CC BY
14
УДК 630.226.634.9 DOI 10.34736^ЫС.2019.107.4.006
ОЦЕНКА РЕЛЬЕФА ЛАНДШАФТОВ ЭКОТОНА МАЛЫЙ СЫРТ - ПРИКАСПИЙСКАЯ НИЗМЕННОСТЬ В ВОЛГОГРАДСКОМ ЗАВОЛЖЬЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ И ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ*
В.Г. Юферев, д.с.-х.н., [email protected] - ФНЦ агроэкологии РАН *«Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Волгоградской области в рамках научного проекта № 19-45-340003»
Использование геоинформационных технологий, основанных на анализе пространственных данных, которые включают растровые, векторные и атрибутивные данные о рассматриваемом объекте исследований с применением информации аэрокосмического зондирования Земли, в настоящее время является основным подходом, позволяющим провести оценку рельефа переходной зоны - экото-на Малый Сырт - Прикаспийская низменность Волгоградского Заволжья. Преимущество этого подхода заключается в том, что он позволяет провести анализ ландшафтов сразу на нескольких уровнях: от комбинаций урочищ, составляющих тип местности, до ландшафтных районов.
Оценка рельефа ландшафтов экотона Малый Сырт - Прикаспийская низменность в Волгоградском Заволжье проведена с использованием технологий геоинформационного анализа глобальных цифровых моделей местности и данных дистанционного зондирования Земли, а также выборочно полевыми исследованиями тестовых участков.
Камеральное исследование имеющихся актуальных космоснимков и результаты их дешифриро-
вания с использованием полевых эталонов позволили разработать обзорную карту территории и выявить пространственное размещение эрозионной сети, а использование цифровой модели местности - основные характеристики рельефа агро-ландшафтов.
При проведении исследований установлено, что на территории исследований преобладающими являются территории с абсолютными высотами 2040 м, занимающие более 70% ее площади.
Выявлено изменение рельефа по модельному профилю.
Установлено, что южная и юго-восточная часть экотона, занимающая 73,3% площади, представляет собой равнину с небольшой крутизной, с истощенными почвенными комплексами.
Использование результатов исследования дает пользователям возможность выбора оптимального варианта обустройства земель экотона Малый Сырт в Волгоградском Заволжье.
Ключевые слова: агроландшафт, рельеф, модель, космоснимок, деградация, оценка, экотон, космо-карта, геоинформационные технологии
В настоящее время применение гис-технологий в комплексе с использованием данных аэрокосмического мониторинга являются основным способом, позволяющим провести оценку рельефа экотона Малый Сырт - Прикаспийская низменность Волгоградского Заволжья. Преимущество этого подхода заключается в том, что он позволяет провести анализ ландшафтов сразу на нескольких уровнях: от комбинаций урочищ, составляющих тип местности, до ландшафтных районов. Новые возможности получения высококачественных ска-нерных снимков поверхности с разрешением 0,31,5 м (спутники GeoEye, Iconos, WorldView) и с высокой периодичностью (от 4 суток) [11] способствуют разработке новых технологий картографирования агроландшафтных катен, а также дают возможность перейти от эпизодической оценки площадных объектов к получению пространственной информации. Использование ГИС дает возможность оценить взаимосвязи объектов, их взаиморасположение и взаимодействие, понять ситуацию в данном регионе, сделать правильный выбор и лучше подготовиться к принятию решений. В настоящее время появление новых, простых в использовании программных продуктов, использующих графический интерфейс, расширяет возможности информационного анализа и моделирования. Геоинформационная оценка рельефа обеспечивает выявление контуров участков, предрасположенных к проявлению деградационных процессов, с установлением их пространственного размещения в ландшафте, определение количественных параметров деградации в этих контурах и их картографирование. В итоге, это дает пользователям возможность выбора оптимального варианта обустройства земель
экотона Малый Сырт в Волгоградском Заволжье.
Материалы и методы. Основой методологии и методики исследований является применение методов компьютерного анализа изображений с выявлением параметрических характеристик пространственного распределения агроландшаф-тов. Для оценки состояния земель Волгоградского Заволжья используют гипотезу о том, что совокупность внешних признаков достаточно полно отражает реальное состояния объекта. Объектом исследований являлись агроландшафтные катены Волгоградского Заволжья, которые являются эталонами для аналогичных объектов степной природной зоны. Поэтому полученные материалы могут быть экстраполированы и на другие подобные территории как в нашей стране, так и за рубежом.
Для обеспечения управляющих решений по рациональному использованию природных ресурсов и сохранению плодородия земель в агроландшафт-ных катенах разработана технология геоинформационного моделирования и картографирования состояния земель [1, 3, 9, 10].
Выбор территориальных объектов осуществляется на основании аэрокосмического мониторинга и моделирования рельефа. При этом потенциально деградационноопасными в катенах могут считаться предрасположенные к водной эрозии, стоковые участки с углом склона более 1° [4].
