CC BY
13ОРГАНИЗАЦИЯ МОНИТОРИНГА ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ ГИССАРСКОЙ ДОЛИНЫ РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН
ORGANIZATION OF MONITORING OF IRRIGATED LAND OF THE GISSAR VALLEY OF THE REPUBLIC OF TAJIKISTAN
УДК 332.68
Лепехин П.П., к.г.н., доцент, ФГБОУ ВО «Государственный университет по землеустройству», г. Москва, Россия
Алиев Н.Н., аспирант, ФГБОУ ВО «Государственный университет по землеустройству», г. Москва, Россия Lepekhin P.P., Shampolamo@inbox.ru Aliev N.N., nnozim@gmail.com
Аннотация
В статье рассматривается применение геоинформационных систем и космических снимков для установления состояния, использования, оценки и прогнозирования процессов, оказывающих негативное влияние. Получены результаты по состоянию рельефа на территории Гиссарской Долины, определены требования, которые должны быть предъявлены к разрабатываемой информационной системе для мелиоративных земель, которые должны обеспечить получение обязательных показателей.
Annotation
The article discusses the use of geographic information systems and satellite images to establish the state, use, as well as evaluate and predict processes that have a negative impact. The results on the state of the relief on the territory of the Gissar Valley were obtained, the requirements necessary for the developed information system for reclamation lands were determined, which should ensure the receipt of mandatory indicators
Ключевые слова: геоинформационные системы (ГИС), мелиоративные земли, оценка состояния, прогнозирование, показатели оценки, космические снимки
Keywords: geographic information systems (GIS), reclamation lands, state assessment, forecasting, assessment indicators, satellite images
Основными результатами работы геоинформационной системы управления орошаемыми землями Гиссарского района являются отчеты по использованию мелиорируемых сельскохозяйственных угодий, выполненные по стандартным формам, прогнозы изменения мелиоративной и эколого-экономической обстановки, а, главное, тематические карты (картограммы) в удобном для восприятия графическом виде, отражающие информацию об использовании и состоянии орошаемых земель. Фермерские и дехканские хозяйства осуществляют выращивание сельскохозяйственных культур для обеспечения потребности народного хозяйства в продуктах питания. Основными сельскохозяйственными культурами в исследуемом районе являются: пшеница, хлопчатник, рис и виноградники.
Использование ГИС позволит обеспечить повышение качества управления орошаемыми землями и научной обоснованности планирования развития орошения в Гиссарской долине районе Республики Таджикистан, а также даст возможность внедрить геоинформационные технологии в управление всеми мелиоративными комплексами Таджикистана.
Организация мониторинга орошаемых земель Гиссарской долины с применением геоинформационных систем предусматривает следующие этапы:
1-й этап: Анализ комплексной информации состояния и использования природных сред на территории Гиссарской долины. Сбор информационного материала на объект исследования осуществляют из различных информационных источников, запрашивают информацию из банка данных регионального значения, получают многоспектральные космические снимки со спутника Landsat 7 и Landsat 8, анализ тестовых данных.
2-ой этап: Математический анализ многоспектральных спутниковых снимков на территорию Гиссарской долины. Проведение анализа многоспектральных спутниковых снимков со спутника Landsat 7 и Landsat 8 с помощью программного обеспечения ArcGis 12, определение площадей орошаемых земель на территории Гиссарской долины. Дешифрирование и векторизация растровых данных на исследуемую территорию.
3-ий этап: Обоснование репрезентативности показателей оценки состояния орошаемых земель. Установление негативных процессов, возникающих в Гиссарской долине, группировка в следующие группы: природный, техногенный, социальный. Проведение анализа с применением программных продуктов «Statistica» v.10.0, JMP Statistic 15 и Minitab 19, на основе которых проводится анализ комплекса показателей, описывающих состояние природных сред, находящихся в контакте с орошаемыми землями: регрессионный, корреляционной матрицы. Определение скрытых факторов, влияющих на состояние орошаемых земель и прогнозирование развития изменения их состояния. Определение зон для проведения исследований.
