CC BY
28Ecosystem Transformation issn 2619-094X Print
'' ISSN 2619-0931 Online
Трансформация экосистем www.ecosysttrans.com
Научное исследование
Поиск водопадов Эфиопии по данным дистанционного зондирования
A.B. Кутузов
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, 152742, Россия, Ярославская обл., Некоузский р-н, пос. Борок, д. 109
kutuzov-st@yandex.com
Поступила в редакцию: 25.03.2020 Доработана: 07.12.2020 Принята к печати: 07.12.2020 Опубликована онлайн: 02.02.2021
РСН: 10.23859^^-200325 УДК 87.35.02:89.57.45
Аннотация. Водопады - это особые гидрологические и гидробиологические объекты, которые часто служат препятствием для распространения водных видов животных, разрывая ареалы популяций. Водопады и пороги создают особые условия обитания для речных гидробионтов и вызывают микроклиматические изменения на побережье. В данной статье рассмотрены модельные участки с крупнейшими водопадами Эфиопии: высокогорным Джинба и низкогорным Тис-Аббай (Тис-Ысат). Использование современных ДЗЗ и ГИС для обработки и хранения спутниковых и полевых данных позволяет выявлять новые водопады и пороги, корректировать и дополнять имеющиеся литературные и картографические данные. В работе в основном использованы материалы ДЗЗ, полученные с современного спутника Sentinel-2, предназначенного для мониторинга состояния окружающей среды, а также данные радарной спутниковой съемки - БКТМ. По результатам анализа картографических материалов и данных ДЗЗ определена локализация ряда крупных водопадов и порогов на реках Эфиопского нагорья, а также найдены параметры для отбора данных ДЗЗ. Снимки пространственного разрешения 10-15 м/пиксель и выше пригодны для обнаружения значительных водопадов - более 30 м шириной. Показана возможность выявления водопадных зон методами ГИС-анализа топографических карт масштаба 1:200000 и крупнее, а также по спутниковым топографическим данным.
Ключевые слова: реки, дешифрирование снимков, космосним-ки, спутниковые снимки, ДЗЗ, ГИС, ЦМР.
Для цитирования. Кутузов, А.В., 2021. Поиск водопадов Эфиопии по данным дистанционного зондирования. Трансформация экосистем 4 (1), 77-87. https://doi.org/10.23859/estr-200325
Введение
Исследование и поиск водопадов, как особых гидрологических объектов, привлекает внимание специалистов из разных областей, в том числе биологов. Большие водопады служат препятствием для распространения водных видов животных, часто разрывают ареалы популяций гидробионтов, уменьшают видовое разнообразие
в верхнем течении рек (Levin et al, 2019; Roberts and Khaironizam, 2008). Повышенная влажность и далеко распространяющаяся в воздухе водяная пыль вблизи крупных водопадов способствуют формированию специфических фитокомплексов, в состав которых входят мохообразные, папоротники и другая наземная гидрофильная растительность (Abebe et al, 2020; Djan-Chekar, 1993).
Водопады весьма разнообразны по генезису, высоте и многим другим параметрам, однако их общей характеристикой является резкий перепад высот в русле реки (до многих сотен метров). Незначительные же перепады высот в русле водного потока (менее 1 м) обычно относят к уступам и порогам.
Данные о количестве и расположении водопадов сильно ограничены - во многом из-за труднодоступной гористой местности, где они, как правило, расположены. Наземное картографирование здесь зачастую крайне затруднено, но данные дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) со спутника позволяют решить эту проблему. Настоящая работа посвящена использованию современных данных ДЗЗ для поиска сравнительно малоразмерных объектов речной сети территории (на примере речных преград - порогов и водопадов).
Объект исследований
Эфиопия - горная африканская страна с крупнейшими водопадами континента. Ее большую часть занимает Эфиопское нагорье, средняя высота которого более 2000 м, с горами выше 4000 м (высшая точка - гора Рас-Дашэн, 4620 м). В год здесь выпадает от 50 мм (на севере и востоке) до 1500-1800 мм (в центральных районах и на юго-западе) осадков, при этом в центре Эфиопии осадки выпадают летом, а на юге - весной и осенью (Alhamsry et а1., 2020).
Тис-Аббай (Тис-Ысат, или Водопады Голубого Нила, «Дымящаяся вода») - низкогорный водопадный каскад (Ы 11.49076, Е 37.58775), расположенный на вытекающей из оз. Тана р. Голубой Нил (приток р. Нил). В зависимости от количества осадков и времени года высота большого верхнего водопада может меняться от 37 до 45 м, а ширина -от 100 до 400 м. Максимальной высоты и ширины данная группа водопадов достигает в сезон дождей (здесь это июнь - сентябрь), при этом каждый водопад превращается в мощный поток (Рис. 1, 2, 3).
