CC BY
48НАУКИ О ЗЕМЛЕ
ЦИФРОВАЯ МОДЕЛЬ РЕЛЬЕФА ДНА АРАЛЬСКОГО МОРЯ НА ОСНОВЕ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТ
12 3
Мирмахмудов Э.Р. , Тошонов Б.Ш. , Миртолипов Р.Б.
1Мирмахмудов Эркин Рахимжанович - кандидат физико-математических наук, доцент;
2Тошонов Бекзод Шермамат угли - магистрант;
Миртолипов Рустамбек Бахтиер угли - студент, кафедра геодезии и геоинформатики, Национальный Университет Узбекистана, г. Ташкент, Республика Узбекистан
Аннотация: в данной работе приводится анализ цифровой модели рельефа (ЦМР) дна Аральского моря по топографическим картам. Отмечается роль геодезических методов при создании ЦМР. Построен вертикальный профиль рельефа дна с учетом высоты уровня воды. Разработана математическая модель рельефа дна в системе координат СК42 и картографической проекции Гаусса-Крюгера. Предлагается разработать ЦМР Аральского моря с использованием гидрографических, геодезических, гравиметрических и спутниковых измерений. Ключевые слова: Аральское море, топографическая карта, ЦМР, вертикальный профиль, проекция Гаусса-Крюгера.
УДК 528.48
Проблеме Аральского моря посвящено много научных и научно-популярных работ, организованы научные конференции и семинары, созданы международные, региональные и республиканские центры. В 2018г. на международном форуме принято решение об организации международного инновационного центра Приаралья при президенте Республики Узбекистан [1]. Генеральная ассамблея организации объединенных наций приняла резолюцию об укреплении регионального и международного сотрудничества между государствами Центральной Азии,
43
направленные на смягчение экологических и социально-экономических последствий высыхания Аральского моря [2]. Все эти мероприятия организованы в силу объективных причин, касающихся уменьшения уровня моря, в результате которой оно разделилось на две части (Большой и Малый Арал). О причинах этого явления до сих пор продолжаются научные споры, но к однозначному ответу не пришли. Видимо, необходимо произвести более широкомасштабное изучение, включая гидрографические, гравиметрические и спутниковые измерения. Многочисленные научные работы по данному направлению опубликованы в зарубежных, российских и республиканских изданиях. Однако следует отметить детальное исследование российских и узбекских специалистов по предотвращению неблагоприятных явлений, вызванных этим снижением, которые отражены в монографиях, научных статьях и даже в диссертациях [3-7]. В этих работах утверждается, что берег моря довольно разнообразный по рельефу, где преобладают мягкие рыхлые грунты, а твердые встречаются лишь на небольших участках. Большую часть площади дна занимает различный ил. В работе [8] была использована современная геоинформационная система ARCGIS для построения цифровой модели котловины Аральского моря по топографическим картам, а также были построены графики зависимости объема и площади воды от абсолютной отметки уровня моря.
На международных научных конференциях, организованной офисом ООН по использованию космического пространства в мирных целях, были затронуты вопросы регулирования водных ресурсов в бассейне Аральского моря (рис.1). Предлагалось установить приемники глобального спутникового позиционирования (ГНСС) в прибрежной зоне Амударьи и Сырдарьи [9-11]. Для этой цели должна быть разработана многоцелевая инновационная программа по геологическому и геоморфологическому исследованию моря. Прежде всего,
необходимо подготовить информацию о рельефе дна и прибрежных зонах.
Рис. 1. Международная конференция ООН по водным ресурсам. Исламабад, Пакистан
В данной работе основное внимание уделено модели рельефа дна на основе топографических карт и приведены первые попытки построения ЦМР дна моря по изолиниям морских карт. В 1950-1970гг. были составлены морские карты с батиметрическими данными, выполненные гидрографической службой. В 1992г. эти данные были приняты за основу вычисления площади моря с течением времени одним из авторов данной работы на кафедре геодезии и картографии Ташкентского Государственного Университета (ныне - это Национальный Университет Узбекистана имени Мирзо-Улугбека). Произведен численный и графический анализ изменения границы моря по картографическим данным, произведена экстраполяция значения длины береговой линии на 25 лет вперед.
Исследование рельефа дна моря можно выполнить не только по гидрологическим и географическим измерениям, но и по гравиметрическим наблюдениям. До 1970-80гг. не были изготовлены специальные гравиметры, позволяющие измерять поправку к ускорению силы тяжести на море. Разработанные методы определения параметров гравитационного поля с помощью наземных гравиметров
были пригодны для континентальной части суши в виде стоксовых постоянных, а для океанов и морей эти постоянные определяются приближенно. В таких случаях спутниковые измерения, где учитываются
короткопериодические коэффициенты зональных гармоник гравитационного поля, будут дополнительной информацией к наземным измерениям. В 1980-90гг. появились баллистические гравиметры с автоматической
стабилизацией, выполняющие роль гиростабилизации при гравиметрических измерениях [12]. Объединяя количественные данные, зная параметры зональных гармоник высокого порядка гравитационного поля, можно составить динамику изменения рельефа дна относительно квазигеоида.
Поскольку в наличии были топографические карты масштаба 1: 500000 [13], где отметки высот геодезических пунктов даны в балтийской системе высот, то предложено начать работу с векторизации изолиний. Помимо этого должны быть нанесены планово-высотные отметки реперов геодезической сети (рис.2), координаты которых получены методом триангуляции и нивелирования 1-1У класса [14].
