CC BY
103
УДК 502.2
РОЛЬ МОРФОМЕТРИИ РЕЛЬЕФА В ФОРМИРОВАНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ
Людмила Константиновна Трубина
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой экологии и природопользования тел. (383)361-09-11, e-mail: lab.ite@ssga.ru
Борис Васильевич Селезнев
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры экологии и природопользования, тел. (383)361-09-11, e-mail: lab.ite@ssga.ru
В статье рассматривается морфометрический анализ рельефа по ЦМР, с акцентом на использование 3D визуализации в контексте решения экологических задач. В качестве примера приводится анализ Новосибирска территории и его окрестностей.
Ключевые слова: морфометрические характеристики рельефа, трехмерная визуализация, экологическая оценка.
THE ROLE OF THE MORPHOMETRY OF THE RELIEF IN THE FORMATION OF ENVIRONMENTAL CONDITIONS OF URBAN ENVIRONMENTI
Lydmila K. Trubina
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Prof, Department of Ecology and Natural Resources Management, tel. 361-08-86, e-mail: kaf.ecolog@mail.ru
Boris V. Seleznev
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Prof, Department of Ecology and Natural Resources Management, tel. 361-08-86, e-mail: kaf.ecolog@mail.ru
The article deals with morphometric analysis by DEM terrain, with emphasis on the use of 3D imaging in the context of solving environmental problems. As with the measure provides an analysis of Novosibirsk area and its surroundings.
Key words: morphometric characteristics of relief, three-dimensional visualization, environmental assessment.
Экологическое состояние городских территорий определяется комплексом природных и антропогенных факторов. Для расчета интегральных показателей загрязнения различных компонентов природной среды существует несколько общепринятых методик. Они достаточно информативны для выявления основных зон техногенного загрязнения. При этом в большинстве случаев руководствуются сведениями о степени загрязнения, полученными в конкретной точке пространства. Следовательно, система оценок воздействия на окружающую среду ориентирована, в первую очередь, на обнаружение
локального вредного воздействия от конкретного техногенного объекта (или группы объектов), и не обеспечивают системного подхода в исследовании и анализе экологической обстановки, сложившейся на всей территории.
Для достоверной характеристики экологической обстановки существенным является понимание пространственного распределения объектов и их взаимодействия. В природно-техногенной системе, к которой относится территория крупного города, важные функции выполняет рельеф. Он обеспечивает определенный тип взаимодействия объектов природной и антропогенной среды, следовательно, влияет на экологическое состояние системы в целом. Перемещение вещества и энергии контролируется именно рельефом, что ставит его на ведущее место среди всех экологических факторов. Так ход большинства эколого-геохимических процессов зависит от поступления в каждую точку пространства влаги и солнечной энергии, их распределение регулируется углами наклона и экспозицией склонов. Направление распространения загрязнений, пути миграции вещества, зоны его возможного накопления и смыва определяют типы морфоэлементов рельефа.
Анализ вклада рельефа в те или иные процессы требует его количественной характеристики. В этом аспекте, одним из самых эффективных методов является морфометрический анализ. В настоящее время предложены различные методики для анализа рельефа и получения набора разнообразных морфометрических карт. Разные специалисты предлагают свои системы морфометрических показателей, алгоритмы их расчета. Наиболее часто анализируемыми являются крутизна и экспозиция склонов, которые предопределяют поверхностный сток и инсоляцию. Для характеристики пространственного распределения потоков вещества используют горизонтальную и вертикальную кривизну, определяющую направление и скорость потоков [1]. Выделяют еще ряд морфометрических величин, отражающих форму поверхности [2]. Морфометрические показатели широко используются для анализа состояния компонентов ландшафта в зависимости от особенностей рельефа.
Представление земной поверхности в виде цифровых моделей рельефа (ЦМР) средствами географических информационных систем (ГИС) существенно расширяет возможности анализа рельефа.
Прежде всего, это интерактивная трехмерная визуализация на разных этапах моделирования, способствующая повышению качества построенных моделей и эффективности исследования морфометрических свойств рельефа. Визуализация обеспечивает представление данных таким образом, что упрощает восприятие информации, дает возможность изучать различные взаимосвязи пространственных объектов, существенно дополняя численные модели или текстовые описания, тем самым может рассматриваться в качестве исследовательского инструмента. В частности, при геоэкологическом анализе территории трехмерная визуализация позволяет получить ответы на следующие вопросы: какие пространственные единицы должны быть объектом изучения и
какие параметры должны быть использованы для того, чтобы охарактеризовать выбранные единицы.
Кроме того, использование геоинформационных технологий позволяет сочетать результаты моделирования и нетопографические тематические данные, что также расширяет возможности анализа экологических проблем территорий.
Учитывая что, морфометрические характеристики взаимозависимы, то показатели, определяющие условия на конкретных участках, могут принадлежать разным категориям. Так для урбанизированных территорий используются критерии по типизации морфометрических показателей по степени благоприятности для строительства. Но они не в полной мере позволяют оценивать особенности экологических условий, т.е. возможной степени загрязнения окружающей среды, связанного с особенностями рельефа и сложившейся инфраструктуры.
