Atributni podatkovni model nacionalne baze hidrogeoloških podatkov za opredelitev teles podzemne vode Republike Slovenije Attributive datamodel of national hydrogeological database to define groundwater bodies of Slovenia Katarina HRIBERNIK & Joerg PRESTOR Geološki zavod Slovenije, Dimičeva 14, 1000 Ljubljana, katarina.hribernik@geo-zs.si, joerg.prestor@geo-zs.si Ključne besede: hidrogeološki informacijski sistem, vodno telo podzemne vode, vodo-nosnik, hidrogeološki objekt, modeliranje podatkov, relacijske podatkovne zbirke, MS Access Key words: hydrogeological information system, groundwater body, aquifer, hydrogeological object, data modelling, relational databases, MSAccess Kratka vsebina Hidrogeloške raziskave podzemnih voda temeljijo na kakovostno in količinsko raznovrstnih podatkih (hidroloških, hidrogeoloških, geoloških, pedoloških, geomorfoloških, meteoroloških...) ter informacijah o topografiji, rabi tal, antropogenih elementih in ekosiste-mih, kar zahteva kompleksen pristop k modeliranju in organiziranju informacij v logično strukturo ter v končni fazi izdelavo večnamenskega podatkovnega modela, uporabnega na lokalni, regionalni in državni ravni. V ta namen je bila na Geološkem zavodu Slovenije s programskim orodjem MSAccess izdelana Baza hidrogeoloških podatkov za opredelitev teles podzemne vode RS, v kateri so na voljo podatki o vodnih telesih podzemne vode, vodonosnikih in hidrogeoloških objektih v Sloveniji. Računalniški zajem atributnih podatkov je omogočil poenotenje standardov za zajem, analizo in vzdrževanje podatkov, enostavno upravljanje s podatki, njihovo prostorsko prikazovanje in distribucijo, povezovanje z drugimi informacijskimi sistemi ter izdelavo prognostičnih osnov za odločanje v prihodnosti. Abstract Hydrogeological investigations of groundwater are based on large amount of qualitative and quantitative data {hydrological, hydrogelological, geological, pedological, geo-morfological, meteorological...), information about topography, land use, antropogenic elements and ecosystems, which demands a complex approach to modeling and organizing information into some logical structure of all purpose data model, useful on local, regional and national level. For that purpose at Geological survey of Slovenia we established a Database of hydrogeolocial data to define groundwater bodies of Slovenia in which all significant data of groundwater bodies, aquifers and hydrogeological objects are available. Digital storage of attributive data enables uniformity of standards for collecting, analyzing and management of data, their spatial presentation and distribution, connection with other information systems and important decision - making future analysis. Uvod Z razvojem računalniških tehnologij in hidrogeološkega modeliranja nasploh smo v povezavi s smotrnim gospodarjenjem z vodnimi viri v Sloveniji ter potrebi po kompleksnem pregledu in nadzoru nad njimi v preteklem letu na Geološkem zavodu Slovenije (GeoZS) pričeli z vzpostavljanjem enotnega hidrogeološkega informacijskega sistema, v katerem naj bi postopoma sistematično predstavili vse obstoječe hidrogeološke objekte. Izvedli smo konceptualno, logično in fizično-izvedbeno modeliranje podatkov o podzemnih vodah, ki predstavljajo njegov pomemben segment, saj je nanje vezana večina oskrbe z vodo. Kot rezultat smo prikazali podatkovni model Baze