Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Представление пространственно-временных закономерностей водного режима рек в банках данных автоматизированной информационной системы государственного водного кадастра

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Представление пространственно-временных закономерностей водного режима рек в банках данных автоматизированной информационной системы государственного водного кадастра"

ОДЕССКИЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

СОМОВ Сергей Васильевич

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВОДНОГО РЕЖИМА РЕК В БАНКАХ ДАННЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ГОСУДАРСТВЕННОГО ВОДНОГО КАДАСТРА

Специальность 11.00.07 — гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

ОДЕССА — 1990

Равота выполнена в. Одесском гидрометеорологическом инститат« (ОГОО м Всесоюзном научно-исследовательском институте гидрометеорологической информации - мировом центре данных (ВНИИГГЫ-ШО) .

Иаичные руководители - доктор географических наук

В.А.Семенов

кандидат технических наук, доцент Е.В.Терентьев

Официальные оппоненты - доктор географических наук,

профессор Д.А.Бураков кандидат географических наук, доцент в.й.Хык

Ведущая организация - Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям в строительстве Госстроя РСФСР (ласоратория метохологии и автомати-тизации инженерных изысканий).

Защита диссертации состоится 15 ноября 1990 г. в ю часов на заседании специализированного совета К 068.04.01 в Одесском гидрометеорологическом институте, ауд.242. Адрес совета: 270016, г.Одесса, ып.Львовская,15.

С диссертацией можно ознакомится в Библиотеке Одесского гидрометеорологического института.

Автореферат разослан "14" октября 1990г,

Ученый секретарь специализированного совета

к. г. н., доц. лМ/ S Н.с.Лоеода

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРНО ТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Систематизация данных о водных ресурсах нашей страны традиционно производится в Форме водного кадастра, которью является важнейшей формой ововщения данных наблюдений, результатов гидрологических исследовании, а также обеспечения запросов народного хозяйства, связанных с использованием водных ресурсов, охраной окружающей среды, гидрологическими расчетами при строительном проектировании. Создаваемая в настоящее время автоматизированная информационная система Государственного водного кадастра (АИС ГВК) имеет целью сишественно именьшить время ответа на запросы, сократить период между получением и выдачей их потребителям, ускорить подготовки публикуемой части ГВК, разноовразить формы их выдачи.

Центральное место в АЫС ГВК занимают санки данных, создание которых связано с решением широкого крига задач. В первую очередь в их число входят задачи, связанные с созданием информационных ваз, ориентированных на овеспече-ние потребителей необходимой информацией, разработкой автоматизированных методов анализа больших массивов гидрологических данных, а также методов представления знаний о характере водного режима и закономерностей их проявления а различных Физико-геограФмческих регионах с целью совершенствования автоматизированных методов расчетов и прогнозов.

Цель и задачи равоты. Цель диссертационного исследования - повысить эффективность функционирования АИС ГВК путем внедрения новых способов представления и анализа данных наблюдений. входящих в состав ванка данных (БнхЮ ГВК "Гидрология - реки и каналы", а также представления пространственно-временных закономерностей водного режима рек в различных автоматизированных системах гидрологической информации.

В задачу диссертационного исследования входило:

1) анализ потоков данных гидрологической информации И тревований, пред'являемых к ней потребителями;

2) разработка структуры массивов ванных входящих в состав информационной сазы;

3) разработка технологии Формирования информационной сазы, требуемых алгоритмов и программ;

4) методическое обоснование использования автоматических методов классифицации при равоте с большим* массивами гидрологических данных;

5) исследование закономерностей водного реналма рек на основе Банка данных "Гидрология - реки и каналы" (на примере Бассейна Верхней Волги);

6) разработка метода представления знании о пространственно-временных закономерностях водного режима рек в ав-

I томатизированных системах на основе семантических описаний гидрологических ов'ектов.

Исходные материалы. Для решения поставленных задач использованы исторические материалы справочника ГВК "Ресурсы поверхностных вод СССР. Основные гидрологические характеристики" (ОГХ), содержащие сведения за период с начала наБлюденый на гидрологических постах по 1980 год включительно: это сведения о гидрологических характеристиках водосборов и наблюдениях за элементами гидрологического режима рек (данные об ыровенном режиме и стоке вою рек, о ледово-термическом режиме, о расходах и гранулометрическом составе наносов).

