CC BY
23
УДК 502:528.71
ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЦИФРОВОЙ МОДЕЛИ РЕЛЬЕФА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ДНА ОБВОДНЕННЫХ КАРЬЕРОВ, РАСПОЛОЖЕННЫХ НА ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА НОВОСИБИРСКА
Игорь Михайлович Ламков
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант кафедры кадастра и территориального планирования, тел. (383)344-31-73, e-mail: igor.lamkov@ya.ru
Александр Юрьевич Чермошенцев
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (383)361-01-59, e-mail: fdz2004@bk.ru
Построение цифровой модели рельефа дна для обводненных карьеров, расположенных в черте населенных пунктов, позволяет получить информацию о динамике изменений состояния дна, вызванных природными или техногенными воздействиями. Учитывая трудоемкость выполнения работ по созданию такой модели для каждого обводненного карьера, предложены критерии выбора водоемов, для которых мониторинг состояния дна и береговой линии с помощью методов пространственного моделирования наиболее целесообразен.
Ключевые слова: обводненный карьер, землесосный снаряд, береговая линия, цифровая модель рельефа.
REASON OF NECESSITY TO USE DIGITAL ELEVATION MODEL FOR STUDYING THE BOTTOM OF FLOODED QUARRIES LOCATED WITHIN THE TERRITORY OF NOVOSIBIRSK
Igor M. Lamkov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., postgraduate student of the Department cadastre and territorial planning, tel. (383)344-31-73, e-mail: igor.lamkov@ya.ru
Alexander Yu. Chermoshentsev
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., candidate of technical Sciences, senior lecturer, Department of physical geodesy and remote sensing, tel. (383)361-01-59, e-mail: fdz2004@bk.ru
Building a digital model of the bottom relief for flooded quarries located within the boundaries of settlements, allows to obtain information on dynamics of changes of bottom conditions, caused by natural or man-made influences. Given the complexity of performance of works on creation of such model for each flooded quarry, the proposed criteria for selection of water bodies for which monitoring of the seabed, and shorelines using methods of spatial modeling is the most appropriate.
Key words: flooded quarry, shallow dredge, the coastline, digital elevation model.
Обводненные карьеры являются неучтенными в государственном водном реестре и находятся вне внимания участников ведения государственного мониторинга водных объектов, поэтому практически нет актуальной информации о состоянии водного объекта, изменениях его береговой линии.
Поскольку обводненные карьеры часто находятся на территории земель населенных пунктов, то для обеспечения экологической безопасности населения, требуется обратить внимание на организацию мониторинга этих объектов. С учетом особенностей водных объектов такого типа актуальным, наряду со стандартными данными, является получение сведений о рельефе дна водоема.
Формирование рельефа дна на начальном этапе существования обводненного карьера зависит от глубины разработки месторождения, типа добываемых ископаемых и применяемой техники. Если рассматривать разработку обводненного месторождения землесосным снарядом, то особенностью данной технологии является возможность в дальнейшем проведение работ по намыву грунта уже на существующем водоеме, но при этом в зоне работы практически полностью разрушаются планктонные и донные биоценозы [1]. Формирование новых гидробиологических сообществ в каждом обводненном карьере имеет свои особенности, которые зависят, в том числе, от места проведения очередных работ по гидронамыву.
Рассмотрим особенности формирования рельефа дна на примере обводненного карьера на территории Юго-западного жилого массива г. Новосибирска. Для изучения причинно-следственных связей между морфометрическими показателями рельефа дна обводненного карьера на территории Юго-западного жилого массива г. Новосибирска и этапами работ по его разработке, использовались методы пространственного моделирования [2] и проектная документация намыва грунта землесосным снарядом за различные периоды.
Согласно проектной документации [3], на обводненном карьере с помощью землесосного снаряда выполнялись следующие работы по добыче грунта (рис. 1).