hidrogeoloških podatkov za opredelitev vodnih teles podzemne vode RS, ki prikazuje vse atribute, potrebne za prepoznavanje bistvenih značilnosti podzemnih vod. Obravnavana podatkovna zbirka je aplikacija, ki zagotavlja enotno shemo za zajem, shranjevanje in posodabljanje georeferenciranih podatkov, podaja možnosti za upravljanje s podatki in enostaven dostop do njih, analize prostorsko razpršenih informacij, statistične izračune in grafične prikaze, hkrati pa predstavlja zanesljivo orodje za raznovrstne študije in raziskave vodnih virov, njihovo uporabo, za ocene in analize ogroženosti podzemnih voda v povezavi z ostalimi prostorskimi analizami, za ekološke študije, modeliranje, pripravo načrta monitoringa, prostorsko planiranje in nenazadnje osnovo za izdelavo hidrogeoloških kart. Baza naj bi postala javno orodje za zbiranje in shranjevanje vseh kvalitativnih in kvantitativnih podatkov o podzemnih vodah tudi za druge institucije, ki se ukvarjajo s problematiko oskrbe z vodo, ugotavljanjem kakovosti virov podzemne vode in upravljanjem z njimi. Za oblikovanje kompleksne podatkovne zbirke smo uporabili programsko orodje MS Access, ki se lahko enostavno povezuje z drugimi bazami in projekti. (Šinigoj et al., 2002) Modeliranje podatkov Hidrogeološki podatki GeoZS, pridobljeni z več desetletnim terenskim delom in meritvami, so bili do sedaj predstavljeni na raz- lične načine ter razporejeni v parcialnih, medsebojno nepovezanih bazah. Da bi dosegli čimbolj enostaven, hiter in uporabniku prijazen dostop do relevantnih podatkov, smo v letu 2003 začeli s kompleksnim pregledovanjem in poizkusom poenotenja osnovnih obstoječih hidrogeoloških podatkovnih zbirk oz. projektov, ki se izvajajo vzporedno: Baze vodnih virov v javni uporabi, ki vsebuje vse zajete hidrogeološke objekte v Sloveniji, Katastra vodnih virov GeoZS, ki vsebuje vse obstoječe hidrogeološke objekte, Baze varstvenih pasov, ki razpolaga s podatki o varovanju vodnih virov in evropske baze vodnih virov Eurowaternet. Zaradi časovnega spreminjanja posameznih atributov mora model slediti spremembam, korektno predstavljati vse gradnike podatkovne zbirke in omogočati njihovo prilagajanje. Konceptualni model baze smo razvijali za tri osnovne najpomembnejše sklope podzemnih voda: vodonosnike, vodna telesa podzemne vode, v katere se vodo-nosniki združujejo in posamezne hidrogeološke objekte. Poskušali smo upoštevati vse hidrogeološke in okoljske značilnosti, ki so še posebej pomembne in značilne za slovenski prostor. Vsak sklop, ki se v teoriji baz imenuje entiteta, predstavlja ločeno podatkovno zbirko, relacijski model pa omogoča neposredno povezavo med posameznimi entitetami in s tem učinkovito analizo celotnega sistema. (Kvamme et al., 1997) Vodna telesa podzemne vode, torej vode, ki se nahajajo v posameznem vodonosniku, sistemu vodonosnikov ali skupini posameznih vodonosnikov, smo opisali z vsemi zahtevanimi parametri oz. atributi. Razdelili smo jih na: osnovne podatke (enolični identifikator, ime telesa podzemne vode, tektonska enota, meje vodnega telesa, tip vodnega telesa), velikost (površina, dolžina, širina, srednja debelina in največja debelina vodnega telesa), meteorološke značilnosti (srednja letna količina padavin, povprečna temperatura), opis zasičene plasti (srednja debelina zasičene plasti, prepustnost zasičene plasti, hidrodinamski tip, litologija, stra-tigrafija), opis