Научная статья на тему 'Данные с БПЛА для построения цифровой модели бассейна реки Есиль (Ишим)'

Данные с БПЛА для построения цифровой модели бассейна реки Есиль (Ишим) Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
133
47
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЦИФРОВАЯ МОДЕЛЬ РЕЛЬЕФА / ПОЛОВОДЬЕ / ПРОГНОЗ / ЗОНЫ ЗАТОПЛЕНИЯ

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Литвиненко М. Ю., Маховых И. А., Крючков В. Н., Немилостев Н. Д., Сартин С. А.

В статье показана возможность применения аэрофотосъемки для построения модели прогноза вероятных зон затопления в период весеннего половодья на реке Есиль (Ишим). В статье представлены промежуточные результаты работы в данном направлении.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Литвиненко М. Ю., Маховых И. А., Крючков В. Н., Немилостев Н. Д., Сартин С. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Данные с БПЛА для построения цифровой модели бассейна реки Есиль (Ишим)»

ДАННЫЕ С БПЛА ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ЦИФРОВОЙ МОДЕЛИ БАССЕЙНА РЕКИ ЕСИЛЬ (ИШИМ)

© Литвиненко М.Ю.*, Маховых И.А.*,

Крючков В.Н.*, Немилостев Н.Д.*, Сартин С.А.*

Северо-Казахстанский государственный университет, Республика Казахстан, г. Петропавловск

В статье показана возможность применения аэрофотосъемки для построения модели прогноза вероятных зон затопления в период весеннего половодья на реке Есиль (Ишим). В статье представлены промежуточные результаты работы в данном направлении.

Ключевые слова цифровая модель рельефа, половодье, прогноз, зоны затопления.

Идея применения аэрофотосъемки для получения планов речных пойм не нова. Еще в 30-х годах ХХ в голландцы впервые получили подробную карту рельефа затопленного района Вангерооде при разных уровнях воды. Но к настоящему времени число аэрофотосъемок, в классическом понимании, не велико, однако применение современных методов, вместе с использованием небольших беспилотных аппаратов, позволяет получать неплохие результаты [1].

В рамках построения модели прогноза и мониторинга паводковой ситуации на реке Есиль (Ишим) начал применяться беспилотный летательный аппарат для исследования различных участков реки, процесса затопления и оценки опасности для находящихся рядом объектов. В первую очередь изучаются потенциально опасные участки близь населенных пунктов. Такие исследования в перспективе позволят наглядно представить процесс затопления поймы. Знание этого процесса необходимо при решении многих инженерных задач, кроме того, это позволит получать более надежные прогнозы по разливу и обеспечивать комплексное реагирование на угрозу затопления.

Процесс затопления находится в тесной зависимости от типа поймы исследуемого участка, характера руслового процесса и закономерностей освобождения пойменного участка ото льда (в частности процессов очищения ото льда основного русла на значительном протяжении, попадание льда из проток на пойму и развитие ледохода на пойме). Данные, полученные с БПЛА, позволяют объективно осветить все эти вопросы.

На основании материалов аэрофотосъемок и наблюдений за уровнем воды можно установить основные фазы процесса очищения ото льда всего пойменного участка.

Основным недостатком ЦМР на основе данных спутниковых систем является низкое разрешение, и не самая высокая точность, что не всегда под-

* Магистрант.

* Старший преподаватель кафедры «Физика», кандидат физико-математических наук.

ходит для обработки сравнительно крупных бассейнов. Очевидно, что для обработки малых водосборов и выделения начальных элементов гидрографической сети (логов, оврагов, временных водотоков) необходимо использовать более подробную основу - модели рельефа, построенные путем интерполяции оцифрованных изолиний с топографических карт. Но такой метод не только очень трудоемок, но и практически не возможен из-за возраста таких карт в нашей области. В настоящее время единственная альтернатива - БПЛА.

