VODOPRIVREDA 0350-0519, 36 (2004) 207-208 p. 147-157 147

UDK: Originalni nauni rad

RELACIONI MODEL I SADRAJ BAZE PODATAKA HIDRO-INFORMACIONOG SISTEMA DRINA, ZASNOVAN NA GIS TEHNOLOGIJI

Nenad GRUJOVI, Nikola MILIVOJEVI, Boban STOJANOVI

Mainski fakultet u Kragujevcu Miomir ARSI

Institut JAROSLAV ERNI REZIME U ovom radu data su objanjena o koncepciji i sadraju relacionog modela baze podataka hidro-informacionog sistema Drina. Prikazana je organizacija podataka koja se danas koristi u sistemima za podrku odluivanju u integrisanom upravljanju slivovima, a koja se najveim delom zasniva na GIS tehnologiji. Veina reenja je i implementirana, ali su analizirana, gde je to bilo mogue, i alternativna reenja od kojih e neka biti primenjena u daljem razvoju. Posebna panja je data sadanjim i buduim reenjima koja sistem pribliavaju aktuelnim svetskim softverskim platformama. Kljune rei: baze podataka, relacioni model, GIS.

1. UVOD Hidrosistem Drina, koji ine reka Drina i njene pritoke, pokriva povrinu sliva veu od 31000km2. Sa prosenim proticajem reke Drine na uu od 400m3/s ovaj hidrosistem ini znaajan vodeni potencijal ne samo za Srbiju i Crnu Goru i Bosnu i Hercegovinu, ve i za iri region Balkana. U postojeim planskim i projektnim dokumentima hidroenergetska i vodoprivredna reenja ine jednu celinu i predviaju izgradnju sloenog sistema akumulacija koji e obezbediti znaajnu koliinu kvalitetne elektrine energije, ali i reiti pitanje odbrane od poplava i obezbediti potrebnu koliinu vode za sve korisnike (vodosnabdevanje, navodnjavanje, industrija, itd.). Naalost, izgradnja akumulacija je skopana sa velikim brojem problema, pa i pored dugogodinjih aktivnosti na odreivanju optimalnog naina iskoriavanja vodnog potencijala reke Drine i dalje postoje nereeni problemi perspektivnog korienja njenih voda. Ovo znaajno usporava, pa i

onemoguava dalje aktivnosti koje vode potpunoj realizaciji Hidrosistema Drina. Hidro-informacioni sistem (HIS) Drina moe u velikoj meri da pomogne u definisanju razvoja Hidrosistema Drina, pre svega ispitivanjem varijantnih scenarija razvoja na Simulacionom modelu. HIS Drina treba da omogui:

1. optimalno upravljanje sistemom u sadanjim, buduim i uslovima krajnje izgraenosti;

2. analizu efekata reenja budueg razvoja sistema; i 3. praenje rada sistema u realnom vremenu. Jezgro HIS Drina ini Simulacioni model. Njegova tanost zavisi od matematike aproksimacije samog Hidrosistema, ali i od tanosti ulaznih podataka. Za funkcionisanje simulacionog modela Hidrosistema Drina potrebno je obezbediti adekvatno formiranje i organizovanje baze podataka koja treba da sadri: hidrometeoroloke podatke, podatke o korisnicima, podatke o konfiguraciji sistema, hidrografsku mreu, karakteristike vodotokova, i mnoge druge podatke. Prikupljanje podataka se vri sa geografski udaljenih mernih stanica, pa je bilo potrebno predvideti i mogunost upisivanja podataka u bazu u realnom vremenu. 2. ORGANIZACIJA PODATAKA Veliki broj raznovrsnih podataka koji treba da budu zastupljeni u sistemima koji se koriste za podrku odluivanju u integrisanom upravljaju slivovima, kakav je i HIS Drina, uslovio je da danas imamo sve veu upotrebu GIS sadraja. Danas postoji nekoliko opteprihvaenih standarda organizovanja GIS podataka od znaaja za istraivanja u korienju vodenih resursa,

! " # $ % &

148 VODOPRIVREDA 0350-0519, 36 (2004) 207-208 p. 147-157

poput ArcHydro modela [1], ili optih modela kao to je OpenGIS. Organizacija podataka u bazi HIS Drina najblia je ArcHydro modelu (slika 1).

Organizovanjem podataka u date tematske nivoe i njihovim povezivanjem dolazi se do nivoa na kome je mogua upotreba standardnih modela i procedura za definisanje i analizu mree vodenih tokova i slivova. Sami podaci su meusobno komplementarni, tako da daju potpunu sliku o karakteristikama odreenih vodenih tokova sa hidroenergetskog aspekta, aspekta racionalnog upravljanja, aspekta zatite od sua i poplava, kao i sa aspekta zatite i unapreenja ivotne sredine. Korienje ovakve organizacije podataka omoguava da se ulazni parametri poput uticaja vegetacije, naseljenosti, naina obraivanja zemljita i sl., potrebni pri simuliranju fizikih procesa, automatski izraunavaju na osnovu GIS sadraja.

3. ELEMENTI BAZE PODATAKA HIS DRINA U cilju prihvatanja organizacije podataka prema prethodno opisanim tematskom nivoima baza podataka HIS Drina je organizovana oko nekoliko glavnih kategorija podataka: hidrografske karakteristike, karakteristike slivova, elementi mree vodenih tokova, detalji o koritima vodenih tokova, vremenske serije podataka i opisa simulacionog modela. Sa druge strane baza podataka se oslanja na Geografski informacioni sistem (GIS), koji omoguava povezivanje sa konkretnim prostornim geografskim pojmovima. Organizacija glavnih komponenti modela podataka prikazana je na Slici 2.

Vremenske serije

Vreme

Protok

Slivovi

Vodotokovi

Kanali

Hidrografija

Slika 2. Model podataka korien u bazi podataka HIS Drina 3.1. PODACI O VODOTOKOVIMA Komponenta Vodotokovi sadri podatke o vodenim tokovima, rekama i jezerima, koji omoguavaju uproeno prikazivanje tokova svih vodenih resursa u odreenom podruju u obliku jednostavne mree meusobno povezanih linija i vorova. Svaki od vodotokova (potoci, reke, jezera) je predstavljen korienjem veeg broja linija (Edges) koje su meusobno odvojene vorovima (Nodes).

Slika 1. GIS sadraj baze podataka.

VODOTOKOVI HIDROGRAFSKE TAKE SLIVOVI HIDROGRAFIJA KANALI TEREN KARAKTERISIKE OTICAJA ORTOFOTO SNIMCI

" # $ % & !

VODOPRIVREDA 0350-0519, 36 (2004) 207-208 p. 147-157 149

Slika 3. Mrea vodotokova.

U sluaju akumulacija vri se rekonstruisanje vodotokova bez akumulacije, ime se postie neprekidnost mree i mogunost praenja toka vode. Na slici 4. je prikazan jedan sloen sluaj vodotoka kroz akumulaciju.

Slika 4. Rekonstrukcija vodotoka unutar akumulacije.

3.2. PODACI O SLIVOVIMA Podaci o pravcima dreniranja povrinskih voda dobijeni analizom topografije odreenog podruja ine komponentu Slivovi. Linije razdvajanja susednih oblasti dreniranja vodenih tokova, bilo da je re o potocima ili velikim renim sistemima, su definisane linijama vododelnica na topografskim kartama. Precizne granice oblasti dreniranja su od presudnog znaaja za hidroloka predvianja, pa njihovom definisanju treba posvetiti posebnu panju.

Slika 5. Podslojevi GIS sloja o slivovima. Osnovna namena GIS sloja sa slivovima jeste obezbeivanje potrebnih podataka za proraun transformacije padavina u oticaj [3]. Veina algoritama zahteva veliki broj podataka, tako da se jedan ovakav sloj sastoji od vie podslojeva, kao to je i prikazano na slici 5.

Slika 6. Sloena struktura podslivova i meuveze. U realnim problemima istovremeno se operie sa veim brojem elementarnih podslivova grupisanih u vee slivove. Zato je od velikog znaaja da su pojedinane definicije podslivova prostorno usaglaene i da se jasno definiu take koje ih povezuju. Na slici 6. se moe videti sloena struktura slivova i na posebnom detalju nain njihovog povezivanja. Taka koja povezuje dva

! " # $ % &

150 VODOPRIVREDA 0350-0519, 36 (2004) 207-208 p. 147-157

sliva predstavlja mesto na kojem celokupne povrinske vode naputaju jedan sliv i ulaze u njemu susedni nizvodni sliv. 3.3. MORFOLOGIJA RENIH TOKOVA Podaci grupisani u komponentu Kanali omoguavaju trodimenzionalni prikaz korita reka i drugih vodenih tokova. Re je o podacima koji definiu izgled konkretnih poprenih preseka korita vodenih tokova upravno na pravac toka. Ovi podaci su od velikog znaaja pri analizi opasnosti od poplava, kao i pri prouavanju ekologije i morfologije vodenih tokova. Zbog velikog znaaja, na relacionom modelu podataka o morfologiji renih tokova demonstrirae se neki detalji modela baze podataka. Morfologija korita reke mora se nalaziti u bazi podataka u obliku koji je pogodan za viestruke namene [4]. Morfologija korita reke je jedan od polaznih podataka za simulacioni model nestacionarog teenja, ali se moe obezbediti i da izlazni format iz baze podataka bude prilagoen svakom drugom zahtevu koji omoguava pregled i analizu pojava na morfologiji korita reke. Sa druge strane, struktura upisanih podataka o renom koritu bie otvorena za mogua proirivanja, poboljanja preciznosti, ali i uzimanja u obzir da su odreeni parametri promenljivi u vremenu.

Slika 7. Morfologija renog korita rekonstruisana na osnovu podataka u bazi.

Skup podataka o renom korinu (Kanal) obezbeuje trodimenzionalni prikaz kanala reka i tokova, koji se koristi za studije plavljenja, ekologiju tokova i morfologiju. Definisane su dve klase ispod klase Kanal, i to su ProfilnaLinija i PoprecniPresek, i jedna klasa objekata TackaPoprecnogPreseka. Profilne linije se crtaju du toka, a popreni preseci popreko na tok. Obe pomenute klase su izvedene iz abstraktne klase Kanal. Podaci o kanalu se mogu dobiti direktnim merenjem, ili rekonstrukcijom iz digitalnih elevacionih modela (DEM). Ovakav prisup organizacije podataka o morfologiji renog korita pokazao se u dosadanjem radu kao pouzdan i otvoren model, lako iskoristiv kako od strane matematikih simulacionih modela, tako i od optih GIS alata i razliitih specifinih korisnikih aplikacija.

Slika 8. Relacioni model objekta kanala. Svrha abstraktne klase Kanal je grupisanje atributa zajednikih za kanale. Ova klasa definie sledee atribute: KodZahvata: string Ovaj kod je jedinstveni

identifikator za svaki zahvat kanala. M