Применение данных дистанционного зондирования и геоинформационных технологий для анализа современного состояния и динамики береговой зоны водохранилища Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 528.8:556.55

1 112

К.В. Марусин , Н.М. Ковалевская , Е.А. Фёдорова , М.С. Порозова

1 ИВЭП СО РАН, Барнаул

АлтГУ, Барнаул

ПРИМЕНЕНИЕ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ И ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ АНАЛИЗА СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ И ДИНАМИКИ БЕРЕГОВОЙ ЗОНЫ ВОДОХРАНИЛИЩА

1 112

K. V. Marusin , N.M. Kovalevskaya , E.A. Fedorova , M.S. Porozova

1 Institute for Water and Environmental Problems SB RAS (IWEP SB RAS), Barnaul

Altai States University (ASU), Barnaul

USE OF SATELLITE IMAGE DATA AND GIS FOR THE STATE AND DYNAMICS ANALYSIS OF THE RESERVOIR COASTAL ZONE

A high-resolution multi-spectral Iconos satellite image is used to study а 7-km coast line section of the Novosibirsk reservoir. It is shown that eroded and stable parts of the coast can be easily recognized from the image. Also the stability of coastal protection structures can be evaluated. The long-term coast line evolution rate is estimated by comparing the recent satellite image with the old large-scale topographic maps for that site. Pattern recognition methods applied reveal nearshore zones with different depths and bed slopes.

Использование данных дистанционного зондирования и ГИС-технологий открывает широкие возможности для оценки состояния берегов крупных водных объектов. В статье рассмотрен опыт использования таких данных для оценки и анализа одного из участков береговой зоны Новосибирского водохранилища.

Рассматривается участок правого берега, расположенный в приплотинной широкой части Новосибирского водохранилища на расстоянии 18 км от плотины, в районе села Сосновка. Участок сложен преимущественно суглинистыми и супесчаными грунтами.

Основой для анализа является мультиспектральный снимок Iconos со следующими характеристиками: панхром: 0,445 - 0,9 цт, разрешение 1 м; ближний ИК: 0,76-0,90 цт; разрешение 4 м; голубой (B): 0,45-0,52 цт, разрешение 4 м; зеленый (G): 0,52-0,61 цт, разрешение 4 м; красный (R): 0,64-0,72 цт, разрешение 4 м. Снимок сделан 18 июля 2004 г. в 10:30 по местному солнечному времени при абсолютной отметке уровня водохранилища, соответствующей нормальному подпорному уровню (НПУ) - 113.5 м БС. Метеоусловия в момент съемки по данным срочных наблюдений на ближайшей метеостанции, расположенной в районе плотины водохранилища (ГМО «Обская»): ясно, штиль (скорость ветра менее 1 м/с).

Синтентизированное изображение (панхром + RGB) позволяет точно идентифицировать современное положение береговой линии и оценить текущее состояние берега с четким выделением его разрушающихся и стабильных участков (рис. 1).

Так, например, на рис. 1 хорошо выделяется светлая полоса отмели перед абразионным уступом разрушающегося берега к северо-востоку от залива (рис. 2А). Перед относительно стабильными берегами (естественными и укрепленными каменной наброской) такая отмель отсутствует (рис. 2Б).

Рис. 1. Общий вид исследуемого участка с указанием типов берегов.А -интенсивно разрушающийся берег, см. рис. 2А;Б - относительно стабильный

берег, см. рис. 2Б

Рис. 2. А - активно разрушающийся берег, Б - относительно стабильный

берег

Кроме того, с помощью снимка можно оценивать текущее состояние берегозащитных сооружений. На нем, например, хорошо просматриваются «бреши» (рис. 3), образовавшиеся в каменной наброске, прикрывающей участок берега, южнее залива. Разрешение снимка позволяет не только выявить такие участки, но и оценить их протяженность по фронту и в глубину.

