В 1969 г. были проведены первые эксперименты по геоморфологической интерпретации космических снимков. Идея об их использовании тогда была неожиданной. Применение космических снимков позволяет получать новую объективную качественную и количественную информацию, не обеспечиваемую другими методами, и, наконец, при современном ограниченном финансировании во многом сократить сроки работ [1].
По космическим снимкам возможно получать координаты (широта, долгота, высота от уровня Балтийского моря) любой точки на поверхности. По рекомендациям [2] при нажатии курсора на карту открывается информационное окно, показывающее координаты указанной точки. Нами предлагается на линии стрежня малой реки выбирать характерные точки от истока до устья и после проведения измерений составить таблицу исходных данных для последующего моделирования методом идентификации устойчивых закономерностей [3, 4].
В статье показана методика измерений. Цель – составить таблицу результатов измерений по трем координатам в характерных точках, определяемых по резкому изменению кривизны продольного профиля в плане, вдоль русла малой реки от истока до устья.
Умеренное овражное расчленение (0,02–0,05) характерно для междуречий рек Большой, Малой Кокшаги и Илети на территории Марий Эл. Средняя лесистость составляет 34 %, распаханность – 51 %, крутизна склонов – около 2,5 °, глубина местных базисов эрозии – 103 м. Отсутствие оврагов приурочено к более четверти всех бассейнов, как правило сильно залесенных и расположенных в подзоне южной тайги в Марийском Полесье [5].
По классификации методом Варда [6] малых водосборов по четырем морфометрическим характеристикам, определяющим энергию рельефа (средняя высота, вертикальная расчлененность, густота овражно-балочной сети и средний уклон) р. Ировка является элементарным водосбором. В дальнейшем предполагается устанавливать соотношение обрабатываемых (пашня), слабонарушенных (пастбища) и ненарушенных (лес, луг) земель для минимизации темпов смыва почв и сокращения доли наносов.
Продольный профиль реки в естественных условиях характеризуется, как правило, неравномерным распределением уклона. Его можно рассматривать в разных пространственно-временных масштабах: всей реки от истока до устья или конкретного участка реки, в пределах которого существуют некоторые особые условия для режима стока воды и наносов [7]. В статье рассматривается вся малая река Ировка от истока до устья, в стрежне русла которой выделено 290 характерных точек.
Материалы и методы исследования
Ировка – река в России, протекает в Республике Марий Эл, в Параньгинском, Куженерском и Моркинском районах (рис. 1) вдоль восточной стороны Вятского увала. По нашей классификации [4] река Волга получает нулевой ранг, а её приток река Илеть – ранг 1. Поэтому приток Илети река Ировка получает ранг 2, у неё имеются собственные притоки с рангами 3. На мелкомасштабных снимках возможно выделение на притоках Ировки еще более мелких притоков с рангами 4.
Рис. 1. Река Ировка (Слайд 5. https://infourok.ru/prezentaciya-prilozhenie-k-nod-moya-malaya-rodina-1383082.html)
Сведения о реке (рис. 2), о притоках и свойствах были взяты из интернета. Правые притоки: Унжа, Кокшерка, Шойка, Изюмка, а левым притоком является речка Шеменер. В пойме малой реки Ировки находится семь озер.
Тогда получается, что по классификации [8] р. Ировка относится к четковидным руслам.
Рис. 2. Река Ировка [2]: С-Ю
Четковидные русла малых рек характеризуются сопряженным чередованием озеровидных расширений и соединяющих их узких проток. Весьма распространенным типом русел малых рек являются четковидные извилистые русла, анализ морфологии которых может внести некоторую ясность в развитие представлений о механизмах формирования. Извилистая форма четковидных русел характерна для малых рек [8].
По р. Ировка и Илеть проходит сплавной маршрут № 124 длиной 197 км до Волги.
Исток реки находится у деревни Данилово в 9 км к северо-западу от села Параньга. Река течёт на юг, протекает мимо деревень Ирмучаш, Яндимирово, Ирнур, Портянур, Шойдум, Нижняя, Семисола, Алмаметьево, Канал, Юрдур, Мари-Кужеры. Река Ировка протекает в двух километрах восточнее крупного посёлка Морки. Впадает в р. Илеть ниже деревни Мари-Кужеры в 10 км к юго-востоку от села Морки.
В 1950–1960 гг. река Ировка была полноводной и весной сильно разливалась. Во время весеннего разлива по ней ходил катер. Работал лесосплав, и по ней сплавляли бревна. Ныне в засушливые годы она местами превращается в ручей, около истока имеет пересыхающие участки. Ировка очень живописная река. У нее песчаные косы, омуты и затоны с кувшинками, бобровые запруды, обрывы, поросшие корабельными соснами.
Вначале на космическом снимке (рис. 3) выделяется исток.
Рис. 3. Исток и вторая точка малой реки Ировка
Рис. 4. Характерные точки на излучине малой реки Ировка
Начальной точке даем ранг 0. По сути ранг заменяет расстояние вдоль русла реки. Северная широта и восточная долгота имеют погрешность измерений ±0,005 минуты, а высота над уровнем моря ±0,5 м. При этом высота на снимке показывает средний рельеф у обоих берегов.
Вдоль реки от истока до устья выбираются характерные точки (рис. 4). Как правило, ими становятся места в горизонтальных изломах реки с резко изменяющейся кривизной русла в плане.
На рис. 4 показаны три характерные точки. Первая точка принята при повороте на 90 ° русла реки, а вторая точка расположена также на повороте 900 на восток.