Наичная новизна, основные результаты, полученные лично автором и составляющие новизны, а также предмет защиты, следикшие:

- впервые разработана стриктура массивов информационной Базы многолетних ОБОБщений Банка данных шс ГВК "Гидрология реки и каналы" и технология их Формирования;

- обоснована возможность применения и впервые в гидрологических исследованиях использован лингвистический метод типологического анализа больших массивов данных;

- методаси лингвистического анализа исследована оо-ОБшенная структура водного режима рек Бассейна Верхней Волги до г.Чебоксары и построены интегральные показатели

ее элементов;

- исследованы закономерности пространственного распределения интегральных показателей водного режима рек Бассейна Вертеп Волги, получены схемы районирования ис-следуемои территории;

- разработан метод Формализованного представления закономерностей стока рек на основе семантического описания гидрологических ов'ектов.

Практическое значение р а в о -т ы. Практическая значимость результатов работы определяется созданием сазы данных многолетних ововихений ванка данных АИС ГВК "Гидрология - реки и каналы", позволявшей автоматизированным путем вести обслуживание потревителеи кадастровой информации. Предлагаемые спосовы представления и методы анализа данных позволяют повысить эффективность проведения научно-исследовательских и проектных разработок.

йпроваиия равоты. Содержание и основные результаты равоты докладывались на V всесоюзном гидрологическом с'езде (1986 г.), на семинарах и конференциях Всесоюзного научно-исследовательского института гидрометеорологической информации - Мирового центра данных (1982, 1983, 1987 гг.). массивы данных используются при Обслуживании потревителеи средствами БнД "Гидрология -реки и каналы".

Структура и ов'ем равоты. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов и списка использованной литературы, включавшего 92 пыбли-кации отечественных и зарубежных авторов. Ов'ем равоты составляет 1э4 страницы машинописного текста, в том числе 23 рисунка, 6 тавлиц, а также 2 приложении на 10 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении освещена актуальность равоты. ее

цели и задачи, перечислены основные положения диссертации, выносимые на защиты.

Первая глава посвящена вопросам разработки и создания Базы данных по основным гидрологическим характеристикам рек и каналов СССР БнД "Гидрология - реки и каналы" ЙИС ГВК. Приводится обоснование выбора эффективного пути решения поставленной задачи с учетом требовании пользователей, пред'являемых к информационному обеспечению научно-исследовательских и проектных разработок, а также в условиях ограниченности всех видов ресурсов. Дается метод структуризации информационных массивов, входящих в состав сазы данных, в соответствии с принятой иерархической моделью представления данных. Приводится описание технологии Формирования базы данных, предусматривающей подготовку и занесение их на технические носители, автоматизированный контроль и корректировку ошибочных значений, а также преобразование в Форматы хранения данных во внешней памяти ЭВМ.

Расчеты, проведенные на этапе исследования информационных фондов Государственного учета вод показали, что Результаты гидрологических наблюдений, содержащихся в журналах первичной записи (полевых книжках) составляют около 5 миллиардов Байтов. Для подготовки и занесения их на технические носители, пригодные для ввода в ЭВМ, потребовалось вы волее миллиона человеко-часов рабочего времени, огромные денежные средства, Большое количество перфорационной техники, а для осуществления первичной обработки, контроля и ввода ванных в бэзу - около ЮО ЭВМ типа ЕС-1022. вместе с тем , как показывает анализ запросов потребителей, для решения их задач необходимы, прежде всего, материалы опубликованные в гидрологических ежегодниках, справочниках ОГХ и других научно-справочных пособиях. Материалы такого рода в сочетании с неопубликованными данными наблюдении эа последние год-два удовлетворяют около 90 У. запросов. Учитывая эти обстоятельства, предлагается бэзу данных БнД "Гидрология - реки и каналы" организовать в виде совокупности трех ваз данных, каждая из которых отражает свой уровень овобще-

ния гидрологической информации. ов'емы данных, трудозатраты и затраты средств на подготовки и занесение их на технические носители и первичную обработку почти на два' порядка меньше, чем данных непосредственных навлюденин (Семенов В.А. и др.. 1983 г.).

