О.В. Ловцкая (Институт водных и экологических проблем СО РАН, Барнаул)
И.В. Жерелина (ЗАО «Центр инженерных технологий», Барнаул)
И.С. Постнова (ЗАО «Центр инженерных технологий», Барнаул)
В.И. Кормаков (Верхне-Обское бассейновое водное управление, отдел водных ресурсов по Алтайскому краю, Барнаул)

Понятие «государственный водный реестр» введено в практику управления водным фондом России ст. 31 Водного кодекса РФ от 3 июня 2006 г. № 74-ФЗ. Ранее сведения о водных объектах, их ресурсах и использовании, а также водопользователях обобщались в государственном водном кадастре (постановление Правительства РФ от 23 ноября 1996 г. № 1403), который ныне рассматривается как основа для создания государственного водного реестра.

Государственный водный реестр представляет собой систематизированный свод документированных сведений о водных объектах, их использовании, речных бассейнах и бассейновых округах. Он создается в целях информационного обеспечения комплексного использования водных объектов, их целевого использования и охраны, а также в целях планирования и разработки мероприятий по предотвращению негативного воздействия вод и ликвидации его последствий.

По сравнению с государственным водным кадастром в состав государственного водного реестра включается расширенный набор документированных сведений, что обеспечивает более значимую роль его в качестве одного из важнейших инструментов поддержки принятия управленческих решений.

Постановление Правительства РФ от 28 апреля 2007 г. № 253 определило порядок ведения государственного водного реестра, однако на федеральном уровне до сих пор не разработаны методика и инструментарий его создания и ведения как геоинформационной системы. В 2007 г. МПР России приступил к этим работам, однако до настоящего времени они либо не закончены, либо их результаты не доведены до органов государственной власти, предоставляющих информацию в документированном виде для государственного водного реестра, что снижает эффективность подготовки и принятия управленческих решений.

В тоже время в регионах накоплен значительный опыт создания реестров различного целевого назначения, в их числе следует отметить реестр природных ресурсов, разработанный СПбГЭТУ, УНЦ «ГИС технологии» (Санкт-Петербург), реестры водных объектов и гидротехнических сооружений (ГТС) Карелии, созданные Институтом водных проблем Севера Карельского научного центра РАН (Петрозаводск), реестр ГТС Пермского края и др.

Значительный опыт по созданию и ведению реестра водных объектов накоплен в Алтайском крае, где с 2003 г. сотрудниками ИВЭП СО РАН и ЗАО «Центр инженерных технологий» при техническом содействии отдела водных ресурсов по Алтайскому краю Верхне-Обского бассейнового водного управления (БВУ) ведется разработка и совершенствование ГИС «Реестр водных объектов Алтайского края» (далее ГИС «Реестр водных объектов»).

ГИС «Реестр водных объектов» разрабатывалась для информационной поддержки принятия решений по управлению водными ресурсами и водохозяйственным комплексом Алтайского края. При этом требования к программному комплексу и инструментарию, а также параметрам, характеризующим состояние водных объектов и определяющим состав и структуру базы данных системы, устанавливались специалистами отдела водных ресурсов по Алтайскому краю Верхне-Обского БВУ пользователями этой ГИС.

Основные требования к ГИС «Реестр водных объектов»:
включение данных по водотокам Алтайского края протяженностью больше 10 км, естественным и искусственным водоемам площадью больше 1 км2;
перечень данных должен включать: наименование объекта, географические координаты, положение (административная принадлежность и принадлежность к водосборному бассейну), наименование гидрологического створа, характеристику основных параметров водотоков в контрольных створах (длина, ширина русла, глубина, среднемноголетний расход), характеристику основных параметров водоема (площадь, глубина), гидрохимические показатели (минерализация воды), категорию водного объекта;
программный комплекс должен быть совместим с другими информационными системами, применяемыми уполномоченными государственными органами в области использования и охраны водного фонда;
программное обеспечение должно позволять проводить поиск данных по наименованию объекта, его принадлежности к водосборному бассейну и административному району;
программный инструментарий должен быть прост и удобен в эксплуатации, не требовать специальных знаний в области обработки данных.

