Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Геоинформационные системы и технологии 9
1.1. Основные программные ГИС - инструменты и технологии 10
1.2. Гидрологические информационные и геоинформационные системы
1.3. Оценка ГИС по целям использования 22
Глава 2. Методология создания региональной гидрологической ГИС
2.1. Назначение и структура ГИС 32
2.2. Цифровое математико-картографическое моделирование 43
2.3. Региональная гидрологическая ГИС «Бассейн Боткинского водохранилища»
Глава 3. Геоинформационные технологии в гидрологических исследованиях
3.1. Оценка точности выполнения картометрических работ традиционными способами и с применением ГИС-технологий
3.2. Использование гидрографических характеристик рек и их бассейнов в расчетах стока
3.3. Использование математико-картографического моделирования при характеристике бассейнов рек
Заключение 111
Библиографический список 113
Приложение 124
- Гидрологические информационные и геоинформационные системы
- Оценка ГИС по целям использования
- Цифровое математико-картографическое моделирование
- Использование гидрографических характеристик рек и их бассейнов в расчетах стока
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время наблюдается интенсивное внедрение новых информационных методов в географические науки. Как правило, это связано с использованием геоинформационных технологий (ГИС-технологий), которые обладают большими возможностями отражения, анализа и моделирования географических объектов и явлений по сравнению с традиционными способами.
Создание картографических и тематических баз данных, разработка и внедрение географических информационных систем (ГИС) различного иерархического уровня и территориального охвата невозможно без использования современных информационных технологий. Их применение позволило вывести решение географических задач на качественно иной уровень. Это нашло свое отражение в работах С.Н. Сербенюка, А.М. Берлянта, B.C. Тикунова, А.В. Кошкарева, И.К. Лурье и др.
Сокращение сети метеорологических станций и водомерных постов на реках, озерах и водохранилищах привело к невозможности получения объективных гидрологических сведений. Так, на территории водосбора Боткинского водохранилища, где более 30 000 рек, за период с 1987 по 1991 гг. число пунктов наблюдений уменьшилось более чем в два раза и на сегодняшний день действует всего около 30 водомерных постов. В этой связи на первый план выходят косвенные методы определения гидрологической информации.
Известно, что топографические и тематические карты являются источником ряда важнейших гидрографических характеристик рек и их бассейнов, необходимых для анализа и выявления закономерностей гидрологического режима водных объектов. В то же время, в имеющихся изданиях водного кадастра приведены далеко не все гидрографические характеристики рек и их бассейнов и не по всем водомерным постам (например, средние уклоны бассейнов и главного водотока, густота речной сети и т.д.). Это связано с ограниченными возможностями традиционных способов определения гидрографических характеристик водных объектов и их бассейнов.
Внедрение геоинформационных систем и технологий позволяет не только облегчить и автоматизировать работу, но и существенно расширить использование топографических и тематических карт, которые содержат большой объем информации, необходимой для анализа гидрологического режима водных объектов. Сущность географических информационных систем состоит в том, что они позволяют так или иначе собирать данные, создавать базы данных, вводить их в компьютерные системы, хранить, обрабатывать и преобразовывать, а потом выдавать по запросу пользователям чаще всего в картографической форме, либо в виде таблиц, графиков, текстов. Таким образом, использование ГИС для создания пространственных и атрибутивных баз данных и выполнения гидрологических исследований представляется весьма перспективным.
Цель работы. Разработка научно-методологических основ создания региональной гидрологической геоинформационной системы и их реализация на примере ГИС «Бассейн Боткинского водохранилища».
Основные задачи исследований.
создание структуры, разработка логической организации и наполнение картографической и атрибутивной баз данных региональной гидрологической ГИС;
разработка научно-обоснованных методов функционирования подсистем ГИС;
создание программных модулей по математико-картографической обработке гидрографической и гидрологической информации;
определение и уточнение гидрографических и гидрологических характеристик рек и их бассейнов (в пределах Боткинского водохранилища).
выявление средствами ГИС-технологий пространственных связей характеристик стока с его основными факторами.
