Использование цмр для задач рационального природопользования и мониторинга природных процессов

      Комментарии к записи Использование цмр для задач рационального природопользования и мониторинга природных процессов отключены

Использование цмр для задач рационального природопользования и мониторинга природных процессов

А. А. Глотов

На данный момент существенно возрос интерес к использованию и созданию комплексных геоинформационно-аналитических совокупностей, предоставляющих доступ не только к пространственной информации, но и к инструментам анализа данных. Этот факт основывается на применении ГИС в качестве инструмента управления производственными и бизнес-процессами. В области природопользования, прогнозирования и мониторинга развития природных процессов, на отечественный взор, нужно применять системный ландшафтный подход, базирующийся на концепции геоинформационного моделирования ландшафта.

Ответ многих практических задач в разных отраслях экономики основывается на комплексной и точной информации о природной среде и природных процессах. К числу аналогичных сфер деятельности человека возможно отнести сельское и лесное хозяйство, мониторинг ЧС, городское и  ландшафтное планирование, экологический мониторинг и т. д.

Одним из наиболее значимых факторов развития природных дифференциации и процессов природной среды выступает рельеф территории, что во многом определяет локальные изюминки распределения воды и солнечной радиации. На данный момент в геоинформатике сложилось целое научное направление, занимающееся цифровым анализом рельефа с целью получения фактически значимой информации — геоморфометрия (англ. geomorphometry, digital terrain analysis).

Базу геоморфометрии образовывает анализ цифровой поверхности рельефа способами дифференциальной геометрии.

В огромном спектре решаемых задач с применением цифровых моделей рельефа (ЦМР) возможно выделить главные:

  • количественная оценка и изучение современного состояния природной среды;
  • территориальное планирование (городское, ландшафтное и др.);
  • моделирование экологических обстановок;
  • прогнозирование ландшафтных процессов и др.

В целом возможно выделить пара категорий морфометрических параметров:

  • геометрические (величина уклона, экспозиция склона, разные виды кривизны земной поверхности, оценка территорий видимости и др.) — обрисовывают морфологические изюминки территории, определяющие интенсивность и скорость энергии и потоков вещества, динамику склоновых процессов;
  • гидрологические (направление стока, бассейновое моделирование, топографический индекс влажности, индекс мощности линейной эрозии, индекс баланса геомасс, оценка территорий потенциального затопления и др.) — употребляются для оценки поверхностного стока, перемещения увлажнения и степени почвы обломочного материала;
  • топографо-микроклиматические (показатели потенциальной инсоляции и солнечной радиации, дифференциации температуры земной поверхности, действия ветра и др.) — эта несколько показателей характеризует влияние земной поверхности на особенности распределения солнечной радиации, воздействия ветра и температурного поля;
  • параметры вертикальной разделении природной среды (относительная высота, глубина речной равнины и др.).

Применительно к сельскому хозяйству особенный интерес воображает расчет потенциальных (больших) показателей фотосинтетически активной солнечной радиации (ФАР) — части солнечной энергии, применяемой растениями для фотосинтеза, и количественная оценка площадной и линейной эрозии и влияния рельефа на распределение жидкости. Моделирование ФАР основано на информации о географическом положении территории (долгота и широта, зональный фактор) и определенных модельных чертях воздуха. Расчет возможно осуществлен для разных временных периодов с учетом сезонности и разрешает выбрать оптимальные участки под конкретные сельскохозяйственные культуры.

Показатели площадной и линейной эрозии основаны на двух производных морфометрических показателях — уклоне местности и водосборной площади. Это разрешает оценить особенности эрозионных процессов с учетом гидрологических ресурсов для их развития: чем больше удельная водосборная площадь, тем больше возможность развития эрозии.

Ответственным нюансом при размещении сельскохозяйственных культур выступает показатель гидроморфности почвенного покрова, что во многом определяется изюминками рельефа территории. Топографический индекс влажности (Topographic Wetness Index) разрешает оценить предпосылки к формированию переувлажненных земель и учесть этот фактор при планировании оптимизационных (мелиоративных) мероприятий.

Наличие вышеперечисленной информации разрешает оптимизировать структуру сельскохозяйственного землепользования, учесть темперамент развития негативных природных процессов и потенциальную деградацию сельскохозяйственных угодий с целью рационального применения земельных ресурсов.

На рис. 1 и 2 представлены карты классификации сельскохозяйственных угодий по количеству фотосинтетически активной солнечной радиации и потенциалу развития плоскостной эрозии.

Рис. 1. Классификация сельскохозяйственных угодий по потенциальному количеству фотосинтетически активной солнечной радиации (ккал/кв. см)

Рис. 2. Классификация сельскохозяйственных угодий по потенциалу развития плоскостной эрозии

Изюминки рельефа территории оказывают большое влияние на условия произрастания лесов. Это проявляется в характере увлажнения территории, экспозиции склона и величине уклона, на котором находятся участки леса. Разноплановая информация об изюминках земной поверхности возможно использована для более детальной оценки лесорастительных выявления и условий предпосылок для развития негативных природных процессов, оказывающих влияние на уровень качества лесных ресурсов (обнаружение переувлажненных участков лесов и др.).

Информация о рельефе есть во многом определяющей для ответа множества задач в рамках муниципального планирования: обнаружения участков избыточного увлажнения (рис. 3), развития склоновых процессов, анализа освещенности и затененности территории и др. Применение аналогичной информации разрешает осуществить комплексный подход к планированию муниципальный среды и минимизировать вероятные негативные последствия.