В связи с тем, что решение задач управления водными ресурсами, основанное на оценке их количественного и качественного состояния, требует большого объема разнородной информации, в качестве основы построения ГИС при проектировании избрана расширяемая структура базы данных, первоначально включающая минимальное число основных параметров. В дальнейшем, в зависимости от решения тех или иных целевых задач, в эту базу данных могут быть введены дополнительные параметры.

Принципы построения ГИС «Реестр водных объектов» отражают ее целевое назначение и учитывают требования, предъявляемые работающими с ней специалистами:
на первом этапе система обеспечивает удовлетворение простых запросов пользователей на поиск и отображение необходимой картографической и атрибутивной информации для принятия управленческих решений (информационно-справочный режим). В дальнейшем предусмотрено ее развитие для выполнения сложных прогнозных и аналитических задач (система поддержки принятия решений СППР);
система накапливает информацию, представленную в виде карт, тематических фактографических (атрибутивных) данных, а также документированных сведений;
реализована возможность совместной обработки различных исходных материалов как по пространственным, так и по атрибутивным данным вне зависимости от применяемой технологии их ввода. Система совместима по форматам данных с ведущими инструментальными ГИС и СУБД;
интеграция пространственных и атрибутивных данных осуществляется в одной геоинформационной оболочке.

Унифицированный подход к созданию картографической и атрибутивной баз данных обеспечивает независимость их структуры от количества учитываемых параметров и единообразие привязки данных к объектам окружающей среды.

Структура ГИС «Реестр водных объектов» состоит из двух взаимосвязанных баз данных (картографической и атрибутивной), алгоритмов и программных средств их обработки и представления пользователю (рис. 1).

Рис. 1. Структура ГИС «Реестр водных объектов»

Картографическая база данных включает карты масштабов 1:200 000 и 1:100 000, содержащие информацию о гидрологической сети; контурах водосборных бассейнов; створах постов гидрологических и гидрохимических наблюдений; источниках сбросов в водные объекты (по форме № 2-ТП (водхоз)); контурах административных районов; населенных пунктах (рис. 2).

Рис. 2. Состав картографической базы данных

Атрибутивная база данных отражает состав и взаимосвязи количественных и качественных параметров системы в виде логически скомпонованных показателей, привязанных к картографическим объектам.

Атрибутивная база данных состоит из:
основной базы данных, являющейся ядром системы и содержащей фондовые и натурные данные о современном состоянии, природных и антропогенных факторах формирования и функционирования водных объектов;
динамической базы данных, которая формируется по мере необходимости в результате выборки показателей из основной базы данных.

Основная база данных создается по результатам ежегодных гидрологических и гидрохимических наблюдений сети Росгидромета, мониторинга государственных служб Алтайского края, отчетности водопользователей по форме № 2-ТП (водхоз) с использованием справочной информации и фондовых материалов научно-исследовательских, проектных организаций, органов государственной власти. Кроме того, вносятся необходимые расчетные данные, полученные средствами самой ГИС и специального программного обеспечения, разработанного сотрудниками ИВЭП СО РАН, «Гидростатистика» (Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ от 20 июля 2000 г. № 200060667; рис. 3), «Паводок&Половодье» (Свидетельство Роспатента об официальной регистрации программы от 20 августа 2001 г. № 2001611052; рис. 4). В условиях недостатка фондовых материалов такая возможность является конструктивным достоинством системы. Дополнение и уточнение информации, содержащейся в базе данных, осуществляется на основе результатов натурных наблюдений и измерений.

Рис. 3. Программный комплекс «Гидростатистика»

По характеру информации в составе основной базы данных можно выделить природный, водно-экологический и административно-территориальный блоки.

Природный блок включает следующий набор данных: список водных объектов, длины рек, площади зеркал озер, местоположение истоков и устий рек, площади водосборов, принадлежность притоков и озер к водосборам главных рек, список гидрологических постов, ширины русел, средние, максимальные и минимальные глубины, морфологию русел или котловин, список гидрохимических постов, гидрохимический состав вод.

Рис. 4. Программный комплекс «Паводок&Половодье»

Водно-экологический и административно-территориальный блоки включают: список источников загрязнения водных объектов, объемы и химический состав сбросов (основные компоненты) по источникам, категорию водоемов, список административных районов, принадлежность водного объекта и его водосбора к административным районам, список населенных пунктов, их принадлежность к водосборным бассейнам.

Важность управления водопользованием на территориальном уровне определила необходимость включения в реестр сведений по административным районам и населенным пунктам края и привязки к ним сведений по водным объектам.

