Информационные технологии повышения качества данных, полученных при исследовании социально-экономических систем

Куракина Н.И., Гридина Е.Г.

СИСТЕМА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ И НОРМИРОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ

Одним из приоритетных направлений природоохранной политики является совершенствование действующих и развитие новых принципов и методов комплексной оценки качества природных объектов и экологического нормирования всех видов антропогенной нагрузки. В основе экологического нормирования лежат нормативы предельно-допустимых вредных воздействий на природные объекты от всех видов источников загрязнения с учетом их взаимовлияния. Для эффективного решения этой задачи необходимо создание геоинформационной среды (ГИС) оценки качества водных объектов и состояния источников загрязнения. Создание программной системы анализа на ГИС основе позволит реализовать комплексный подход по оценке и ранжированию всех источников загрязнения, выявлению наиболее опасных загрязнителей, выработке рекомендаций по поддержке принятия управляющих решений с целью организации рационального природопользования.

Система базируется на современных информационных технологиях (СУБД, ГИС), оперирует паспортными данными предприятий (источников загрязнения), результатами контрольных измерений, нормативными справочниками, содержащими значения класса опасности и ПДК (предельно допустимые концентрации) вредных веществ. Рассчитывает и формирует выходные документы, имеет встроенную систему запросов к базам данных.

Информацию, такую как размещение постов экологического контроля, местоположение загрязнителей удобно представлять на карте, что определяет широкое использование ГИС технологий, позволяющее также решать задачи пространственного анализа. На базе ГИС созданы модели природных объектов, предприятий-водопользователей, карты содержания загрязняющих веществ. Единая база природных и техногенных объектов обеспечивает возможность моделирования процессов техногенного воздействия с целью исследования сложившейся ситуации и выработки рекомендаций по рациональному природопользованию. ГИС - интерфейс разработан с использованием ДгсУ1ем 8.3, пространственные данные хранятся в формате shp - файлов, атрибутивные - в локальной базе в формате dbf файлов. На основе ГИС выполнен ряд проектов, объединяющих на функциональном уровне базы данных, модели, методы расчетов, нормативные документы, прикладные программы в виде интегрированной информационной среды получения комплексной информации. Созданные проекты позволяют анализировать и изучать следующие задачи:

оценка качества водных объектов;

анализ деятельности пользователей водных ресурсов;

ранжирование водопользователей по степени воздействия;

нормирование экологической нагрузки на водный объект с учетом бассейнового подхода;

создание форм отчетности.

Реализованная на базе ГИС система оценивания была апробирована на р. Неве в части Кировского района Ленинградской области.

Река Нева является составной частью водной системы Онежское озеро - река Свирь - Ладожское озеро - река Нева - Невская губа - восточная часть Финского залива. Эта водная система расположена на территории экономически развитого региона, что и служит основной причиной ее загрязнения. При сравнительной оценке концентраций ряда химических ингредиентов в воде Ладожского озера, р. Невы, Невской губы и северо-восточной части Финского залива достаточно четко выявляется, что река Нева испытывают наибольшую нагрузку по сравнению с другими частями водной системы, так как существенную долю стоков составляют стоки муниципальных очистных сооружений, неочищенные стоки, а также стоки от промышленных и сельскохозяйственных предприятий, расположенных в береговой зоне.

Для проведения гидрохимического анализа качества водного объекта, а также анализа воздействия пользователей водных ресурсов и нормирования экологической нагрузки на базе ГИС необходимо разработать информационную среду системы оценивания.

Информационная среда системы оценивания

Информационная среда системы оценивания обеспечивает объединение и использование распределенной информации, а ГИС технология ее обработку в соответствии с географической или административной привязкой. Информационная среда состоит из топоосновы, организованной в виде ГИС слоев, базы моделей природных и техногенных объектов, баз данных результатов контроля и анализа, а также нормативной базы.

Топооснова системы оценивания

Топооснова системы оценивания служит для визуализации результатов исследований и пространственного анализа. Каждый слой ГИС представляет собой группу однотипных элементов: реки, озера, дороги, леса, посты контроля и т.д., сгруппированных в отдельные папки.

База моделей природных и техногенных объектов

Водные объекты группируются в слои в соответствии с их типом и характеристиками (реки, озера, моря), содержат графическое описание объекта и его основные характеристики.. Малые реки представляются в виде полилиний, большие - описываются полигональными объектами. Сложные объекты (например, большие реки) разбиваются на несколько участков, при этом одному объекту соответствует несколько записей в таблице параметров. Информация содержится в двух файлах: графическое

представление объекта и участки фарватеров с основными гидрологическими характеристиками (ширина, глубина, скорость течения).