4-ий этап: Проведение полевых исследований. Осмотр мелиорируемой территории на местности, отыскание параметров дешифрирования, зрительный анализ почвенного покрова и культур мелиорируемых земель, определение участков с ярко выраженными признаками засоления, контроль промежуточного дешифрирования, измерение глубины залегания грунтовых вод и сбора проб в сети скважин и колодцев, определение координат опорных точек наблюдения для исправления данных с применением современных технологий, GPS, БПЛА и др.
5-ый этап. Организация единого информационного пространства мониторинга орошаемых земель Гиссарской долины. Предусмотрено вовлечение в единое информационное пространство ведомственные службы области, осуществляющие различные виды мониторингов (рис. 1).
6-ый этап. Создание цифровых тематических карт орошаемых земель Гиссарской долины, дехканских хозяйств в виде: географических (размещение, состояние, связи имеющихся природных и общественных явлений,
кадастровой информации и др.); экологических (загрязнение, зараженность, радиоактивность, подверженность опасным природным и природно-техногенным процессам: селям, оползням, снежным лавинам, обвалам, землетрясениям и т.д.) и других; картосхем (в т.ч. и трехмерные модели местности); картограмм, показывающих требуемые тематические характеристики факторов природно-антропогенного воздействия.
Актуализация тематических карт проводится на основе сбора данных, полученных из различных источников по различным мониторингам, осуществляемым на территории Гиссарской долины, формируемым на основе предложенной методики выбора наиболее репрезентативных показателей мониторинга орошаемых земель Гиссарской долины с применением программных продуктов «Statistica» v.10.0, JMP Statistic 15 и Minitab 19.
Таким образом, внедрение мониторинга орошаемых земель Гиссарской долины и на основе применения ГИС-технологий для мониторинга орошаемых земель позволяет создавать карты непосредственно в цифровом виде по координатам, полученным в результате измерений на местности или при обработке материалов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), БПЛА, полученных из различных источников. Внедрение в процесс мониторинга орошаемых земель анализа многоспектральных спутниковых снимков со спутника Landsat 7 и Landsat 8 с применением программного обеспечения ArcGis 12. При создании цифровых карт в среде ГИС упор делается на создание структуры пространственных отношений между объектами.
Цифровые карты служат основой для изготовления обычных бумажных и компьютерных карт на бумажной основе и содержат данные и правила, описывающие положение и пространственно-логические взаимоотношения объектов территории Гиссарской долины.
Обострение экологической ситуации делает все более актуальными работы по сознанию информационных баз, прикладных геоинформационных систем и использованию ГИС -технологий для решения комплекса проблем, возникающих в области природопользования и охраны окружающей среды. В
области мониторинга орошаемых земель посредством ГИС возможно решение следующих основных задач:
— отражение текущего состояния земель и прилегающей акватории шельфовой зоны по отдельным параметрам или их возможным совокупностям в виде картосхем различного масштаба по различным территориальным единицам и уровням;
— оценка состояния и динамика орошаемых земель по различным параметрам (эрозия, засоление, загрязнение почв, кислотность и т. д.);
— оценка площади и продуктивности сельскохозяйственных угодий;
— прогноз возможного изменения качества орошаемых земель;
— оценка экономического ущерба от загрязнения орошаемых земель воздушными, водными и другими источниками;
— моделирование экологических процессов на орошаемых землях и на территории Гиссарской долины;
— оценка состояния мелиоративных систем и проектирование их реконструкции;
— прогнозирование и проектирование использования орошаемых земель, их охрана.
При использовании разработанной методики были выполнены сбор данных с наземных контрольных точек для получения ортофотопланов с многоспектральных спутниковых снимков, полученных со спутника Landsat 7 и Landsat 8, с целью сравнения пространственных данных с имеющимися данными. Для реализации данного подхода все местонахождения почвенных проб были зафиксированы с использованием ручного GPS навигатора марки Garmin 90, которым было зафиксировано более 150 точек, охватывающих все параметры для привязки материалов ДЗЗ на эту территорию.
Классификация и генерализация входных данных была проведена на основе баз географических данных, составленной автором с учетом таблицы атрибутов и первичных материалов.
