UDK 631.6 Сельскохозяйственная мелиорация
GRNTI 68.31 Сельскохозяйственная мелиорация
OKSO 35.06.01 Сельское хозяйство
BBK 44 Защита растений
TBK 5607 Сельскохозяйственная мелиорация
BISAC TEC003000 Agriculture / General
Federal State Budgetary Scientific Institution All-Russian Scientific Research Institute of Hydraulic Engineering and land reclamation named after A.N. Kostyakov, 127550 Moscow, the Russian Federation (127550 Moscow, Russia, Bolshaya Akademicheskaya str., 44, b. 2) Abstract. The article describes the structure and methods development for the digital database formation of reclamation objects in the Ural River basin, the creation of a GIS project in the QGIS software on a cartographic basis for the visualization and analysis of cartographic and digital data on reclamation systems, to display the technical characteristics and state of reclamation systems and separately located hydraulic structures, as well as to perform calculations of the water management balance, considering water consumption by irrigation systems, located in the Ural River basin. Initial data have been prepared for performing calculations of the water management balance, considering irrigation.
eclamation systems; hydraulic structures;; digital database; water management areas; cartographic basis; geoinformation system (GIS); GIS project.
Цифровая база данных (ЦБД) объектов мелиорации по Оренбургской, Челябинской областям и Республики Башкортостан включают данные первичной информации официальных информационных ресурсов Минприроды России и Минсельхоза России, а именно, сведения: по Инвентаризации мелиорированных земель и мелиоративных систем различной собственности 2010-2021 гг., Государственного водного реестра, по паспортизации государственных мелиоративных систем и систем, отнесенных к государственной собственности, Статистической отчетности по форме 2ТПводхоз, а также Информационных ресурсов ФГБНУ ВНИИ "Радуга", где представлены материалы территориальных ФГБУ «Управление мелиорации» Департамента мелиорации Минсельхоза России. Все исходные данные стали основой для формирования БД по мелиоративным объектам федеральной собственности и собственности субъекта федерации [1-4].
Данные о мелиоративных системах федеральной собственности, находящиеся на балансе ФГБУ Республики Башкортостан, Челябинской и Оренбургской областей представлены на информационном портале ФГБНУ ВНИИ «Радуга» [5]. На сайте также имеются сведения о МС собственности субъекта федерации по Республике Башкортостан. Информация о МС другой собственности (субъекта федерации, муниципальной и частной) для областей Оренбургской и Челябинской приведена по данным инвентаризации за 2014 год.
Цифровая база данных включает информацию за 10-летний период о мелиоративных системах и отдельно расположенных гидротехнических сооружениях по состоянию на 01.01.2022г., находящихся в ведении Минсельхоза РФ.
Собранная информация разбита на несколько информационных блоков:
- Сведения о мелиоративных системах (МС); показателях по оценке мелиоративного состояния орошаемых и осушенных земель, поливах, посевных площадях, подачи воды, техническом состоянии МС (за 10 лет, бассейна р. Урал);
- Сведения о составе мелиоративных систем;
- Сведения об отдельно расположенных гидротехнических сооружениях.
Каждый блок представлен таблицей в Excel–файле и включает в себя характеристики мелиоративных систем (МС) в целом, а также характеристики гидротехнических сооружений, входящих в состав МС.
Гидротехнические сооружения (ГТС) классифицированы по видам применительно к оросительным и осушительным системам. Для каждого вида ГТС определен набор основных технических характеристик, определяющих работу ГТС. Все ГТС федеральной собственности, входящие в МС, характеризуются наименованием, местоположением и значениями технических характеристик. Отдельно расположенные ГТС представляются собственным набором данных этой группы.
Структура первого блока Excel–файла (сведения о мелиоративных системах) включает следующие показатели: координаты размещения МС, площадные показатели, информацию о поливах, площади посевов с разбивкой на культуры, КПД МС.
База данных объектов мелиорации включает:
- по республике Башкортостан: 33 МС федеральной собственности (13 оросительных систем, 11 осушительных систем, 9 отдельно расположенных гидротехнических сооружений); 51 МС - собственность субъекта федерации (46 оросительных систем и 5 отдельно расположенных ГТС). Из них пригодных к эксплуатации оросительных систем 13 шт. хотя износ оборудования по ним составляет более 80 %. Остальные МС требуют проведения восстановительных работ.