Объект исследования.
Объектом исследования являются современные геоинформационные технологии и ГИС для решения прикладных гидрологических задач.
Научная новизна.
научно-обоснованные методы функционирования региональной гидрологической ГИС;
предложено применение математико-картографического моделирования при пространственном анализе гидрологических процессов и явлений;
методика использования ГИС-технологий в исследовании пространственных связей характеристик стока с его основными определяющими факторами;
на основе геоинформационных технологий предложена методика определения и уточнения гидрографических и гидрологических характеристик рек и их бассейнов;
впервые рассчитан ряд морфометрических, гидрографических и гидрологических характеристик для территории бассейна Боткинского водохранилища.
Практическая значимость.
Созданная гидрологическая ГИС регионального уровня позволяет проводить анализ и моделирование гидрологических процессов и явлений проходящих на территории Боткинского водохранилища (территория Пермского края): снеготаяние, прохождение паводков, формирование ледовых явлений и т.п. Результаты исследований нашли свое применение в работе Управления по охране окружающей среды администрации Пермской области, Главного управления по делам ГО и ЧС Пермской области, Главного управления природопользования администрации Пермской области, Камско-Уральского бассейнового управления по охране и воспроизводству рыбных запасов и регулированию производства.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с грантом РФФИ № 02-07-90225 «Гидрологическая ГИС бассейна Боткинского водохранилища» (2002-2004). Методы создания региональной гидрологической геоинформационной системы нашли свое отражение в грантах РФФИ (проекты 04-05-96051, № 04-07-96007).
Разработаны 2 методических пособия:
1. Определение гидрографических характеристик водных объектов: Методические указания к лабораторным работам/ Перм. ун-т. - Пермь, 2000. - 28 с. (соавтор Калинин В.Г.);
Гидрологические информационные и геоинформационные системы
В настоящее время существует достаточно большой рынок информационных и геоинформационных систем имеющих гидрологическую направленность. Прежде всего отметим те программные и информационные ресурсы, которые входят в состав комплексных геоинформационных систем. Примерами тому являются [11,12,14, 57, 90,100, 101].
В работе [90] при создании ГИС управления природопользованием Алтайского края выделяется отдельная ГИС «Водные ресурсы», которая выполняет следующие основные функции: - ввод, хранение и поддержку в актуальном состоянии гидрологических и гидрохимических данных, определяющих состояние и качество поверхностных вод на основе данных стационарных пунктов службы наблюдения и контроля Росгидромета, и данных по водоотведению на основе государственной формы отчетности 2ТП-водхоз; - территориальную привязку данных к объектам наблюдения (гидрологическим постам, пунктам контроля качества воды, выпускам сточных вод); - выполнение запросов на поиск и обработку данных по объектам наблюдения за различные периоды времени; - формирование подбаз данных для выполнения математических моделей; - выполнения расчетов по моделям; - табличное, графическое и картографическое отображение информации. Апробация ГИС «Водные ресурсы» осуществлялась на данных 1993 -1996 гг. для бассейна р. Оби.
Современные экологические исследования невозможны без использования геоинформационных технологий. Так, разработана первая очередь информационно-экспертной системы по оценке и прогнозированию состояния гидроэкосистемы на примере водосборного бассейна реки Кача (Красноярский край). В системе реализованы базовые гидрологические расчеты, расчеты показателей природоохранного стока, выполняется моделирование гидрографов стока, разработаны основные информационные подсистемы, выполняется картографическая визуализация, построение тематических карт, в том числе районирование бассейна р. Кача по критериям качества воды, экономического ущерба.
Гидрометеорологическая информационная система ЭКОЛОГ -ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ предназначена для решения научных и прикладных инженерных задач, связанных с обработкой больших массивов данных наблюдений. Цель создания системы - объединение на единой информационной основе данных наблюдений на метеорологических станциях и гидрологических постах, с возможностью их дополнительной обработки, осуществления различных выборок данных, выполнения гидрологических расчетов и представления данных и результатов расчетов в текстовых и графических форматах. Система состоит из ряда взаимосвязанных программных модулей, объединенных общим интерфейсом пользователя, и непосредственно баз данных, которые независимы от пользовательских программ и могут быть созданы на любой СУБД.