Рис. 3. Оценка муниципальный территории на предмет развития территорий избыточного увлажнения с применением геоморфометрического анализа и данных ДЗЗ (на примере г. Воронежа)

ЦМР выступает значимым источником информации при оценке потенциала развития и пространственного охвата страшных ландшафтных процессов. В частности, информация о рельефе есть нужной при оценке и прогнозировании последствий половодий и паводков, т. к. разрешает достаточно определить границы затапливаемой области, и социальные и инфраструктурные объекты, каковые подвергаются опасности.

Для оценки уровня затопления на протяжении паводков применение конкретно ЦМР целесообразно только для маленьких участков рек, где величины уклона русла реки незначительны и не сказываются на расчетных итогах. Для более протяженных участков нужно получение цифровой модели относительных высот от уреза воды, т. е. с учетом уклона реки. Сейчас существует последовательность методов, разрешающих перейти от матрицы безотносительных высот к относительным превышениям над урезом воды.

В частности, модуль Vertical Distance to Channel Network (вертикальное расстояние до речной сети) в открытой ГИС SAGA (System for Automated Geoscientific Analysis), применяющий в качестве входных данных ЦМР и растр русловых совокупностей, формирует матрицу относительных высот, благодаря которой возможно достаточно точно оценить пространственный охват области затопления по заданному уровню подъема воды.

С применением данной методики была осуществлена оценка территорий затопления для рек Толучеевка и Подгорная в окрестностях города Калач Воронежской области. Эта территория характеризуется периодическими подтоплениями отдельных участков населенных пунктов, что ведет к необходимости эвакуации населения из территорий подтопления и приносит большой материальный ущерб в плане восстановления жилых инженерных коммуникаций и зданий.

Применение информации о рельефе в цифровом виде разрешает учесть темперамент развития страшных природных процессов при муниципальном планировании, создании защитных инженерных организации и сооружений мероприятий по ликвидации ЧС. На рис. 4 представлена трехмерная визуализация территории подтопления для уровня подъема воды 3 м. Результаты моделирования соответствуют настоящей площади, определенной согласно данным космической съемки.

Рис. 4. Оценка площади затопления на протяжении половодья для рек Толучеевка и Подгорная в районе г. Калач (Воронежская область)

Еще одним значимым с позиций прогнозирования страшных склоновых процессов (оползни, обвалы, осыпи) и оценки их действия на объекты транспортной и инженерной инфраструктуры (автомобильные и железные дороги, мосты и т. д.) выступает показатель индекса баланса геомасс (Mass Balance Index), что раскрывает топографические предпосылки к отложению и разрушению грунтов (рис. 5). Этот показатель разрешает распознать участки с высокой степенью возможности развития осыпных склоновых процессов и нанести вред значимым объектам инфраструктуры, и учесть эти сведенья при создании и проектировании защитных сооружений.

В области экологического мониторинга рельеф выступает в качестве информационной базы для моделирования и расчёта потенциальных территорий загрязнения в районах размещения страшных производств. Подобная оценка основана на определяющей роли рельефа в отношении стокоформирующих процессов и оценке орографических факторов при перемещении воздушных весов.

На базе информации о рельефе территории возможно выяснить направление поверхностного стока и направление перемещения загрязняющих веществ, каковые возможно смогут попасть со стоком в районы и речные системы с социально значимыми объектами. Не считая направления стока, ответственными параметрами при моделировании территорий загрязнения выступают удельная водосборная площадь (т. е. площадь водосбора для конкретной ячейки растра либо области интереса), и вышележащая и нижележащая области стока.

Вышележащая область стока является участком территории, поверхностный сток из которого попадает в область интереса, а нижележащая область стока — участок территории, на что попадает поверхностный сток из области интереса. Эти показатели интересны при моделировании влияния и зон загрязнения негативных человеческих факторов на лесные массивы и сельскохозяйственные угодья.

Рис. 5. Индекс баланса геомасс (хорошие значения показывают участки разрушения грунтов, отрицательные — отложения)

ЦМР возможно использована кроме этого при оценке перемещения загрязняющих веществ, переносимых при перемещении воздушных весов (wind-related terrain attributes) и моделировании развития эоловых процессов. Существует множество морфометрических показателей, обрисовывающих разные нюансы сотрудничества атмосферных топографии и процессов. На базе ЦМР рассчитываются индексы наветренного и подветренного эффектов, поверхность так именуемого «дирекционного рельефа» — индекс степени превышения каждого элемента поверхности относительно окружающих и ряд других показателей, и индекс топографической открытости территории.

Подводя результат сказанному выше, нужно подчернуть, что информация о рельефе территории выступает только ответственным причиной для качественного и правильного ответа множества научно-практических и производственных задач в области рациональной организации  природопользования, оценки и прогнозирования потенциальных территорий развития ЧС, мониторинга экологической обстановке и территориального планирования. Применение специальных методов морфометрического анализа в дополнение к базисной геопространственной базе разрешает строить распределенные геоинформационные совокупности с аналитическими элементами в виде инструментов геообработки и веб-сервисов (geoprocessing services, web processing services), разрешающих в своевременном режиме приобретать разноплановую данные о пространственных процессах и принимать действенные управленческие ответы.

Рациональное природопользование как мостик в будущее


Подобранные по важим запросам, статьи по теме: