Опыт использования радиолокационных космических съемок при гидрологических исследованиях

      Комментарии к записи Опыт использования радиолокационных космических съемок при гидрологических исследованиях отключены

Опыт использования радиолокационных космических съемок при гидрологических исследованиях

Ю.Б. Баранов, Л.Ю. Кожина, К.Е. Киселевская

ВВЕДЕНИЕ

В 40 км от побережья Карского моря, в западной части полуострова Ямал расположено наибольшее Бованенковское нефтегазоконденсатное месторождение. В текущем году оно вводится в промышленную эксплуатацию. Для обеспечения промышленной безопасности эксплуатации месторождения, на нем организуется геодинамический полигон, для которого нужен учет гидрогеологических черт территории месторождения.

Не обращая внимания на долгое изучение его территории и начало ввода в эксплуатацию, в гидрологическом отношении площадь самого месторождения и в целом п-ова Ямал изучена слабо. Постоянные гидрологические наблюдения на Ямале ведутся Национальным гидрологическим университетом (ГУ ГГИ) лишь с 2004 г. на р. Сеяхе. Это позвано несколькими обстоятельствами.

Бованенковское месторождение расположено в зоне субарктического пояса, с жёсткой зимний период, длительностью около 9 месяцев и прохладным летом, длительностью около 2 месяцев. Территория очень сильно заболочена и как следствие весьма тяжело проходима.

КЛАССИЧЕСКИЕ ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ Изучения

С 1970 г. различными организациями проводились экспедиционные изучения по гидрографическим обследованиям и гидрологическим наблюдениям, но они не имели системного характера и по большей части были направлены на решение инженерно-геологических задач для целей проектирования разных объектов инфраструктуры. В следствии этих изучений, проводимых среди них и сотрудниками ООО «Газпром ВНИИГАЗ», распознаны особенности гидрологического режима территории месторождения.

Реки, протекающие по территории Бованенковского месторожения, относятся к Западно-Сибирскому типу. Талые воды снабжают 75–80% от общего объема стока, дождевой сток занимает второе место, а грунтовой весьма незначительный, что позвано распространением многолетнемерзлых отложений везде. Водный режим сточных и бессточных озер по большей части определяется притоком талых вод с водозаборов, являющихся склонами озерных котловин.

Исключением являются проточные озера, в каковые талые воды поступают из бассейнов, впадающих в них рек. Распределение стока в течении года очень неравномерное. Максимум – весенне-летнее половодье: июнь – 49,5%, июль — 26,5, август — 10,6.

Темперамент половодья зависит от площади водосборного бассейна, снегозапасов на нем, скорости снеготаяния, наличия дождей во время снеготаяния и другое.

Гидрограф половодья в простые годы одновершинный. Пара пиков наблюдаются при больших колебаниях температур либо при выпадениях дождей. На больших реках половодье начинается в первой половине июня, пик в большинстве случаев 22–24 июня, окончание половодья в последних числах Июля, начале августа. Подъем уровней отмечается в течение 14 дней с интенсивностью 10–50 см/дни.

Ледоход проходит на пике половодья. Спад уровней сперва происходит с большей скоростью, чем подъем, а после этого существенно замедляется.

На малых реках половодье начинается в первых числах Июня. Пик отмечается в середине либо в конце второй декады июня. Заканчивается половодье в последних числах Июня.

Летняя межень продолжается с перерывами с середины июля, начала августа до второй декады октября, в то время, когда появляются первые ледяные образования. Зимняя межень начинается с первых ледяных образований, сток сейчас быстро уменьшается, по окончании промерзания деятельного слоя, в то время, когда исключается подземное питание рек, заканчивается вовсе.

Темперамент гидрологической сети и рельефа местности снабжают колебания уровня воды в реках не только в следствии атмосферных осадков и паводка, но и из-за сгонов и ветровых нагонов. Это явление особенно ярко выражено на некрупных реках имеющих подпор от громадных. Ветровые сгонно-нагонные течения обеспечиваются сильными продолжительными ветрами, дующими над водами Карского моря в широтном направлении.

Высота подъема уровня вод при высоких нагонах может составлять более 1 м, наряду с этим происходит более сильный размыв берегов, чем во время половодья. Не считая ветровых сгонно-нагонных явлений на территории изучения существуют отливы и ежедневные приливы, амплитуда колебаний уровня воды при которых образовывает 10–20 см. Под воздействие приливов попадают и маленькие притоки больших рек.

РАДИОЛОКАЦИОННАЯ КОСМИЧЕСКАЯ ГИДРОЛОГИЯ

Оценить обводненность территории возможно не только по результатам классических (полевых) гидрологических наблюдений, дальнейшего моделирования и измерений, но и дистанционно, в следствии дешифрирования космических изображений. В большинстве случаев для данной цели употребляются эти оптических сенсоров, таких как Landsat, Aster и других. Но их использование в высоких широтах связано со многими трудностями.

Одна из них содержится в том, что в течение весенне-осеннего периода частенько присутствует сильная облачность, которая не разрешает приобретать качественные эти. Не смотря на то, что дешифрирование оптических изображений фактически конкретно разрешает поделить воду от увлажненных либо переувлажненных участков.

Оценка водности и ее временной изменчивости нереально было осуществить на таковой огромной территории, расположенной к тому же в столь непростых климатических условиях ни наземными способами, ни с применением оптических сенсоров. Единственной возможностью совершить такую оценку стало применение радиолокационных спутниковых изображений земной поверхности, для которых облачность не имеет критического значения. Радиолокационные эти складываются из фазового и амплитудного слоев.

Фазовый слой используется для моделей моделей смещений и построения местности земной поверхности. Амплитудный возможно использован для ответа различных задач, а также, и для оценки обводненности территории. Амплитудный слой радиолокационного изображения формируется за счет отражения радиосигнала, чем больше отражение, тем ярче приобретаемое изображение и напротив.

Как мы знаем сила отражения зависит от нескольких факторов, главными из которых являются шероховатость облучаемой поверхности, чем она выше, тем посильнее отражение, и состава поверхности, т.к. различные природные комплексы отличаются разной поглощающей свойство радиоизлучения. Как раз исходя из этого на радиолокационных изображениях обводненные площади характеризуются черным цветом, т. к. как раз вода отлично поглощает электромагнитную энергию радиолокационного сигнала и достаточно довольно часто водное зеркало имеет ровную ровную поверхность, т. е. отличается минимальной шероховатостью.

В случае если на протяжении съемки на водной глади имеется беспокойство, то на радиолокационном изображении вода отображается не черным цветом и довольно часто видны волны. Исходя из физических изюминок радиолокационных данных, при определенной доли приближения, возможно заявить, что чем более чёрное изображение, тем более ровная и мокрая поверхность, а чем более яркое, тем она (поверхность) более изрезанная и сухая.

Рис. 1. Размещение метеорологической станции Марре-Сале.
Оранжевым цветом продемонстрированы месторождения углеводородов

На территорию Бованенковского месторождения у авторов имелся последовательность радиолокационных изображений со спутника TerraSAR-X за 2008 г., с периодичностью съемки около 2-х недель. Была отобрана серия летних снимков, наряду с этим начальный и конечный снимок выбирались с учетом фактической погоды на дату съемки. Употреблялась информация по погоде на станции Марре-Сале, ближайшей к месторождению (рис.

1). Метеорологическая информация была взята с сайта http://rp5.ru/, куда информацию о фактической погоде поступают с наземных метеорологических станций через совокупность свободного интернационального обмена метеоданными.
По космическим радиолокационным данным была проанализирована информация о наличии снежного покрова (для более корректного ответа задачи нужно отсутствие снега на поверхности почвы). Первым из серии забран радиолокационный снимок на дату в то время, когда снег всецело сошел (табл. 1). Конечное изображение серии выбиралось кроме этого с учетом снежного покрова. 29.09.2008 г. в первый раз выпал снег, образовав сухой снежный покров 1 см толщины.

Исходя из погодных условий, были отобраны радиолокационные изображения (рис. 2), даты съемки которых следующие: 30.06.2008; 11.07.2008; 22.07.2008; 02.08.2008; 13.08.2008; 24.08.2008; 04.09.2008; 15.09.2008; 26.09.2008.
Таблица 1

Метеорологическая информация по станции Марре-Сале

Местное время в Марре-Сале Температура окружающей среды (2 м над почвой), °C Количество выпавших осадков, мм Время за которое выпали осадки, час Состояние поверхности земли со снегом Высота снежного покрова, см
11.06.2008 9:00 -1,3 –– –– Слежавшийся либо мокрый снег (со льдом либо без него), покрывающий менее половины поверхности земли. 15
28.06.2008 9:00 6,5 –– –– Слежавшийся либо мокрый снег (со льдом либо без него), покрывающий менее половины поверхности земли. 0
29.06.2008 9:00 11,7 –– –– –– ––
30.06.2008 9:00 13,1 –– –– –– ––
26.09.2008 9:00 0,4 –– –– –– ––
27.09.2008 9:00 2 –– –– –– ––
28.09.2008 9:00 -2,3 –– –– –– ––
29.09.2008 9:00 -0,9 –– –– Ровный слой сухого рассыпчатого снега покрывает поверхность земли всецело. 1

Рис. 2. Космические изображения TerraSAR-X, отобранные для определения водности территории

Исходя из обрисованных выше закономерностей формирования радиолокационного изображения, было предположено, что самые тёмные участки соответствуют открытой воде, а самые светлые сухой поверхности. Космические изображения были классифицированы, результаты классификации приведены на рисунке 3. Анализ взятых результатов говорит о том, что большая водность территории приходится на конец июня, после этого отмечается спад и достаточно равномерная обводненность.

Сравнение результатов классификации по радиолокационным данным с картой глубин затопления Бованенковского НГКМ, вычисленным ГУ ГГИ, показывает их высокую сходимость. Карта глубин затопления показывает площади и глубины затопления территории при больших уровнях воды различной возможности превышения, смоделированные в условиях принятой гидрологической модели. Но модель никак не отображает степень влажности поверхности и очень во многом зависит от модели местности, применяемой при расчете.

Рис. 3. Динамика обводненности территории Бованенковского месторождения по итогам классификации амплитудного слоя радиолокационных снимков TerraSAR-X

Итог классификации радиолокационных данных показывает степень увлажненности поверхности в момент съемки. Максимумы соответствуют открытой водной поверхности, а высокие значения — переувлажненным и мокрым грунтам. направляться подчернуть, что водонасыщенность грунта оказывает значительное влияние на скорости протекания страшных геокриогенных процессов и проходимость территории.

Совмещение данных по увлажненности поверхности, основанных на итогах классификации радиолокационных изображений с высокодетальными моделями рельефа разрешает оценить глубины затопления, а помимо этого повышает прогнозирования и качество интерпретации, основанное на актуальных площадных фактических данных, что имеет особенно громадное значение при работах на труднодоступных территориях со непростыми климатическими условиями.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненная работа разрешила на фактическом материале оценить изменчивость увлажненности поверхности, проследить ее динамику в летний период. Сопоставление взятых результатов с картами инфраструктуры позволяет для разрушения опасности и анализа подтопления паводковыми водами существующих и проектируемых объектов инфраструктуры промысла, и для оценки эффективности:

  • существующих водопропусков;
  • всплытия трубопроводов и ликвидаций подтопления;
  • проводимых противопаводковых мероприятий и другое.

Раздельно направляться отметить тот факт, что подобный анализ радиолокационных космических разрешённых позволяет подобрать снимки, пригодные для предстоящей интерферометрической обработки, в целях построения цифровых моделей.

Бэкстейдж со съемок фильма о радиофизике Александре Минце


Подобранные по важим запросам, статьи по теме: