В онлайне: 3 (гостей - 3, участников - 0)  Вход | Регистрация

 
УДК 631.471

Картографическое обеспечение и моделирование противоэрозионных процессов


Куришко Р.В., преподаватель
Харьковский национальный аграрный университет им. В.В.Докучаева, Украина

Изложены результаты сравнения архивных топографических карт с материалами тахеометрической съемки. Установлено, что существующие карты устарели и не предоставляют объективную информацию о рельефе территории. Показаны возможности программы WEPP относительно моделирования процессов водной эрозии.

Эрозия почвы была и, к сожалению, остается одной из основных экологических проблем Украины. По интенсивности эрозионных процессов Украина занимает одно из первых мест в Европе, а масштабы эрозии такие, что об этом необходимо говорить как о национальном бедствии. Борьба с любым негативным процессом требует, прежде всего наличие исчерпывающей информации о нем. По материалам исследований некоторых авторов общие годовые потери почв от эрозии в стране составляют 60 млн. тонн, других - более 500 млн. тонн (Тарарико А.Г., 1990).

В целом, в структуре земельного фонда значительную долю занимают земли, почвенный покров которых приобрел негативные свойства (высокая степень смыва, выветривание почвы, засоленности, переувлажненности т.д.). Практически все почвы земель сельскохозяйственного использования подверглись существенному уменьшению уровня плодородия [1].

Для защиты территории и эффективного управления экологической безопасностью, возобновляемыми природными ресурсами и охраной окружающей среды от водной эрозии на областном уровне необходимо знать как идут процессы смыва, переноса и отложения грунта во времени и пространстве а также иметь достоверную, своевременную и полную информацию об основных текущих параметрах состояний компонентов окружающей среды и техногенных факторов, влияющих на них. При этом желательно делать прогноз эрозионных процессов на будущее, в зависимости от конкретных условий. Такой прогноз позволит разработать различные сценарии противоэрозионной защиты территории.

Вторым важным вопросом, с которым связано картографирования эрозионно-опасных земель, применение моделей смыва почвы. Наиболее "отработанным" считается метод картографирования с использованием "универсального уравнения" смыва (USLE) (Wischmeir W., 1978), который был успешно применен при крупномасштабном картографировании в США (1: 60000). Однако, как показали специальные исследования, модель USLE достаточно точно характеризует интенсивность эрозии значительных по площади (65 км2) водосборов в целом, но воспроизводит искаженную характеристику ареалов смыва для небольших по площади территорий, например, отдельных хозяйств или водосборов площадью в сотни гектаров. Причинами этого является значительная пространственная дифференциация смыва, которая в значительной степени обуславливается территориальной разновидностью эрозионного потенциала рельефа и микроструктурных особенностей почв, поэтому их картографическая оценка должна быть сделана с особой тщательностью [2].

Однако для проведения противоэрозионных мероприятий нужно иметь адекватную модель рельефа реальной местности в виде сплошной поверхности и владеть методами ее исследования. Такая модель должна давать возможность не только быстро получить необходимые числовые данные, но и наглядно изображать местность в виде плоской или объемной карты для просмотра, а также предоставлять инструментарий для исследования этой модели и анализа результатов.

Одним из самых мощных средств моделирования водной эрозии является программный комплекс WEPP [3]. Для обеспечения качественной работы программы WEPP в нее необходимо занести информацию о реальной территорию, которая подлежит противоэрозионному благоустройству. В частности, одним из наиболее важных факторов эрозии, который обязательно должен быть учтен, является рельеф. Для этого в большинстве случаев полагаются на существующие крупномасштабные топографические карты. Но этот источник информации имеет существенный недостаток - старость, ведь последние топокарты на территорию Украины создавались в 80-90 годах прошлого века. Реальным выходом из положения является новая съемка территории.

Для исследований был выбран один из опытных полей ХНАУ им. В.В. Докучаева, общей площадью 5,25 га. Средний уклон поля 5,3%. Моделирование водной эрозии происходило с помощью программного комплекса WEPP (Water Erosion Prediction Project), основу которого составляют 4 блока [4]:

  1. Блок "Климат" предназначен для прогнозирования объемов и интенсивности выпадения дождей, инфильтрации и стока. Для наших исследований был выбран вариант типичный для данной местности ливни 10% уровня обеспеченности.
  2. Блок "Почва" характеризует почвенный покров территории, а именно противоэрозионную способность почв, входящих в его состав. Почвенный покров исследуемого поля представлен черноземом типичным в комплексе с черноземом слабоэродированным;
  3. Блок "Агрофон" содержит информацию о типе растительности, вид обработки почвы, состояние поверхности почвы на момент моделирования. Для моделирования был выбран вариант "черного пара", как наиболее опасного агрофона.
  4. Блок "Рельеф" описывает склон практически любой конфигурации и характеризуется двумя показателями: длиной и наклоном поверхности. Для построения модели склона и сравнительной характеристики были выбраны два источника исходных данных: 1) топографическая карта масштаба 10000; 2) результаты тахеометрической съемки исследуемого поля. Для его съемки был использован электронный тахеометр TCR 405 "Leica Geosystems".