База данных многолетних ововшений включает в себя 21 семейство информационных массивов, количество массивов и их состав в овщем слычае соответствуют содержанию тэблиц публикуемоя части справочника ГВК ОГК. В основном это средние. экстремальные или характерные за год (или фэзовоодно-родные периоды года) значения величин элементов гидрологи-ского режима рек за период действия наблюдательной сети.

Возможные способы представления информационных массивов во внешней памяти ЭВМ, т.е. на технических носителях, весьма разнообразны. Однако, эффективную обработку информации Обеспечивают лишь те из них, которые, с одной стороны, отражают структуры информации (логическая структура), и характер предполагаемых запросов, а с другой - опираются на методы организации данных, принятые в операционной системе ЭВМ (Физическая структура) .

Оля определения логической структуры информации было предложено использовать метод классификационных построений, сыть которого заключается в определении на множестве данных системы вложенных подмножеств так, чтобы самые "глубокие" поптожества состояли из одного элемента. Средством представления Физической структуры хранения информации является язык описания данных (ЯОД), соответствысший принятой системе ыправления Базами данных (СУБД). Выбор необходимой СУБД определялся рядом специфических особенностей создаваемого БнД: очень Большие ое'ег-ы данных; долговременное хранение данных; преимущественно массовая ОБраБотка данных; широкий обмен данными, в том числе с потребителями, использующими другие средства обработки; регулярное пополнение данных, этим требованиям отвечает разработанная во ВНИНГТЫ-МШ система управления данными (СУД) автоматизированной информационной системы обработки режиг»юи информации (ЯИСОРИ).

При разработке технологии Формирования сазы данных . . многолетних ОБОБщений, рассмотрены вопросы организации автоматизированного контроля информации загружаемой в вазы. Сформулированы основные требования к повышению качества данных. Выделены четыре вида контроля: контроль полноты информации, синтаксический контроль, контроль ключевых элементов и логический контроль, контроль полноты информации осуществляет анализ входного потока гидрологических данных на соответствие пред'являемому списку. Синтаксический контроль всегда предшествует смысловому и направлен на Обнаружение грубых ошибок, допускаемых на стадиях занесения информации на первичный технический носитель, приспособленный для ввода в ЭВМ. Контроль ключевых элементов овеспечйвает проверку на дублирование ключевых элементов записей, а также наличие в них недопустимых символов. Логический контроль основывается на проверке взаимосвязей величин элементов гидрологического режима, входящих в информационный массив.

Вовторой главе рассматриваются вопросы применения математических методов классификации в гидрологических приложениях. Дается краткое описание и анализ лингвистических методов типологического анализа. Подчеркивается , что применение любых математических методов классификации никоим обрэзоп не должно подменять творческого процесса исследования проблемы, а является лишь инструментом в руках специалистов, позволякщим освободить их от частных, поддающихся Формализации, этапов исследования. Приводится методическое обоснование применения в гидрологии лингвистических методов на примере решения задачи классификации рек лесной зоны СССР по характеру их водного режима.

Все разнообразие классификационных задач можно охватить обобщенной схемой, предложенной н.Г.Зэгоруйко (1968 г.). эта схема выделяет четыре типа задач, вместе с тем, в практике гидрологических исследований наибольший интерес представляют две из них: задачи о поиске наиболее информативной системы признаков (классификация признаков)

и задача таксономии (классификация ов'ектов). Широко применяемыми методами анализа системы признаков являются методы Факторного анализа, а классификации исходного множества ов'ектов - методы распознавания овразов. Обобщенный подход решения перечисленных задач заложен в идеях лингвистических методов обрэботки больших массивов данных. В основе различных лингвистических методов лежит ОБщее предположение, что множество исследуемых ов'ектов и множество описывающих их параметров (признаков, элементов) одновременно можно развить на небольшое число грипп, ону-три каждой из которых "об'екты-параметры" в том или ином смысле слизки друг к другу. При таком разсиении в подматрицах сохраняются лишь наиволее существенные качественные свойства информации, что с большой вероятностью можно рассматривать как следствие искомых существенных закономерностей, которым подчинен источник навлюдаемых данных, что, о свою очередь, служит важной подсказкой для выявления этих закономерностей.

