Science and e ducation

Kalit so’zlar: GIS, geografik, gidrologik, yer, modellashtirish, gidromorfologiyasi, suv havzalari, atributlar, COGO, DEM, GPS, TIN, ASTER GDEM, GUIH, WAHS.

Integrating geographical information systems (GIS) with hydrological modelling - applicability and limitations

Jasurbek Bahromjon oglu Sulaymonov Akhrorjon Egamnazar oglu Yuldashev

Tashkent University of Information Technologies Shohruh Farxodjon oglu Nishonqulov
Kokand University


Abstract: The evolution of Geographic information systems (GIS) facilitated the use digital terrain data for topography based hydrological modelling. The use of spatial data for hydrological modelling emerged from the great capability of GIS tools to store and handle the data associated hydro-morphology of the basin. These models utilize the spatially variable terrain data for converting rainfall into surface runoff. Manual map manipulation has always posed difficulty in analyzing and designing large scale water resources projects. Water flows down the hill slope - this clears the importance of terrain modelling in watershed management. Thus the coupling of hydrological model into GIS environment has gained significant interest of scientists and engineers. Most of the commercial GIS tools are equipped with the capability to handle spatial data for producing better cartographic output. Although the capacity of these tools in analyzing geo-spatial data is still limited yet the process of complex watershed analysis is far enhanced by the use of these tools. Many a times the capability of GIS software’s for solving the problem in hand is not clearly understood. This poses difficulty in formulating the watershed information system for use in water resources planning and management. This paper describes the attempts made by researchers for integration of GIS and hydraulic modeling for analysis of watersheds.
Keywords: GIS, geographical, hydrological, land, modeling, hydro morphology, water basins, attributes, COGO, DEM, GPS, TIN, ASTER GDEM, GUIH, WAHS.


GIS muhiti asosan suv resurslari muammolariga mos ravishda ishlab chiqilmagan. Gidrologik modelning GIS tahlili ma’lumotlarga ishlov berish, kalibrlash va ma’lumotlarni ishlatishga tayyor xaritalar shaklida taqdim etish uchun katta kuch sarflashni talab qiladi. Integratsiyalashgan GIS muhiti gidravlik modellar uchun kirish ma’lumotlarini fazoviy tahlilini o’tkazish, turli fazoviy tasavvurlarga ega modellar o’rtasida bog’lanish mexanizmini ta’minlash uchun harakat qilishi kerak. Shuningdek, u geografik ma’lumotni va keyingi simulyatsiya grafikasi chiqishini namoyish qilishi va gidrologik simulyatsiya natijalarini baholashi kerak.
Gidrologik modellar suv resurslarini tahlil qilishda muhim yordam beradi va shuning uchun uning GIS bilan integratsiyasi juda qadrlanadi. Gidrologik jarayonlar ham fazoda, ham zamonda o’zgarib turadi. Metrologik va erdan foydalanish ma’lumotlari bunday jarayonlar uchun ma’lumotdir. Ushbu jarayonlar topologiya va tuproq turlari funktsiyasi sifatida ham har xil. GIS ma’lumotlaridan samarali foydalanish imkoniyatiga ega bo’lgan gidravlik modelni ishlab chiqish keng o’rganilmoqda. Kontekstda GISning birinchi vazifasi nishab, tuproq turi va erdan
foydalanishning o’rtacha ko’rsatkichidir. Keyinchalik xarita atributlarini taqqoslash orqali fizik va empirik koeffitsientlarni aniqlash. Bir nechta xarita qatlamining ustki qatlami posilkalarga olib keladi. Evapotranspiratsiya va er osti suvlari modellari uchun grid tarmog’i, desritrizatsiya modelini tavsiflash uchun ishlatiladi. Suv havzasi modellari uchun suv yig’ish maydoni yoki suv havzasi fazoviy tavsiflovchi birlikdir. Suv resurslari muammosini GIS asosida hal qilish besh xil bosqichda olinadi (1) mavjud ma’lumotlarni raqamlashtirish (2) GIS operatsiyalarini bajarish (3) gidravlik modelga kirish uchun ma’lumotlarni qayta ishlash (4) gidravlik simulyatsiya (5) gidravlikadan chiqishni qayta ishlash modellar. GISni gidravlik modellashtirishga qo’shilish jarayoni quyida keltirilgan. Wardha havzasining namunaviy xaritasi shakl.

1. 
   va GIS vositasi yordamida havzani ajratish jarayoni kichik bo’limlarda tushuntirilgan.
   

GIS dasturlari vektor ma’lumotlari (Ballar, chiziqlar) kabi ma’lumotlarni to’plash, saqlash va boshqarish vositalari bilan jihozlangan va ko’pburchaklar) yoki Raster ma’lumotlari (doimiy maydonlar). Tabletkalarni raqamlashtirish GISning asosiy funktsiyasi bo’lib, kapital narxi pastligi sababli mashhurdir. Skanerlash texnologiyalari tasvirni qayta ishlash yordamida xarita zaxiralarini olish va qayta ishlashga imkon beradi. GIS dasturiy ta’minoti formatni boshqa ma’lumotlar manbalaridan GISga o’zgartirishni osonlashtiradi. COGO (koordinatali geometriya) xususiyati masofani saqlash, dala tadqiqotlaridan yotoq va egri chiziqlarni hisoblash
uchun ishlatiladi. Dala ma’lumotlarini yig’ish Global joylashishni aniqlash tizimi (GPS) yordamida osonlashtiriladi. Mahalliy ma’lumotlarni taqdim etish uchun GPS ma’lumotlarini GISga import qilish mumkin. Fotogrammetriya yordamida shaharlar uchun yuqori aniqlikdagi fazoviy ma’lumotlar bazalari ishlab chiqilishi mumkin. Sun’iy yo’ldosh fotogrmmetriyasi o’lchamlari bir metrdan kam bo’lgan tanlangan maydonlarning xaritasini osonlashtiradi. GIS dasturiy ta’minoti ma’lumotlarni bitta mos yozuvlar tizimidan boshqasiga o’zgartirishi mumkin. Xususiyatlarni kiritish xususiyati fazoviy bo’lmagan ma’lumotlarni to’plash va boshqarish imkonini beradi. Tijorat GIS dasturiy ta’minotining relyatsion ma’lumotlar bazasi xususiyati ma’lumotlar yaxlitligi va ma’lumotlar izchilligi uchun foydalidir. Parametrlarni o’zgartirish uchun tuzilgan so’rovlar tili ishlatiladi. Model parametrlarini tezda yangilash - bu in situ parametrlariga bog’liq bo’lgan modellar uchun qo’shimcha afzallik. Parametr ma’lumotlaridan tashqari, ham sifatli, ham mavjud bo’lmagan atributlar orasidagi munosabatlar o’rniga fazoviy munosabatlar yordamida miqdoriy ma’lumotlar birlashtirilishi mumkin. Shuningdek, GIS dasturiy ta’minoti Raqamli balandlik modellari (DEM) va uchburchak tartibsiz tarmoqlar (TIN) qurilishini va importini osonlashtiradi. Nishab va qirralarning o’ziga xos xususiyatlaridan foydalangan holda DEM va TIN-lardan olinishi mumkin funktsiyalari. Bunday ma’lumotlar sirt oqimi va qiyalik barqarorligi modellari uchun asosdir. Wardha havzasi uchun ASTER GDEM plitalarini birlashtirish natijasida olingan raqamli balandlik namunasining namunasi, 2-rasmda keltirilgan.
Raqamli balandlik modeli keyinchalik to’lg’azish moslamasi, oqim yo’nalishi, oqim to’planishi, suv o’tkazgich poligonini qayta ishlash, drenaj liniyalarini qayta ishlash, suv havzalarini ajratib ko’rsatish va hokazo kabi bir qator operatsiyalarni bajarish orqali foydali hosilalarni olish uchun qayta ishlanadi. 3-rasmda ko’rsatilgan.
Ilgari kosmik operatsiyalar qo’lda bajarilgan. Toshqinlarni bashorat qilish kabi xaritalarga asoslangan muhandislik tahlillari GIS yordamida katta foyda keltiradi. Maydonni hisoblash, oqim uzunligini o’lchash va kritik yo’lni aniqlash kabi funktsiyalar GIS dasturi yordamida xaritaga asoslangan modellashtirish bilan osonlashadi.
Drenaj tuzilishini GIS bilan mos keladigan bepul dastur yordamida aniqlash mumkin. Rastr turi DEM suv havzasi maydonini, uning daryo tarmoqlari va suv osti suv havzalarining haqiqiy topografiyasini va aniq aniqligini aks ettirish uchun aniq o’lchamlarda bo’lishi kerak. Dastlabki ma’lumotlarni filtrlash har bir katakning moyilligi va tomonini aniqlashga imkon beradi. Keyin chiqadigan hujayra aniqlanadi, keyin ushbu hujayraga qo’shni qo’shni hujayralar aniqlanadi, barcha hujayralar suv havzasini tashkil qiladi. Keyingi qadam - bu daryo tarmog’iga to’g’ri keladigan daryo tarmog’i va suv havzalarini aniqlash.
Erdan foydalanish to’g’risidagi ma’lumotlar yuqori aniqlikdagi masofadan turib zondlash ma’lumotlaridan olinadi. Yerdan foydalanish sinflari gidrologik ta’siriga qarab yangi sinflarga birlashtirilgan. O’rtacha tuproq turi suv havzasini tashkil etuvchi har bir hujayra uchun tuproq xaritalaridan aniqlanadi.

GIS ma’lumotlar bazasida fazoviy so’rovlarni o’tkazish xatolarni tekshirish va ko’rib chiqish uchun muhim vazifadir. Belgilash operatsiyasi ma’lum xususiyatlar haqidagi ma’lumotlarni qaytaradi va bu fazoviy ma’lumotlar bazasining topologik yaxlitligiga bog’liq. "Atributlarni ko’rsatish", "Yozuvlarni ko’rsatish", "topish", "Ko’zdan kechirish", "hisobotlar yaratish" va boshqa turli xil qidiruv buyruqlari.

Ma’lumotlar bazasining kalitlari turli xil atributlarga ega fayllarni bog’laydi. Relyatsion qo’shilish ma’lumotlarni tahlil qilish va hisobot berish uchun foydali bo’lgan ikki yoki undan ortiq jadvallarni birlashtiradi. Foydalanuvchi yuqorida aytib o’tilgan buyruqlar to’plami yordamida tasniflash va umumlashtirishni amalga oshirishi mumkin. Qayta sinf buyrug’i kosmik ma’lumotlarni biz tushunadigan naqshlarga hal qiladi. Sinflar sonini batafsil sinfga birlashtirish umumlashtirish deb ataladi. Xarita mavzulari, qamrovi yoki qatlamlari o’rtasidagi munosabatlar Printsipial-komponent tahlilidan kelib chiqadi. Belgilangan joyni o’rab turgan hududdagi sharoitlar mahalla faoliyati bilan tahlil qilinadi. Yaqinlik xususiyatlarga yaqinlik sohalarini belgilaydi. Bufer operatsiyalari boshqa xususiyatlardan ma’lum masofalardagi xususiyatlarni topish uchun o’tkaziladi. Balandlik ma’lumotlari filtrlari nishab, qiyalik va boshqa relyef xususiyatlarini topish uchun qo’llaniladi. GIS tahlil natijalarini xarita ko’rinishida taqdim etishning katta qobiliyatiga ega. Bashoratlarning asosliligiga model natijalarini vizualizatsiya qilish orqali erishish mumkin. Chuqur tahlilni talab qiluvchi muhim maydonni aniqlash mumkin. Model natijalarining fazoviy so’rovlari bilan to’ldirilgan vizualizatsiya kirish parametrlari va model natijalari o’rtasidagi munosabatni aniqlashga yordam beradi.

So’nggi o’n yillikda statsionar kompyuterni hisoblash quvvati keskin oshdi. Fazoviy ma’lumotlarning mavjudligi katta darajada suv havzasi xususiyatlarini taqsimlangan holda aks ettirish va tasavvur qilishni hamda tarqatilgan yondashuv asosida gidrologik ma’lumotlarni tekshirishni osonlashtirdi. Radar va sun’iy yo’ldosh ma’lumotlarini ko’paytirish juda yaxshi suv havzasi xususiyatlarining ma’lumotlar
to’plamining manbai. Suv havzalarini tahlil qilishda GISdan foydalanish yaxshilangan aniqlik, xaritani oson saqlash, egiluvchanlik va yuqori samaradorlik nuqtai nazaridan foydalidir. Ma’lumotlarni GIS bilan almashadigan va oldindan va keyin qayta ishlashga imkon beradigan modullar ommalashmoqda. Suv havzasi oqimi simulyatsiyasi uchun fizik jihatdan asoslangan model, masalan, Geo-morfologik oniy birlik gidrograf (GUIH). Bunday protseduradan foydalanadigan bunday gidrologik modellardan biri suv havzasi gidrologiyasini simulyatsiya qilish (WAHS) modeli deb nomlanadi. GIS gidrologik modellashtirish uchun zarur bo’lgan bunday katta hajmdagi ma’lumotlarni saqlashga qodir. Suv havzasi oqimini SCS egri sonli usuli bilan modellashtirishda GISning ustma-ust qobiliyati kompozitsion SCS egri raqami kabi parametrlarni aniqlashda juda foydalidir.
Yer usti suvlarining integratsiyasi, Evapotranspiratsiya va er osti suvlari modeli GISning diskretizatsiya havolasi xususiyati bilan osonlashtirildi. Yerdan foydalanish o’zgarishi bilan bog’liq gidrologik ta’sirlarni endi raqamli ma’lumotlar va GIS yordamida soatlab modellashtirish va baholash mumkin. Suv havzalarining kichik o’lchamlari sababli GIS asosidagi suv havzalarining fizik parametrlari aniq; ushbu imkoniyat modelni kalibrlash vaqtini va modellashtirish narxini pasaytiradi.
GIS bu xususiyat ishonchliligini baholash va modelga nisbatan sezgirlikni tahlil qilish uchun qayta gridlash imkoniyatlarini taqdim etadi. GIS va er osti suvlari modelini birlashtirish uchun ayniqsa foydalidir.