Для создания статистического базиса модели паводка можно воспользоваться методом последовательных аэрофотосъемок - совокупность площадных аэрофотосъемок исследуемого участка реки с аэрогидрометрическими определениями поля поверхностных скоростей и элементарных расходов воды, выполненными в разные фазы водного режима реки.

Аэрометоды включают:

- последовательные площадные аэрофотосъемки исследуемого пойменного массива или участка при разных уровнях воды;

- аэрогидрометрические определения поля поверхностных скоростей течения на характерных участках;

- последовательные одномаршрутные съемки участков поймы для построения профилей поперечного сечения.

Наземное гидрометрическое обеспечение включает в себя:

- стационарные наблюдения над уровнем воды как минимум по одному водпосту в районе проведения работ для получения многолетних характеристик уровня;

- наблюдения над скоростью и направлением ветра в период про ведения аэрогидрометрических работ на ближайшей метеостанции;

- получение в абсолютных отметках профилей поперечного сечения эталонных участков.

Рассмотрим некоторые характеристики каждого вида работ.

Площадная съемка - съемка участка серией параллельных маршрутов. Она должна обеспечивать необходимую обзорность участка для выявления мест возникновения течений и распространения их па пойме, для обнаружения путей захода воды на пойму при подъеме и выходе воды в русла при понижении уровня.

При исследовании процесса затопления важно получить план поверхностных скоростей течения па всей ширине поймы. Измерениями должны быть охвачены основные зоны пойменного потока - зоны перелива воды через бровки проток, зоны сосредоточенных течений и транзита, зоны тиховодий, вызванных естественными и искусственными преградами, зоны обтекания местных препятствий, зоны аккумуляции воды и др. Исходя из этого, и выбираются участки для измерения скоростей. Для изучения динамики течений необходимо постоянство расположения этих участков на весь период половодья [1].

Применение метода последовательных аэрофотосъемок позволяет получить характеристику процесса затопления поймы при наименьших затратах денежных средств, что важно, учитывая труднодоступность широких пойм.

Рис. 1. Участок русла близ с. Байтерек

Рис. 2. Карта высот участка русла близ с. Байтерек

На данном этапе исследований проводились запуски БПЛА в нескольких точках. На рисунке 1 показана съемка участка русла близ села Байтерек Кызылжарского района на высоте 336 метров. Зона покрытия составила 4175,81 км, разрешение - 0,07 м/пикс.

На основании полетных данных была построена карта высот на данном участке (рис. 2).

На рис. 3 показана съемка участка русла близ села Новокаменка Кы-зылжарского района на высоте 342 метров. Зона покрытия составила 4303,23 км, разрешение - 0,074 м/пикс.

Рис. 3. Участок русла близ с. Новокаменка

На основании полетных данных была построена карта высот на данном участке (рис. 4).

Используя подобного рода карты можно оценить примерное направление движения воды при ее выходе из русла. Также можно примерно оценить динамику такого движения. Увеличение количества таких данных позволит построить ЦМР для всей поймы.

Однако данные, получаемые с БПЛА, не охватывают один довольно существенный момент паводкового процесса, а именно характеристики непосредственно речного русла. Такие параметры как глубина и шероховатость дна, довольно важны при построении модели. Наилучшим решением является непосредственное измерение на месте. Для этих целей будет использоваться эхолот.

Рис. 4. Карта высот участка русла близ с. Новокаменка

Таким образом, совместное использование данных дистанционного зондирования, наземных измерений основных гидрологических характеристик реки и эхолокации позволит получить довольно точную и надежную модель развития половодья. Что в свою очередь будет способствовать улучшению качества прогнозов уровня подъема воды и зон возможного затопления в период весеннего половодья на реке Есиль (Ишим).

Список литературы:

1. Гарцман Б.И., Бугаец А.Н., Тегай Н.Д., Краснопеев С.М. Анализ структуры речных систем и перспективы моделирования гидрологических процессов / Тихоокеанский институт географии ДВО РАН. - Владивосток 2008.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.