Для оценки рельефа как фактора формирования экологической обстановки проводятся исследования морфометрии рельефа города Новосибирска и его окрестностей. Средствами ГИС «Карта» (ЗАО «Панорама») сформирована цифровая модель рельефа на территорию Новосибирска его окрестностей. Морфометрический анализ осуществлялся средствами ГИС ЭКО. Рациональное сочетание этих программных продуктов позволило сформировать реализовать ряд геоинформационных моделей на исследуемую территорию с реализацией их трехмерной визуализации.
В целом территория города Новосибирска и его окрестностей характеризуется следующим образом.
По строению рельефа различаются левобережная и правобережная части города. Левобережье входит в приводораздельный слаборасчлененный подрайон Приобского плато. Территория характеризуется отдельными положительными формами рельефа, максимальная абсолютная высота 150 м. В среднем густота горизонтального расчленения на водоразделах малых рек Тула, Власиха и Чик имеет значение близкое к нулю. Углы наклона не превосходят 1°.
Правобережье города и его окрестности геоморфологически принадлежат центральной части Присалаирской сильно расчлененной возвышенности. Территории водосборов малых рек, впадающих в реку Обь в черте города, свойственна сильная расчлененность: горизонтальная составляет 0,6 ^ 1,1 км/км , вертикальная - изменяется от 40 до 90 м. Водоразделы между малыми реками имеют уклон в пределах 0°^3°, крутизна врезанных склонов до 6°, а максимальная (в местах густой сети ложбин, балок и оврагов) достигает 9° и более. Распределение форм рельефа показано на рис. 1. В процентном отношении участки накопления (депрессии) и рассеяния вещества (холмы) поверхностными процессами имеют меньшее значение в сравнении с функциями транзита вещества.
Если отдельно рассматривать левобережную и правобережную части города, то наблюдается существенная разница. В первом случае почти
повсеместно преобладает участки аккумуляции за счет конвергенции потоков и их незначительной скорости. В правобережье водосборы малых рек относятся к категории транзитных, при преимущественной дивергенции потоков, с преобладанием поверхностных процессов рассеяния (всесторонне выпуклые формы). При этом распределение участков аккумуляции и сноса приблизительно одинаково.
35 % 302520-
15-
1050
Рис. 1. Классификация форм рельефа
Созданные геоинформационные модели позволили установить территориальные закономерности [5,6] распределения загрязняющих веществ, выделить зоны сноса, транзита и аккумуляции.
Полученная информация может служить основой для совершенствования экологического мониторинга, поскольку позволяет выявить потенциальные области накопления переносимого с воздушными массами вещества, аккумуляции отложений. Выделение параметров рельефа на разных уровнях его иерархической организации позволяет анализировать влияние техногенных объектов на формирование экологических условий, например, влияние производственной инфраструктуры на зоны жилой застройки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Li Z., Zhu Q., Gold C. Digital Terrain Modeling: Principles and Methodology. - CRC Press, 2004. - 323 p.
2. Shary P.A., Sharaya L. S., Mitusov A.V. Fundamental quantitative methods of land surface analysis // Geoderma. 2002, 107(1-2) - р.1-32.
3. Трубина Л. К. Методологические аспекты экологической оценки состояния урбанизированных территорий // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 2. - С. 200-203.
4. Трубина Л. К., Панов Д. В. Некоторые аспекты учета экологической составляющей при мониторинге земель городских территорий // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъёмка. - 2012. - № 2/1. - С. 121-123.
5. Лисицкий Д. В., Хорошилов В. С., Бугаков П. Ю. Картографическое отображение трехмерных моделей местности // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2012. - № 2/1. - С. 216-218.
6. Карпик А. П., Лисицкий Д. В. Электронное геопространство - сущность и концептуальные основы // Геодезия и картография. -2009. - № 5. - С. 41-44.
7. Трубина Л. К., Селезнев Б. В., Панов Д. В. Геоинформационный анализ форм рельефа для оценки земель г. Новосибирска // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 4. - С. 54-58.
8. Косарева А. М., Трубина Л. К. Морфологическое исследование рельефа как основа оценки рекреационного потенциала территории // ГЕ0-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). -Новосибирск: СГГА, 2011. Т. 4. - С. 274-276.
9. Николаева О. Н. Об интеграции ДДЗ в ГИС для формализованной инвентаризации природно-ресурсных характеристик региона // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 2. - С. 34-39.
10. Панов Д. В. Построение цифровой модели рельефа г. Новосибирска и его окрестностей с учетом потоковой структуры и пластики рельефа // Вестник СГГА. - 2013.
Вып. 1 (21). - С. 61-65.
11. Креймер М. А. Принципы построения региональных нормативов градостроительного проектирования // Вестник СГГА. - 2013. - Вып. 3 (23). - С. 60-76.
© Л. К. Трубина, Б. В. Селезнев, 2014