Программный инструментарий системы позволяет: выбирать бассейн водного объекта из прилагаемого списка по названию и координатам; проводить поиск водных объектов, расположенных в пределах заданного административного района; получать информацию из базы данных по конкретному водному объекту, водосбору, административному району, населенному пункту или гидрохимическому пункту из предлагаемого списка створов, а также по любому источнику сбросов из базы данных (рис. 5). Функциональные возможности разработанного комплекса обеспечиваются совместным использованием ГИС ArcView 3.2 (ESRI, Inc., США) и СУБД MS Access по следующему алгоритму: запуск приложения; работа с проектом в среде ArcView; выбор интересующего объекта средствами ArcView; просмотр информации по выбранному объекту в ArcView; просмотр и печать информации по объекту средствами MS Access; выбор интересующего объекта средствами MS Access; выход из приложения MS Access; выход из приложения ArcView.

Рис. 5. Пример работы ГИС «Реестр водных объектов»

В настоящее время ГИС содержит сведения по 6502 рекам из 17 085, протекающих по территории Алтайского края, и 2142 озерам из 11 000, расположенных на территории края, а также 1027 водохранилищам, 60 административным районам, 25 бассейнам больших и средних рек, 18 бассейнам крупных озер, 44 гидрологическим и 34 гидрохимическим пунктам наблюдений, 1928 населенным пунктам.
ГИС «Реестр водных объектов» позволяет пополнять и корректировать имеющуюся базу данных, а также осуществлять исправления пространственных форм объектов. Работа с системой проста и доступна для освоения лицам, имеющим элементарные навыки работы с компьютером, что подтверждено пятилетней эксплуатацией ГИС в отделе водных ресурсов по Алтайскому краю Верхне-Обского БВУ.

Интеграция ГИС «Реестр водных объектов» с официальными комплексами программ и прикладными ГИС, эксплуатируемыми уполномоченными государственными органами в области использования и охраны водного фонда (форма статистической отчетности № 2-ТП (водхоз), СППР), является одним из ее достоинств.

При наличии нескольких автономных программных комплексов интеграция осуществляется в виде технического сопряжения на уровне единого формата данных. При этом ГИС рассматривается как инструмент, обеспечивающий координатную привязку и отображение на электронной карте результатов решения расчетных задач. ГИС «Реестр водных объектов» отводится роль графического редактора по работе с электронными картами и базами данных, а назначением официальных программных комплексов является реализация расчетных задач в рамках создаваемой системы. Таким образом, внедрение ГИС-технологий в создаваемые системы позволяет получить при подготовке управленческих решений новое качество обрабатываемой информации.

Базы данных СППР и № 2-ТП (водхоз) на логическом уровне представлены в виде совокупности dbf-файлов, совместимых c СУБД dBase.

В то же время интегрированная программная система «Реестр водных объектов» построена с использованием инструментальной ГИС ArcView 3.2 и СУБД MS Access 2003, а атрибутивная информация АrcView 3.2 представлена в формате dbf-файлов, совместимых с СУБД dBASE.

Хранение данных в СУБД dBASE (и более поздних версиях FoxPro) основано на принципе «одна таблица один файл», что позволяет хранить в отдельных файлах информацию, относящуюся к разным картографическим слоям.

Таким образом, однотипность представления информации позволяет объединить ее в общую базу данных с открытом доступом и возможностью подключения новых задач по мере их возникновения (рис. 6).

Рис. 6. Пример интеграции ГИС «Реестр водных объектов» и СППР

Сопряжение файлов информационной базы выполняется через СУБД MS Access с использованием механизма связывания (присоединения).

В заключение следует отметить, что ГИС «Реестр водных объектов» является развивающейся системой, по мере необходимости в нее могут быть включены дополнительные блоки, в том числе информация о договорах водопользования и решениях о предоставлении водных объектов в пользование, что обеспечит ее полное соответствие требованиям, предъявляемым к государственным водным реестрам Водным кодексом РФ.

На «Реестр водных объектов Алтайского края (Reestr_Altay)» получено Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ от 6 марта 2007 г. № 2007611012. В 2006-2007 гг. программный комплекс был представлен в Федеральное агентство водных ресурсов, одобрен и рекомендован для внедрения в других регионах России.