Пользователю предоставляются средства корректировки, добавления и удаления данных на различных уровнях (поле данных, запись, таблица данных, база данных), возможность создание новых баз данных с требуемыми структурами данных, переключение между различными пользовательскими базами данных и обмен данными между ними. Система содержит развитые средства поиска данных и формирования запросов. Специально разработаны формы ввода и проверки данных с одновременным их графическим представлением на экране компьютера.
Геоинформационная система (ГИС) "Реки Крыма" включает в себя информационные массивы о гидрологическом режиме рек начиная с 1912 г. В БД ГИС хранятся совокупность данных и отношения между ними. В ГИС хранение информации централизовано, что обеспечивает неизменяемость программ при увеличении объема данных. БД имеет свой логический и физический аспект и соответствующие структуры. Содержание БД открывается алфавитным списком всех рек Крыма, по которому можно вызвать необходимые сведения по любой реке. В БД заложены гидрографические данные, которые включают следующие сведения: длина реки, уклон реки, площадь водосбора, средняя высота водосбора, лесистость, коэффициент антропогенной нагрузки. Приводится список гидрологических постов. Далее в БД заложены результаты многолетних режимных гидрологических наблюдений: характерные уровни воды, средний годовой расход, модуль и слой стока, характерные расходы, сведения о паводках и пересыхании рек, твердый и химический сток. Отдельный файл посвящен гидроэкологии рек. В БД занесены источники загрязнения рек: тип загрязнения, его местоположение, название ближайшего населенного пункта, режим работы источника загрязнения. Заключительный файл в БД посвящен текстовым характеристикам - гидрологическому описанию рек. Отметим, что для организации этой системы, а также БД была создана специальная программа управления базой данных (СУБД) под названием "Диалог". Она представляет набор меню, связанных по древовидной структуре. СУБД "Диалог" позволяет: организовать новую БД или ГИС, определяя их структуру; редактировать существующую БД или ГИС; проводить обработку данных пакетами прикладных программ.
Мониторинг поверхностных вод суши, являясь структурной составляющей общего мониторинга состояния природной среды, включает в себя три уровня функционирования. Каждый из трех уровней обеспечивает решение определенной, вполне конкретной задачи - непосредственные наблюдения или измерения параметров исследуемой среды, обработка и анализ полученных данных и прогноз возможного развития природных процессов и явлений.
Так в Приморском УГМС в 1986 г. гидрологическая сеть насчитывала 121 пост, из них 3 озерных. В настоящее время действует 74 поста, т.е. за период с 1986 г. гидрологическая сеть в Приморском крае сократилась на 39.8%. Сток воды измеряется на 56 постах, сток наносов из-за различных причин не измеряется нигде; 43 поста относятся к категории реперных, 27 - к основным, 4 - к дополнительным.
Оценка ГИС по целям использования
Каждая ГИС имеет свойственные только ей собственные модели пространственных данных, набор функциональных возможностей и групп базовых функций, различных методов реализации, поэтому возникает необходимость получения адекватной оценки ГИС.
Различные области использования ГИС требуют и разных инструментальных средств. В связи с этим сравнить ГИС можно только в некоторой области использования (геоинформационное обеспечение муниципалитетов, земельный кадастр, мониторинговые исследования, демография, гидрология и т.п.). Исходя из выше изложенного необходимо использовать разработки методов сравнения разных ГИС между собой в определенных предметных областях, а также оценки конкретных ГИС для различных областей использования.
Математический аппарат количественного критерия был предложен И.Г. Журкиным [18]. В его работе обосновывается необходимость объективной оценки ГИС, а также предложен количественный критерий оценки их качества, позволяющий выполнять интегральную оценку инструментально-программных средств ГИС и дифференциальную оценку программных ее частей. Кроме того, задано пространство свойств для оценки эффективности информационно-поисковых ГИС: точность съема и записи в базу данных координат изображений объектов полнота восприятия и представления исходной информации в системе; производительность системы; совокупность функциональных операций, выполняемых системой; эксплуатационные возможности; стоимость системы.