Характеристики источников загрязнения содержатся в двух файлах: ГИС-слой с географическим

местоположением предприятия, сопровождаемый атрибутивной информацией с наименованием водного объекта, уникальным кодом и названием предприяти; файл баз данных с характеристиками выпусков, параметрами водопотребления и водоотведения, величинами сбрасываемых веществ, полученными из форм статистической отчетности 2ТП-водхоз. Связь осуществляется через общие атрибутивные поля.

Схема местоположения предприятий изображена на рис 1.

База данных экологического контроля

Содержит информацию о постах наблюдений и результатах контрольных измерений.

Местоположение постов наблюдений находится в шейп-файле, характеристики постов - в атрибутивном файле, содержащем наименование поста, его принадлежность, тип наблюдаемой сети, наименование водного объекта и т. д.

Местоположение постов наблюдений показано на рис. 2.

Результаты контрольных измерений хранятся в базе данных формата dbf, содержат дату, код и наименование поста наблюдений, значения концентраций для каждого результата измерения.

Нормативная база

вредных веществ. Содержит полное название параметра, его предельно допустимые концентрации рыбохозяйственной и водопользования, значение группы лимитирующего признака

справочник

опасности,

категорий

Представляет собой аббревиатуру, класс хозяйственно-питьевой вредности.

Оценка качества водных объектов

Созданная на базе ГИС информационная среда системы оценивания позволяет производить временной и пространственный анализ, оценивать качество водных объектов в различных контрольных створах.

На рис. 3 приведены значения среднегодовых нормированных относительно ПДК точках контроля на р.Неве.

Из диаграмм видно, река загрязнена нефтепродуктами, нитритами и солями железа содержание вредных веществ на границе Кировского района выше, чем в истоках реки.

концентраций в общего, причем

Рис.1 Схема расположения предприятий

Рис. 2 Схема расположения постов экологического контроля

Рис. 3 Значения среднегодовых нормированных концентраций Оценка (нормирование) техногенных нагрузок

Задача оценки техногенной нагрузки заключается в выявлении основных критических веществ, определении основных водопользователей вносящих эти воздействия и ранжировании пользователей с целью формирования управляющих рекомендаций.

Определение лимитирующих показателей

Для определения лимитирующих показателей в анализируемом створе Sj из базы данных выбирается перечень контролируемых параметров - результатов контроля гидрохимического состояния.

Для каждого

зещества из перечня, у которого Cji ^ 0, вычисляется коэффициент воздействия

(нормирование концентрации относительно предельно допустимого значения - ПДК) K^i =

с..

С,

и масса

1.ПВК

Все вещестЕ

для которых K]

•Bji

выноса вещества Pji=QjiCjiT.

Вещества ранжируются (упорядочиваются) по степени воздействия.

> 1 объединяются в группу лимитирующих показателей.

Определение водопользователей формирующих лимитирующие ингредиенты

По каждому i веществу, входящему в группу лимитирующих показателей, выделяются предприятия, в состав сброса которых входит это вещество. Вычисляется суммарное воздействие по каждому веществу

Pi; '

J

Если Pi;> Pyi max - воздействие опасное, необходимо принимать меры.

Определяется степень участия предприятия в загрязнении, проводится упорядочивание:

-по абсолютной массе сброса Pji,

по относительному участию Kyj

Формировуются группы критических пользователей по веществам. Ранжирование водопользователей по степени воздействия

Определение степени воздействия относительно створа пользователя для

каждого пользователя из

критической группы Pji ^ Ciпвк * Qj * ^ = Pji мах. Определение степени опасности производства

K,

1 ji тах

Ранжирование предприятий по степени опасности по каждому веществу (упорядочивание); Определение наиболее опасных производств по суммарному показателю опасности,

I

ZKcoJi > I - наиболее опасные,

Kc

> 1

опасные производства;

Результаты представляются в виде таблиц и диаграмм (см. рис. 4).

На основании проведенного анализа реализуются алгоритмы выделения квот предприятиям и алгоритмы формирования управляющих воздействий.

В результате на базе ГИС создана информационная среда, представляющая систематизированный свод сведений, качественно и количественно характеризующий экологическое состояние водных объектов и производств.

Полученные результаты и выполненные проекты в ГИС-технологии являются базой для создания системы квотирования нагрузки водного объекта по заданным показателям, реализации алгоритмов эколого-экономического управления водопользованием.

Рис.

4 Ранжирование водопользователей