Высокогорный водопад Джинба (Ы 13.23941, Е 38.07474) находится в труднопроходимом районе северной части Эфиопии, здесь организован национальный парк горы Симиен. Водопад образован одноименной горной рекой, длина которой около 10 км. Поток воды падает с высоты приблизительно 500 м; точная высота водопада до сих пор неизвестна из-за его малодоступного расположения (Рис. 1, 4). Вода падает со скал мощным одноструй-ным потоком; на середине водопад разбивается об уступы скал и разлетается мельчайшими брызгами в разные стороны, формируя постоянное водяное облако. Как и у множества водопадов, мощность Джинбы зависит от сезона дождей (в конце лета это гораздо более мощный поток).
Материалы и методы
Для исследования подходов к поиску водопадов Эфиопии были подобраны, созданы и проанализированы разнородные картографические данные: разнотипные космоснимки (спутниковые снимки - satellite images), топографические карты и векторные данные ГИС. Растровые данные мультиспектральной съемки спутником Sentinel-2 были получены с ресурса EarthExplorer (earthex-plorer.usgs.gov) с учетом периодов съемки (сезонов дождей и засухи). Использованы топографические карты и высотные данные международных космических проектов SRTM, Aster GDEM (Version 3) и ETOPO2. Задействованы открытые источники основных векторных данных по территории Эфиопии, а также материалы проекта OpenStreetMap.
Для определения точных координат порогов и водопадов созданы объекты ГИС на открытых картографических сервисах: Яндекс.Карты, Google Карты и другие. На отдельные участки с водопадами получены космоснимки среднего (10-15 м/ пиксель) и высокого пространственного разрешения (до 0.6 м/пиксель), временное разрешение -до 15 суток, радиометрическое разрешение - до 16-24 бит. На основе этих материалов сформированы итоговые ГИС-слои данных, содержащие карты углов наклона склонов в рельефе местности, а также объекты - реки и водопады (пороги). Публикации с точными координатами водопадов практически не встречаются, поэтому был применен следующий алгоритм поиска: точные координаты двух известных крупных водопадов Эфиопии (высокогорного и низкогорного) определялись путем поиска информации на различных интернет-ресурсах (например, базы данных: Водопады, 2020; World Waterfall Database, 2020) с последующим подтверждением в картографических сервисах (Яндекс.Карты, Google Карты), по топографическим картам, а затем - с уточнением координат по космоснимкам.
В литературе, посвященной ближайшему к данной тематике применению высотных данных проекта SRTM для изучения водных объектов, наиболее широко представлены работы индийских специалистов. Однако внимание этих исследователей сосредоточено на общей характеристике водосборных бассейнов и выявлении притоков основного водотока разного порядка (Ajay et al., 2020; Kant et al., 2015; Munir and Iqbal, 2016), в то время как методы обнаружения водопадов с использованием высотных данных в изученной литературе не описаны.
ГИС-методы и материалы
Предложен и опробован ряд подходов для определения принципов поиска неизвестных во-
Рис. 1. Положение рассматриваемых водопадов Джинба и Тис-Аббай на карте Эфиопии. Подложка (А) - данные ГИС-анализа рельефа, карта углов наклона склонов (масштаб 1:1000000); В - карта расположения зоны исследований на территории Эфиопии (окрестности оз. Тана) (масштаб 1:40000000); С - положение водопада Джинба (масштаб 1:22000); й - положение водопада Тис-Аббай (масштаб 1:45000). Красным цветом отмечены данные водопады, а также соседние водопадные участки.
допадов и порогов на реках с использованием разнотипных спутниковых данных.
Основные использованные космоснимки: EarthExplorer (данные открытого картографического сервиса) (11 снимков, преимущественно ноябрь - февраль, с 2004 по 2020 гг.); Sentinel-2 разрешением 10 м/пиксель (3 снимка от 01.02.2018 г., 13.11.2018 г. и 03.11.2016 г. - периода высокого уровня воды и низкого уровня облачности).При-нимая во внимание опыт наших предшествующих работ (Кутузов, 2011), были использованы преимущественно снимки в инфракрасном диапазоне, каналы видимого диапазона и панхроматический канал использовались как вспомогательные. Пан-шарпенинг для анализа снимков не применялся, поскольку его основная цель - улучшение визуализации многоканального изображения с помощью панхроматического изображения более высокого пространственного разрешения, но в ущерб спектральной точности. В снимках спутника Sentinel-2 максимальное пространственное разрешение используется для отдельных каналов видимого и инфракрасного спектра. Для ГИС-ана-лиза пространственных данных применялось программное обеспечение QGIS 3 и ArcMap 10.