Для оценки ГИС по областям их использования достаточным является получение оценки количественного критерия набора функциональных операций. В работе [18] И.Г. Журкин предложил достаточно большой набор функциональных операций разбивать на отдельные классы. Тогда операции, входящие в каждый отдельный класс, образуют подкласс данного класса операций.
Параметр /3 определяется по следующему правилу: если /-й - класс для исследуемой предметной области необходим, то /3 принимает значение 0. Если он не является необходимым для исследуемой предметной области, то для определения /3 нужно исходить из следующих предпосылок: если 1-Й -класс не выполняется, то это приводит к ухудшению функционирования системы в целом, например на а, %.
Эта предпосылка справедлива, когда z -й - класс для исследуемой предметной области является необходимым. Тогда при невыполнении /-го -класса система непригодна для использования в предметной области, т.е. функционирование системы ухудшается на 100 %, а коэффициент важности А = 0.
Данная методика для определения балльного критерия не учитывает многоуровенного деления классов функциональных операций в современных ГИС до уровня отдельных операций. В работе [37] значение параметра Ъ предлагается задавать в интервале [1, /?,], т.е., если і-й - класс для исследуемой предметной области необходим, то $ принимает значение 1. Тогда формула (4) может быть представлена в виде:
В качестве детального примера в таблице 1.3.2 приведены значения весомости и балльности подклассов задач пространственного анализа в четырех наиболее известных ГИС инструментов. В табл. 1.3.3 приведены аналогичные данные для ГИС определенного тематического назначения. На рис. 1.3.1 представлена диаграмма, характеризующая требования к ГИС при решении задач пространственного анализа и GIS Arc View. Как видно из рис. 1.3.1 возможности GIS Arc View перекрывают потребности каждой тематической ГИС, кроме задания топологических отношений при проведении пространственного анализа (как известно, GIS ArcView 3.3 не поддерживает топологию). Таблица 1.3.2
Для вычисление оценки Qccpo определены балльность и весомость каждого из классов задач решаемых ГИС. Табл. 1.3.4 и 1.3.5 содержат значения свойств функциональных операций и вычисленные коэффициенты (2СФО- Как видно из рис. 1.3.2 GIS Arc View перекрывает почти все возможные классы решаемых тематических задач, в том числе и создание гидрологических ГИС. Только для классов задач связанных с вводом данных рекомендуется использовать другой инструментарий.
Результат оценки возможностей GIS Arc View 3.3 для применения в качестве программного инструмента при создании тематических ГИС (все классы задач) Данный подход к оценке ГИС позволил определить возможность применения конкретной ГИС для исследуемой области использования, а также сравнить ГИС между собой. 2. Методологические основы создания региональной гидрологической ГИС
Создание геоинформационной системы (ГИС) определенного тематического содержания, в первую очередь, связано с решением вопросов формирования структуры ГИС и организации пространственных и атрибутивных данных, в зависимости от назначения и спектра решаемых задач (особенностей функционирования). В настоящее время сформировалось устоявшееся понятие полнофункциональной ГИС, в общую структуру которой входят подсистемы сбора, ввода, хранения, поиска и анализа данных, подсистема вывода информации и интерфейс пользователя [22, 33, 38, 40, 41]. Степень реализации той или иной подсистемы, существенным образом определяет функциональные возможности ГИС.
Структура гидрологической ГИС также должна состоит из ряда подсистем, которые отражают особенности объекта исследования и наблюдений над ним (рис. 2.1.1.). Рассмотрим более детально каждую из них.
