Содержание Введение 1. Роль и место ГИС в природоохранных мероприятиях

Содержание
Введение
1. Роль и место ГИС в природоохранных мероприятиях
2. Комплексная оценка окружающей природной среды
2.1 Базовые основы системы комплексной оценки окружающей природной
среды
2.2 Функциональные возможности системы
3. ГИС-модели для анализа последствий аварийных разливов нефти
Заключение
Список использованной литературы
геоинформационный карта нефтегазовый мониторинг
1
Введение
Проблемам охраны окружающей среды сейчас уделяется повышенное
внимание. Поэтому, большое значение приобретает направление, связанное с
количественной оценкой антропогенных воздействий на ОС, создание систем
комплексной
оценки
состояния
экологической
обстановки,
а
также
моделирование и прогнозирование развития ситуации. Создание подобных
систем в настоящее время невозможно без использования современных
компьютерных инструментов, одним из которых являются ГИС-технологии.
2
1. Роль и место ГИС в природоохранных мероприятиях
ГИС
используется
для
создания
карт,
отражающих
основные
параметры ОС. В дальнейшем эти карты используются для выявления
масштабов и темпов деградации флоры и фауны. При вводе дистанционных
данных и обычных полевых наблюдений можно осуществлять мониторинг
антропогенных
воздействий.
Данные
об
антропогенных
нагрузках
накладываются на карты зонирования территории с выделенными областями,
например парками, заповедниками и заказниками.
С
помощью
ГИС
также
можно
моделировать
влияние
и
распространение загрязнения разнообразных источников на местности, в
атмосфере и по гидрологической сети. Результаты расчетов можно наложить
на природные карты, такие как карты растительности, или же на карты
жилых массивов в районе. Таким образом можно оперативно оценить
возможные
последствия
экстремальных
ситуаций,
а
также
влияние
постоянно действующих точечных и площадных загрязнителей.
Еще одна сфера применения ГИС – сбор и управление данными по
ООПТ (заказники, заповедники и национальные парки). На их территории
можно проводить пространственный мониторинг растительных сообществ,
редких видов животных, определять степень антропогенного воздействия
(рекреация, прокладка дорог или ЛЭП), планировать и реализовать
природоохранные мероприятия. [6]
2. Комплексная оценка окружающей среды
2.1 Базовые основы системы комплексной оценки окружающей природной
среды
Геоинформационная система комплексной оценки, моделирования и
прогнозирования состояния ОС базируется на топографической основе с
3
единой системой координат, на базах данных, располагающих всей
информации об анализируемых объектах, на наборе программных модулей
для получения оценок по определенным алгоритмам [1].
Система позволяет:
 осуществлять
сбор,
классификацию
и
упорядочивание
информации об ОС
 отслеживать изменения состояния экосистемы в пространстве и
во времени
 по результатам анализа строить тематические карты
 моделировать природные процессы в различных средах
 оценивать ситуации и прогнозировать развития экологической
обстановки
В
этом
примере
используются
данные
Санкт-Петербургского
государственного электротехнического университета «ЛЭТИ».
Часть работ велась совместно с Невско-Ладожским бассейновым
водным управлением, зона действия которого распространяется на СевероЗападный регион и включает Санкт-Петербург и Ленинградскую область,
Новгородскую
и
Псковскую
области,
республику
Карелия
и
Калининградскую область. Соответственно, вся информация собрана и
систематизирована для этого региона. Топографическая основа системы
комплексной оценки служит для визуализации результатов исследований и
пространственного анализа (рис. 1).
Основной информационной единицей топоосновы являются листы
цифровых карт масштаба 1:200 000. Топографическая основа представляет
собой набор слоев данных о местности: реки, озера, дороги, леса, посты
контроля и т.д.
База данных системы комплексной оценки включает:

базу результатов контрольных измерений;

базу характеристик природных объектов;
4

базу характеристик источников загрязнения;