Рис. 2. Фрагмент карты Аральского моря
Следовательно, создание ЦМР весьма сложная и трудоемкая задача, т.к. высотная составляющая меняется из
года в год (рис.3). Это означает, что пространственная модель будет отражать только приближенную картину рельефа на момент получения исходных данных, несмотря на то, что были использованы современные геоинформационные технологии и программные продукты.
мТТТмН пиши
Рис. 3. Изменение уровня моря на интервале 1960-2015
В последнее время составлено много программных комплексов, которые адаптированы под нужды профильных организаций, но самыми распространенными стали географические информационные системы (ГИС) и специализированные программы [15]. Для разработки ЦМР дна моря наиболее корректной геоинформационной технологией является ГИС ПАНОРАМА, которая внедрена не только в Узбекистане, но и в других странах СНГ, а также она более адаптирована к топогеодезическим и фотограмметрическим измерениям, хотя имеются аналогичные программные комплексы ARCGIS и ФОТОМОД. Создание модели, в первую очередь, начинается с подготовки исходных данных в виде топографических карт, которые должны быть преобразованы в растровый формат, а дальше выполняется процедура трансформации и оцифровки. В процессе оцифровки горизонталей создана цифровая и математическая модель дна
Аральского моря с геодезической привязкой к картографической проекции Гаусса-Крюгера (рис.4,5), где черными точками обозначена граница прежней береговой линии, а голубыми - это граница нынешнего состояния моря.
Рис. 4. Пространственная цифровая модель рельефа дна
Рис. 5. Математическая модель рельефа дна
Участок границы между Республиками Узбекистан и Казахстан проходит по морю (сплошная черная линия). По
этой линии построен вертикальный профиль моря (рис.6). Географические координаты этой линии взяты из топографических карт: ф1 = 450 35/ 08.12" = 580 35/ 51.28"; ф2 = 440 28/ 58.45//, = 600 54/ 07.32//.
Рис. 6. Изменение уровня Аральского моря
Изменение уровня моря имеет линейный характер, что говорит о влиянии ежегодных циклических процессов. Воздействие подземных геологических процессов трудно оценить из-за отсутствия систематических геофизических измерений.
Таким образом, традиционные методы не утратили своего значения и могут быть использованы в тех случаях, когда спутниковые методы не могут охватить некоторые участки территории. Эти данные будут также представлять дополнительную информацию при решении экологических и народно-хозяйственных задач, связанных с улучшением общего положения Аральского моря.
Список литературы
1. Постановление президента Республики Узбекистан. Об образовании международного инновационного центра Приаралья при Президенте Республики Узбекистан. № ПП-3975. Ташкент, 16 октября 2018г.
2. Резолюция генеральной ассамблея ООН №72/283 от 22.06.2018г.
3. Бортник В.Н., Кукса В.И., Цыцарин А.Г. Современное состояние и возможное будущее Аральского моря//Изв. АН СССР.1991. № 4. С. 62-68.
4. Рафиков А.А., Тетюхин Г.Ф. Снижение уровня Аральского моря и изменение природных условий низовьев Амударьи. Ташкент: Изд-во «Фан», 1981.
5. Рубанов И.В, Ишниязов Д.П., Баскакова М.А., Чистяков П.А. Геология Аральского моря. Ташкент: Изд-во «Фан» , 1987, 247 с.
6. Ахмедова А.Р. Проблемы восстановления водного режима Аральского моря. Магистерская диссертация. Российский Государственный Гидрометеорологический Университет. Санкт - Петербург. 2016. 85с.
7. Голубев Б.Н. Аномальный подъем уровня Каспийского моря и катастрофическое обмеление Аральского моря как результат дренирования Арала под плато Устюрт и в Каспий вследствие техногенных возмущений недр/Электронное научное издание. Альманах "Пространство и Время". 2018. Т. 16. Вып. 1-2.
8. Сиражиев А.А., Нургалиев Д.К. Модель котловины Аральского моря и ее значение для познания эволюции осадконакопления //ArcReview, 2009. №4 (51).
9. Mirmakhmudov E., Adenbaev B., Tursunov D. Some recommendation for monitoring the level of the Syrdarya and Amudarya rivers based on the GNSS/4th United Nations International Conference on the Use Space Technology for Water Management,26 Feb-2Mar. 2018, Islamabad, Pakistan.
10. Mirmakhmudov E., Toshonov B., Nazirova D. GNSS application for hydrology /The 6 EUPOS Council and Technical Meeting. 30-31 Oktober, Budapest, Hungary, 2019.
11. Мирмахмудов Э.Р. Предварительный анализ точности координат уровенных постов Узбекистана // Научно-методический журнал. Наука, техника и образование. Москва, 2020. №4(68).С.114-118.
12. Глазко В.В., Шустов Е.Б., Филабок Н.Н. Морские гравиметрические комплексы и гравиметры гидрографической службы военно-морского флота РФ//Навигация и гидрография. 2011. №32. С.79-87.
13. Топографические карты масштаба 1:500000. ГУГК. 1983.
14. Инструкция по нивелированию I, II, III, IV кл. ГУГК. М: "Недра". 1974.
15. Лурье И.К. Геоинформационное картографирование. Методы геоинформатики и цифровой обработки космических снимков. М.: Изд-во КДУ, 2008. 424с.
