в отличие от других наук географического цикла карты не только отражают конкретные гидрологические объекты, явления и процессы, но являются способом определения стока неизученных рек. Эту мысль четко высказал А.А. Соколов, отмечавший, что «ценность карты должна заключаться не только в том, что она правильно отражает закономерности распределения стока в отношении изученных рек. Главное ее назначение - давать возможность правильно предвидеть сток неизученных рек» [7]. Сток рек, выраженный обычно в слое и модуле стока, изображался на картах с помощью традиционных изолиний, полезность которых нельзя отрицать, так как они являются первым обязательным этапом каждого исследования по гидрологическому режиму и используются для ориентировочной оценки стока. Однако Г.Н. Петров, на основании проведенных гидрометрических съемок, составил совершенно реальные карты различных фаз стока, гидрологические характеристики на которых были изображены методом районирования [8]. Этим он показал принципиальную непригодность карт изолиний для инженерных расчетов и характеристик распределения стока. В дальнейшем ученые пришли к выводу, что изображение гидрологических явлений и с помощью изолиний и районированием имеют право на существование. В первом случае предпочтение отдается отображению зональных (фоновых) явлений, во втором - тем, которые носят азональный, дискретный характер. В зависимости от степени обработки имеющейся информации гидрологические карты подразделяются на карты, отображающие данные полевых наблюдений, карты производных гидрометеорологических величин (результат осреднения, интерполяции и экстраполяции) и интерпретационные карты, на которых данные наблюдений и расчетов представляются в генерализованном и упрощенном виде для отображения главных взаимодействий в природно-хозяйственных системах. Степень генерализации гидрологических показателей зависит от типа и масштаба карты. Для некоторых видов карт, элементарных по содержанию (имеющих один - два показателя), возможно применение минимальных норм генерализации. Примером могут служить карты гидрографической сети, составляемые с цензом отбора рек в два миллиметра (в масштабе карты), при котором на карте сохраняется вся речная сеть, за исключением мелких незначительных ручьев. Интерпретационные карты, наряду с картами анализа окружающей среды, в настоящее время следует рассматривать как два главных источника информации для решения задач планирования, проектирования, оперативного и прогнозного управления водными ресурсами и охраны вод. Интерпретационные карты, обычно отображающие результат водопользования (использование водных ресурсов, водообеспеченность территории и населения, состояние природных систем), сопровождаются различного рода графиками, таблицами и другой информацией. Таким образом, для решения целого ряда водохозяйственных задач можно использовать интерпретационные карты, являющиеся по сути своей гидрологическими. Первоосновой современного гидрологического картографирования в Республике Татарстан является богатый научно-изыскательский опыт казанских гидрологов по ведению постоянно обновляющегося и пополняющегося информационного банка данных по оценке водных ресурсов республики, на основе которого можно создавать гидрологические карты по запросу - на любую территорию, любого масштаба, с различной нагрузкой, с выделением и отображением требуемых символов. Банк данных может пополняться новыми базами интерактивно, а имеющиеся в нем информация корректироваться по мере необходимости, особенно в системе ГИС, процесс создания гидрологических карт в которой более прост и гибок, чем в традиционных методах ручного картографирования.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.