На рис. 5 показаны три характерные точки прохождения русла реки Ировка по озеру. Первая точка принята до входа водотока в озеро. Вторая точка принята в месте впадения малой реки в озеро. Затем третьей точкой принята середина входа от озера в продолжение русла малой реки Ировка.
Рис. 5. Характерные точки русла реки внутри водоема
Из этого примера видно, что от истока до устья реки Ировка характерных точек извилистого русла намного больше 290. Поэтому учитывались только крупные изменения радиуса кривизны русла по стрежню. В итоге русло реки Ировка разделилось на 289 промежутков со средней длиной 69000 / 289 = 239 м.
На рис. 6 показаны две характерные точки около устья реки Ировка. Последней характерной точкой становится середина створа впадения Ировки в реку Илеть.
Рис. 6. Характерные точки в устье реки Ировка
Как видно из всех рисунков, для измерений спутниковые снимки увеличивают, а затем передвигают снимок постепенно на экране компьютера от истока до устья. Затем курсором устанавливают точку в характерном месте русла по его стрежню. Из данных в окошке выделяют три параметра (широта, долгота и высота) и заносят в таблицу. Сверху фото показаны значения этих трех параметров точки.
Координаты характерных точек продольного профиля русла малой реки Ировка
|
№ п/п |
Измеренные данные |
Данные относительно реки Ировка |
||||
|
Северная широта |
Восточная долгота |
Высота над морем, м |
Север-Юг α, минута |
Долгота β, минута |
Высота от устья h, м |
|
|
1 |
N56 °44.75' |
E49 °20.09' |
148 |
0 |
17.39 |
59 |
|
2 |
N56 °44.73' |
E49 °20.20' |
141 |
0.02 |
17.50 |
52 |
|
3 |
N56 °44.56' |
E49 °20.32' |
137 |
0.19 |
17.62 |
48 |
|
4 |
N56 °44.55' |
E49 °20.37' |
137 |
0.20 |
17.67 |
48 |
|
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
|
287 |
N56 °20.92' |
E49 °4.670' |
93 |
23.83 |
1.97 |
4 |
|
288 |
N56 °20.91' |
E49 °4.719' |
93 |
23.84 |
2.019 |
4 |
|
289 |
N56 °20.88' |
E49 °4.735' |
91 |
23.87 |
2.035 |
2 |
|
290 |
N56 °20.86' |
E49 °4.717' |
89 |
23.89 |
2.017 |
0 |
В такой же последовательности проводят измерения в характерных точках водосборных бассейнов после нажатия слева вверху на космическом снимке на кнопку «Топо».
Результаты исследования и их обсуждение
Характерные точки выбираются визуально относительно быстро. При этом повышается наглядность снимка под углом 900: видна растительность и другие объекты, например строения и огороды по сторонам реки.
В сравнении с любыми электронными картами спутниковые снимки отличаются оперативностью и возможностью быстрого измерения координат любой принятой точки. При этом на снимках измерения проводятся с очень малой трудоемкостью, так как не требуется составлять электронные карты. Однако по сравнению с картой в ГИС Панорама 11 с горизонталями, при относительно высокой трудоемкости процесса измерений. На карте с горизонталями высоту рельефа русла можно измерять с погрешностью ±0,05 м, что на порядок выше по сравнению с космическим снимком.
В таблице даны результаты измерений по выпискам из всплывающего окна при нажатии курсором на выбранную точку. Затем русло реки Ировка принимается за географический объект с местными приведенными координатами. Поэтому по течению реки от истока до устья устанавливается ось абсцисс, начиная от нуля в точке истока. В этом случае местная широта образуется в направлении Север – Юг с началом в истоке реки Ировка. Из фактических широт вычитается вначале 56 °, а затем 20.86 минут для последней точки в устье. После этого сменой отрицательного знака получается ось абсцисс α в пределах от 0 до 23.89 минут.
Местная восточная долгота образуется после вычитания 49 °, а затем выбирается западная точка № 255 с новой долготой 2.772 минуты. Из всех значений для 290 точек вычитаем 2.7 и получаем начало местной восточной долготы 0.072 минуты. Тогда река Ировка находится в прямоугольнике 23.89 минут длиной и 18.89 минут шириной. Можно перевести минуты в метры. Однако для моделирования подходят данные и в минутах.
Данные таблицы затем подвергаются моделированию методом идентификации [3, 4] устойчивыми законами. Для трех параметров вначале выявляются ранговые распределения, а после этого проводится факторный анализ с учетом парных отношений.
Заключение
Применение спутниковых снимков позволяет оперативно изучать малые реки и составлять таблицы координат характерных точек русла для последующего статистического моделирования. В ближайшем будущем появится возможность построения 3D вида для пространственного анализа водосборного бассейна. Это позволит на космических снимках изучать эрозию почвы на склонах, на водоохранной зоне и водозащитной полосе по четырем берегам, а также выявлять разрушения берегов малой реки. На космических снимках будет возможным также изучать распределение классов почвенного покрова ООН в охранной зоне малой реки.
Достоинством предлагаемой технологии измерений координат характерной точки, определяемой по изменению кривизны русла в плане, вдоль русла малой реки по её стрежню, является малая трудоемкость. В режиме «Топо» можно измерять координаты любой точки по границам водоразделов и внутри водосборного бассейна. Достоинством является наглядность объектов, находящихся по берегам малой реки. Если еще учесть, что космические снимки приводятся в реальном режиме времени, то появляется практическая возможность изучения объектов и параметров самой малой реки в динамике после многократных измерений.