Для дальнейшего исследования автором были выбраны орошаемые земли дехканского хозяйства «Истиклол» Гиссарского района, расположенные в Центральном Таджикистане. Общая площадь ключевых участков составляет 150 гектар или 0,2% от общей территории мониторинга.
Полевые наблюдения были проведены при определении внутрихозяйственных границ землепользования; состояния ветрозащитных полос; при взятии почвенных образцов для анализа ее содержания с целью выяснения степени плодородия почвы на орошаемых экосистемах изучаемой территории.
Дальнейшая обработка была проведена на основе разработанной модели создания карт мониторинга орошаемых земель Гиссарской долины с использованием ГИС и статистической обработки данных представлен «Statistica» v.10.0, JMP Statistic 15 и Minitab 19.
Вопросы, касающиеся антропогенных воздействий на разрушение экологического баланса орошаемого потенциала на процесс деградации и водной эрозии земель, которая была нами получена на основе полевых наблюдений. При полевых обследованиях дехканских хозяйств также были получены данные о количестве основных сельскохозяйственных культур, производимом в каждом хозяйстве.
Картографирование. На основе предложенной методики нами был составлен ряд тематических карт относящиеся к задачам исследования, а также получены актуальные карты территории исследования с применением ГИС технологий.
Растеризация была выполнена при обработке космического снимка с целью получения растрового изображения, а также подготовки цифровых данных для внесения в базу данных.
Метод позволил нам подготовить более 20 видов пространственных данных и получить растровые данные из полученных векторных файлов. Оцифровка данных осуществлялась с применением программного обеспечение ARC GIS & Microsoft Excel.
Векторизация. Процесс дешифрирования космических снимков осуществлялся нами с целью определения разновидностей сельскохозяйственных культур на изучаемой территории и ряда фотограмметрических подходов для определения параметров, изучаемых физических объектов, отраженных на снимках. Были векторизованы все физические объекты, находящиеся на изучаемой территории.
Векторизация проведена на базе Arc Catalog в Arc GIS программе с помощью метода редактирования объектов. В результате были получены векторные файлы на все объекты исследования.
Математико-статистические методы. Математические методы вычисления позволяют определить количество изучаемых явлений в той или иной сфере. Нам необходимо было использовать данный метод при вычислении количества пропашных культур и остальных физических объектов, их местоположения, площади, которые отражены на космоснимках.
При использование статистических методов можем писать, что все табличные данные и демонстративно-схематические данные были получены на основе статистических расчетов пересчетов данных. Определялись наиболее информативные показатели с использованием статистических методов и подходов.
Лабораторные методы. Поставленные задачи исследования требовали проведения анализа содержания почв на ключевых участках, чтобы выяснить долю плодородия почвы, а также состав почвы для повышения продуктивности орошаемых земель. Используя лабораторные анализы, был проведен анализ почвенных проб, взятых в трёх фермерских хозяйствах на изучаемой территории. Лабораторные анализы проведены на определение механического состава почвы, а также состава гумуса и некоторых труднорастворимых элементов. Анализ почвенных проб был проведен по стандартным требованиям (Зайдельман, Качинский, 1995 и др.).
Таким образом, можно считать ключевым показателем возможности использования данной методики - это достижение поставленной цели,
которой является осуществление государственного мониторинга состояния и использования орошаемых земель Гиссарской долины с использованием карт, созданных с применением геоинформационных технологий на базе Arc Catalog в Arc GIS.
Исходя из этого можно выделить главный критерий - создание тематических карт, для которых главными показателями являются: векторные данные, растровые данные, текстовые данные, их проверка и обработка.
В таблице 1 наглядно показано сравнение двух методик по этим показателям. Показатели для обработки данных по второй схеме зависят от специфики состояния и использования земель в разных районах долины. Сравнивая два метода создания карт по осуществлению государственного мониторинга состояния и использования земель, можно отметить, что при использовании любого из них можно получить требуемый результат -тематическую карту, отображающую состояние и использование земель любой интересующей территории.