Первая подсистема - сбор данных. Здесь организовано определение источников информации, проводится оценка ее качества, разделение на первичную и вторичную, предпроцессорная подготовка данных. Выбираются технологии ввода графических и иных материалов, средства и способы их верификации. При создании гидрологической ГИС основными источниками первичных данных являются топографические и тематические карты, а также материалы гидрометеорологических наблюдений, содержащиеся в основных изданиях государственного водного кадастра [10, 66]. К вторичной информации относятся картографические и атрибутивные данные, полученные в результате обработки, анализа или интерпретации исходных материалов.
Цифровое математико-картографическое моделирование
Под математико-картографическим моделированием понимают «построение и анализ математических моделей по данным, снятым с карт, создание новых производных карт на основе математических моделей» [17]. Для математико-картографического моделирования характерно «системное , сочетание математических и картографических моделей, при котором образуются цепочки и циклы моделей-звеньев: карта - математическая модель - новая карта - новая математическая модель и т.д. Таким образом, математико-картографические модели могут выражаться либо в простых формах, либо в виде сложного многостадийного процесса, который строится из простейших моделей-звеньев» [17].
Чтобы адекватно построить модель нужно учитывать специфику задачи. Поэтому, методы построения картографической модели классифицируются следующим образом [44]: 1) не учитывающие пространственное расположение данных; 2) учитывающие пространственное расположение данных только для представления результатов анализа; 3) учитывающие пространственное расположение данных на всех этапах исследования.
К числу моделей, учитывающих пространственное расположение данных на всех этапах исследования, относятся «модели потенциала поля расселения, равномерности размещения населенных пунктов, аппроксимации статистических поверхностей (модели структуры); модели согласованности контуров между собой, корреляции пространственного варьирования характеристик двух явлений (модели взаимосвязей); модели пространственного распространения эпидемий или диффузии загрязнения, миграций населения (модели динамики)» [17]. Эти модели невозможно реализовать без учета пространственных координат явлений, фиксирующих их положение. Поэтому эти модели реализуются корреляционными и регрессионными методами, которые позволяют учитывать пространственное расположение данных на всех этапах моделирования. К числу этих моделей относятся и гидрологические модели.
Если ставится задача анализа объектов и явлений в зависимости от их расположения, либо задача многомерной группировки множества территориальных единиц по комплексу показателей в однородные группы, то необходимо учитывать сведения о пространственном положении гидрологических явлений. Такая пространственная модель имеет ряд преимуществ перед другими формами представления результатов моделирования. Во-первых, можно анализировать полученные результаты по отношению друг к другу в пространстве. Во-вторых, по картам легко определить недостатки использованных математических моделей, найти грубые погрешности, вызванные ошибками моделирования. В-третьих, "карты, фиксирующие в наглядной форме любые свойства географической действительности, в том числе и зрительно не наблюдаемые (например: магнитные склонения или функциональные типы поселений), особенно удобны для содержательно-географического анализа результатов математического моделирования и для познания территориальных закономерностей" [77]. Иными словами, карты представляют надежный инструмент как, для контроля и корректировки всего процесса математико картографического моделирования, так и для оценки достоинств конкретных математических моделей [97, 98].
При выполнении гидрологических расчетов широко используются характеристики, определяемые по топографическим и тематическим картам. Применение различных математико-картографических моделей с распределенными параметрами для описания процессов формирования стока в речных бассейнах требует многократного определения этих характеристик, нахождения закона их пространственного распределения [103].
Традиционные методы пространственного моделирования основаны на анализе данных наблюдений дискретно распределенных на исследуемой территории (например, гидрологических постах или метеостанциях). Использование этого подхода позволяет подобрать закон распределения случайной величины только на отдельно взятом пункте наблюдения. Применение растровых данных типа GRID, построенных интерполяционными методами позволяет получать непрерывные математико-картографические модели распределения пространственной величины [102].
Корреляционные математико-картографические модели удобно использовать для отражения на карте пространственной зависимости между двумя или несколькими объектами или явлениями. На этих картах используется важное свойство корреляционных моделей - пригодность для отображения территориальных статистических взаимосвязей между определенными признаками сравниваемых явлений и процессов. "Чаще всего применяют вычисление и картографирование парных коэффициентов корреляции для того, чтобы выяснить взаимосвязи между двумя состояниями одного явления (процесса) на два различных момента или отрезка времени" [17]. Интересны для географического анализа моделирование и последующее картографирование множественных и частных показателей связи. Они позволяют представить пространственное распределение статистических взаимосвязей между двумя или несколькими компонентами при исключении из анализа остальных [99]. В математико-картографическом моделировании используются параметрическая и непараметрическая корреляция. Как модели с параметрической, так и модели с непараметрической корреляцией легко реализуются в ГИС, которая учитывает пространственное расположение территориальных единиц: на картах исходных поверхностей вводится сетка, и методом скользящего окна вычисляются коэффициенты пространственной корреляции, которые представляются на результирующей корреляционной карте с помощью изолиний. Для построения корреляционной модели нужно решить выражаются ли исследуемые пространственные объекты или явления в количественной мере. От характера объекта или явления будет зависеть выбор параметрической или непараметрической корреляции.
Непараметрическую корреляцию применяют в случае, если у исследуемых объектов отсутствуют количественные оценки. Тогда совокупность объектов упорядочивают, устанавливая порядковый номер (ранг) каждого из них по данному признаку. После нормировки ранги используются для вычисления ранговой корреляции. Непараметрические модели особенно удобны для математико-картографического анализа природных явлений, так как их точную количественную оценку трудно определить.
Регрессионные модели чаще всего используются для целей прогнозирования развития географических явлений путем экстраполяции зависимой величины. "Одна из главных задач географических вычислений -выявление факторов, формирующих основную территориальную структуру поля, и учет второстепенных причин, в наибольшей степени проявляющихся в отдельных районах изучаемой территории" [17]. Эта задача решается разложением географических полей на фоновую и остаточную составляющие и созданием двух произвольных карт. Первая карта показывает пространственное размещение ведущего фактора - тренда. Вторая передает размещение региональных аномалий вследствие влияния второстепенных географических причин. Пространственная регрессия имеет большие возможности применения в математико-картографическом моделировании и служит базой для построения различных тематических карт. В отличие от одномерной регрессии явление, принятое за следствие, описывается в координатах пространства. Известно несколько способов расчета пространственной регрессии, из которых мы используем способ сплайн-интерполяции, позволяющий применять этот вид регрессии в моделировании и картографировании географических полей, являющийся таким непрерывным распределением по земной поверхности какого-либо количественного признака, когда каждая точка поверхности определяется его конкретной величиной.
Использование гидрографических характеристик рек и их бассейнов в расчетах стока
Гидрологический режим водных объектов определяется комплексным влиянием климата, рельефа, состава коренных пород, почвенно-растительного покрова территории. Климатические особенности характеризуют пространственно-временные неоднородности распределения солнечной радиации, осадков и испарения, господствующего переноса воздушных масс, мощности снежного покрова и глубины промерзания почвогрунтов. Рельеф местности совместно с материнскими породами территории, растительным и почвенным покровом влияет на характер трансформации осадков в сток, процессы формирования частных составляющих речного стока: стока воды, наносов, растворенных веществ, органики и тепла [8, 53, 86].
В настоящее время, сокращение сети метеорологических станций и водомерных постов на реках, озерах и водохранилищах привело к невозможности получения объективных гидрологических сведений. Так, на территории водосбора Боткинского водохранилища, где более 30 000 рек, за период с 1987 по 1991 гг. число пунктов наблюдений уменьшилось более чем в два раза и на сегодняшний день действует всего около 30 водомерных постов. В этой связи на первый план выходят косвенные методы определения гидрологической информации.
Известно [31, 75, 85], что топографические и тематические карты являются источником ряда важнейших гидрографических характеристик рек и их бассейнов, необходимых для анализа и выявления закономерностей гидрологического режима водных объектов, особенно при отсутствии данных непосредственных наблюдений. В то же время, в имеющихся изданиях водного кадастра [13, 66] приведены далеко не все гидрографические характеристики рек и их бассейнов и не по всем водомерным постам (например, средние уклоны бассейнов и главного водотока, густота речной сети и т.д.). Это связано с ограниченными возможностями традиционных способов [51] определения гидрографических характеристик водных объектов и их бассейнов.
