CC BY
23
ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ
The dynamic of changes in hydromorphometric parameters of Otkaznenskoe reservoir Malofeev D.
Динамика изменения гидроморфометрических показателей Отказненского водохранилища Малофеев Д. А.
Малофеев Денис Алексеевич /Malofeev Denis - cтудент магистратуры, кафедра экологии и природопользования, Институт математики и естественных наук, Северо-Кавказский федеральный университет, г. Ставрополь
Аннотация: в статье приводится динамика изменения гидроморфометрических характеристик Отказненского водохранилища с 1981 по 2014 гг. Также рассматривается трансформация прибрежной территории в процессе эксплуатации Отказненского водохранилища. Abstract: the article shows the dynamics of changes in hydromorphometric characteristics of Otkaznenskoe reservoir from 1981 to 2014. We also consider the transformation of the coastal territory during operation Otkaznenskoe reservoir.
Ключевые слова: водохранилище, гидроморфометрические показатели, антропогенная трансформация, природная трансформация.
Keywords: reservoir, hydromorphometric parameters, anthropogenic transformation, natural transformation.
Морфометрические показатели водных объектов являются ключом к пониманию и прогнозированию ряда важнейших гидрологических процессов [1; 5]. Водохранилища, а тем более русловые, являются динамичными водными объектами, что обусловлено сложным режимом колебания уровня водоема за счет многолетних, сезонных и суточных изменений в результате наполнения или сработки водохранилища [4]. В оценке экологического состояния прибрежной территории и береговой линии водохранилищ важно оперировать такими морфометрическими показателями, как площадь акватории, объем, длина, ширина, протяженность аккумулятивного и абразионного берегов водохранилища [2; 5]. Современное развитие технологий дистанционного зондирования Земли и геоинформационных систем позволяет получить не только оперативные сведения о морфометрии водных объектов, но и проанализировать динамику их изменения, используя архивные космические снимки и топографические карты [1; 6].
Отказненское водохранилище располагается в Советском районе Ставропольского края, и было устроено в 1965 г. на реке Куме. Оно было предназначено для сезонного регулирования стока реки Кумы, орошения прилегающих сельскохозяйственных угодий, разведения рыбы [3]. По данным ФГБУ «Управление эксплуатации Кумских гидроузлов и Чограйского водохранилища», в настоящее время Отказненское водохранилище исчерпало свои возможности хозяйственного регулирования стока с целью обеспечения орошения и используется исключительно для регулирования паводков. Причина в том, что в нем скапливаются наносы из реки Кумы и происходит процесс заиления. За годы эксплуатации водохранилища его полезный объем сократился на 39,2 млн. м3, сократилась его площадь, заметно трансформировалась береговая линия и прибрежная территория, а ежегодный объем отложений составляет около 1 млн. м3 [3; 7]. В связи с данными обстоятельствами изучение динамики морфометрических показателей Отказненского водохранилища является актуальным.
Нами была проанализирована динамика изменения морфометрических показателей Отказненского водохранилища (площадь зеркала воды, длина береговой линии, максимальная ширина и длина, протяженность аккумулятивного и абразионного берегов) в период с 1981 по 2014 гг. с использованием картографических материалов и космических снимков.
В качестве первичной информации нами была использована топографическая карта (масштаба 1:100000) 1981 г. Более ранние топографические карты были изданы только в середине 50-х гг. ХХ в., когда Отказненское водохранилище еще только проектировалось, и на картографических материалах того времени оно отсутствует. Поэтому исходные морфометрические показатели Отказненского водохранилища определялись нами по состоянию на 1981 год.
Сравнительно новые топографические карты изучаемой территории были созданы в 2002 г. и в 2010 г. Изучение морфометрических показателей водохранилища в 2002 г. проводилось по
топографической карте с корректировками и уточнением по космическому снимку со спутника QшckBird (дата съемки 08.2003 г., с пространственным разрешением 0,60 м).
Дальнейший анализ космических снимков со спутников QuickBird (дата съемки 08.2011 г., с пространственным разрешением 0,60 м) и КОМРБЛТ-3 (дата съемки 03.2014 г., с пространственным разрешением 0,70 м) позволил нам определить морфометрические показатели Отказненского водохранилища по состоянию на 2014 г., а также увидеть динамику уменьшения площади акватории водохранилища и трансформации его прилегающей территории.
Все картографические материалы и космические снимки были трансформированы в одну проекцию и сведены к единому масштабу в ГИС МарШЬ 15.0. Определение морфометрических показателей проводилось в соответствие с общепринятыми методиками [2; 5]. Измерение морфометрических характеристик проводилось инструментальными средствами ГИС МарШЪ 15.0.