nezasičene plasti (debelina, prepustnost), količinsko in kakovostno stanje telesa podzemne vode, rabo tal in oceno tveganja. Podobno smo nadaljevali z izborom atributov za vse vodonosnike in sisteme vodo- nosnikov, ki jih je v bazi 161, določeni pa so na podlagi mednarodnih priporočil (smernic v okviru »Water Framework Directive«). Vo-donosnik je pri tem geološka plast, ki je dovolj porozna in prepustna, da omogoča pomemben tok podzemne vode ali odvzem pomembnih količin podzemne vode. Sistem vodonosnikov je lahko sestavljen iz posameznih med seboj povezanih ali nepovezanih enotnih vodonosnikov. Sistem med seboj povezanih vodonosnikov imenujemo vodono-sni sistem, sistem med seboj nepovezanih vodonosnikov pa skupina posameznih vodonosnikov. Za vodonosnike in sisteme vodonosnikov smo določili: osnovne podatke (enolični identifikator vodonosnika, ime vo-donosnika, povodje, meje vodonosnika, enotnost vodonosnika in vrsta vodonosnika), velikost vodonosnika (površina, dolžina in širina vodonosnika), nadmorsko višino (srednja, najvišja in najnižja), hidrometeorološke podatke (povprečna letna količina padavin, srednja letna temperatura, variabilnost padavin in temperatur), naravno zaščitenost vodonosnika (delež krovnih plasti, srednja, največja in najmanjša debelina krovnih plasti, podatki o litologiji krovne plasti), opis nezasičene cone (srednja globina do vode, največja globina do vode, najmanjša globina do vode, napajanje, način ocene napajanja), opis zasičene cone (srednja, največja in najmanjša debelina, piezometrična gladina, pe-trografski opis, litologija, stratigrafija, raba tal, geokemijski tip vode, izdatnost, prepustnost, površinski odtok, infiltracija, metoda ocene infiltracije, povezava s površinskimi ekosistemi), odvzem vode in pritiski na vo-donosnik (umetno napajanje, kmetijstvo, odlagališča, izpusti odpadnih vod, čistilne naprave, industrija, stara bremena, drugo). Hidrogeološke objekte, kot zadnji sklop obravnavane baze, smo opisali z naslednjimi atributi: osnovnimi podatki (enolični identifikator objekta, interna številka GeoZS, hi-drografsko območje, občina, ime objekta, tip objekta, x, y, z koordinata po Gauss-Kru-egerjevi mreži, vir zajema podatkov, topografska karta 1:25000, lastnik, namen, stanje, opombe), vrsto ogroženosti, kvantitativnimi podatki (zajem, povprečni odvzem, pretok, gladina), hidrogeološkimi značilnostmi (poroznost vodonosnika, dinamika vodonosnika, režim toka, napajanje), merilno opremo, sledilnim poskusom (mesto vnosa sledila in dokazana zveza z mestom vnosa), podatki o varovanju (varstveni pas, s katerim je objekt varovan, uradno glasilo in datum njegove objave), kemijskimi analizami (leto analize, parameter, trend) in podatki o arhivu oz. obstoječi dokumentaciji (poročilo, signatura poročila, naslov, avtor, organizacija, leto izdelave). Hidrogeološki objekt je lahko izvir, vrtina, drenaža, rov, ponikovalno polje, pregrada ali kraški objekt kot so jame, brezna, ponori in estavele. Hidrogeološki objekt, ki je opremljen za zajem vode imenujemo zajetje. Vsa zajetja, ki so izvedena na izviru, imenujemo zajeti izvir. Vse vrtine, ki so opremljene za zajem vode imenujemo vodnjak, zajetja z drenažo imenujemo drenažno zajetje, zajetja z rovi pa jamsko zajetje. Vrtine, ki jih uporabljamo za opazovanje kakovosti ali količine podzemne vode imenujemo opazovalna vrtina ali