В рамках созданной региональной гидрологической ГИС "Бассейн Боткинского водохранилища" [25, 28, 29, 59, 63, 64] выработана методика определения и на новом качественном уровне с использованием технологий построения цифровых моделей рельефа (TIN, GRID) проведен расчет основных гидрографических и морфометрических показателей [58, 72]. Использование трехмерного изображения рельефа дает возможность пространственно рассматривать речную сеть, моделируя продольные уклоны рек, которые как бы повторяют рельеф тальвегов, и создается эффект "стекания" рек от истоков к устьям (рис. 3.2.1а). Более четко и наглядно видны экспозиции склонов речных долин, переходы рек от горных участков к равнинным, что существенно облегчает выполнение пространственного анализа поверхности водосбора любой реки или группы рек, выбор местоположения гидрологических постов или реки аналога при выполнении гидрологических расчетов. Использование построенных карт освещенности рельефа значительно повысило качество и скорость определения границ водосборов (рис. 3.2.16).
Для рек, на которых организованы режимные наблюдения, и их бассейнов получены следующие характеристики: площади поверхности водосборов и их проекции на плоскости, средние, максимальные и минимальные высоты и уклоны бассейнов, длины и уклоны водотоков, коэффициенты густоты речной сети, озерности, лесистости, заболоченности, площади зеркал водохранилищ по районам и участкам и др.
Во-первых, гидрографическая сеть представлена здесь с достаточной полнотой. Согласно «Наставлению ...» [54], реки, выражающиеся в масштабе карты длиной более 1 см (т.е. более 10 км), показываются все и особое внимание уделяется выявлению и отбору истоков рек и выделению их на карте.
Во-вторых, четко показываются водоразделы рек и имеет место увязка гидрографической сети с изображением рельефа и положением населенных пунктов, расположенных на берегах рек, что очень важно для выделения бассейнов рек и определения местоположения водомерных постов.
В-третьих, созданная электронная карта гидрографической сети благодаря небольшой нагрузке является хорошей основой для пространственного анализа различного рода гидрологических процессов и явлений.
Кроме того, имеется возможность быстрого определения длин водотоков, их количества и суммарной длины в пределах любого бассейна или площади. Безусловно, степень извилистости водотоков на карте миллионного масштаба генерализована, но в процессе генерализации строго сохраняются пропорции извилистости и длин водотоков. Поэтому для сравнения, например, суммарной длины рек в пределах бассейнов или полученных коэффициентов густоты речной сети по бассейнам равнинной и горной частей территории и решения ряда других задач, созданная электронная карта гидрографической сети представляет определенный интерес. При использовании карт более крупного масштаба, по которым, согласно требованиям [51], рекомендуется определение длин водотоков, применение ГИС технологий позволяет значительно повысить точность измерений.
Результаты сравнения площадей оцифрованных бассейнов рек в пределах водосбора Боткинского водохранилища с опубликованными в «Гидрологической изученности ...» [66] рассмотрены выше. Сравнение средних высот бассейнов рек, приведенных в «Основных гидрологических характеристиках, 1967» и вычисленных в среде ГИС по картам масштабов 1:1000000 и 1:200000, показало, что они отличаются незначительно (в среднем на 2,1 и 1,8% соответственно). В то же время, для трех равнинных бассейнов имеют место более существенные отклонения (4,9; 9,7 и 10%). В этих случаях вновь определенные величины можно считать уточненными. Выполненное моделирование поверхности водосборов (TIN, GRID), дало возможность значительно повысить точность (за счет большей дискретности) определения средних, максимальных и минимальных значений абсолютных высот и уклонов всех исследуемых бассейнов. Следует отметить, что в «Основных гидрологических характеристиках ...» приведены данные только для 70% всех исследуемых бассейнов рек. Для остальных средняя высота бассейна рассчитана впервые.
