Разработка геоинформационной системы для управления водными ресурсами муниципальных образований

Пресная вода является одним из самых ценных ресурсов на Земле, однако ее запасы могут подвергаться истощению и загрязнению без адекватных стратегий управления. В странах с высоким уровнем нагрузки на водные объекты в настоящее время проживают более 2 млрд человек. Свыше 4 млрд сталкиваются с серьезной нехваткой воды, как минимум 1 месяц в году [1].

В настоящее время одним из трендов рационального природопользования является управление на основе данных. Генерация и накопление данных дают основу для разработки систем и программного обеспечения, способного обрабатывать информацию с целью получения результатов пригодных для использования на практике. Для эффективного управления водными ресурсами все чаще применяются геоинформационные системы (далее – ГИС), примеры отечественных разработок подробно описаны в работах [2-5].

Рассматриваемые ГИС основаны на бассейновом подходе, когда все характеристики рассчитываются для водосборной территории, что затрудняет оценку водных ресурсов в масштабе муниципальных образований (далее – МО).

Решение проблем рационального водопользования в рамках административно-территориального деления (субъекты, муниципальные образования, районы, городские округа и др.) также сопряжено с рядом вопросов методического и методологического характера:

• -    неопределенность критериев для оценки экологического состояния водных объектов;

• -    широкий диапазон взаимосвязей количественных и качественных характеристик водного объекта [6];

• -    отсутствие привязки гидрометеорологических данных к административно территориальным единицам;

• -    отсутствие системного подхода в сборе и обработке данных, проблемы совместимости баз данных, формируемые различными организациями и ведомствами [7].

Таким образом, ошибки в оценке водных ресурсов могут быть связаны с различными уровнями территориального планирования (муниципальный, региональный, национальный) и усугубляться трансскалярностью исходных данных для оценки (различные форматы и разрешения данных).

В этой связи цель исследования заключается в разработке геоинформационной системы для управления водными ресурсами муниципальных образований.

Стремление к балансу между хозяйственным освоением реки и сохранением ее качественных и количественных характеристик обуславливают актуальность настоящей работы.

В основе разработанной ГИС лежит методика по оценке геоэкологического риска как обобщенного показателя (средневзвешенное значение) рисков загрязнения и истощения водных ресурсов [8, 9]. Архитектура разрабатываемой ГИС представлена на рисунке 1.

Как видно из рисунка 1 специалист получает данные из различных источников, обрабатывает их с помощью NextGIS/QGIS, определяет значения геоэкологического риска в МО. Используя модуль NextGIS пространственные данные загружаются на облачный сервер. Главы МО через браузер заходят на сайт и получают информацию о величинах геоэкологического риска и о рекомендуемых мероприятиях для его минимизации.

Рисунок 1 – Архитектура ГИС

Разработанная ГИС решает следующие классы задач:

• 1.    Информационно–справочные задачи. ГИС позволят осуществлять поиск и уточнение местоположения и характеристик интересующих объектов.

• 2.    Прогнозные задачи. Прогнозирование геоэкологического риска на территории МО, планирование мероприятий, связанных с управлением водными ресурсами. Решение этих задач позволит в удобной и наглядной форме (на экране дисплея или на бумажном носителе) получать обобщенную или детализированную информацию [10].

Выполнение поставленных задач возможно благодаря взаимодействию следующих модулей разработанной ГИС: модуль сбора данных, модуль аналитики и модуль загрузки данных в облако.

На входе в систему подаются данные, которые собираются в модуле сбора и поступают в модуль аналитики, где происходит расчет параметров, необходимых для оценки риска и расчет значений самого риска, а также отображение некорректных данных, обновление атрибутивной и пространственной информации. Значения, полученные в модуле аналитики передаются в модуль загрузки данных в облако и отображаются в веб версии ГИС. Интерфейс программы и представлен на рисунке 2.

Рисунок 2- Геоинформационная система для управления водными ресурсами в муниципальных образованиях

Настоящая геоинформационная система предназначена для руководителей муниципальных образований, а также управлений и ведомств, осуществляющих контрольную и надзорную функцию в области управления водными ресурсами. Она может быть применима к любому уровню административно-территориального деления (район, субъект, федеральные округ и др.), отвечает требованию постоянного обновления и дополнения входных данных.