В результате проведенных исследований нам удалось получить следующие результаты. Площадь акватории водохранилища в 1981 г. составляла 18,07 км2 (таблица 1). В процессе эксплуатации водохранилища, его площадь заметно сократилась, и часть водохранилища, расположенная к юго-востоку от русла реки Кумы, отделилась. Этот процесс обусловлен аккумуляцией большого количества наносов, приносимых реками Кумой и Золкой в Отказненское водохранилище. То есть фактически часть водохранилища площадью около 2 км2 образовалась в самостоятельный водоем и не участвует в регулировании стока реки Кумы. В этот водоем поступает только вода из реки Золки.
Площадь Отказненского водохранилища по сравнению с 1981 г. к 2002 г. сократилась на 34 %, а к 2014 г. на 40 %. Соответственно изменились и другие морфометрические показатели водохранилища (таблица 1). Длина береговой линии в 1981 г. составляла 21,57 км, к 2002 г. сократилась на 2,58 км, но к 2014 г. увеличилась на 3,74 км. Последнее объясняется продолжающимся процессом аккумуляции наносов по берегам реки Кумы в Отказненском водохранилище, что приводит к трансформации и увеличении береговой линии. В 2014 г. длина аккумулятивного берега водохранилища составила около 19 км. Длина дамбы за исследуемый нами период сократилась на 420 м, преимущественно с западной стороны.
Таблица 1. Динамика изменения морфометрических показателей Отказненского водохранилища с 1981 по 2014 гг.
Показатель 1981 2002 2014
вдхр. вдхр. водоем, расположенный юго-восточнее вдхр. вдхр. водоем, расположенный юго-восточнее вдхр.
Площадь зеркала воды, км2 18,07 10,24 1,75 9,02 1,73
Длина береговой линии, км 21,57 18,99 7,79 22,73 6,69
Максимальная длина, км 5,88 3,07 2,84 1,36 1,32
Максимальная ширина, км 5,51 4,99 4,21 2,22 2,12
Длина дамбы, км 3,75 3,39 - 3,33 -
Длина аккумулятивного берега, км 14,07 15,61 5,88 18,89 5,00
Длина абразионного берега, км 7,50 3,38 1,92 3,84 1,70
Таким образом, за более чем 30-летний период эксплуатации водохранилища (1981-2014 гг.), значительная часть акватории водохранилища (площадью 7,32 км2) превратилось в сушу, которая продолжает трансформироваться под воздействием природных и антропогенных процессов.
Нами были определены категории земель, образовавшиеся в процессе трансформации прибрежной территории Отказненского водохранилища. Для выполнения данной задачи нами было проведено дешифрирование космического снимка со спутника КОМРБЛТ-3 2014 г. и создана карта-схема трансформированной территории (рисунок 1). В результате нами были выделены следующие категории земель: акватория водоема, расположенного к юго-востоку от современной береговой линии Отказненского водохранилища; земли, покрытые лесом и древесно-кустарниковой растительностью; земли, покрытые водно-болотной растительностью; объекты инфраструктуры (дороги, базы отдыха, МТФ, полевые станы и пр.); земли сельскохозяйственного назначения; иные земли.
Рис. 1. Карта-схема трансформации территории Отказненского водохранилища в 1981-2014 гг.
За исследуемый период в категорию земель сельскохозяйственного назначения (поля и пастбища) перешло 2,03 км2 (около 27%) от бывшей акватории Отказненского водохранилища. Более 43 % трансформированной территории занимают заболоченные участки, занятые водно-болотной растительностью. Около 27 % территории в настоящее время занимает пойменный лес, который вырос по берегам реки Кумы.
Таким образом, использование разновременных топографических карт и космических снимков позволило отследить динамику изменения морфометрических показателей и трансформации прибрежной территории Отказненского водохранилища. За период с 1981 г. по 2014 гг. площадь Отказненского водохранилища сократилась на 40 %.
В трансформации прибрежной территории Отказненского водохранилища участвуют, как природные, так и антропогенные процессы. Природные процессы трансформации прибрежной территории проявляются в скоплении наносов рекой Кумой, образовании аккумулятивных форм рельефа, формировании участков, занятых водно-болотной и древесно-кустарниковой растительностью. Антропогенные процессы преобразования прибрежной территории Отказненского водохранилища связаны с распашкой земель, образовании пастбищ сельскохозяйственных животных и, соответственно, формированием земель сельскохозяйственного назначения, а также с устройством баз отдыха. Площадь земель, образовавшихся под воздействием природных процессов, составляет около 71% от общей площади трансформированной территории, а под воздействием антропогенных процессов - около 29 %.
Литература
1. Абросимов А. В. Использование данных ДЗЗ из космоса для мониторинга водных объектов/ А. В. Абросимов, Б. А. Дворкин // Геопрофи, № 5, 2009. С. 40-45.
2. Гидрология: учебное пособие/ сост. В. А. Михеев. Ульяновск: УлГТУ, 2010. 200 с.
3. Доклад о состоянии окружающей среды и природопользовании в Ставропольском крае в 2014 году. Ставрополь: МПР СК, 2015. 160 с.
4. Курбатова И. Е. Космический мониторинг береговой зоны Краснодарского водохранилища // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, 2008. В. 5. Т. 2. С. 523-528.