На рис.1 приведена условная схема аппроксимации 1ат-рицы данных навором небольших подматриц, которая иллюстрирует результат равоты одного из лингвистических методов. В этом методе решение достигается в два этапа. На первом этапе используется алгоритм максимизации функционала (Браверман Э.М., 1970):

и&1Г ' \tGiT ' Ш¡С? 1 4 '

имевшего целью развиение исходного множества параметров Хпиз l групп й 1-1,1-1, внутри которых параметры тесно связаны между собой (закоррелированы) и, вместе с тем, относительно слэбо связаны с параметрами других групп. Здесь - коэффициент корреляции параметра I1 с не-

которым овоБщенным интегральным показателем (Фактором), который ставится в соответствие параметрам выделенной группы. В результате решения данной задачи осуществляется переход от исходной матрицы данных Ц3-^!!/^ к матрице \\jlj , где jij - значение Фактора на

ОЕ'екте 2;. На втором этапе ставится задача определения грипп "близких" об'сктов, для решения которой может быть использован алгоритм автоматической классификации в одномерном пространстве Фактора, имеюций целью минимизировать функционал: т

^ = «> где т - заданное число классов; р^. - доля об'ектов, от-

несенных классе.

к f

классу; öy, - дисперсия Фактора в

Рио.1. ЛмнгвиотичеоиаЯ схема разбиения матрицы яанных|

Ccv - обозначен «-« клаоо объектов • групп* Параметров QtI прямой отмечен объект (отрока матриим).

сц С.1 С.»

с„

С»

С»

с*

с»

Методическое обоснование использования лингвистических методов в гидрологических исследованиях демонстрируется на примере решения задачи классификации рек лесной зоны СССР по характеру их водного режима. Цель работы заключалась в определении соответствия оценочных критериев, которые составляют количественную основу сравнения различных разбиении об'сктов и параметров, существующим представлениям обобщснной структуры водного режима рек. Дрыгисч словами, ставилась задача сравнения результатов Формальной типологии с результатами хорошо известной классификации рек, полученной П.С.Кузиным (I960 г.) на предметной основе.

Оля исследования привлекались 111 гидрологических постов, расположенных на всей территории лесной зоны

СССР, каждые из которых характеризовался 23 параметрами (элементы водного, ледового режима рек, и водного Баланса их Бассейнов), (таблица 1).

На первом этапе исходный набор параметров подразделялся на ряд подмножеств в соответствии с алгоритмом максимизации функционала (1). Оказалось, что иже при выделении двух групп параметров построенные Факторы достаточно представительны. Нагрузки Большинства параметров в Факторах велики ( рх,^ > О,в), а их минимальные значения ( —0,385 и рхг>,}г —0,354) соответствуют о,1 % уровню значимости корреляционных связей. Отсутствие значимой корреляционной связи между Факторами (^Р/'.у* —0,014) свидетельствует о том, что каждый из них является хорошим комплексным показателем различных независимых сторон водного режима рек. Пнализ параметров, ОБРазукших фактор 1, позволяет интерпретировать его как ОБасшенный показатель режима половодья изучаемых ов'ектов, а фактор 2 - паводочного режима.

Классификация рек по каждому Фактору проводилась независимо на основе алгоритма минимизации функционала (2). в обоих случаях было выделено по два класса —

= 0,04 — 0,^9 . сопряжение полученных классификаций

представленное на рис.2, обеспечивает получение многомерной типологии. Как видно из этого рисинка, наиволее представительны! является тип 1.1. основная часть стока этого

„(2

типа приходится на половодье ( Э- ), обшэя продолжительность которого составляет в среднем 2,5 месяца с достаточно быстрьл под'емом и медленным спадом. Отметим также относительна редкую повторяемость паводков в году (X ).

Тип рек 1.2 отличается от 1.1 особенностью внутриго-дового стока. Повысилась доля мидких осадков в годовой сумме, повторяемость паводков в году возросла в два раза. Такой характер режима, как правило, свойственен рекам, близко распложенным к основным источникам атмосферных осадков - морям (например, реки западной части европейской территории СССР), а также рекам Ряда предгорных областей.

Результаты группировки параметром исследования

Элементы (параметры) гидрологического режиме рек и мх бассейнов

♦ АКТОР 1

Среднегодовой слой, мм Слой половодья, мм

Средний сток межени зимней, л/о км2 Средний сток межени летней, л/о км*

х'/*,а

Среднегодовые осадки, мм Коэффициент стока

Продолжительность подъема половодья, дни Макс, модуль половодья, л/о км1 Продолжительность половодья, дни к10/*«

♦ * к т о р г

Сток половодья, К от годового Жидкие осадки и годовой сумме Наибольвее число паводков в году Сток холодного периода, % от годового х'г/(х'5-хы)

Продолжительность ледостава, дни Среднее годовое испарение, мм Макс, модуль паводков, л/с хм' Коэффициент

Коаф. вариации годового отока Сток за лето-ооень, К от годового

<х"*х'2)/х'5

ТАБЛИЦА 1

м их средни» значения .р выявленном классам

ч

Индекс «акТОРИаЯ нагрузка Средние значения параметров по классам

1 2

и' 0.93« 269 866

X* 0.935 1U2 5»2

X5 0. 812 1.5 7.69

X» 0. 806 3. 51 12. 2

X* 0. 770 2.2 Л.9

X» 0.769 551 1088

X' 0. 620 0. 507 0.686

х' 0. 60S 26.6 «7.1

X» 0. 572 83. 7 160

Xй 0. 567 70. 6 ИЗ

х" -0.385 3.2 2. 5

х'2 -0.781 61 »3

х° 0.7*5 69. 2 79. 5

X" 0.733 3.9 7.9

х" 0.686 12 23

хс6 -0.659 1.76 о. a 9

х" -0.625 176 88

xй 0. 584 237 323

x» 0. 521 91.5 290

Xм 0. «90 0.73 1.56

х" 0. «51 0. 25 0. 30

х" 0. 399 27 3«

X» -0.35» 13. 3 ft.86

Тмпы рек 2.1 и 2.2 характеризуются своеобразием режима половодья. Общая его продолжительность увеличилась до 3,5 месяца, возросли значения I и X , уменьшилась асимметричность гидрограч>а половодья (Хн=- 2,5). Подобный характер половодья присущ рекам некоторых горно-лесных областей, где максимумы половодья по мере увеличения высоты местности запаздывают, а продолжительность и об'ем половодья увеличиваются за счет таяния многолетних снегов и ледников.

Сопоставление результатов Формальной типологии с классификацией рек, выполненной П.С.Кузиным, позволяют сделать вывод, что хотя принципиальные отличия в методах решения задачи не могут дать абсолютную степень их совпадения, в целом, они представляются достаточно хорошими, а следовательно используемый лингвистический метод позволяет правильно вскрывать основные закономерности водного режима рек. С помощью этого метода можно уточнить существующее представления о характере водного Режима рек, получить оБ'ективные оценки особенностей его проявления. Метод может найти широкое применение в решении задач комплексного районирования территорий, агрегирования больших массивов гидрологической информации и ряда других задач.

Рис.2 Сопряжение классификаций объектов по осям обобщенных факторов!

точки - распределение овектов по осяи факторов! стрелки —граници классов! а - обаее число объектов! б - в той числе обектов. лринадлежвпих. по П.С.Кузину классам! I - реки о весенним половодьем и павопками в теплое вреия гола! II - реки о весенним половодьем и павояками в течение всего года| III - реки с весенне-летним половодьем и паводками в теплое время года! IV - реки о весенне-летним половольем и паводками в течение

всего года _____ , _______

ЧЬшяф!

типгг Tin 2.2

а а i i.

S) /-* 4 «s

к?

Типа Гиг 2./

ей 83 'S f

3h

, .1.1,,. üJil.lj Li.il . i . .

В третьей главе рассматривается метод представления пространственно-временных закономерностей водного режима рек в автоматизированных информационных системах и его применение на основе сазы данных многолетных оБОБщений Бнд "Гидрология - реки и каналы" для рек Бассейна Верхней волги, аается краткое Физико-геограФИческое описание территории исследования. Методами лингвистического анализа среднемноголетних характеристик стока и кластер-анализа временных реализаций исследуются закономерности водного режима. Приводятся результаты гидрологического районирования, здесь же излагается методика Формализованного представления этих закономерностей на основе семантических описаний гидрологических об'ектов.

Методика исследования закономерностей пространственного распределения среднемноголетних значений элементов водного режима включала в севя два этапа:

1) выявлялась обобщенная структура водного режима, т.е. производилось разбиение изучаемых элементов на группы и осуществлялся переход к меньшему числу комплексных показателей, каждый из которых отражает наиБолее существенные осовенности водного режима;

2) на втором этапе осуществлялось изучение закономерностей пространственного распределения этих показателен на территории Бассейна.

