Забезпечення екологічної безпеки довкілля шляхом моніторингу рівня паводкових вод

Abstract

У роботі проведений аналіз існуючих методів і моделей прогнозування рівня паводкових вод та відомих апаратних засобів та АІВС їх контролю, показана обмеженість цих методів для вирішення задач контролю та прогнозування рівня паводкових вод. Розроблено математичну модель прогнозування рівня паводкових вод та тривалості паводку на основі даних спостережень за розвитком паводкових явищ. Розроблена узагальнена прогностична схема для ефективного прогнозування і контролю підняття рівня паводкових вод та здійснено підбір технічних засобів для побудови інформаційно-вимірювальної системи. Розроблені нижній та верхні рівні системи контролю рівня води річок у період паводків. Розроблено технічне та програмне забезпечення досліджень, яке дозволило провести комплекс експериментів та проаналізувати отримані дані. Обґрунтована можливість використання апроксимуючих кривих для прогнозування паводкових вод, використовуючи дослідження адекватності моделі (коефіцієнт кореляції) та точності прогнозування (критерій регулярності). Отримані значення засвідчили, що точність прогнозування і адекватність моделі є високими.

В работе проведен анализ существующих методов и моделей прогнозирования уровня паводковых вод и известных аппаратных средств и АИИС их контроля, показана ограниченность этих методов для решения задач контроля и прогнозирования уровня паводковых вод. Разработана математическая модель прогнозирования уровня паводковых вод и продолжительности паводка на основе данных наблюдений за развитием паводковых явлений. Впервые предложена методика обработки статистических данных с метеорологических станций с целью построения кривой прогноза для контроля и прогнозирования уровня паводковых вод. Разработана обобщенная прогностическая схема для эффективного прогнозирования и контроля поднятия уровня паводковых вод и осуществлен подбор технических средств для построения информационно-измерительной системы. Разработана структурная схема системы контроля уровня паводковых вод, которая позволит предупредить возникновение чрезвычайных ситуаций природного характера. Осуществлен подбор аппаратных средств для построения системы контроля уровня паводковых вод с учетом целесообразности, оптимальности, эффективности и финансовых сторон. Разработан нижний уровень системы контроля уровня воды рек в период паводков, который включает в себя функции сравнения текущих значений с заданными значениями уровня (средним и критическим) и сравнения текущих значений с заданными значениями осадков и влажности почв (критическими), а также разработан проект человеко-машинного интерфейса в SCADA WINCC, который относится к верхнему уровню системы контроля уровня паводковых вод в реальном времени и позволяет осуществлять мониторинг за количеством атмосферных осадков и влажности почв. Обоснована возможность использования аппроксимирующих кривых для прогнозирования паводковых вод, используя исследования адекватности модели (коэффициент корреляции) и точности прогнозирования (критерий регулярности). Полученные значения показали, что точность прогнозирования и адекватность модели являются высокими.

The existing method and models to predict the flood water level has been analyzed in presented work both with the known hardware AIMS control system. It was shown the limitation of these methods for the solving of the flood water monitoring and forecasting problems. The mathematical model to predict the flood water and duration based on the flooding development observation has been designed. The lower and upper levels of the water level control system has been developed. The hardware and software research witch allowed for the complex experiments has been made, and ones data has been analyzed. The possibility to use approximating curves for predicting flood waters, using research adequacy of the model (coefficients of correlation) and prediction accuracy (criterion of regularity) has been grounded and investigate. The obtained values showed that the prediction accuracy and adequacy of the model is high.