Водопады и бурные пороги участка реки (Рис. 3) идентифицировались по космоснимкам высокого разрешения; координаты самого крупного водопада были определены по литературным данным и уточнены по ДЗЗ. Проводился ГИС-ана-лиз по космоснимкам среднего пространственного разрешения Sentinel-2; после их предварительной обработки выявлялись аномально светлые участки в пределах русла реки. Анализировалось их положение на созданной карте углов наклона склона в рельефе. С целью детального изучения выявленных участков в дальнейшем для них подбирались удачные снимки высокого пространственного разрешения. Снимки, на которых хорошо идентифицируется определенный и сравнительно небольшой участок реки, как правило, редки или единичны.
ГИС-анализ рельефа, карта углов наклона склонов
Модель территории была построена по топографическим данным, преимущественно по высотным данным проекта SRTM (Version 3) и Aster GDEM. Вычисление производных характеристик поверхности позволило создать карту углов наклона склонов с использованием алгоритмов специализированного модуля ГИС (Spatial analyst - Slope, ArcGIS). Для зонирования территории была проведена векторизация растрового изображения с разбиением космоснимка на тематические слои; затем выполнялись пространственные операции по выделению интересующих
зон: русло реки, горные участки с обрывистыми склонами, отроги горных хребтов и др. (Рис. 1, 3). При работе с разными источниками данных для определения геометрического пересечения ряда объектов: отдельных наборов высотных данных, русел рек, месторасположений водопадных участков и порогов часто использовались ГИС-инстру-менты группы «наложение» (overlay) (Рис. 1, 7).
При создании космических снимков, предназначенных для визуализации цифровой модели рельефа (ЦМР), допустим угол отклонения от надира до 30°, однако в отношении рассматриваемых горных водопадов этот угол не должен превышать 15° (в случае водопада Джинба - не более 2°). Для слабо- и среднепересеченной местности допустимы обзорные снимки с углом отклонения от надира до 60°.
Высотные данные проектов SRTM и Aster GDEM содержат аномалии и артефакты, что усложняет их использование - на локальных масштабах часто обнаруживаются большие ошибки высот (Географические..., 2020). Для замены отсутствующих или аномальных значений для одного из ресурсов применяют другие наборы данных; в наших исследованиях использовались, в частности, данные топографических карт и ETOPO2.
Результаты и обсуждение
На основе данных топографической съемки территории специальной радиолокационной системой проекта SRTM (и дополнительно - на базе данных ETOPO2) была построена карта углов наклона склонов в рельефе с использованием стандартного модуля ГИС (Burrough, 1998) (Рис. 1). Сведения о расположении озер, рек, городов и стран получены из открытых источников. На карту нанесен растровый слой данных, отображающий созданную карту углов наклона склонов для рельефа местности (масштаб 1:1000000), а также векторный точечный слой, иллюстрирующий места обнаруженных водопадов и крупных порогов. Отдельно вынесены карты расположения зоны исследований на территории Эфиопии (окрестности оз. Тана) и положение водопадов (высокогорный Джинба и низкогорный Тис-Аббай) в разных масштабах на врезках, сверху вниз: 1:40000000; 1:22000; 1:45000).
На карте углов наклона склонов (Рис. 1) хорошо видны территории: от слабопересеченной местности (зеленый цвет: углы наклона 0-13°) до горных участков с высокими обрывистыми склонами (красный цвет: углы наклона 28-67°). Для некоторых территорий со сложным рельефом высотные данные отсутствуют (например, для водопада Джинба, падающего с отвесных скал). Для подобных зон примыкающий к ним речной поток, по-видимому, означает переход в срывающийся со
Рис. 2. Южный Гондэр, водопады Голубого Нила (Тис-Аббай, Тис-Ысат), фотография (А) и космоснимок (В) (Яндекс.Карты). Место фото и направление взгляда на снимке указано красным.
Рис. 3. Тис-Аббай (Тис-Ысат) Фрагмент топографической карты (масштаб 1:200000) (А); тот же участок на созданной карте углов наклона склонов (В). Красными точками указаны водопады и пороги.