piezometer. Vrtine, ki so namenjene ponikanju vod ali umetnemu napajanju imenujemo ponikovalni vodnjak. Kot posebno podbazo hidrogeoloških objektov smo oblikovali razdelek za vrtine, za katere se izvajajo specifične meritve. Za njih smo določili osnovne podatke (tip vrtine, leto vrtanja, globina vrtine, naklon, azimut, podlaga, zadnji izmerjeni nivo, piezometrična gladina), značilnosti krovne plasti (litologija, stratigrafija, debelina, prepustnost), podatke o zajetem sloju (globina, litologija), podatke o cevitvi (premer cevi, tip cevitve, material cevi, prepustnost) in podatke o ce-mentaciji vrtine. Vsi navedeni atributi podajajo na eni strani splošne, na drugi pa zelo specifične hidrogeološke informacije, vse pa imajo velik pomen za vpogled v samo stanje teles podzemne vode. Preko njih pridobimo splošne podatke o geografskih značilnostih, topografiji in lokaciji vseh objektov, litostratigrafske značilnosti geoloških plasti, meteorološke podatke, kvalitativne podatke kot so podatki o stanju ogroženosti in varovanju vodnih virov z varstvenimi pasovi, kvantitativne podatke, ki so rezultat testov in terenskih meritev (npr. povprečni odvzem, poroznost, piezometrična gladina, meritve pretoka, podatki o lastniku, kemijske analize vode...) in tudi izrazito tehnične podatke (npr. podatki o merilni opremi). Struktura baze je dinamična in odprta za dograjevanje in medsebojno povezovanje posameznih entitet, kar je zelo pomembno, saj so tudi objekti v real- nosti medsebojno povezani. Ena izmed najučinkovitejših metod za ugotavljanje povezanosti objektov in pojavov je sledenje podzemnih tokov, ki smo jo tudi vključili v podatkovni model. Na bazo smo navezali še izračune deležev rabe tal in prostorskih obremenitev ter tako opisali pokazatelje pritiskov oz. ogroženosti, obremenjenosti, ranljivosti in povezanosti z drugimi ekosistemi. Na ta način smo že v začetni opredelitvi dobili osnovno sliko tveganja, na podlagi katere lahko analiziramo njegove vzroke in izvajamo zaščitne ukrepe, ki so nujno potrebni za doseganje kakovostnega stanja v prihodnosti. (Hribernik et al., 2004) Naslednja faza razvijanja modela je bila standardizacija in normalizacija podatkov (Kvamme et al., 1997), ki je temeljila na analizi in sintezi obstoječih podatkov iz prej navedenih podatkovnih zbirk. Zelo veliko pomeni namreč stanje podatkov ob vnosu, saj ob tem lahko določimo metodo njihovega zajema, čas in območje zajema. Baze so bile načrtovane ločeno druga od druge, zato se njihove strukture medsebojno večinoma povsem razlikujejo, prihajalo je do medsebojnih neskladij v podatkovnih tipih, kvaliteti, kvantiteti podatkov in tudi samem mediju shranjevanja. Za prenos podatkov v novo postavljen sistem je bila tako s timskim delom izvedena temeljita analiza in preverjanje, specifikacija podvojenih podatkov, da ne bi njihovo odstranjevanje pomenilo izgub, prav tako pa zaradi karakteristik sprejetega konceptualnega modela stalno dodajanje novih kategorij, posameznih polj ali celo tabel. Ta korak je bil zelo zahteven in obsežen, saj je za zagotovitev optimalne podatkovne predstavitve že pred vnosom potrebno preučiti obstoječe in določiti zahtevane podatkovne tipe ter njihov format, določiti obvezne podatke, pripraviti nove vsebine šifrantov in klasifikacije za posamezne kategorije ter s tem dinamične parametre osvoboditi subjektivnih geoloških interpretacij in onemogočiti nedoslednosti pri vnosu podatkov, določiti dostopnost do podatkov in kontaktno osebo. Da bi razvili končno shemo, ki bi zagotavljala maksimalne informacije ob minimalnem podvajanju podatkov in obenem pridobili optimalne rezultate, primerne za vsestranske analize, so bili parametri večkrat prekvalificirani in re-grupirani. Z združevanjem in prekrivanjem različnih baz podatkov smo pridobili končno število 4600 objektov, ki smo jih vključili v novo izdelan podatkovni model, ter ga s tem testirali. Postopek prekrivanja je bil precej zamuden in dolgotrajen, saj ni izdelanih grafičnih podlag za vse obstoječe baze, zato je bilo potrebno preseke izvajati s pomočjo različnih poizvedb za pridobitev podvojenih objektov, ki smo jih na podlagi diskusij nato izločili ali pa shranili na posebno mesto. Prvi način iskanja dvojnikov je potekal po koordinatah, s čimer smo pridobili najbolj zanesljive rezultate podvajanja. Ker pa so koordinate v posameznih bazah odčitane na različne načine, nemalokrat ročno, zaradi subjektivne interpretacije posameznih avtorjev tudi med koordinatami za isti objekt prihaja do razhajanj. Zato smo nadaljevali s prekrivanjem še po dodatnih kriterijih. Eden izmed relativno zadovoljivih je bilo ime objekta. Vendar se tudi ta način ni izkazal za povsem zanesljivega, saj pri samem vnosu podatkov velikokrat prihaja do tipkarskih napak, ki jih računalniške poizvedbe ne zaznajo. Zaradi tovrstnih pomanjkljivosti in zmanjšanja napak v prihodnosti smo pri izdelavi novega podatkovnega modela težili k čimbolj šifriranem vnosu. Pri iskanju podvojenih vnosov smo si nenazadnje pomagali tudi s prostorsko orientacijo glede na lokacijo objekta na topografski karti in lego v občini, na koncu pa smo podatke še enkrat ročno pregledali in izločili morebitne možne podvojene objekte. Konceptualni in logični opredelitvi podatkovnega modela sledi smiselna ureditev atributov v tabele, ki so edina podatkovna struktura relacijskega modela, v katerem so objekti hierarhično prikazani. (Kvamme et al., 1997)V vsaki tabeli obstaja atribut, ki je enolično določen in se uporablja kot ključ. Prek njega so vzpostavljene osnovne zveze med objekti; ena proti ena, ena proti mnogo in mnogo proti mnogo, odvisno od lastnosti podatkov. S tem je bila postavljena osnova oz. jedro za nadaljnje oblikovanje hidroge-ološkega informacijskega sistema. Zadnja faza modeliranja podatkov je izvedbeni model, ki ga predstavimo z zaslonskimi vnosnimi obrazci za vsak sklop podatkov. Fizična predstavitev podatkov je EE i» :-< S»«: s.jrf a* M,- B -i 3j i' " •■ ■*. ii i> © a • 5). • K / \! - ¡8 = > - A ■ • ■ ■ - . ■■■HHBKB^ii!!^ mm \ toMMtt* % mmmtmn < -.g ...........__ KIDRCMNAMSKI 4SIŽENA HAST «S» x£fe Save cd ia*a do Medvod ti podatka rte t p v | ««m tal" TIP POOZEMNE SlllSlIjiliililSIli motošia atis STRATORAFStCI OPZS ' • ' »S /i UKOCT tHOMIM TStSSAlIll r J m Ihczasi&NA HAST! MAJVEČJA ŠIRINA ikra) IP i ÄHS^SS■ •.'.•-„>- PL4STX {m/t ' («i) F IglT i|sT4M4ri :ÄfiOfe0iO§iI ZUMČllMOBTl HHgf i i C ■-„» , S£TMA 1 ■ »Bel F"Vi M. ¿'-l/> Ti * r-Jt/i' ("S} __T VEČANJE j psipÄa, iipocat-j UüJbl { sh»a«| za»i J J 'M immmmimmmmmmmmmmmmi-- mmm SI. 2. Osnovni vnosni obrazec za vodno telo podzemne vode (Hribernik, 2004) fedeia/a kar Ive^arj . i« ogroženosti fto<}»i2a fxmtoi$ctosocjafs Po«2exFje 2 dftitjm M Sstafri :vodoncšrfti uaa&tjs soodafti «utarje KMfCtiO BOdBSOV 2ašatapc