Гидрографическую сеть Волгоградской области формируют 115 рек различной протяженности [1]. Условно можно выделить следующую классификацию: малые (0-100 км), средние (101-500 км), большие (501-1000 км), очень большие (более 1001 км).
Рисунок 1. Реки Волгоградской области
Очень большие реки. В Волгоградской области можно выделить две большие реки – Волга (3530 км, в пределах области 415 км), Дон (1870 км, в пределах области 280 км) и Ахтуба (537 км, в пределах области – 90 км).
Большие реки. Хопер (980 км., в пределах области 222 км), Медведица (745 км, в пределах области 280 км)
Средние реки. Иловля (358 км, в пределах области 250 км), Бузулук (314 км, в пределах области 204 км.), Еруслан (278 км, в пределах области 102 км) и еще около десятка рек общей протяженностью до 200 км.
Таким образом, значительная часть водотоков Волгоградской области представлена малыми реками, в том числе ериками Волго-Ахтубинской поймы ( Булгаков, Бурчала, Гнилой, Дудак, Калинов, Каширин, Коршевистый, Кривой, Лещев, Огибной, Петлеватый, Поршневка, Проран, Прорва, Старая Ахтуба, Судомойка, Сухой Каширин, Таловой).
Рисунок 2. Фрагмент гидросети Волго-Ахтубинской поймы c ериками и озерами
Для моделирования паводков на территории Волгоградской области необходима цифровая модель рельефа местности. Цифровые модели рельефа (ЦМР) являются важной составляющей при проведении различных гидродинамических расчетов. Они помогают понять исследуемую территорию и позволяют определить направления распространения водных потоков. ЦМР можно получить используя лазерное сканирование, стереоскопическую оптическую съемку или интерферометрическую радиолокационную съемку [2, с. 55] . В открытом доступе [3] имеются ЦМР, покрывающие значительную часть земной поверхности (рис. 3). В частности, таковыми являются данные ASTER GDEM (Стереопары оптических снимков Terra Aster) [4] и SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) [5] (Интерферометрические пары радиолокационных снимков). Оба продукта имеют разрешение в 1 угловую секунду (что соответствует примерно 30 м/пикс). В конце 2014 Геодезическая служба США (USGS) начала публиковать данные SRTM разрешением в 1 угловую секунду [6]. До этого на весь мир, за исключением территории США, были доступны данные в 3 угловые секунды. Для территории Волгоградской области обновленные данные стали доступны в середине 2015 года (Таблица 1).
Рисунок. 3. Покрытие территории России данными SRTM-1
ЦМР с более высоким разрешением можно получить с помощью космической и аэро съемки, но эти данные не находятся в свободном доступе и покупаются для определенной исследуемой территории.
Стоит особо отметить, что данные ДЗЗ позволяют построить рельеф поверхности Земли без учета рельефа дна водных объектов. Для построения моделей рельефа объектов гидрографии чаще всего прибегают к непосредственному исследованию дна при помощи промеров глубин ручным или автоматизированным способом.
Таблица 1 – Атрибутивные данные участка ЦМР окрестностей г. Волгоград
Рисунок 4. ЦМР окрестностей города Волгограда
Полученная цифровая модель (рис. 4) была апробирована по четырем гидростворам Волги и Ахтубы [7, с.114], удалось добиться согласия подъема уровня воды в компьютерном эксперименте с данными гидрологических измерений при одном и том же расходе воды. Однако в самой пойме наблюдались участки расхождения моделируемых и реальных зон затопления. В виду огромного количества водных объектов (несколько сотен) , значительная часть которых подвержена изменением русловых характеристик, создавать точную ЦМР для малых рек ручным способом нецелесообразно. Был предложен иной подход, включающий в себя следующие шаги:
1. Отбор данных ДЗЗ. Включает спутниковые снимки высокого и среднего разрешения для исследуемой территории. Также применяются снимки сверхвысокого разрешения, полученные с помощью беспилотных летательных средств.
2. Проведение компьютерных экспериментов, повторяющих условия на снимках ДЗЗ.
3. Сравнение результатов (рис. 5), поиск расхождений и их устранение (рис. 6). После определения различий, происходит автоматическая коррекция высотных характеристик ЦМР с последующим повторением компьютерного расчета.
Рис 5. Гидросеть Волго-Ахтубинской поймы по результатам компьютерного моделирования (слева) и по результатам обработки спутникового снимка Landsat 8 (справа)
Рис. 6. Расхождения зон затопления
Таким образом, имеется возможность построения цифровой модели рельефа дна множества гидрообъектов, по которым отсутствуют данные измерений глубин. Для малых рек Волгоградской области таких измерений нет (за исключением небольших областей) Работа ручным способом представляется достаточно громоздкой и в последствии потребует автоматизации. Однако только так можно получить высотные характеристики объектов гидрографии дистанционным способом.
Работа выполнена в рамках грантов РФФИ-14-07-31303_мол_а, РФФИ-14-07-97030 р_поволжье_а и РФФИ-15-45-02655 р_поволжье_а
Библиографический список
- Данные OSM в формате shape-файлов // Информационный портал ГИС и ДЗЗ. URL:http://gis-lab.info/ (Дата обращения 5.01.2016)
- Воронин А.А., Елисеева М.В., Писарев А.В., Хоперсков А.В., Храпов С.С. Имитационные модели динамики поверхностных вод с использованием данных дистанционного зондирования: влияние рельефа местности // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2012, No. 3(19), С.54-62.
- Глобальные цифровые модели высот // Официальный портал компании “Ракурс”: программные решения в области геоинформатики, цифровой фотограмметрии и дистанционного зондирования URL:http://www.racurs.ru/ (Дата обращения 5.01.2016)
- Высотные данные ASTER GDEM // Официальный сайт. URL: http://asterweb.jpl.nasa.gov (Дата обращения 5.01.2016)
- Высотные данные SRTM // Официальный сайт. URL: https://lta.cr.usgs.gov/ (Дата обращения 5.01.2016)
- Данные Landsat8 // Геопортал геодезической службы США URL: http://earthexplorer.usgs.gov/ (Дата обращения 5.01.2016)
- Писарев А.В., Храпов С.С., Агафонникова Е.О., Хоперсков А.В. Численная модель динамики поверхностных вод в русле Волги: оценка коэффициента шероховатости // Вестник Удмуртского университета. Математика. Механика. Компьютерные науки, 2013, N 1, с. 114-130.
Количество просмотров публикации: Please wait