скальных стен водопад, так как эти зоны характерны для значительных и резких перепадов высот. Высотные данные SRTM в данном случае могут отсутствовать или содержать ошибки; для замены неправильных значений были использованы откорректированные и экстраполированные наборы данных Aster GDEM (Version 3) (эти области близ водопада Джинба отмечены черной границей).
Особенность выположенных участков низкогорных речных долин - появление водопадов в точках приближения скальных выступов. Эта особенность была показана для водопада Тис-А-ббай (Тис-Ысат) и серии смежных водопадов на фрагменте топографической карты и карте углов наклона склонов (Рис. 3).
Водопады Голубого Нила (Тис-Аббай)
На снимке высокого разрешения (Рис. 2) различимы водопады, расположенные на плотинах и обводных каналах (поперечные белые полосы и пятна). Эти же 2 крупные белые струи воды видны на фотографии.
Для определенной (сравнительно небольшой) территории предполагаемых полевых исследований ручной поиск водопадных участков по снимкам ДЗЗ высокого пространственного разрешения (на открытых картографических сервисах - Яндекс. Карты, Google Карты и др.) оказался наиболее эффективным методом. В нашем исследовании на таких изображениях водопады плотин обычно выглядят узкой беловатой полосой поперек русла реки, а водопады - компактными светлыми пятнами (Рис. 2). Пороги распознавались как протяженные участки вдоль русла реки.
Там, где русло реки соприкасается с отрогами горных хребтов (Рис. 3), часто встречаются водопады. На рисунке фрагмента топографической карты и карте углов наклона склонов (Рис. 3) отмечена серия крупных водопадов и бурных порогов, где Голубой Нил пробивает себе дорогу в скалистой местности. Водопадные зоны на этом фрагменте реки обнаружены на ДЗЗ высокого разрешения, а координаты основного водопада, известные из литературных данных, уточнены по космоснимкам.
Водопад Джинба
В водопаде Джинба вода падает со скал мощным узким одноструйным потоком, на середине разбиваясь об уступы скал. Такой тип водопадов на спутниковых снимках распознавался редко: в частности, для этого нам потребовался правильный выбор сезона (местный сезон высокой воды) с целью отбора снимков. Видимость такого высокого водопада на космоснимках может сильно зависеть как от направления и силы ветра, сносящего пото-
ки воды и облака водяной пыли, на момент съемки, так и от угла отклонения от надира при спутниковой съемке места расположения водопада (Рис. 5). В условиях столь крутых обрывистых склонов и узких высокогорных ущелий для возможности распознания водопадного участка угол отклонения от надира должен быть не более 2°. Такие удачные космоснимки удается найти достаточно редко. На карте и космоснимке водопада Джинба (Рис. 6) можно видеть, что русло одноименной реки после водопада разворачивается почти под прямым углом на северо-запад. На объемном космоснимке (Зй-визуализация рельефа на основе ЦМР) этой территории наглядно представлен горный обрыв и примыкающая река - это место где и возникает водопад (красный круг - положение водопада).
Сезонные изображения со спутников Sentinel-2 за 2018 г. и результаты их обработки представлены на Рис. 7. Для дешифрирования водопадных участков на основе снимка в инфракрасном диапазоне создавалась маска воды, а затем векторный слой данных - «вода» (Рис. 7, зеленый цвет). Здесь показана зона русла реки и канала (зеленый полигон), а также основное русло реки (синяя линия, источник: openstreetmap.org). Далее определялось геометрическое пересечение указанных объектов для выбора их общей зоны; при этом удалялись второстепенные водные объекты. Точки - месторасположения уже известных водопадных участков и порогов - совпадают с разрывами в полученном полигоне «русло реки». ГИС-анализ прохождения русла реки по пересеченной местности выявляет участки спокойного течения (непрерывные фрагменты полигона) и бурлящие потоки (прерывания). Этот методологический подход к анализу состояния водотока позволил использовать полуавтоматический режим картирования предполагаемых водопадов на реках по данным инфракрасной съемки.
Использование разнотипных высотных данных (Рис. 6) для построения цифровой модели рельефа (ЦМР) и совмещение их с ГИС данными о реках - основа последующей автоматизации процесса выявления таких сравнительно мелких объектов, как потенциально водопадные участки. Для подтверждения наличия водопадов понадобятся снимки высокого пространственного разрешения - соответствующие фрагменты космоснимков или аэрофотоснимков, в том числе полученные с дронов (БПЛА). Применение регулярно обновляемых ДЗЗ среднего пространственного разрешения (например, спутники Беп^пе1-2А, 2В) дает возможность сезонного мониторинга состояния обнаруженных водопадов по сериям снимков с временным интервалом до 5 дней.
