Cтатьи и комментарии

ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ, ГИС Ассоциация, № 3(35) 2002

Использование ГИС-технологий для сохранения рыбных ресурсов при колебаниях водной поверхности

Фисюк Ю.П. (Начальник Управления Камско-Уральского водного хозяйства),
Дмитриев Н.И. (Директор ФГУП "Специальное научно-исследовательское бюро "Эльбрус"),
Ракутин А.Н. (Старший научный сотрудник)

     На территории России расположено множество рек и речушек. На наиболее полноводных реках работают гидроэлектростанции, которые наравне с выработкой электроэнергии регулируют уровень водной поверхности в водохранилищах. Регулирование в течение года предполагает колебания водной поверхности в больших размерах. Данные циклические изменения существенно влияют на состояние рыбных ресурсов, уменьшение потерь достигается за счет применения передовых технологий.
     Федеральным государственным унитарным предприятием "Специальное научно-исследовательское бюро "Эльбрус" (ФГУП СНИБ "Эльбрус") в мае 2002 г. на основе ГИС "Панорама" (Карта 2000, версия 7.10) выполнен проект геоинформационной системы по сохранению и увеличению запасов рыбы в заливе Камского водохранилища путем устранения заморных явлений ежегодно возникающих в зимне-весенний период. Заказчиком на выполнение ГИС и пользователем результатов является Камско-Уральское бассейновое управление по охране и воспроизводству рыбных запасов и регулированию рыболовства (ФГУ Камуралрыбвод). Уже в июне этого же года ФГУ Камуралрыбвод на основе полученных из системы данных по Косьвинскому заливу Камского водохранилища приступил к выполнению работ по соединению заморных ям залива с основным руслом.
     Камское водохранилище образовано в результате создания гидроузла, главной его частью является Камская гидроэлектростанция. В весенне-летний период гидроузлом производится наполнение водохранилища до абсолютной отметки 108,5 м, при этом водой заполняются большие площади, а в осенне-зимний период производится сработка накопленных объемов зачастую до минимального уровня (абсолютная отметка 101,5 м), в результате чего происходит осушение. На осушенной площади остаются наполненные водой старицы, бывшие карьеры, ямы, которые в конце зимы и начале весны полностью накрываются льдом, в результате чего в больших количествах гибнет рыба. Более того, рыбзаводы поставляют для водохранилища мальков, они в течение лета и осени вырастают, а в конце зимы и весны гибнут в этих "ловушках". Эти циклы повторяются из года в год. Исключить ежегодные циклы, сохранить и увеличить рыбные запасы можно только проведением работ по "водной мелиорации".
     Предметом исследования специалистами ФГУ Камуралрыбвод был выбран Косьвинский залив Камского водохранилища. Общий вид залива в масштабе М_1:25000 при нормальном уровне наполнения водохранилища (108,5_м) (период май-июнь) приведен на рис.1.

Уровень сработки 0.0 (108.5) метров
Населенные пункты
Косьвинский залив

Рис. 1. Косьвинский залив

     Колебания водной поверхности водохранилища в течение года между уровнем наполнения (период май-июнь) (108,5_м) и уровнем сработки (период февраль-март) (101_м) составляет более 7 метров. Решение задачи сводилась к следующим мероприятиям:

  • моделированию уровней при наполнении водохранилища до нормального уровня;
  • моделированию уровней при сработке до минимального уровня;
  • анализу рельефа дна залива;
  • определению характеристик стариц, котлованов и заморных ям.

     Задача решалась в несколько этапов. На первом этапе на основании отметок глубин и изобат-линий была произведена оцифровка и построена цифровая модель залива. Оцифровка и построение цифровой модели производилась средствами ГИС "Панорама" (версия 7.0.). Качество модели и точность определяется точностью и частотой глубинных промеров. Отметки глубин и изобат-линии Косьвинского залива в масштабе М_1:25000 приведены на рис.2.