нормативную базу.
База контрольных измерений является основой системы мониторинга
состояния ОС, позволяющей оперативно оценивать экологическую ситуацию
в районе и представлять ее на карте [4].
Рис. 1. Топооснова системы комплексной оценки.
Система позволяет исследовать динамику загрязнения в пространстве и
во времени, в том числе:
 проводить анализ в заданной точке для выбранных показателей по
датам наблюдений (временной анализ);
 получать нормированные оценки;
 формировать усредненные оценки по заданному показателю по
перечню контрольных постов (пространственный анализ) и строить
тематические карты (рис. 2);
 рассчитывать интегральные оценки.
5
Рис. 2. Пространственный анализ состояния водного объекта.
2.2 Функциональные возможности системы
Единая база природных объектов и источников загрязнения позволяет
моделировать распространение вредных веществ в воздушной и водной
средах. Эти данные могут использоваться для исследования сложившейся
обстановки и выработки рекомендаций по ликвидации последствий
кризисных ситуаций и по РПП. Модели распространения загрязняющих
веществ в воде и в воздухе учитывают технологические характеристики
предприятий, географическое местоположение, метеорологические условия
[3].
Реализована модель распространения примеси в воздухе, основанная на
методике ГГО, называемая ОНД-86. Результатом работы модели является
поле концентраций, представленное в виде слоя ГИС (рис. 3).
6
Рис. 3. Моделирование распространения примеси в воздухе.
Для
переноса
водотоков
реализована
загрязняющих
веществ.
модель
конвективно-диффузионного
Моделирование
распространения
загрязняющих веществ осуществляется от группы водовыпусков в пределах
участка или целого водного бассейна (рис. 4). Рассчитывается предельно
допустимый сброс сточных вод в водные объекты. Результатом работы
модели также является поле концентраций, импортируемое в ГИС.
7
Рис. 4. Моделирование распространения примеси в водотоке.
Комплексная оценка состояния природных объектов строится на
основе результатов контроля характеристик в различных средах, результатов
обследований и экспертизы, а также моделирования различных ситуаций
техногенного или природного происхождения.
3. ГИС-модели для анализа последствий аварийных разливов нефти
Одним из часто встречающихся видов техногенных чрезвычайных ситуаций
на
территории
России
являются
разливы
нефти
при
авариях
на
нефтепроводах.
При решении задач по анализу воздействия разливов нефти на различные
объекты наиболее удобным инструментом являются геоинформационные
системы,
которые
позволяют
моделировать
последствия
аварийных
ситуаций, оценивать экологический и экономический ущерб. Основными
опасными объектами (где возможен крупный аварийный разлив нефти и
нефтепродуктов),
для
которых
выполняется
геоинформационное
8
моделирование,
стационарные
являются
резервуары,
резервуары,
подвижные
технологические
цистерны
установки,
(железнодорожные,
автомобильные, танкеры), а также трубопроводы, составными элементами
которых являются задвижки, подводные переходы, пересечения с дорожной
сетью, точки локального минимума. Перечисленные объекты представляются
в геоинформатике в виде точечных, линейных и полигональных объектов.
Представление зависит от размеров объекта и выбранного масштаба
используемых географических векторных карт местности. Например, в
мелких масштабах резервуар представлен как точечный объект, а в крупном
масштабе - как полигон. Также важным условием построения различных
геоинформационных
моделей
является
разновидность
алгоритмов
моделирования разливов нефти по рельефу местности и по водной
поверхности. Процесс моделирования можно разделить на несколько этапов.
1. Построение трехмерной модели местности в коридоре прохождения
магистрального нефтепровода:

построение геоинформационной модели территории, содержащей
различные слои цифровой картографической информации (отметки
высот, объекты геодезической сети, дорожная сеть, водные объекты,
растительность и др.);

построение на основе отметок высот и изолиний триангуляционной
поверхности рельефа (TIN);

создание на основе TIN-модели – регулярной сетки поверхности
(GRID).
2. Стекание нефти рассматривается для двух основных случаев: по рельефу
местности и по водной поверхности.
2.1. Определение маршрутов стекания нефти по рельефу местности:
9

на основе 3D модели рельефа местности, характеристик нефти и грунта
определяется направление стекания и длина разлива нефти;