Рис. 4. Северный Гондэр, водопад Джинба (фотография).
Рис. 5. Северный Гондэр, водопад Джинба (космоснимок высокого пространственного разрешения, 0.6 м/пиксель). Центр снимка выделен красным.
Рис. 6. Общее положение в рельефе для водопада Джинба: А - топографическая карта (масштаб 1:200000) (гипсометрия), В - 3D-модель этой территории на космоснимке. Красный круг обозначает положение водопада.
Рис. 7. Сезонные снимки спутников 5епйпе1-2 (инфракрасный диапазон) и результаты их обработки для дешифрирования водопадных участков: А - февраль 2018 г., масштаб 1:40000; В - ноябрь 2018 г., масштаб 1:40000; С - ноябрь 2018г., масштаб 1:20000. Синей линией обозначено основное русло реки (по www.openstreetmap.org); красными точками -месторасположение водопадных участков и порогов; зеленым цветом выделен созданный полигональный объект (границы русла реки и канала).
00 сл
Выводы
Для рек, расположенных на территориях с большими значениями углов наклона в рельефе, характерны многочисленные водопады и пороги, которые удалось обнаружить методами ГИС-ана-лиза данных ДЗЗ. На основе сведений радарной топографической съемки ландшафта специализированным спутником SRTM (и дополнительно - с учетом данных проекта ЕТ0Р02) была построена карта углов наклона склонов для горных территорий с разнообразным ландшафтом.
ГИС-анализ прохождения русла реки по сильно пересеченной местности возможен в полуавтоматическом режиме, что позволяет получить карту участков предполагаемого положения водопадов на реках на основании высотных данных о рельефе.
Для ряда участков со сложным рельефом измеренные (реальные) спутниковые значения высот отсутствуют; для таких зон нужны дополнительные картографические материалы и соответствующая ГИС-обработка. Для большинства подобных сложных горных территорий имеются обновленные версии исходной радарной съемки с расчетными (экстраполированными) высотными данными (например, earthexplorer.usgs.gov). На реках вблизи таких зон со значительными и резкими перепадами высот можно спрогнозировать наличие водопадов, подобных водопаду Джинба. Методами ДЗЗ в оптическом диапазоне такие высокие срывающиеся водопады обнаруживаются достаточно редко.
По результатам ГИС-анализа углов наклона склонов выявлено, что водопады и пороги в низкогорных речных долинах часто появляются в точках приближения скальных выступов на вы-положенных участках (например, водопад Тис-А-ббай (Тис-Ысат) и серия смежных водопадов). Для ограниченных территорий поиск водопадных участков может быть эффективен в ручном режиме на снимках высокого пространственного разрешения в видимом или инфракрасном диапазоне. Подобные объекты могут выглядеть как поперечные светлые полосы и пятна на темном фоне спокойно текущей воды; пороги распознаются как протяженные светлые участки вдоль русла реки. Угол наклона склона для порога на таком снимке можно оценивать по яркости светлого вытянутого пятна: чем выше яркость, тем выше крутизна склона.
Кроме того, показана возможность полуавтоматического распознавания участков реки с водопадами более 30 м шириной по серии космосним-ков в оптическом диапазоне (пространственное разрешение 10-15 м/пиксель). Для подтверждения наличия водопадов и порогов на этих потен-
циально водопадных участках требуется дополнительный экспертный анализ единичных снимков высокого пространственного разрешения.
Использование регулярно обновляемых материалов ДЗЗ среднего пространственного разрешения (например, Sentinel-2) дает возможность дальнейшего сезонного мониторинга состояния ранее выявленных водопадов по серии снимков.
ORCID
А.В. Кутузов 0000-0003-2296-7549
Список литературы
Водопады, 2020. Интернет-ресурс. URL: http:// www.vodopads.ru/blog/vodopady_golubogo_nila_ tis_abbaj_v_ehfiopii/2015-03-29-144 (дата обращения: 28.02.2020).
Географические информационные системы и дистанционное зондирование. Интернет-ресурс. URL: https://gis-lab.info/qa/aster-gdem.html (дата обращения: 28.02.2020).
Кутузов, А.В., 2011. Использование данных дистанционного зондирования для мониторинга систем "вода-суша" на равнинных водохранилищах (на примере Цимлянского водохранилища). Исследование Земли из космоса 6, 64-72.
