УДК 631.6 Сельскохозяйственная мелиорация
ГРНТИ 68.31 Сельскохозяйственная мелиорация
ОКСО 35.06.01 Сельское хозяйство
ББК 44 Защита растений
ТБК 5607 Сельскохозяйственная мелиорация
BISAC TEC003000 Agriculture / General
статье описана разработка структуры и методы формирования цифровой базы данных объектов мелиорации бассейна р.Урал, создание ГИС-проекта в геоинформационной среде QGIS на картографической основе для визуализации и анализа картографических и цифровых данных по мелиоративным системам, для отображения технических характеристик и состояния мелиоративных систем и отдельно расположенных гидротехнических сооружений, а также для выполнения расчетов водохозяйственного баланса с учетом водопотребления оросительными системами, расположенными в бассейне р. Урал. Подготовлены исходные данные для выполнения расчетов водохозяйственного баланса с учетом орошения.
мелиоративные системы; гидротехнические сооружения; цифровая база данных; водохозяйственные участки; картографическая основа; геоинформационная система (ГИС); ГИС-проект.
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. Приказ Министерства природных ресурсов РФ от 29 мая 2007 г. N 138 "Об утверждении формы государственного водного реестра" (с изменениями и дополнениями от: 17 ноября 2016 г., 4 декабря 2017 г., 13 июня 2018 г., 7 октября 2019 г., 24 января 2020 г., 18 ноября 2021 г.);
2. Постановление Правительства РФ от 10 апреля 2007 г. N 219 "Об утверждении Положения об осуществлении государственного мониторинга водных объектов" (с изменениями и дополнениями от: 22 апреля, 17 октября 2009 г., 13 июля, 14 ноября 2011 г., 5 июня 2013 г., 18 апреля 2014 г.);
3. «Административный регламент Министерства сельского хозяйства Российской Федерации по исполнению государственной функции по ведению учета мелиорированных земель» (приказ Минсельхоза России от 27 января 2009 г. № 33);
4. «Административный регламент Министерства сельского хозяйства Российской Федерации по предоставлению государственной услуги по паспортизации государственных мелиоративных систем и отнесенных к государственной собственности отдельно расположенных гидротехнических сооружений» (проект).
5. Информационный портал ФГБНУ ВНИИ «Радуга». [Электронный ресурс] // URL: http://inform-raduga.ru
6. Инвентаризация мелиорированных земель и мелиоративных систем различной собственности (проводилась в 2010-2013 годах в соответствии с указанием Минсельхоза России от 05.10.2010 № ЕС-20-27/9931).
7. QGIS. Бесплатная географическая информационная система с открытым исходным кодом. [Электронный ресурс] // URL: http://qgis.org
8. ГОСТ 20886-85. Организация данных в системах обработки данных. Термины и определения