места
скопления
нефти,
обычно
приуроченные
к
локальным
понижениям рельефа, определяются путем сопоставления «зеркала»
поверхности на заданном уровне и рельефа.
Для определения маршрута стекания нефти по местности обязательным
условием
является
окрестности
построение
трубопровода.
Она
геоинформационной
включает
в
себя
модели
различные
(ГИМ)
слои
картографической информации в электронном виде по зоне определенной
ширины в коридоре прохождения нефтепроводов и интегрируется с
существующей атрибутивной базой данных об объектах нефтепровода. На
основе
ГИМ
нефтепровода
с
помощью
специальных
прикладных
программных средств ГИС (GRID, Spatial Analyst) строится трехмерная
модель рассматриваемой местности.
Также, для решения задачи определения маршрута стекания нефти
необходима гидрологически корректная решетка рельефа. В качестве
исходных данных для ее построения используются изолинии рельефа,
точечные отметки высот и урезов воды, гидрографическая сеть. Алгоритм
определения маршрута стекания нефти включает 4 основных этапа:

построение геоинформационной модели окрестности трубопровода;

построение гидрологически корректной решетки рельефа;

построение решетки направлений и наложение ее на трехмерную
модель местности;

построение маршрута стекания по решетке направлений.
2.2. Определение маршрутов стекания нефти по водной поверхности:
Алгоритм расчета наиболее важных характеристик модели загрязнения и
определения маршрута движения можно представить следующим образом:
10

подготовка и создание картографической базы данных речной сети в
виде линейных и полигональных геоинформационных объектов;

определение средневзвешенных динамических характеристик речной
сети.
С точки зрения геоинформационного моделирования принципиальным
является
представление
географических
рек
объектов.
в
Это
виде
линейных
представление
или
зависит
полигональных
от
масштаба
используемых векторных карт местности.
Моделирование аварийного разлива по полигональным водным объектам
включает в себя:

построение модели фарватера реки на исследуемом участке;

автоматизированный анализ русла реки и расчет направлений течения
реки;

ввод необходимых характеристик речной сети (ширина, глубина,
скорость течения реки, объем вылившейся нефти);

построение модели движения нефтяного пятна, расчет числовых
характеристик;

создание и вывод текстовой и графической информации по результатам
моделирования.
Созданная таким образом геоинформационная модель движения
разлившейся нефти по рекам, как полигональным ГИС-объектам, позволяет
определить положение и направление движения нефтяного пятна, учитывая
такие факторы, как разнонаправленность течений реки и воздействие ветра
на распространение нефти по поверхности.
Данную модель нельзя применять к малым рекам, которые представлены в
геоинформационной системе как линейные объекты. Моделирование
аварийных разливов нефти по линейным водным объектам включает в себя:
11

определение маршрута в направлении течения реки;

расчет средневзвешенных динамических характеристик реки на
исследуемом участке;

ввод необходимых характеристик речной сети (ширина, глубина и
скорость течения реки, объем вылившейся нефти);

определение характеристик распространения пятна (площадь,
концентрация, длина по фронтальной части и др.) [7]
12
Список использованной литературы
1. Алексеев В.В., Куракина Н.И. ИИС мониторинга. Вопросы комплексной
оценки состояния ОПС на базе ГИС // журнал ГИС-Обозрение.-2000.-№19.
2. Алексеев В.В., Гридина Е.Г., Кулагин В.П., Куракина Н.И. Оценка
качества сложных объектов на базе ГИС // Сборник трудов Международного
симпозиума "Надежность и качество 2003". - Пенза 2003.
3. Алексеев В.В., Куракина Н.И., Желтов Е.В. Система моделирования
распространения загрязняющих веществ и оценки экологической ситуации
на базе ГИС // журнал "Информационные технологии моделирования и
управления", №5(23), Воронеж, 2005.
4. Алексеев В.В., Куракина Н.И., Орлова Н.В., Геоинформационная система
мониторинга водных объектов и нормирования экологической нагрузки //
журнал ArcReview.-2006.-№1(36).
5. Алексеев В.В., Гридина Е.Г., Куракина Н.И. Вопросы обеспечения
единства измерений при формировании комплексных оценок // Сборник
трудов Международного симпозиума "Надежность и качество 2005". - Пенза
2005.
6. Издание Дата+ ArcReview. - http://www.dataplus.ru
7. А.Ф. Атнабаев, Р.Н. Бахтизин, Р.З. Нагаев. ГИС- модели для анализа
последствий аварийных разливов нефти // (УГАТУ), Уфа, Башкортостан,
Россия
Размещено на Allbest.ru
13