Методика разномасштабного картографирования условий формирования селей на примере Приэльбрусья

Актуальность темы

исследования. Физико-географические условия на территории России отличаются большим разнообразием. Среди различных типов ландшафтов значительное место занимают территории, на которых преобладает альпийский тип рельефа. Общая площадь горных районов составляет около 10%, в подавляющем большинстве которых распространены эрозионные процессы, в число которых входят и селевые. Интенсивное освоение горных территорий и деградация горного оледенения часто приводят к увеличению селевой активности. Проблема исследования селевых потоков в целях прогноза и оценки селевого воздействия многогранна и востребована проектными институтами, управленческими структурами и организациями, ориентированными на устранение и предотвращение ЧС. Изучение селевого процесса и условий формирования селей не ограничивается рамками науки селеведения, и охватывает широкий спектр научных дисциплин, таких как гидрология, геология, геоморфология, метеорология, ландшафтоведение, картография и др. Особое место, по нашему мнению среди вышеперечисленного занимает картография. Картографический вид представления является наиболее наглядным и позволяет визуализировать результаты исследовательских работ и проектных решений с целью дальнейшего пространственного анализа и прогноза. Не сегодняшний момент сформирован ряд подходов к картографированию селей которые легли в основу данной работы.

Целью диссертационной работы является разработка методики многоуровнего картографирования условий формирования селей с использованием новейших инструментальных средств и передовых геоинформационных технологий.

На основе данной цели были выделены следующие задачи:

• Проанализировать опыт картографирования условий формирования селей и существующие подходы.

• Исследовать возможность применения различных пакетов программ и технических средств для картографирования на различных масштабных уровнях.

• Разработать методику комплексного картографирования условий формирования селей на основе геоинформационных технологических решений и оценить методические различия при картографировании на разных масштабных уровнях.

• Разработать методику аэрофотосъемки с летательных аппаратов категории CJIA (сверхлегкой авиации) в целях картографирования очагов формирования селей.

• Продемонстрировать возможности пространственного анализа разработанной серии карт условий формирования селей на основе современных ГИС-пакетов программ.

Методика исследования.

Настоящие исследования основаны на подходах к комплексному картографированию селей и научно-исследовательских принципах, заложенных (В.Ф. Перовым, С. М. Флейшманом, А. И. Шеко, Б. А. Парамоновым и др.). А также на научно методических принципах тематического картографирования (К.А. Салищев, A.M. Берлянт) и достижениях геоинформационных технологий в области разработки содержания карт и обработки исходных данных. Разработка методики картографирования базировалась на личных исследованиях автора за период 2000;2004 гг. В работе использовались картографические материалы, предоставленные Лабораторией лавин и селей географического факультета МУ, И. А. Лабутиной и С. С. Черноморцем, а также материалы публикаций, посвященных объекту исследования.

Структура диссертационной работы охватывает процесс разработки карт условий формирования селей от начального этапа обработки исходных данных до оформления конечного результата. Методика картографирования строится на едином подходе, что позволяет оценить методические особенности составления карт для различных селевых бассейнов и масштабных уровней. В основу работы заложен картографический метод исследований. Представление условий формирования селей в картографическом виде, открывает широкие возможности для мониторинга и пространственного анализа. Методика картографирования, исходные материалы, масштаб, содержание и назначение карт условий формирования селей тесно взаимосвязаны между собой. Рассматриваемы масштабные уровни: 1: 2000;1:5 000, 1:10 000−1:25 000, 1:100 000, несмотря на единый подход к разработке содержания карт, имеют существенные различия, обусловленные особенностями картографирования условий формирования селей в различных масштабах. В диссертационной работе посредством последовательного увеличения охвата картографируемых участков и уменьшения масштаба произведено исследование особенностей построения содержания карты, подходов к обработке и подготовки исходных данных, а также произведена оценка потенциала использования составленных карт в целях пространственного анализа и мониторинга селеопасных объектов. Все карты данной серии составлены на основе методов и приемов геоинформационного картографирования, что дало возможность опробовать разработанные автором методические решения направленные на повышение наглядности, информативности составленных карт, а также реализовать на практике методику аэрофотосъемки очагов формирования селей на базе летательных аппаратов категории сверхлегкой авиации (СЛА).

Научная новизна: В результате проведенной работы впервые на основе результатов обобщения опубликованных и авторских материалов:

• Разработана методика геоинформационного картографирования очагов формирования селей на базе аэрофотоснимков, полученных со сверхлегких летательных аппаратов. Реализована экспериментальная аэрофотосъемка с использованием летательных аппаратов категории сверхлегкой авиации.

• Разработана методика комплексного картографирования условий формирования селей в масштабе 1:10 ООО- 1: 25 ООО на основе современных геоинформационных технологий. Предложенный подход картографирования условий формирования селей апробирован на примере составления среднемасштабной карты района Приэльбрусья.

• Разработана система разномасштабных компьютерных карт условий формирования селей: района Приэльбрусья, бассейна реки Герхожан-Су, Камык-Суочага формирования селя в верховьях реки Адыл-Суочага формирования селя верховьях реки Герхожан-Су, а также карта оценки последствий схода катастрофического селя в районе города Тырныауз.

• Обоснована целесообразность разработки системы карт условий формирования селей на район очага формирования селей, селевого бассейна и селевого района.

Диссертационная работа Д. А. Парамонова представляет собой квалификационную работу.