5. Михайлов В. Н. Гидрология: учебник / В. Н. Михайлов, А. Д. Добровольский, С. А. Добролюбов. М.: Высш. шк., 2005. 463 с.
6. Одинцов С. В. Геоинформационные технологии как средство определения гидроморфометрических характеристик реки Кума на территории Буденновского и Левокумского районов. [Электронный ресурс]: С. В. Одинцов, В. И. Фаизова, Ю. В. Сивоконь, И. А. Халин [и др.] // Современные проблемы науки и образования, 2014. № 6. URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=16500. (дата обращения: 02.05.2016).
7. Чумакова И. В. Особенности рыбохозяйственного использования Отказненского водохранилища на реке Кума в связи с эксплуатационными изменениями гидрологических характеристик /
И. В. Чумакова, Е. Г. Мишвелов, Е. В. Деревягин // Научные исследования: от теории к практике: материалы VI Междунар. науч.-практ. конф. (Чебоксары, 31 дек. 2015 г.). Чебоксары: ЦНС «Интерактив плюс», 2015. № 5 (6). С. 25-26.
Monitoring the coastline of Otkaznenskoe reservoir using remote sensing data
Malofeev D.
Мониторинг береговой линии Отказненского водохранилища с использованием материалов дистанционного зондирования Земли
Малофеев Д. А.
Малофеев Денис Алексеевич /Malofeev Denis - студент магистратуры, кафедра экологии и природопользования, Институт математики и естественных наук, Северо-Кавказский федеральный университет, г. Ставрополь
Аннотация: в статье рассматриваются возможности использования материалов дистанционного зондирования в мониторинге береговой линии на примере Отказненского водохранилища. Анализируется динамика изменения береговой линии Отказненского водохранилища в период с 1981 по 2014 гг. Abstract: the article considers the possibility of using remote sensing data to monitor the coastline on the example Otkaznenskoe reservoir. We have analyzed the dynamics of change Otkaznenskoe reservoir shoreline between 1981 and 2014.
Ключевые слова: водохранилище, береговая линия. Keywords: reservoir, coastline.
Искусственные водные объекты, в том числе водохранилища, являются динамическими геосистемами, которые особенно подвержены процессам трансформации и деформации береговой зоны. Мониторинг берегов водохранилищ является частью обязательного государственного мониторинга водных объектов в соответствие с постановлением Правительства РФ от 10.04. 2007 г. N219 [4]. Отказненское водохранилище было устроено в 1966 г. в Советском районе Ставропольского края для регулирования стока р. Кумы. В процессе эксплуатации водохранилище обмелело, и сократилась его акватория [2]. В связи с данными обстоятельствами мониторинг береговой линии Отказненского водохранилища является актуальным.
Традиционно мониторинг береговой линии водохранилища проводится с помощью визуальных наблюдений и геодезических изысканий. Но такой подход сопровождается субъективной оценкой состояния береговой линии, и требует значительных материальных, временных и трудовых затрат. В настоящее время интенсивное развитие методов дистанционного зондирования Земли привело к тому, что в мониторинге береговой линии и зоны водохранилища можно использовать космические снимки высокого разрешения. С их помощью становится возможным не только оперативный мониторинг береговой линии водохранилища, но и создание карт современного состояния береговой зоны, динамики экзогенных геологических процессов, инфраструктуры в достаточно короткие сроки [1; 3; 5].
Положение и устойчивость береговой линии определяется процессами абразии (механического разрушения берега под воздействием волн), аккумуляции (скопления наносов, приносимых волнами и прибоем, а также с течением реки) и характером антропогенного воздействия.
Нами был проведен мониторинг береговой линии Отказненского водохранилища с 1981 г. с использованием картографических материалов (топографическая карта 1981 г., масштаба 1:100000) и космических снимков со спутников QuickBird (дата съемки 08.2003 г., с пространственным разрешением 0,60 м) и KOMPSAT-3 (дата съемки 03.2014 г., с пространственным разрешением 0,70 м). Выбор этих данных дистанционного зондирования был обусловлен наличием хорошего пространственного разрешения, поскольку Отказненское водохранилище и прилегающая к нему территория имеют сравнительно небольшие размеры. Также изучаемые объекты на данных космических снимках, хорошо различимы как в мультиспектральном режиме, так и в видимом диапазоне. Все картографические и дистанционные материалы были трансформированы в одну проекцию и сведены к одному масштабу с помощью ГИС MapInfo Pro 15.0.
В результате детального изучения картографических материалов и дешифрирования космических снимков нам удалось получить следующие результаты. В период эксплуатации площадь акватории Отказненского водохранилища значительно сократилась, образовался обособленный водоем в юго-восточной части. К 2014 г. площадь Отказненского водохранилища сократилась на 40 % (по сравнению с 1981 г.), а мёртвый объем водохранилища заилился на 81%. Соответственно береговая