- по Оренбургской области: 7 МС федеральной собственности (7 оросительных систем) и 36 ГМС частная собственность [6]
- по Челябинской области: 3 МС федеральной собственности и 156 частная собственность [6].
Для визуализации и анализа числовых данных по мелиоративным системам, а так же для отображения технических характеристик и состояния МС и отдельно расположенных гидротехнических сооружений на картографической основе создан ГИС-проект. В разработанном проекте слои картографической информации охватывают Оренбургскую, Челябинскую области и Республику Башкортостан
При создании ГИС-проекта использовалась геоинформационная система Quantum GIS (QGIS) [7]. ГИС включают в себя интерактивную детализированную цифровую карту местности с информацией об объектах, дающую возможность визуализировать, управлять, редактировать и анализировать данные.
В качестве основы для разрабатываемого ГИС-проекта использовались следующие карты из открытых источников:
- SRTM (Shuttle radar topographic mission) – высокоточная карта с высотной информацией о рельефе и водной поверхности земного шара.
- World Street Map – свободно используемая система геопространственных данных, включающая в себя информацию о водных объектах, объектах инфраструктуры и крупных населенных пунктах.
- ESRI World Topo – карта предназначена для использования в качестве базовой карты специалистами в области ГИС и в качестве справочной карты любым пользователем. Карта включает административные границы, города, водные объекты, физико-географические объекты, парки, достопримечательности, автомагистрали, дороги, железные дороги и аэропорты, наложенные на растительный покров и заштрихованные рельефные изображения для дополнительного контекста.
Исходные топографические карты, полученные из сети интернет, представляют собой растровые изображения формата JPG. Также использовались файлы, сканированные с атласов и литературных источников, которые с помощью инструмента привязки по контрольным точкам в программе были наложены на соответствующую топографию в системе координат WGS84.
На основе полученных данных были созданы тематические карты: административно-территориальная карта Оренбургской, Челябинской областей и Республики Башкортостан, карта водохозяйственных участков бассейна реки Урал, для определения расположения МС в конкретном водохозяйственном участке.
Созданный в QGIS проект, включает следующие векторные слои:
– регионы:
- Республика Башкортостан
- Челябинская область
- Оренбургская область
– мелиоративные системы Республики Башкортостан;
– мелиоративные системы Челябинской области;
– мелиоративные системы Оренбургской области;
– водохранилища;
– реки;
– водохозяйственные участки (ВХУ)
– гидрографическая сеть бассейна р. Урал.
Информация о показателях МС и их расположении на картографической основе формируются из цифровой базы данных объектов мелиорации. В структуру атрибутивных таблиц включены поля таблиц пояснения, которые отражают взаимосвязи полей цифровой базы данных с полями атрибутивных таблиц. Для оптимизации работы в ГИС существуют способы, позволяющие получать детализацию данных из цифровой базы по заданным критериям с помощью средств, встроенных в QGIS.
Для визуализации объектов мелиорации в QGIS необходимо связать информацию об их местонахождении на карте, со сведениями из загруженных в проект атрибутивных таблиц, сформированных из созданной цифровой базы данных. В результате выполнения такой связи были получены векторные слои с информацией о МС Республики Башкортостан, Оренбургской и Челябинской областей.
Для определения местоположения мелиоративных систем, находящихся в границах бассейна реки Урал, была оцифрована карта бассейна р. Урал и в ГИС-проект добавлен аналогичный слой с картой. При активизации векторного слоя с границами бассейна р. Урал на картографической основе отбирались МС, входящие в бассейн р. Урала.
Проверка принадлежности МС к бассейну р. Урал так же осуществлялась по данным Государственного водного реестра по показателям ЦБД «Водоисточник» и «Водоприемник» [8].
Для выполнения анализа влияния орошения на дефицит водных ресурсов в бассейне р. Урал сформированные исходные данные по мелиоративным системам, включая показатели по водозабору для нужд орошения на 2020г. и площади орошаемых земель в границах мелиоративных систем были привязаны к конкретному водохозяйственному участку.