Практическая ценность проведенных исследований заключается разработке научно-методических подходов к картографированию условий формирования селей селеопасных районов на различных масштабных уровнях. Результаты работ представляют интерес для широкого круга специалистов. Предложенная методика картографирования в масштабе 1: 2000;1:5000, востребована в первую проектными институтами и ТИСИЗ, направление деятельности которых заключается в проектировании защитных сооружений, осуществлении контроля за существующими защитными сооружениями, планировании и решении расчетных задач. В научно исследовательских работах карты составленные по предложенной методике могут служить базой для решения задач моделирования динамики селевых потоков в зоне воздействия селевой массы и прорывных процессов в районе очага формирования селя. Разработанная методика аэрофотосъемки и фотограмметрической обработки полученных аэрофотоснимков для данного масштабного уровня, пригодна для широкого спектра задач использующих в качестве основы топографический план масштаба 1: 2000.

Картографирование на масштабном уровне 1:10 000−1:25 000 позволяет осуществлять контроль за состоянием очага формирования селя селевым руслом и зоной воздействия селевых потоков. Данный масштабный уровень позволяет охватить весь селевой бассейн, что позволяет использовать его в качестве основы для задач моделирования селевого процесса на всем протяжении селевого русла и осуществлять комплексный мониторинг всего селевого бассейна.

Карты условий формирования селей составленные по предложенной методике селей в масштабах 1: 100 000−1:200 000 позволяют охватить весь район исследований и могут использованы при планировании экономико-социального развития регионов, определения «зон риска», распределения ресурсов, планировании мер направленных на минимизацию ущерба, а также для составления долгосрочного прогноза и анализа селепроявлений.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и 13 приложений, включающих серию составленных карт условий формирования селей и списка использованной литературы. Работа содержит: 147 стр машинописного текста, 49 иллюстраций. Библиография включает 101 наименований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В ходе научно-исследовательской работы решена основная задача диссертацииразработана методика комплексного картографирования условий формирования селей с использованием геоинформационных технологий:

Результаты исследовательской работы состоят в следующем:

1. Рассмотрен и обобщен опыт картографирования условий формирования селей. На базе существующих методов была разработана методика мультимасштабного картографирования условий формирования селей и определен круг задач, решаемых посредством составленных по данной методике карт.

2. Предложенная методика аэрофотосъемки была разработана автором и применялась в первые, в качестве источника данных для оперативного картографирования очагов формирования селей.

3. Разработанная методика аэрофотосъемки позволила получить аэрофотоснимки пригодные для фотограмметрической обработки. В программе ERDAS IMAGINE 8.7 была произведена пакетная обработка, что позволило автоматизировано построить цифровую модель рельефа и ортотрансформировать серию аэрофотоснимков. Точность результатов обработки соответствует масштабу 1:

• 2000.

4. Картографирование очагов формирования селей в масштабе плана на основе геоинформационных технологий позволяет решать не только задачу мониторинга, но также служить основой для прогностических исследований и моделирования. В рамках исследовательской работы была составлена карта условий формирования селей Малых Башкаринских озер в масштабе 1:2000. На примере морфометрического анализа плотины сложенной мертвыми льдами и подпруживающей Малые Башкаринские озера удалось установить наиболее вероятные области образования поверхностного стока и внутреннего канала.

5. На примере составления серии крупномасштабных карт условий формирования селей, удалось подтвердить применимость предложенного подхода к картографированию для горных районов Северного Кавказа. Представленная методика основана на использовании современных программных продуктов таких как Arc-View, Erdas, Arc Info, Easy Trace, 3D Max. Построение ЦМР является необходимым условием составления крупномасштабных карт условий формирования селей, в первую очередь на этапе обработки аэрофотоснимков. В дальнейшем с помощью автоматизировано построенной на основе ЦМР картой углов наклона осуществляется картографирование геоморфологической группы факторов формирования селей. Кроме того ЦМР используется в качестве цифровой основы и базы для автоматизированного пространственного анализа условий формирования селей в селевых бассейнах рек Герхожан-Су, Камык-Су, Адыл-Су и позволяет осуществить анализ условий распространения факторов формирования селей.

6. С помощью 3D studio Мах при разработке карты очага формирования селя в районе истока реки Каяарты-Су был также реализован ранее не использующийся в картографии метод «псевдорельефа», основанный на отображении структуры ортотрансформированных аэрофотоснимков в виде отмывки.

7. С изменением масштабного уровня меняется также назначение и методика составления. Если карта масштаба 1:25 ООО предназначена для мониторинга селевых бассейнов, то карта условий формирования 1:100 ООО выполняет в основном информационно-справочную функцию. Внимание пользователя по-прежнему акцентируется на условиях формирования селей, однако условия представлены в трансформированном виде в соответствии со спецификой решаемых задач. Взамен частных характеристик участков русел используется обобщенное представление статистических показателей. Невозможность.

Ф передать геоморфологические особенности объектов в связи с уменьшением масштаба обуславливает необходимость включения в легенду дополнительных условных обозначений, характеризующих их генетические и геоморфологические свойства.

8. На основе составленной карты условий формирования селей масштаба 1: 100 ООО, был проведен спектральный анализ условий формирования селей. Анализ подтвердил спектральную выраженность большинства объектов, задействованных в селеформировании на снимках ЕТМ+. Предложенная методика исследования позволила оценить спектральные параметры рассматриваемых объектов, задействованных в формирования селей, по всему району, покрываемому космическим снимком (более 4 500 000 точек).

9. Разработанная методика была апробирована на примере серии карт условий формирования селей в масштабе плана (1: 2000), крупном масштабе (1:10 0001:25 000) и среднем (1:100 000), что показало применимость предложенного подхода к картографированию на разных масштабных уровнях.