авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Пространственно-временные особенности распределения гидротехнических сооружений и оценка их состояния методами гис-технологий (на примере пермского края)

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Шавнина Юлия Николаевна

пространственно-временные особенности

распределения гидротехнических сооружений и оценка их состояния методами гИС-технологий

(на примере Пермского края)

25.00.36 – геоэкология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата географических наук

Казань – 2009

Работа выполнена в Пермском государственном университете

Научный руководитель: кандидат технических наук Пьянков Сергей Васильевич

Научный консультант: доктор географических наук, профессор Калинин Николай Александрович

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор Стурман Владимир Ицхакович 

кандидат технических наук, доцент Викторова Наталья Владимировна

Ведущая организация: Институт водных и экологических проблем СО РАН, г. Барнаул

Защита состоится 18 июня 2009 г. в “_____” часов на заседании диссерта­ционного совета Д 212.081.20 при Казанском государственном университете им. В.И. Ульянова-Ленина по адресу: г. Казань, ул. Кремлевская, 18, корпус 2, 16 этаж, аудитория 1610.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. Н.И. Лобачевского Казанского государст­венного университета им. В.И. Ульянова-Ленина.

Автореферат разослан “___” _________ 2009 г.

Отзывы на реферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 420008, г. Казань, ул. Кремлевская, 18, КГУ, служба аттестации (факс (843) 2315417).

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат географических наук, доцент Ю.Г. Хабутдинов

Общая характеристика работы

Актуальность темы и состояние исследований. В современном природопользовании значительное место занимает проблема оптимального использования водных ресурсов рек в хозяйственных целях, в решении которой большую роль играют водоподпорные гидротех­нические сооружения, служащие, прежде всего, для создания искусственных водоемов, осуществляющих регулирование стока и защиту территории от затопления. Эти водоемы используются для промышленного и питьево­го водоснабже­ния, в рыбохозяйственных и рекреационных целях.

В связи с ведущей ролью водоподпорных гидротехнических сооружений (ГТС) в водопользовании представляет большой интерес выявление пространст­венно-временных особенностей их распределения и состояния на региональном уровне. При этом наиболее эффективными и современными методами обработки пространст­венных данных являются геоинформационные технологии (ГИС-технологии). Вместе с тем необходимо отметить, что в настоящее время отсутствуют методические положения и рекомендации по проекти­рованию, разработке и реализации типовой геоинформационной системы ГТС, служащей для эффективного информационно-аналитического управ­ления водопользованием на различных иерархических уровнях (государст­венном, региональном и муниципальном). Данная работа восполняет этот пробел. При этом представ­ляет интерес не только созданные картогра­фические, атрибутивные, мультимедийные базы данных, ГИС гидротех­нических сооружений, но и возможность оценки сущест­вующей сети водоподпорных гидротехнических сооружений, определение особенностей функционирования системы водоподпорных ГТС и выделение приоритетных направлений ее развития.

Целью исследования является выявление пространственно-временных особенностей распределения водоподпорных гидротехничес­ких сооружений методами геоинформационных технологий и оценка их состояния (на примере Пермского края).

Объектом исследования являются водоподпорные гидротехнические сооружения.

Предмет исследования – пространственно-временное распределе­ние водоподпорных гидротехнических сооружений и оценка их состояния.

Основные задачи исследований:

  • разработать и реализовать логическую структуру атрибутивных, картогра­фических и мультимедийных баз данных гидротехнических сооруже­ний;
  • разработать и создать комплексную региональную геоинформационную систему гидротехнических сооружений с учетом особенностей объекта исследования;
  • выявить пространственно-временные особенности распределения водопод­пор­ных гидротехнических сооружений;
  • на основе разработанной геоинформационной системы провести оценку затоп­ления территории нижнего бьефа водохранилищ при прохождении поло­водий и паводков высокой обеспеченности и оценку объемов иловых загрязне­ний.