Изобаты
Отметки глубин
Населенные пункты
Косьвинский залив

Рис. 2. Отметки глубин и изобаты Косьвинского залива

     На основании цифровой модели построена матрица высот от максимальной абсолютной величины - 108,5_м до минимальной абсолютной величины - 93,1_м. Матрица высот Косьвинского залива приведена на рис.3.

мин. абс. высота 93.10 м
макс. абс. высота 108.50 м

Рис. 3. Матрица высот Косьвинского залива

     На следующем этапе произведено построение цифровой модели реализующей изменение глубин. По существу модель реализует функцию изменения уровня воды (y) в заливе в зависимости от ее приращения

Здесь может быть задано как уровень изменений поверхности воды от 108_м до 101 м абсолютной высоты и от 101_м до 108 м или любой другой величины изменений.
     При данном режиме модель показывает на экране два состояния: начальное состояние уровня залива, конечное состояние. Данный режим может быть использован, когда необходимо рассмотреть фиксированные, заранее известные состояния водной поверхности.
     Следующий режим работы модели, когда задаются приращения в единицу времени, т. е. практически задается интенсивность изменений водной поверхности. В этом режиме может быть задана интенсивность изменений в реальном масштабе времени, т. е. изменения на экране происходят с интенсивностью изменений водной поверхности в природе. Данный режим может быть усложнен, когда интенсивность изменений может происходить в заданных пределах у (от х до у), где х и у - нижняя и верхняя границы изменений соответственно. При уровне сработки водной поверхности залива с 108,5_м до 101,5_м, т. е. на 7_м, на осушенной площади залива образуется более 19 заморных ям различной глубины от 5_м (яма №_13) до 0,15_м (яма №_19). Места образования заморных ям в соответствии с заданными промерами глубин залива приведены на рис. 4.

Рис. 4. Места образования заморных ям в результате зимней сработки и весенних попусков

     Далее следует определение места заморных ям и их характеристик. Места определяются координатами долготы и широты. Характеристиками являются: максимальная глубина в метрах, площадь водной поверхности в гектарах, расстояние от максимальной глубины до фарватера в метрах. Координаты указывают точку максимальной глубины заморной ямы. С этой точки начинают работу по углублению дна залива до фарватера реки. От точки максимальной глубины до фарватера показывается расстояние. Оценка площади водного зеркала заморной ямы и ее глубины дают представление о целесообразности проведения работ и определения их очередности.
     На рис. 5 и 6 приведены примеры заморных ям, указаны координаты в точке максимальной глубины. Анализ рельефа дна заморной ямы производится по профилю сечения рельефа. Формирование профиля производится по всей яме. Каждая точка на профиле сечения соответствует соответствующей точке на опорной линии.

Рис. 5. Профиль между заморной ямой № 13 и водой

     Из приведенных рисунков видно, что каждая из ям имеет свои характеристики, они различаются по площади водной поверхности, глубине, расстоянию до фарватера. Характеристики по всем заморным ямам приведены в подробном отчете. На основании характеристик определяется целесообразность проведения земляных работ. По наиболее глубоким ямам определяется объем и стоимость работ.

Профиль заморной ямы №11

Профиль прямой линии заморной ямы № 11

Рис. 6. Заморная яма №11

     Для примера рассмотрим более подробно заморную яму №_11. Она представляет собой старицу: площадь водной поверхности составляет 70_га, максимальная глубина - 4,5 м, расстояние от точки максимальной глубины до фарватера реки приведено на рисунке. Средствами "Панорамы" выполнен профильный разрез старицы (рис. 6.).
     Анализ разреза позволяет уточнить профиль дна старицы, определить максимальную глубину, расстояние S, изучить профиль участка от максимальной точки до уреза русла реки. На основании полученных данных можно произвести расчет сметы затрат на выполнение работ по мелиорации.
     В заключение можно утверждать, что предложенный метод сохранения и восполнения рыбных запасов на реках России позволит увеличить товарное производство рыбной продукции, сократить загрязнение наших рек. Данное предложение особенно актуально для России, поскольку практически все крупные реки регулируются и колебания водной поверхности составляют в зимне-весенний период до 10 и более метров от нормального уровня.