Сопоставление снимка с картографическими материалами и данными полевых наблюдений разных лет позволяет оценить динамику берега на данном участке за длительный период. При этом были использованы топографические карты 1962 г. масштабом 1 : 25 000, топографические карты 1978 г., масштабом 1 : 10 000 (на всех картах линия уреза проходит при отметке НПУ - 113.5 м БС), и данные инструментальных съемок 2001, 2005, 2007 годов. Таким образом, нами была прослежена динамика изменения береговой линии на данном участке за 45 лет. Результаты представлены на рис. 4 и в табл. 1.

Рис. 3. Промоины в каменной наброске

Рис. 4. Положение береговой линии при отметке НПУ 113,5 м в разные годы

Таблица 1. Таблица отступания берега от линии уреза 1962 г. по профилям №

1 и № 2(см. рис. 4)

Профиль № 1 Профиль № 2

Годы Расстояние, м Годы Расстояние, м

2001 424,9 1978 209,6

2004 449,1 2004 296,7

2007 450,0

Полученные данные свидетельствуют о прогрессирующем снижении интенсивности процессов переработки берегов и вполне согласуются с данными предыдущих исследований [2, 3]. Из рис. 4 также видно, что береговая линия отступает параллельно самой себе. Это, по-видимому, свидетельствует о том, что на данном участке доминирующим процессом переработки до сих пор (по истечению более 50 лет после заполнения водохранилища) остается процесс формирования поперечного профиля берега, а не перестройки береговой линии в плане. Такая ситуация характерна для суглинистых берегов, имеющих дефицит рыхлого материала необходимой крупности для выработки равновесного профиля [1, 2].

Классификация с обучением, выполненная в среде Erdas Imagine 9.0, позволила выделить несколько зон (классов) на акватории береговой зоны, визуально не определяемых на синтезированном снимке (рис. 5). Использовались следующие алгоритмы - метод параллелепипеда и метод максимального правдоподобия [4].

Рис. 5. Классификация в Erdas Imagine; 1, 2, 3 - выделенные зоны (классы)

Сопоставление данной классификации с данными промерных работ, проведенных в 2001, 2005 гг., а также топографическими материалами прошлых лет (1962, 1978), позволяют выявить сущность выделенных формальными методами классов.

В таблице 2 представлены характерные значения глубин по выделенным зонам, а на рис. 6 профиль подводного берегового склона.

Таблица 2. Средние (hcp), минимальные (Имин), максимальные (Имакс) значения глубины при НПУ и их СКО (а) по выделенным зонам (рис. 5)

Зона hcp, м hMUH:, М hMaKCt м а, м

1 1,89 1,6 2,1 0,16

2 1,7 1,3 2,0 0,27

3 1,2 0,3 1,7 0,28

Рис. 6. Профиль подводного берегового склона с границами выделенных зон

Как видно из приведенных выше данных, выделенные зоны соответствуют участкам береговой зоны водоема с характерными, весьма отличными друг от друга глубинами и уклонами дна. Следует также указать на то, что внешняя (мористая) граница зоны 1 располагается вблизи свала глубин до отметок 5-6 м.

При выполнении данной работы использовались следующие лицензионные программные средства: ArcGIS 9.2 с модулем расширения 3D Analyst и Erdas Imagine 9.0.

Авторы выражают глубокую благодарность д.г.н., проф. В.М. Савкину. Без его методической, теоретической и организационной поддержки изложенные здесь результаты не были бы получены.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Бондарик Г.К., Пендин В.В., Ярг Л.А. Инженерная геодинамика [Текст]. - М.: КДУ, 2007. 440 с.

2. Савкин В.М. Эколого-географические изменения в бассейнах рек Западной Сибири [Текст]. - Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 2000. - 152 с.

3. Формирование береговой зоны Новосибирского водохранилища [Текст]. / Отв.ред. С.Г. Бейром, В.М. Широков. - Новосибирск, 1968. - 196 с.

4. Erdas Imagine. Практическое руководство Tour Guides [Текст]. Перевод компании ДАТА+. - 2007. - Copyright © 2005 Leica Geosystems Geosptial Imaging, LLC. -Norcross, Georgia. - 707 с.

© К.В. Марусин, Н.М. Ковалевская, Е.А. Фёдорова, М.С. Порозова, 2008