Для этого была оцифрована карта водохозяйственных участков территории Российской Федерации для бассейна р. Урал и в ГИС-проект добавлен соответствующий слой. При активизации слоя с границами бассейна р. Урал, водохозяйственными участками и мелиоративными системами была определена принадлежность МС к конкретному ВХУ. (рисунок 1, таблица 1). Полученные данные использовались при составлении водохозяйственного баланса водохозяйственной системы бассейна р. Урал.
Рисунок 1 – Определение расположения МС в конкретном водохозяйственном участке
Таблица 1 – Основные показатели по водохозяйственным участкам
|
Код ВХУ |
Вид собственности МС |
Орошаемых, тыс.га |
Фактически полито, тыс. га |
Годовой объем водозабора (факт), тыс.м.куб |
|
Республика Башкортостан |
|
|
|
|
|
12.01.00.002 |
субъекта РФ |
0,375 |
0 |
0 |
|
12.01.00.003 |
федеральная |
5,186 |
2,4 |
3600 |
|
12.01.00.003 |
субъекта РФ |
1,290 |
0 |
0 |
|
12.01.00.005 |
субъекта РФ |
0,709 |
0 |
0 |
|
12.01.00.006 |
субъекта РФ |
0,164 |
0 |
0 |
|
Оренбургская область |
|
|
|
|
|
12.01.00.003 |
субъекта РФ |
0,264 |
0,070 |
0 |
|
12.01.00.004 |
субъекта РФ |
12,129 |
1,125 |
0 |
|
12.01.00.005 |
субъекта РФ |
1,25 |
0,220 |
0 |
|
12.01.00.007 |
субъекта РФ |
3,076 |
1,350 |
0 |
|
12.01.00.008 |
субъекта РФ |
3,362 |
4,234 |
0 |
|
12.01.00.009 |
субъекта РФ |
1,447 |
0,882 |
0 |
|
12.01.00.010 |
федеральная |
10,311 |
6,949 |
24486,41 |
|
12.01.00.010 |
субъекта РФ |
2,012 |
1,070 |
0 |
|
Челябинская область |
|
|
|
|
|
12.01.00.002-12.01.00.003 |
федеральная |
1,42 |
0 |
0 |
|
12.01.00.003 |
субъекта РФ |
15,922 |
1,526 |
2606 |
В результате проведенных исследований была разработана и визуализирована цифровая база данных объектов мелиорации бассейна р. Урал, определен перечень водных объектов российской части р. Урал. С помощью геоинформационной системы QGIS создана цифровая детализированная карта с необходимой информацией для МС из сформированной ЦБД. Разработанную ЦБД можно актуализировать, преобразовывать, изменять структуру базы данных, с целью улучшения эффективности ее использования [9]. Цифровая база данных была использована для формирования исходных данных при расчетах водохозяйственного баланса и при анализе выполненных расчетов для водосборной территории трансграничного бассейна р. Урал в естественных условиях и при орошении, а также при определении водообеспеченности сельскохозяйственного водоснабжения.
1. Order of the Ministry of Natural Resources of the Russian Federation dated May 29, 2007 N 138 “On approval of the form of the state water register” (with amendments and additions dated: November 17, 2016, December 4, 2017, June 13, 2018, October 7 2019, January 24, 2020, November 18, 2021);
2. Decree of the Government of the Russian Federation of April 10, 2007 N 219 “On approval of the Regulations on the implementation of state monitoring of water bodies” (with amendments and additions from: April 22, October 17, 2009, July 13, November 14, 2011, 5 June 2013, April 18,2014);
3. “Administrative Regulations of the Ministry of Agriculture of the Russian Federation for the execution of the state function of maintaining records of reclaimed lands” (Order of the Ministry of Agriculture of Russia dated January 27, 2009 No. 33);
4. “Administrative regulations of the Ministry of Agriculture of the Russian Federation for the provision of state services for certification of state reclamation systems and separately located hydraulic structures classified as state property” (draft).
5. Information portal of the Federal State Budgetary Institution All-Russian Research Institute "Raduga". [Electronic resource] // URL: http://inform-raduga.ru
6. Inventory of reclaimed lands and reclamation systems of various properties (carried out in 2010-2013 in accordance with the instructions of the Ministry of Agriculture of Russia dated October 5, 2010 No. EC-20-27/9931).
7. QGIS. Free open source geographic information system. [Electronic resource] // URL:http://qgis.org
8. Russian National Standard (GOST) 20886-85. Organization of data in data processing systems. Terms and Definitions