Оля анализа было сформировано 5 матриц данных за периоды осреднения с 1932 по 1980 гг. (многолетний период), с 1932 по 1950 гг. (период, за который влияние антропогенных Факторов на процесс Формирования стоков можно считать незначительным), с 1952 по 1965 гг. (средний годовой сток ОБеспечен на 52 , многоводный период с 1952 по 1959 гг. (средний годовой сток обеспечен на 32,5 Xi , и маловодный период с 1960 по 1965 гг. (средний годовой сток овеспечен на 81 к).

В результате исследования выявлено, что наисолее оптимальным является трехфакторное представление насора изучаемых элементов (таелица 2). Во-первых, такая структура водного режима оБеспечивает устойчивость групп по

Структура водного режима рак

Элементы водного режима

Пата прохоадения мако. расхода води Пата коииа половодья Дата начала половодья Лесиотость водосбора Слой стока половодья Продолжительность половодья Заболоченность водосбора Средняя высота водосбора

Инн. модуль отока ■ году Ими. модуль стока эа эимняа мехень Мин. модуль стока эа летнюи мехень Сред. модуль стока эа наиболее маловодный 30-ти суточный период летне-осенней меаени Сред, модуль стока эа наиболее маловодный 30-ти суточный период эииней мехени Оэерность водосбора

Средневэвевенный уклон реки

Средний уклон реки

Иако. модуль половодья (срочный)

Иакс. модуль половодья (среднесуточный)

Пловадь водосбора (los Г)

ТАБЛИЦА 2

¿аооейна Верхней Волги до г.Чебоксары

Факторные нагрузки'

1960-65

-О.935 -О.903 -О.860 -О.830 -0.731 -О.733

0.553

0.959 0.956 О. 966

О. 966

0.890 О. 611

О. 903 О. 901 О. 866 О. 845 -О.782

1952-59

-О.952 -0.895 -О.860 -О.807 -О.809 -0.752 -О.581 О. 503

0.979 О. 969 О. 972

0.967

О. 937 О. 667

О. 892 О. 880 О. 882 О. 865 -О.840

1952-65

О. 974 О. 971 О. 972

О. 972

О. 933 0.654

♦ АКТОР

О. 904 0.895 О. 890 О. 871 -О.823

1932-50

-0.939 -О.900 -О.867 -О.785 -О.817 -О.681 -О.524 О. 605

2

О. 986 О. 986 0.976

О.954.

О. 981 О.715

3

О. 881 0.836 О. 808 0.773 -0.656

1932-80

-О. 943 -0.913 -О.906 -О.812 -О.789 -О.749 -О.563 О. 520

0.977 О. 973 О. 972

0.970

0.936 О.635

О. 903 О. 898 О. 880 0.858 -О.806

♦ АКТОР 1 -Ó.944

-О.905 -О.881 -О.814 -О.805 -О.753 -О.567 О. 507

♦ АКТОР

составо элементов для различных периодов осреднения данных. Представление структуры большим или меньшим числом групп элементов приводит к тому, что для различных периодов водности связи между элементами нарушаются, т.е. становятся неустойчивыми. Во-вторых, при таком разбиении все элементы водного режима в построенных показателях (Факторах) имеют достаточно высокие нагрузки >0,7). И, в-третьих, корреляция между Факторами демонстрирует опре-делнную четкость выстраиваемой структуры, т.е. меньшую связанность Факторов между собой, чем с входящими в их состав элементами.

В результате анализа сделан вывод, что выявленная стриктура элементов являются отражением существующей закономерности в режиме стока рек Бассейна Верхней Волги, а построенные Факторы информативно отражают основные осовенности этой закономерности. Другими словами, каждую группу элементов можно считать отдельной целостной подсистемой, управляемой своими специфическими законами.

выявление закономерностей пространственного распределения элементов водного режима с учетом Физико-геограФических особенностей окружающей среды осуществлялось на основе гидрологического районирования. На первой стадии Была проведена классификация рек по осям построенных Факторов, в результате чего все ов'екты по оси Фактора 1 делятся на 5 классов (- о,1б-о,3; с^ - 1,5) , а по оси фактора 2 на 3 класса сбр » 0,21-0,4; р- 1,3). Единство элементов в группе и малая их дисперсия в классе обеспечивают определенную близость оБ'ектов класса по всем элементам группы, внешние границы выделенных групп водосборов в первом прислижении принимались за границы гидрологических районов. Для уточнения границ районов привлекались комплексные характеристики географического ландшафта, включая рельеф, почвы, растительность.

По характеры ремчма половодья и низкого стока территория подразделяется на 7 районов (см.рис.3) .

далее в диссертации дается изложение методики представления пространственно-временных закономерностей в памя-

ти ЭВМ на основе семантических описании гидрологических ов'ектов. В основу системы описании положены схесы гидрологического районирования территорий, отражающие такие закономерности, код района представляет собой Формализованную характеристику, определяющую "схожесть" этих ос'ек-тов относительно тех или иных закономерностей гидрологического режима, совокупность кодов, отражающих различные особенности гидрологического режима - суть семантического описания. ОБ'екты наблюдений, содержащие одинаковые коды в заданном смысле "близки" друг к другу и могут сыть использованы для совместного анализа в гидрологических исследованиях. Осуществить автоматический отбор таких об'ек-тов по заданным условиям не представляется сложным.

Правило семантического описания водного режима ов'ектов предполагает слсдукшую иерархию основных закономерностей: структура водного режима; закономерности пространственного распределения средних многолетних значений элементов водного режима; закономерности пространственного распределения временных последовательностей элементов водного режима. Исходя из этого, грамматика описания представлена в следующем виде:

*А;пВ: (Ь , Ь .....Ь } ;кС: (с ,с , .... с );

где N - признак начала "фразы" описания; (;) - разделитель "предложений" в "фразе" описания; (,) - разделитель "слов" в "предложении"; (:) - позиционный знак в "предложении". я - код структуры водного режиме; в - "предложение", описывающее подмножество групп элементов, составляющих структуру водного режима и закономерности их пространственного распределения, (п - число групп элементов, Ь - номер района, в которые входит ов'ект по 1-ой группе элементов); С - "предложение", описьеающее подмножество рассматриваемых элементов и их закономерности пространственно-временного распределения (к - число элементов, С - номер района, в" который входит ов'ект по результатам анализа 1-го элемента).

Для иллюстрации применения семантического описания рек

сассейна верхней Волги в работе проведено также исследование распределения пространственно-временных закономерностей элемента "слой стока за половодье". Для выделения грипп ов'ектое с однородным характером изменения этого элемента во времени использовался алгоритм кластер-анализа временных последовательностей, сить которого заключается ^ следующем: в начале процесса классификации каждая временная последовательность рассматривалась как отдельный самостоятельный класс, на следующих этапах расчета два наиболее слизких класса ос'едйнялись, оеразия новый класс и т.д. Мера близости последовательностей оценивалась коэффициентом корреляции. Пороговое значение, которое обеспечивает необходимый результат классификации, принималось равным 0.7.

В результате проведенных вычислений были выделены 11 классов временных последовательностей, каждый из которых в конечном итоге составил отдельный гидрологический район.

Опираясь на поличенные схемы районирования, представление пространственно-временных закономерностей водного режима рек бассейна Верхней Волги проиллюстрируем на примере нескольких гидрологических постов:

1) р.Кострома - г.Буй (ниже устья р.Воксы)

»01; 02:03,05; 10:00.00,00,11,...;

2) р.Нея - д.Буслаево

»01; 02:03,03; 10:00,00,оо,11____;

3) р.Сира - с.Кадышево

»01; 02:07,07; 10:00,00,00,09,...;

4) р.Алатырь - р.п.Тургеневе

»01; 02:07,06; 10:00,00,00,08....;

Здесь 01 - условно принятый индекс структуры водного режима (постоянный для всех об'ектов исследуемой территории) ; далее следует, что в описание включено 2 показателя элементов структуры (половодье и низкий сток). При этом первая цифра после двоеточия обозначает номер района, в ко-торьк входит об'ект по результатам районирования первой группы элементов (режим половодья), а вторая - группы элементов, характеризующих режим межени. Аналогично этому в последнем "предложении" описания число перед позиционным

знаком (i) обозначает число элементов водного режима, включенным в описание (последовательность элементов в описании определяется значениями Факторных нагриэок), а далее - номер района, к которому принадлежит данньи ов'ект по результатам районирования закономерностей пространственно-временного распределения одного из элементов.