Данные проекта позволяют выделить участки водного объекта различного возраста. Так, по состоянию на 2015 г., время существования наиболее раннего участка гидронамыва (для площадки Юго-западного жилого массива) составляет 35 лет, однако, намыв 1 и 2 очереди происходил путем доработки карьера на полную глубину с подбором грунта на ранее отобранных участках.
В целях получения информации о структуре рельефа дна в различных участках обводненного карьера, образованных за период проведения работ 1980-2000 г., на основе требований нормативного документа [4] выполнены промеры глубин. С учётом сложности рельефа расстояние между промерными галсами составило 20 м, а между промерными точками 10 м. Создание цифровой модели рельефа (ЦМР) на основе наблюдений в отдельных точках выполнялось в программном продукте Surfer. Расчет значений высот в узловых точках модели, в качестве которой используется регулярная сетка, выполнен с применением метода «Kriging» [5]. В дальнейшем работа с цифровой моделью рельефа выполнялась в ГИС «Карта 2011». На основе созданной ЦМР дна построен про-
дольный профиль глубин по максимальной длине водного объекта, основанный на значениях 100 точек (рис. 2).
Рис. 1. Этапы разработки месторождения
0 5 km 1.0km 1.5km 210km
1995 г. 1980 г.
Рис. 2. Продольный профиль обводненного карьера (ГИС «Карта 2011»)
Построенный профиль существенно расширяет информацию, полученную в результате инвентаризации водоемов г. Новосибирска [6], во время которой был построен продольный профиль по 21 точке (рис. 3):
к —-— ------. J У
■ ----- ■ ——.—
Г. it _ '—Т — 7---7--1 '=3 ---- 1 ......Т----" , — 7 ■j i - ■ 1 —"
Рис. 3. Продольный профиль обводненного карьера 2012 г. (AutoCAD)
Согласно профилю 2015 г, рельеф дна обводненного карьера, сформированный в период 1980 и 1995 г. характеризуется пологими формами, в отличие от участка намыва протяженностью 1150 м (1998-2000 г), где наблюдаются значительные колебания.
Другим направлением использования построенной модели является возможность мониторинга участка дна обводненного карьера, на котором прогнозируются наибольшие изменения рельефа за счет эрозионных процессов береговой линии [7]. В условиях эрозии берегов водоем постепенно заполняется наносами и обогащается биогенными элементами, что способствует развитию планктона, помутнению воды, исчезновению бентосной растительности, невозможности проведения процесса фотосинтеза, уменьшению концентрации растворенного кислорода в воде [8]. По результатам полевого обследования территории обводненного карьера выявлены пологие формы береговой линии, сформированные после завершения работ в 1980 г., и обрывистые склоны с интенсивным обрушением берегов, возникновение которых связано с возобновлением работ (1995 г.) по намыву грунта.
Построение ЦМР дна водоема сопровождается экономическими затратами, связанных с проведением промерных работ, обработкой результатов и построением модели, а учитывая значительное количество обводненных карьеров на территории г. Новосибирска и их особенности, необходимо выделить водные объекты, для которых проведение мониторинга с помощью такой модели не эффективно.
Основой для выбора критериев, определяющих целесообразность построения ЦМР дна для обводненных карьеров на территории г. Новосибирска является ГОСТ 17.1.1.02-77 «Охрана природы. Гидросфера. Классификация водных объектов», регламентирующий классификацию водных объектов по основным признакам, характеристикам, категориям, отражающим природные особенности водного объекта, учитываемым при его использовании и охране, и выражаемым качественными (сравнительными) и количественными показателями.
Принимая во внимание, что ЦМР дна является средством анализа ГИС для рельефа водного объекта, в качестве критериев выбраны морфометрические признаки водоемов (площадь поверхности, объем, максимальная глубина), которые по данному ГОСТу оценивались системой индексов 18, 1у, 1н. Разряд обводненных карьеров определялся суммой индексов £ 181у1н (таблица).
Оценка морфометрических признаков для исследуемых обводненных карьеров позволяет сделать вывод, что значения площади поверхности и объема всех обводненных карьеров г. Новосибирска соответствуют самому низкому индексу - 4, однако, по величине максимальной глубины отдельные водоемы соответствуют 2 индексу (с максимальной глубиной 11 м и более), что в итоге отражается на их разряде.
Отнесение обводненных карьеров к 15 разряду свидетельствует о возможности экологического дисбаланса вследствие накопления загрязняющих веществ и эвтрофикации водоема. Поэтому для дальнейшего использования наиболее перспективными являются обводнённые карьеры с 11 разрядом и ниже.
При наличии высокой динамичности изменений рельефа дна и эрозионных процессов береговой линии, мониторинг обводненных карьеров, который включает в себя построение ЦМР и регулярное обновление информации, позволит объективно оценивать влияние природных и антропогенных факторов на состояние водоема.
Таблица
Определение разрядов обводненных карьеров по морфометрическим признакам
c использованием оценочных индексов
№ п/п Район города S, км2 Is V, км3 Iv H max, м Ih I IsIvIh Разряд
1 Ленинский 0,340 4 0,00281 4 18,8 2 10 11
2 Ленинский 0,007 4 0,00001 4 2,1 4 12 15
3 Ленинский 0,120 4 0,00067 4 14,0 2 10 11
4 Ленинский 0,047 4 0,00029 4 13,0 2 10 11
5 Дзержинский 0,007 4 0,00002 4 5,2 3 11 15
6 Дзержинский 0,003 4 0,00001 4 3,8 4 12 15
7 Дзержинский 0,001 4 0,00001 4 2,1 4 12 15
8 Дзержинский 0,003 4 0,00001 4 4,3 4 12 15
9 Калининский 0,020 4 0,00004 4 4,4 4 12 15
10 Кировский 0,019 4 0,00012 4 11,0 2 10 11
11 Кировский 0,055 4 0,00035 4 12,6 2 10 11
12 Кировский 0,002 4 0,00001 4 1,5 4 12 15
13 Первомайский 0,024 4 0,00001 4 0,8 4 12 15
14 Первомайский 0,021 4 0,00002 4 1,9 4 12 15
15 Центральный 0,024 4 0,00014 4 11,5 2 10 11
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Русанов В.В., Гаранина И.А. О проблеме гидробиологической рекультивации карьерных водоемов // Горн. инф-анал. бюл. Моск. гос. горн. ун-т. 2004, №6, с. 154-157.
2. Трубина Л. К., Ламков И. М. Методические подходы к паспортизации искусственных водных объектов для целей кадастрового учета // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2015. - № 5/С. - С. 197-201.
3. Рабочий проект «Намыв территории в границах по ул. Порт-Артурская-Окинская для ликвидации очагов возгорания торфа 1,2 очереди» 1998 г.
4. СП-104-97 «Инженерно-геодезические изыскания для строительства. Часть III. «Инженерно-гидрографические работы при инженерных изысканиях для строительства».
5. Assessment of Urban Areas: Approachts on Geospatial Data Integration/ L.K. Trubina, T.A. Khlebnikova O.N. Nikolaeva // Journal of Asian Scientific Reseach, November 2015, (рр. 482-488).
6. Отчет о выполнении работ по теме «Инвентаризация водных объектов (пруды, обводненные карьеры), находящиеся в муниципальной собственности города Новосибирска» М.А. Бучельников, А.В. Панов, А.А. Перфильев, В.А. Чирков. ФГОУ ВПО «НГАВТ» 2011 г. 16 с.
7. Интеграция геопространственных данных на основе трехмерного моделирования для экологической оценки городских территорий / Л. К. Трубина, Т. А. Хлебникова, О. Н. Николаева, Е. Н. Кулик // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2013. - № 4/1.- С. 83-86.
8. Гогина Е.С. Удаление биогенных элементов из сточных вод: Монография / ГОУ ВПО Моск. гос. строит. ун-т. - М.: МГСУ, 2010. - 120 с.
© И. М. Ламков, А. Ю. Чермошенцев, 2016
