W ramach projektu ZiZOZap zgromadzono już ponad 7,5 miliona rekordów różnych danych. Aby uporządkować, przechowywać i przetworzyć tak ogromną ilość danych, niezbędny okazał się specjalny system informacyjny wraz z bazą danych. Jest to jedno z zadań, którego podjęli się pracownicy Instytutu Ekologii Terenów Uprzemysłowionych (IETU) w Katowicach.

Pomiar lokalizacji boi lodowych na Zbiorniku Goczałkowickim

Wspomaganie

Już po raz trzeci przenosimy się nad wody Zbiornika Goczałkowickiego, który stał się przedmiotem badań ponad stu naukowców z czterech jednostek naukowych (przypomnijmy: z Uniwersytetu Śląskiego, Politechniki Krakowskiej, IETU oraz z Instytutu Podstaw Inżynierii Środowiska PAN), pracujących w ramach projektu ZiZOZap. Tym razem kontakt jest jeszcze bardziej bezpośredni. Okazuje się bowiem, że wraz z rozmówcami pijemy kawę przygotowaną właśnie na bazie wody ze zbiornika, która wcześniej przeszła cały proces oczyszczania w Zakładzie Uzdatniania Wody w Goczałkowicach.

Podmiotem zarządzającym zbiornikiem w Goczałkowicach jest Górnośląskie Przedsiębiorstwo Wodociągowe SA. Będąc jednym z głównych dostawców wody pitnej dla mieszkańców aglomeracji śląskiej, podmiot ten prowadzi nie tylko nadzór nad zbiornikiem, ale odpowiada również za jakość wody, dba o środowisko naturalne. Szczególnie ważne jest zarządzanie zaporą w sytuacjach kryzysowych, takich jak powódź czy susza. Stąd ogromne znaczenie przygotowywanego Systemu Informacyjnego do Wspomagania Zarządzania Zbiornikiem Zaporowym, którego celem będzie dostarczenie narzędzi ułatwiających podejmowanie optymalnych decyzji w zarządzaniu zbiornikiem. Interpretacja danych oraz wybór konkretnych działań zawsze leży po stronie decydenta, ale to system dostarczy niezbędnych informacji oraz pozwoli przewidzieć skutki podejmowanych decyzji. Na tym właśnie polega jego wspomagająca funkcja.

– Budowany system wymaga przede wszystkim dużej wiedzy – mówi dr Joachim Bronder z zespołu GIS (IETU). – Nasz instytut zabezpiecza akurat techniczną stronę gromadzenia danych, ich przechowywania, oraz dostarcza narzędzi umożliwiających dostęp do informacji – dodaje. Na początku była burza mózgów. Inicjatorzy projektu prof. Paweł Migula (UŚ), dr hab. Piotr Łaszczyca (UŚ), dr Andrzej Woźnica (UŚ), dr Czesław Kliś (IETU) oraz dr Antoni Bojarski (PK) wielokrotnie dyskutowali podczas przygotowywania wniosku na temat zakresu badań. Próbowano ustalić wstępną liczbę zespołów badawczych, rodzaj informacji oraz sposób ich gromadzenia. Wraz z rozpoczęciem realizacji projektu, informatycy zaczęli przygotowywać bazę danych. – Przyznam szczerze, że na początku byliśmy zaskoczeni ogromem całego przedsięwzięcia. We wniosku wszystko wyglądało dosyć niewinnie. Byliśmy przyzwyczajeni do monitoringu automatycznego. Tymczasem w praktyce okazało się, że na przykład biolodzy prowadzą monitoring w zupełnie inny sposób. Wychodzą w teren, zbierają rośliny, zwierzęta, mierzą, ważą… – mówi Jacek Długosz, koordynator zadania trzeciego, w ramach którego przygotowywany jest system informacyjny.

Przeważająca część informacji pochodzi jednak z automatycznego monitoringu. Specjalistyczne urządzenia pomiarowe zostały zamontowane na wlocie do zbiornika oraz przy jego ujściu, jak również na środku obiektu, w najgłębszym punkcie. W urządzeniach znajdują się sondy mierzące poszczególne parametry, takie jak stężenie azotanów i fosforanów, poziom pH, nasycenie tlenem czy temperaturę wody. Największa część danych dociera do bazy co 10–15 minut. Przy czym bardzo ważna jest również kontrola stanu technicznego urządzeń. – Napisaliśmy program, który informuje nas o każdej wartości anomalnej, na przykład temperatura wody -3 °C to sygnał, że mamy problem z sondą – tłumaczy Długosz. Poza tym, jak dodaje, automatyczne stacje hydrologiczno-meteorologiczne mogą być narażone na wyładowania atmosferyczne, które mogą spowodować uszkodzenie sondy czy urządzenia transmitującego dane. W takich sytuacjach konieczna jest wyprawa na zbiornik, naprawa lub wymiana urządzenia.

Scenariusze

Oprócz prowadzonego automatycznego monitoringu, do baz danych wprowadzane są również dane uzyskane w trakcie badań prowadzonych przez poszczególne grupy zaangażowane w projekt. Są to wartości zinterpretowane i dodane do bazy danych. Jedną z ważniejszych funkcji budowanego systemu będzie bowiem możliwość sprawdzania różnych scenariuszy sytuacyjnych na zbiorniku. Dzięki nim osoba zarządzająca obiektem sprawdzi, w jakim stopniu działania podjęte w sytuacjach kryzysowych wpłyną na ekosystem zbiornika. Okazało się, że okres realizacji projektu jest nietypowy pod względem warunków środowiskowych. Pierwszy rok badań był czasem powodzi, następny był przeciętny, natomiast w bieżącym roku mamy do czynienia z wyjątkową suszą. – Z naukowego punktu widzenia jest to idealna sytuacja. Otrzymane wyniki są zróżnicowane i uzyskujemy obraz zbiornika w przedziale warunków środowiskowych, którego granice stanowią dwie skrajności – powódź i susza – przekonuje Długosz.

Bardzo ważne są również ogólne informacje dotyczące zbiornika oraz dane archiwalne. Nie wszystkie dane pochodzą bowiem z monitoringu prowadzonego w ramach projektu. Część z nich była już wcześniej dostępna lub została zakupiona ze środków projektu, inne studenci Uniwersytetu Śląskiego skrupulatnie przepisywali z papierowych rejestrów do przygotowanych w arkuszu kalkulacyjnym tabel. Bagatela – 64 tysiące rekordów.

Specyfikę baz oraz systemu informacji przestrzennej przybliżają również Piotr Cofałka oraz Maciej Rzychoń z Zespołu Systemów Informatycznych (IETU). Przygotowana baza danych jest na tyle uniwersalna, że każdy zespół badawczy może wprowadzać wyniki swoich prac. Jest to ważne również z punktu widzenia zadań realizowanych przez poszczególne zespoły. Zespół z IETU wspomaga również działania dotyczące przygotowania numerycznego modelu dna zbiornika w Goczałkowicach. – Zaproponowaliśmy narzędzie, które wspomaga budowę modelu batymetrycznego w oparciu o pomiary głębokości rejestrowane przez sonar zainstalowany na „UŚce”. Podczas każdego rejsu rejestrowana jest nie tylko trasa UŚki, lecz również głębokość zbiornika – wyjaśnia Cofałka. Otrzymane dane są korygowane ze względu na poziom piętrzenia wody w zbiorniku. Dane uzyskane w ten sposób pozwalają na ciągłą aktualizację i uszczegóławianie modelu dna zbiornika.

Przykładowa kompozycja mapowa z wykorzystaniem geoportalu projektu ZiZOZap

Geoportal

Kolejnym narzędziem informatycznym, które zostało udostępnione uczestnikom projektu ZiZOZap, jest geoportal, bazujący na rozwiązaniu ArcGIS Server firmy ESRI. Dzięki niemu użytkownicy mogą zobaczyć w formie mapy dane zgromadzone w trakcie realizacji projektu, pochodzące zarówno od poszczególnych zespołów badawczych, jak również z monitoringu automatycznego. W geoportalu znajdują się również archiwalne mapy z okresu przedwojennego, pokazujące teren przed budową zbiornika.

Geoportal został powiązany z bazą danych, dzięki czemu nie tylko upublicznia dane, lecz również wspomaga zarządzanie zasobami bazodanowymi. Umożliwia także kontrolę jakości, spójności i poprawności gromadzonych informacji. Ponadto ułatwia przeglądanie danych oraz planowanie kolejnych badań naukowych, co przy takiej liczbie zgromadzonych rekordów jest niezwykle ważne.

Warto wspomnieć o autorskich rozwiązaniach zaproponowanych i wprowadzonych przez IETU. Unikalną funkcjonalnością wprowadzoną do naszego geoportalu jest możliwość samodzielnego dodawania przez użytkowników własnych warstw informacyjnych.

Tym, na co warto zwrócić uwagę, jest możliwość nakładania kolejnych warstw informacyjnych na mapę zbiornika. Jak wyjaśnia Maciej Rzychoń, każdy użytkownik po zalogowaniu otrzymuje dostęp do warstw informacyjnych, w zależności od grupy, do której został wcześniej przyporządkowany. Co więcej, sam może również takie warstwy tworzyć w oparciu o uzyskane wyniki badań, dodawać je do systemu lub usuwać. Ułatwia to komunikację między zespołami i pozwala monitorować postęp prac w ramach całego projektu. Nowością w geoportalu, jak podkreśla dr Bronder, jest możliwość zmiany układu tych warstw. – Jeśli wyobrazimy je sobie w postaci przeźroczystych folii nakładanych kolejno na mapę, to w naszym systemie możliwa jest zmiana ich kolejności, a liczba tworzonych warstw nie jest ograniczona.

Dzięki zbudowanym narzędziom, łatwiejsze staje się integrowanie oraz analiza zgromadzonych danych. Jak zaznaczają informatycy, geoportal został przyjęty ciepło przez uczestników projektu. – To było dla nas mocne zielone światło. Dobre narzędzie, które pomoże nie tylko lepiej zrozumieć procesy zachodzące na zbiorniku, ale i nim zarządzać – przyznaje dr Bronder. Zakończenie całego projektu przewidziane jest w 2014 roku. Wtedy też udostępnione zostaną kolejne narzędzia wspomagające zarządzanie zbiornikami zaporowymi.

Więcej informacji na stronie internetowej projektu: www.zizozap.pl.