Представление закономерностей водного режима рек на основе семантических описаний обеспечивает поиск "схожих" об'ектов не только по отдельным элементам описания, но и комплексно. Нанесенные на карты-схеми результаты отборэ ов'ектов по исловию однозначности кодов ей, а также в "предложении" в ("режим половодья") и "предложении" с (по злсмгнти "слой стока половодья") позволили получить схему в основном совпадавшую с результатам ландшафтно-гидралоги-ческого районирования этой территории по исловию Формирования стока половодья, предложенной в свое время Е.С.Змиевой и А.И.Субботиным (1978 г.) .

ВЫВОДЫ

Предворяя изложение основных результатов диссертационной работы, следует отметить, что для повышения эффективности фынкиионирования автоматизированных санков, содержащих гидрологические данные, впервые предложено, наряди с применением Формально-логических подходов, развиваемых в информатике, использовать Физицо-геограФические (Гидрологические) методы осоБщения данных. Это позволяет, с одной стороны, при анализе больших массивов данных выявить ряд новых гидрологических закономерностей, с другой, обеспечивает новый подход к представлению этих знаний в памяти ЭВМ с целью совершенствования методов расчета и прогнозов в условиях компьютерной поддержки.

основные реэильтаты диссертационной равоты сводятся к следившему:

1.Разработана организационная основа вазы данных многолетних ововщений Бнд анс ГВК "Гидрология - реки и каналы". Предложены методы, позволившие определить структуры раз-

личных информационных массивов данных по основные гидрологическим характеристикам.

2.Разрзвотана технология Формирования базы данных многолетних овобщений. созданная ваза данных включает 21 семейство информационных массивов, содержащих сведения об уровенном режиме и стоке воды рек СССР, о ледово-термическом режиме, о расходах и гранылометрическом составе наносов, а также об основных гидрографических характеристиках их водосборов.

3.Выполнен анализ и проведено методическое овоснование применения лингвистических методов типологического анализа для гидрологических исследований.

4.В результате исследования водного реначма рек Бассейна Верхней Волги выяоленны элементы его структуры, получены комплексные интегральные показатели.

5.в результате исследования выявлена тесная взаимосвязь между характером водного режима и основные природными условиями региона, получены схемы районирования территории по характеру режима половодья и низкого стока, приводится ландшафтно-гидрологическое описание районов.

в,Разработан метод представления знаний о пространственно-временных закономерностях водного режима рек в памяти ЭВМ на основе семантических описании гидрологических об'ек-тоа.

По теме диссертации опувликованны следующие равоты: 1.Программы преобразования записей многолетних данных по режиэд рек и каналов (основные гидрологические характеристики) для создания Файлов данных в ЯПа (в соавторстве с Г.Н.Соловьевым и др.).- ОФАП госкомгидромета, Ыо И051020777. - овнинск,1982.- 8с.

2.опыт разработки технологии создания информационной вазы по осредненньп и экстремальным характеристикам режима рек (в соавторстве с г.Н.Соловьевым)/'/' Труды ВНИИГГМ-МШ.-1986.- ВЫП.133.- С.21-30.

3.Создание и ведение ванка данных по гидрологическому режиму рек (в соавторстве с В.А.Семеновым и др.)/'/' тезисы докладов V всесоюзного гидрологического с'еэда.- Л.: Гид-

рометеоиздат,1986.- С.40-41.

4.Информационная саза Банка данных "Гидрология - реки и каналы". (Методические рекомендации по использование) (■ соавторстве с В.А.Семеновым и др.).- Овнинск,1987.- 139 с.

5.0 возможности применения лингвистических методов типологического анализа в гидрологическим исследованиях (в соавторстве с А.А.Коршуновым, И.Б.Мучником)// Труды ВНИИГМН -мил.- м.: Гидрометеоиэдат,1988.- вып.149.- С.83-94.

в.Семантическое описание гидрологических ов'ектов в автоматизированных информационных системах // Труды ВНИИГТЫ-Ш.- М.: Гидрометеоиздат, 1988.- Вып. 149.- С.93-104.

7.Использование лингвистического метода типологического анализа в гидрологических исследованиях (в соавторстве с И.Б.Мучником, а.а.Коршуновым). // Докл. ан СССР.- Том 238, No 2.- С.435-437. .