Информационное обеспечение картографирования рельефа на территории, выбранной в качестве объекта исследований, осуществляется созданием цифровой модели рельефа на основе глобальной цифровой модели местности SRTM 3[6, 12], разработкой картографической и топологической базы данных, подбором и оцифровкой базовых карт, со-
зданием электронных таблиц для описания свойств объекта, а также использованием существующих геоинформационных систем в качестве внешней базы данных [2, 5, 7].
Для оценки состояния ландшафтов используют спектрозональные космоснимки с разрешением не более 30 м для площадных объектов [11]. Выбор разрешения обусловлен возможностью дешифрирования параметров объекта мониторинга (характеристик его экологического состояния).
Создание обзорной космофотокарты осуществляется с целью оценки общего состояния ландшафта и определения координат объектов мониторинга. Масштаб обзорной космофотокарты региона исследования (1:1000000, 1:2000000) выбирается таким образом, чтобы достоверно определялись границы ландшафтных элементов (в т.ч. большие лесные массивы, водоемы, поля и др.) [8]. Обзорная карта обеспечивает взаимосвязанность информации отдельных объектов всего региона исследований.
Космоснимки в масштабе 1:1000000, 1:2000000 используются в виде тематического слоя в используемом программном продукте (например, QGIS 3.8), трансформируются таким образом, чтобы координаты контрольных объектов на снимке и на топографической основе совпадали.
Для картографирования рельефа и установления его деградационной опасности, количественной оценки параметров рельефа необходимо разработать крупномасштабные карты (1:10 000, 1:25 000). При этом для характерных участков строятся модельные профили.
Для выделения характерных областей проводится ранжирование диапазонов высот, и разрабаты-
ваются изолинейные карты диапазонов на выбранную территорию. Создание карты рельефа объекта исследований завершается нанесением необходимой атрибутивной информации и уточнением географических координат.
Результаты и обсуждение. Оценка рельефа эко-тона Малый Сырт - Прикаспийская низменность в Волгоградском Заволжье проводилась на территории общей площадью 1508 тыс. га (рисунок 1), для чего была разработана обзорная карта масштаба 1:5000000, базирующаяся на космокарте, масштаба 1:25000.
Для оценки состояния ландшафтов рассматриваемой территории важно определение основных характеристик рельефа, от которых зависит вид и интенсивность их деградации. Геоинформационными исследованиями установлены основные характеристики рельефа (таблица) и построена изо-линейная карта диапазонов высот экотона Малый Сырт - Прикаспийская низменность в Волгоградском Заволжье (рисунок 2).
Таблица - Характеристики рельефа
Характеристики
Площадь территории, га 1508612
Периметр полигона, км 650,91
Средняя высота рельефа, м 48,1
Средний угол склона (крутизна), ° 0,6
Максимальная высота рельефа, м 78
Максимальный угол склона (крутизна), ° 3,90
Минимальная высота рельефа, м 6,00
Стандартное отклонение высот, м 3,61
Стандартное отклонение угла склона, ° 0,46
Рисунок 1 - Обзорная космокарта территории
I I I
Высота, м
70
I I
60
50
40
30
20
10
-1-[-
45,2 45,4 45,6 45,8 46 46,2 46,4 46,6 46,8 47 47,2 47,4
Рисунок 2 - Карта диапазонов высот экотона Малый Сырт -Прикаспийская низменность в Волгоградском Заволжье
Распределение диапазонов высот по площади дований преобладающими являются территории с показывает, какая площадь экотона расположена в абсолютными высотами 20-40 м, занимающие бо-этих диапазонах (рисунок 3). На территории иссле- лее 70% этой площади.
8,1%
4,6%
1'7%| ^_0,1%__4,2%
28,9%
6... 10 40... 50
диапазоны высот
110... 20 ■ 20.,. 30
¡50... 60 ■ 60... 70
44,4%
30... 40 70... 78
Рисунок 3 - Распределение площади территории экотона Малый Сырт - Прикаспийская низменность в Волгоградском Заволжье по диапазонам высот
Минимальная высота составляет 6 м, максимальная построена цифровая модель субмеридионального
- 78 м, средняя - 48 м, стандартное отклонение - 10.8 м. (азимут 199° 31' 20'') профиля экотона Малый Сырт
Для определения геоморфологических особен- - Прикаспийская низменность в Волгоградском За-
ностей склонов в меридиональном направлении волжье (рисунок 4).
50° 40' 43" N, 46° 42' 28" Е
49° 26' 08" N, 46° 01' 59" Е
100
125
км
Рисунок 4 - Модель профиля высот экотона Малый Сырт -Прикаспийская низменность в Волгоградском Заволжье
Эта модель не только наглядно показывает размещение склонов вдоль профиля в направлении на юго-запад, но и позволяет рассчитать статистические параметры рельефа. Характеристики профиля: высота в начале профиля - 32,2 м; высота в конце профиля - 23,0 м; длина профиля - 146,5 км; максимальный перепад высот по профилю - 36 м; минимальная высота по профилю - 13 м; максимальная высота по профилю - 49 м; общий наклон поверхности - 0°; максимальный угол наклона поверхности - 2,9° (4,9 км от начала профиля).
Заключение. В результате исследований рельефа на территории экотона Малый Сырт - Прикаспийская низменность в Волгоградском Заволжье с использованием ГИС технологий, цифровых моделей местности и данных дистанционного зондирования Земли разработана локальная геоинформационная база данных о рельефе, получены результаты по распределению площадей территории, приуроченных к выбранным диапазонам высот рельефа. Выявлено изменение рельефа по модельному профилю. Установлено, что южная и юго-восточная часть экотона, занимающая 73,3% экотона, представляет собой равнину с незначительной крутизной, с обедненными почвенными комплексами: солонцеватыми и солонцами с каштановыми почвами. Применение результатов исследования дает пользователям возможность выбора оптимального варианта использования и обустройства земель экотона Малый Сырт в Волгоградском Заволжье.
Литература:
1. Берлянт, А.М. Картография и геоинформатика / А.М. Берлянт, А.В. Кошкарев, В.С. Тикунов // Итоги науки и техники, сер. Картография. - М.: ВИНИТИ, 1991. - Т. 14. -176 с.
2. Берлянт А. М. Теория геоизображений. - М.: ГЕОС, 2006. - 262 с.
3. Виноградов, Б. В. Аэрокосмический мониторинг экосистем. - М.: Наука, 1984. - 320 с.
4. Геоинформационные технологии в агролесомелиорации /Юферев В.Г., К.Н. Кулик, А.С. Рулев, и др. - Волгоград: ВНИАЛМИ, 2010. - 102 с.
5. Лурье И. К., Самсонов Т. Е. Структура и содержание базы пространственных данных для мультимасштабно-го картографирования // Геодезия и картография. - № 11. - 2010. - С. 17-23.
6. Новаковский Б.А., Прасолов С.В., Прасолова А.И. Цифровые модели рельефа реальных и абстрактных геополей / М: Научный мир, 2003. - 104 с.
7. Рулев А.С., Юферев В.Г. Геоинформационный анализ ландшафтных катен Волго-Иловлинского междуречья // Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 11. Естественные науки. 2012. - №2 (4). - С. 56-64.
8. Тикунов В.С. Моделирование в картографии: учеб-
ник. М.: Изд-во МГУ, 1997. - 405 с.
9. Трофимов А.М., Московкин В.М. Математическое моделирование в геоморфологии склонов. Казань.: Изд-во Казанского университета, 1983. - 219 с.
10. Pernar R. Estimating stand density and condition with the use of picture histograms and visual interpretation of digital orhtophotos / R. Pernar, D. Klobucar // Annales experimentis silvarum culturae provehendis. V. 40 / Zagreb: Universitas studiorum Zagrebiensis, Facultas forestalis. -2003. - P. 81-111.
11. Электронный ресурс https://scihub.copernicus.eu/ dhus (дата обращения 10.09. 2019).
12. Электронный ресурс https://dds.cr.usgs.gov/srtm/ version2_1/SRTM3/Eurasia/(дата обращения 10.09. 2019)
ASSESSMENT OF THE LANDSCAPE TERRAIN OF THE SMALL SYRT - CASPIAN LOW-LAND ECOTONE WITHIN AREA OF THE VOLGOGRAD TRANS-VOLGA REGION USING THE GIS TECHNOLOGIES AND EARTH REMOTE SENSING DATA*
V.G. Yuferev, D.S-Kh.N.,
[email protected] - FSC of Agroecology RAS
The use of the geoinformation technologies based on the analysis of spatial data, which include raster, vector and attribute data about the studied object with the use of information of aerospace sensing of the Earth is currently the main approach that allows to assess the terrain of the intermediate zone e.g. the ecotone Small Syrt that is the Caspian lowland of Volgograd Trans-Volga region. The advantage of this approach is an opportunity to carry out the analysis of landscapes at several levels including combinations of natural boundaries that make up the type of terrain and landscape areas. The assessment of the relief of landscapes of the ecotone Small Syrt - Caspian lowland of the Volgograd Trans-Volga region was carried out using technologies of geoinformation analysis of the global digital terrain models and data of remote sensing of the Earth, as well as selected field studies of the test sites. A desktop study of existing relevant satellite images and the results of their interpretation with the use of field standards made it possible to develop an overview map of the site and reveal the spatial distribution of erosion systems, and the use of digital terrain models made it possible to reveal the main features of the relief of the agricultural lands. Along the research, it was established that the territories with absolute heights of 2040 m, occupying more than 70% of its area, are predominant within the research area. The change of relief is revealed according to a model profile. It is established that the Southern and South-Eastern part of the ecotone occupying 73.3% of the area is a plain with a slight steepness of the slopes, with depleted soil complexes. Using the results of the study gives to the users an opportunity to choose the optimal variant of land development of the ecotone Small Syrt of the Volgograd Trans-Volga region.
Key words: agrolandscape, terrain, model, space image, assessment, degradation, ecotone, space map, geoinformation technologies