Abebe, W., Tilahun, S., Moges, M., Wondie, A., Der-seh, M. et al., 2020. Hydrological Foundation as a Basis for a Holistic Environmental Flow Assessment of Tropical Highland Rivers in Ethiopia. Water 12 (2), [547]. https://doi.org/10.3390/w12020547
Alhamshry, A., Fenta, A.A., Yasuda, H,. Kimura, R., Shimizu, K., 2020. Seasonal rainfall variability in Ethiopia and its long-term link to global sea surface temperatures. Water 12 (1), 55. https://doi. org/10.3390/w12010055
Burrough, P.A., McDonell, R.A., 1998. Principles of Geographical Information Systems. Oxford University Press, New York, USA, 190 p.
Djan-Chekar, N., 1993. The bryophyte flora of Bridal Veil Falls, British Columbia: an analysis of its composition and diversity. Master Thesis. University of British Columbia, Vancouver, Canada, 134 p. https://open.library.ubc.ca/collections/ubcthe-ses/831/items/1.0086098
EarthExplorer, 2020. U.S. Geological Survey. Интернет-ресурс. URL: https://earthexplorer.usgs.gov (дата обращения: 28.02.2020).
Kant, S., Singh, S., Nema, S.K., Meshram, S., 2015. Morphometric analysis of Sonar sub-basin using SRTM data and geographical information system (GIS). African Journal of Agricultural Research 10 (12), 1401-1406. https://doi.org/10.5897/ AJAR2013.7907
Levin, B.A., Casal-Löpez, M., Simonov, E., Dgebuadze, Y.Y., Mugue, N.S. et al., 2019. Adaptive radiation of barbs of the genus Labeobarbus (Cyprinidae) in an East African river. Freshwater Biology 64 (10), 1721-1736. https:// doi.org/10.1111/fwb.13364
Munir, B.A., Iqbal, J., 2016. Flash flood water management practices in Dera Ghazi Khan City (Pakistan): a remote sensing and GIS prospective. Natural Hazards 81, 1303-1321. https://doi. org/10.1007/s11069-015-2136-5
Roberts, T.R., Khaironizam, M.Z., 2008. Trophic polymorphism in the Malaysian fish Neolissochilus soroides and other old world barbs (Teleostei, Cyprinidae). Natural History Bulletin of the Siam Society 56 (1), 25-53.
Singh, A. P., Arya, A.K., Singh, D.S., 2020. Morphometric analysis of Ghaghara river basin, India, Using SRTM Data and GIS. Journal of The Geological Society of India 95, 169-178. https:// doi.org/10.1007/s12594-020-1406-3
World Waterfall Database, 2020. Интернет-ресурс. URL: https://www.worldwaterfalldatabase. com/country/Ethiopia/list (дата обращения: 28.02.2020).
Article
Search for the waterfalls in Ethiopia using remote sensing data
Alexey V. Kutuzov
I.D. Papanin Institute for Biology of Inland Waters, Russian Academy of Sciences, Borok 109, Nekouz District, Yaroslavl' Region, 152742 Russia
kutuzov-st@yandex.com
Abstract. Waterfalls are specific hydrological and hydrobiological objects that often serve as the natural obstacles for spreading of aquatic animal species, resulting as discontinuous range of these species. Waterfalls and rapids create special habitats for riverine aquatic organisms and cause microclimatic changes along the coast. The areas of the largest waterfalls in Ethiopia, high-mountainous Jinbar Waterfall and low-mountainous Blue Nile Falls (Tis Abay, Tis Issat), were considered as model. Up-to-date remote sensing and GIS for processing and storing satellite and field data makes it possible to identify new waterfalls and rapids, to correct and to supply the existing literature and cartographic data. ERS data obtained from the modern satellite Sentinel-2, designed to monitor the state of the environment, as well as data from radar satellite imagery (SRTM) were used mainly. Based on the results of the analysis of cartographic materials and remote sensing data, the localization of a number of large waterfalls and rapids on the rivers of the Ethiopian Highlands was determined and the parameters for the selection of remote sensing data were established. Images with a spatial resolution of 10-15 m/pixel and higher are suitable for detecting significant waterfalls (more than 30-m wide). According to the present study, the identifying the waterfall zones by the methods of GIS analysis of topographic maps at a scale of 1:200000 and larger, as well as from satellite topographic data is possible.
Keywords: rivers, image interpretation, satellite images, remote sensing, ERS, GIS, DEM.