Но при этом следует обратить внимание, что при использовании статистической обработки данных во втором методе можно добиться более качественного и правильного отображения реальной ситуации на местности благодаря двойной проверке на достоверность данных - статистической и экспертной.
Также при использовании статистической обработки можно найти зависимости между показателями, определить тренды развития показателей, спрогнозировать развитие наблюдаемых показателей и заблаговременно принять управленческое решение по предотвращению ухудшения ситуации.
Таким образом, на основе схемы 2 были разработаны карты на орошаемые земли Гиссарской долины, на основе которых были выполнено моделирование возможных мероприятий по реконструкции мелиоративных систем Гиссарской долины (рис. 2).
Выводы. Таким образом, авторами в представленной статье, рассмотрен анализ состояния орошаемых земель Гиссарской долины на основе
применения многоспектральных спутниковых снимков со спутника Landsat 7 и Landst 8 с помощью программного обеспечения ArcGis. В процессе их анализа получены карты по индексу NDVI с 2010 по 2019 годы, на основе которых были получены изменения площади покрытия растительностью за период 2010-2019 годов. А затем получены карты MNDWI с 2010 по 2019 годы покрытия водой и определены участки, относящиеся к орошаемым землям с помощью полученных данных по растительности и покрытия водой.
На основе полученного комплекта был проведен анализ качественного состояния земель в Гиссарской долине и установлено, что на территории долины почти повсеместно наблюдается развитие процессов деградации почвенного и растительного покровов, отражающийся на эффективности земледелия и вызывающей расширение территорий, экологическое состояние, которых проблемно или даже кризисно. Таким образом, одним из ключевых направлений в организации рационального использования земель в регионе, как показывает опыт, должно быть проведение землеустройства сельскохозяйственных предприятий на агроландшафтной основе в комплексе с другими работами, которое в свою очередь требует актуальной информации об их состоянии и использовании, получаемой в результате проведения мониторинга орошаемых земель с применением современных информационно-телекоммуникационных технологий и геоинформационных систем.
Литература
1. Алиев Н.Н. Эколого-мелиоративное состояния орошаемых земель Гиссарской долины/ Материалы республиканской конференция «Охрана животного мира республики Таджикистан», Душанбе 2017 г., с.97 -98.
2. Вершинин В.В., Мурашева А.А., Шуравилин А.В., Экология землепользования: учебное пособие. часть 1/ В.В. Вершинин, А.А. Мурашева, А.В. Шуравилин, В.А. Широкова, А.О. Хуторова. - М.: Т8 Издательские Технологии. - 2015.- 335с.
3. Каркон Варносфадерани Мансур Мохаммад. Геоэкологический мониторинг природных и антропогенных ландшафтов Западного Ирана на
основе данных дистанционного зондирования Земли: дисс.канд. географ. наук: 25.00.36 / Каркон Варносфадерани Мансур Мохаммад. - М.:ГУЗ, 2018, 140 с.
4. Лепехин П.П. Комплексный мониторинг земель объектов Сахалинского нефтегазового комплекса: дисс. канд. геогр. Наук 25.00.26/ П.П. Лепехин. - Москва.: ГУЗ,-2018 г.
5. Лепехин П.П. Фомин А.А., Алиев Н.Н. Проблемы мелиоративных земель Гиссарской долины Республики Таджикистан и пути решения с применением ГИС-технологий. Международный журнал прикладных наук и технологий «Integral» Свидетельство о регистрации СМИ в Роскомнадзоре: Эл № ФС77- 74090 № 159- РИНЦ от 13 мая 2020 г.
6. Мурашева А.А. Анализ показателей мониторинга сельскохозяйственных земель/ А.А. Мурашева, В.А. Тарбаев, М.П. Галкин // Аграрный научный журнал. — 2014. — №8. — С. 27-31.
7. Рахмихудоев Г., Алиев Н.Н. Геоинформационная система ведения локального мониторинга эколого-мелиоративного состояния орошаемых земель Гиссарской долины Республики Таджикистан// Рахмихудоев Г., Алиев Н.Н./Журнал «Землеустройство, кадастр и мониторинг земель», № 1.- Москва 2017, С. 89-91.