Методы исследований:

  • методы проектирования баз данных, организации информацион­ных сред и доступа к данным;
  • методы математической статистики;
  • методы тематического картографирования и геоинформацион­ного моделирования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

  • разработана структура картографических и атрибутивных баз данных гидротехнических сооружений;
  • создана и адаптирована комплексная региональная ГИС «Гидротехничес­кие сооружения», в которой реализованы функциональные возможности, характеризующие особенности объекта исследования;
  • с помощью геоинформационного моделирования выявлены пространст­венно-временные особенности распределения системы водоподпорных ГТС;
  • предложены методические подходы, позволяющие проводить оценку затопления территории нижнего бьефа водохранилищ при прохождении паводков и половодий высокой обеспеченности, а также расчет объема иловых загрязнений.

Практическая значимость. Созданная комплексная ГИС регио­наль­ного уровня позволяет проводить пространственно-временной анализ состояния системы водоподпорных ГТС и моделирование ряда геоэкологических задач, связанных с определением зон вероятного затопления территорий нижних бьефов водохранилищ и прудов при прохождении максимальных расходов весеннего половодья и дождевых паводков высокой обеспеченности.

Результаты исследований нашли свое применение:

  • при создании подсистемы мониторинга водохозяйственных систем и сооружений в рамках территориальной системы экологического мониторинга (ТСЭМ) Пермского края;
  • при разработке Краевой целевой программы «Предупреждение вредного воздействия вод и обеспечение безопасности гидротехнических сооружений на территории Пермского края (2008-2012 гг.)»
  • в работе Министерства промышленности и природных ресурсов Пермского края, Управления по охране окружающей среды Пермского края, Главного управления по делам ГО и ЧС Пермского края, Территориального фонда информации по природным ресурсам и охране окружающей среды Пермской области и Камского бассейнового водного управления.

В настоящее время с помощью ГИС «Гидротехнические сооружения Пермского края» осуществляется поддержка информационного ресурса в сети Интернет для служб быстрого реагирования при прохождении весеннего половодья на реках Пермского края.

Результаты, полученные в диссертации, используются при проведе­нии практических занятий для студентов специальностей «География», «Гидрология», «Природопользование», «Биология», «Экология», «Прикладная математика и информатика» (географический, биологический и механико-математи­ческий факультеты), а также для повышения квалификации преподавателей ВУЗов.

Основные научные положения, защищаемые автором:

  • особенности реализации структуры картографических и атрибу­тивных баз данных гидротехнических сооружений;
  • особенности реализации функциональных возможностей ГИС, характе­ризующие особенности объекта исследования;
  • пространственно-временные особенности распределения системы водоподпорных ГТС (на примере Пермского края), полученные на основе геоинформа­ционного моделирования;
  • решение ряда геоэкологических задач по оценке затопления территории нижнего бьефа и оценке объема донных отложений.

Исходные материалы и личный вклад автора. Исходными материа­лами послужили цифровые векторные карты (1:1000000, 1:200000) (Роскартография РФ), растровые карты (1:1000000, 1:200000, 1:100000, 1:25000, 1:10000), «Многолетние данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши». Т. 1. Вып. 25. Бассейн реки Камы. Л., 1988; «Ресурсы поверхностных вод. Гидрологическая изученность» Т. 11. Средний Урал и Приуралье. Вып. 1. Кама, космо­снимки территории Урала, тематические карты Пермского края, данные инвентаризации ГТС Пермского края (2003–2006 гг.).

Личный вклад автора в выполнение работы заключается в создании структуры и логической организации ГИС, заполнении атрибутивных и картографических баз данных, разработке алгоритмов обработки пространст­венных и тематических данных, проведении расчетов и анализе полученных результатов, формулировке основных выводов диссертации.

Апробация работы. Основные результаты представлены на 4 международ­ных, 2 российских и 3 региональных научных конференциях:

  1. Международная научно-практическая конференция «География и регион» (Пермь, сентябрь–октябрь 2002 г.)
  2. Региональная научно-практическая конференция «Проблемы геогра­фии Урала и сопредельных территорий» (Челябинск, апрель 2004 г.)
  3. Всероссийская научная конференция «Современные глобальные и региональ­ные изменения геосистем», посвященная 200-летию Казанского университета (Казань, октябрь 2004 г.)
  4. Конференция «Использование геоинформационных систем для решения задач природопользования и охраны окружающей среды» (Санкт-Петербург, октябрь 2005 г.
    )
  5. Международная конференция по измерениям, моделированию и информационным системам для изучения окружающей среды: ENVIROMIS–2006 (Томск, июль 2006 г.)
  6. Международная конференция по вычислительно-информационным техно­логиям для наук об окружающей среде: CITES–2007 (Томск, июль 2007 г.)
  7. Третья Общероссийская Конференция «Перспективы развития инже­нерных изысканий в строительстве в РФ» (Москва, декабрь 2007 г.)
  8. Международная научно-практическая конференция «Инженерная геология, гидрогеология и геодинамика прибрежных территорий и ложа водохранилищ» (Пермь, сентябрь 2008 г.)
  9. Межрегиональная научно-практическая конференция «Геоинформа­цион­ное обеспечение пространственного развития Пермского края» (Пермь, октябрь 2008 г.)

Публикации. Основные научные результаты диссертации опублико­ваны в 18 научных работах, из них: 3 статьи (в том числе 1 статья в журнале из списка ВАК), 11 материалов конференций и 4 тезисов докладов. Получено 2 свидетельства на программные продукты.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и 9 приложений. Материал работы изложен на 151 странице машинописного текста, содержит 48 рисунков и 9 таблиц. Список литературы включает 143 источника.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается выбор темы исследования, раскрывается актуальность проблемы, формулируются цели и задачи исследования, определяет­ся объект и методы исследования. Обосновывается научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе раскрываются особенности объекта исследования. Приведе­ны результаты анализа существующих информа­ционных и геоинформационных систем водохозяйственной направленности с учетом территориального охвата и проблемной ориентации. При этом рассмотре­ны как программные, так и инфор­мационные ресурсы.

Любое водоподпорное ГТС и создаваемый им искусственный водоем могут рассматриваться как относительно самостоятельная природно-техногенная система. В то же время водоподпорные ГТС, связанные между собой речной сетью, образуют каскады различного уровня – система ГТС бассейна малых, средних и крупных рек. На региональном уровне они входят в состав водохозяйственной системы региона.

Накопление, обобщение и анализ информации, полученной в резуль­тате обследований и инвентаризации, – это основа принятия управлен­ческих решений по использованию и развитию системы водоподпорных ГТС. Значительную роль в управлении системой водоподпор­ных ГТС и в целом водными ресурсами играет создание информационных и геоинформационных систем по водным объектам.

В мире накоплен большой опыт по созданию тематических ГИС. Анализ ГИС гидрологической и водохозяйственной направлен­ности показал, что большая часть из них является региональными по террито­риальному охвату и комплексными по количеству решаемых задач.

В России существует несколько региональных водохозяйственных информа­ционных систем. Примерами тому являются ГИС «Водные ресурсы Республики Коми», ГИС гидрологического назначения Самарской области, информационно-справочная система о бассейне р. Кубань и гидротехнических сооружениях Краснодарского края, ГИС «Реестр водных объектов» (Алтайский край), ГИС «Бассейн Воткинского водохранилища». Некоторые из них в той или иной степени работают с данными о водоподпорных ГТС. В то же время региональной комплексной ГИС ГТС не существует.

Во второй главе работы приведены особенности структуры баз данных гидротехнических сооружений и функциональные возможности регио­наль­ной геоинформационной системы «Гидротехнические сооружения Пермс­кого края».

Для информационно-аналитического обеспечения управления системой ГТС создана комплексная региональная ГИС «Гидротехнические сооружения Пермского края». Она представляет собой интегрированный проект, из которого осуществляется доступ к технической документации (актам обследования, заключениям о безопасности ГТС), фото- и видеоархиву, крупномасштабным проектам по отдельным водохранилищам и прудам, зонам затопления в нижнем бьефе.

Проблема создания и хранения картографических и атрибутивных баз данных связана с использованием разновременных и разномасштабных данных, полученных из генетически различных источников, а также с разнообразными способами представления и описания пространственных объектов (vector, TIN, GRID, raster, text, video).

При проектировании баз данных учитывались следующие требования: раздельное хранение картографических данных и их атрибутов для более гибкого управления информационными ресурсами, минимальная избыточность информации и отсутствие дублирования, минимальная вложенность иерархической структуры, учет и описание получаемых и моделируемых данных.

С учетом особенностей объекта исследования была создана и заполнена представленная на рис. 1 структура, полностью удовлетворяющая выше перечисленным требованиям.

Особенности реализации логической структуры баз данных гидротехни­ческих сооружений заключаются в следующем:

  • разделение хранения картографических и атрибутивных баз данных для более гибкого установления реляционных и геореляционных отношений между исследуемыми пространственными объектами;
  • разделение данных на топографические, тематические и модельные, исходя из особенностей их создания;
  • выделение масштабного ряда, характерного для ГИС регионального уровня;
  • создание метаданных в процессе ввода и обработки атрибутивных и картографических данных;
  • минимизация иерархических уровней хранения данных при их большой разнородности;
  • предусмотрена возможность хранения любых представлений пространст­венных данных;
  • выделен разновременной ряд хранения гидрометеорологических наблюде­ний.

Любая геоинформационная система, как программный инструментарий, имеет стандартный набор средств, не учитывающих характер объекта исследования. Создание ГИС тематической направленности требует разработки дополнительных функциональных возможностей.

Так, реализован инструмент поиска ГТС, находящихся в каскаде, который позволяет выбрать все водоподпорные ГТС выше по течению от заданного. Результат операции выводится в виде отчета с количеством ГТС, общей длиной водотоков, суммарным и средним объемом искусственных водоемов в каскаде. С помощью данного инструмента реализуется функция выделения водосборного бассейна для любого искусственного водоема.

Формирование пространственной выборки на основе бассейнового и административного подходов осуществлено с помощью оверлейных операций. Реализован инструмент выбора объектов на основе параметров классификации ГТС и искусственных водоемов с учетом пространственных отношений между ними. На основе полученных результатов предусмотрена возможность построения новых запросов, вычисления статистических показателей, пространственного моделирования или заполнения стандартных форм вывода данных.

Разработаны инструменты вывода различных форм отчетности, в том числе полного и краткого паспорта ГТС.

Особенности реализации функциональных возможностей ГИС «Гидро­технические сооружения Пермского края» заключаются в следующем:

  • ГИС является комплексной, направленной на решение широкого класса задач: инвентаризация, мониторинг, управление, планирование, оценка состояния и прогноз;
  • при реализации ГИС учтен административный и бассейновый подходы;
  • реализован механизм пространственного запроса поиска ГТС в каскаде;
  • вычисление пространственных тематических характеристик водосбора ГТС на основе оверлейных операций;
  • оперативное нахождение объективных гидрометеорологических данных для характеристики поверхностного стока;
  • формирование выборки на основе параметров классификации ГТС;
  • формирование сводных отчетов, на основе пространственных запросов, с возможностью экспорта в широко распространенные программные среды;
  • разработка и создание справочников, характерных для описания ГТС;
  • предусмотрена возможность интегрировать различные способы описа­ния ГТС (база данных, текст, растровые и векторные изображения, видео- и фоторяд);
  • реализованы формы ввода и регистрации данных;
  • создан механизм описания и хранения метаданных об используемых и создаваемых пространственных объектах.

В третьей главе работы на основе ГИС «Гидротехнические сооружения Пермс­кого края» проведен анализ системы водоподпорных гидротехнических сооружений с учетом бассейнового подхода, административно-территориаль­ного деления, гидрологического и промышленного районирования. Выделены особенности пространственно-временного распре­деле­ния водоподпорных гидротехнических сооружений.

В процессе анализа пространственно-временного распределения созданы тематические карты, дающие представление о системе водоподпорных ГТС. Так, изменение регулируемого объема стока, нормированного по бассейнам крупных рек, рассмотрено в зависимости от изменения модуля стока (рис. 2). Уровень безопасности водоподпорных ГТС и их количество по муниципальным образованиям связаны с плотностью населенных пунктов (рис. 3). Основное назначение водохранилищ и прудов проанализировано в соответствии с типом промышленного развития территории.

Развитие системы водоподпорных ГТС как во времен­ном (рис. 4), так и в пространственном отношении, неразрывно связано с хозяйст­венным освоением территории.



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.