Для точности съемки местности электронный тахеометр TCR 405 был установлен по центру поля и вся ситуация снята с одной центральной точки [5]. Во время съемки, для более четкого нанесения и установления размеров съемочной участка, было снято 86 точек, снятых через 20 м с определенными координатами Х, Y и высотой Н. После чего с помощью программного комплекса AutoCAD, снятые точки были отражены графически и сделана интерполяция с проведением горизонталей через 1 м. На архивной топографической карте (М 10000) сечение рельефа для данной территории указаны через 2 м. Для сопоставления и анализа, результаты топографической съемки (векторное изображение) было наложено на архивную топографическую карту (растровое изображение) (рис .1). В центральной части поля вдоль склона было выделено трансекта, для которой в дальнейшем будет выполняться моделирования водной эрозии.

На рис. 2 приведены два варианта гипсометрического профиля, построенного согласно данной трансекты. Как видим, профиль, построен по данным топографической карты (К) существенно отличается по форме от профиля, полученного по результатам съемки (З). При этом такая разница имеют не случайный характер - в верхней части склона наблюдается четкое превышение К над З. В нижней части видим обратную закономерность. Такая картина может быть объяснена влиянием водной эрозии, ведь наблюдается "перемещение почвы" с верхней части склона к нижней. Понятно, что это лишь предположение, которое необходимо подтвердить в ходе детального полевого почвенного обследования. В пользу такого предположения говорит тот факт, что временной интервал между двумя источниками информации, по которым строился график, составляет по меньшей мере 20-30 лет. В любом случае можно сделать вывод, что существующий картографический материал нуждается в обновлении.

Модель наложения векторного изображения на растровое

Рис.1 – Модель наложения векторного изображения на растровое
1 - пикетные точки с высотами, 2 - горизонтали, 3 - часть склона, для которой будет проводиться моделирование


Гипсометрический профиль исследуемой территории

Рис.2 – Гипсометрический профиль исследуемой территории
К - определение высот по топографической картой; З - значение высот по результатам съемки


Следующим этапом было формирование блока "Рельеф" в модели WEPP. Для этого по снятым точкам определялись крутизна склона и расстояние между точками. Для моделирования было выбрано информацию о рельефе, которая была получена по результатам тахеометрической съемки. Результаты по моделированию при ливнях 10% степени обеспеченности приведены в таблице 1.

Как видим средний смыв почвы для исследуемой территории составляет 65 т / га, что значительно превышает все допустимые нормы. Это подтверждает наше предположение о расхождениях в гипсометрических профилях, которые приведены на рис.1.


Таблица 1 - Результаты моделирования водной эрозии

ПоказательЗначениеЕдиницы измерения
Количество осадков55,00мм
Поверхностный сток44,29мм
Средние потери почвы6,564кг/м2
Средние транзитные потери почвы65,64т/га


Полученные данные свидетельствуют, что исследуемая территория нуждается в противоэрозионной защите. Основой для него могут быть пространственные расчеты процессов смыва-намыва почвы, предоставляет модель WEPP. Например, на рис. 3 приведен график пространственного перераспределения почвы по изучаемому склону. Как видим смыв почвы закономерно возрастает с увеличением крутизны склона. Результаты моделирования предоставляют качественную основу для реализации почвенноохранных задач при противоэрозионных благоустройств данной территории.

График потерь почвы от водной эрозии

Рис.3 – График потерь почвы от водной эрозии


Проведенные исследования доказали, что существующие топографические карты устарели и не могут считаться надежной основой для противоэрозионного обустройства территории. Для характеристики рельефа на территории, как одного из основных факторов эрозии, необходимо проводить тахеометрическую или нивелирную съемку. Полученные результаты должны использоваться при математическом моделировании процессов водной эрозии с помощью модели WEPP. Результаты такого моделирования объективно и качественно характеризует пространственно-временную картину развития эрозионных процессов на исследуемой территории и могут служить основой для противоэрозионной защиты для данной территории.

Библиографический список

  1. Проект Закону України "Про загальнодержавну програму використання та охорони земель" // Землеустрій і кадастр. - 2004. - № 1-2. - С. 101-128.
  2. Волошин В. У., Процик М. Т., Бліндер Ю. С. Моделювання площинної ерозії на основі цифрової моделі рельєфу і R-функцій: Зб. наук. пр. "Геодезичний моніторинг, геодинаміка і рефрактометрія на межі ХХІ ст". -Львів, 1998. - С. 75-85.
  3. Ачасов А.Б. Протиерозійне впорядкування агроландшафту на основі математичного моделювання ерозійних процесів//Охорона родючості ґрунтів: Збірник статей - 2012 - №.8. - С. 3-10.
  4. Ачасов А.Б., Ачасова А.О., Карабач К.С. Моделювання процесів водної ерозії за допомогою моделі WEPP. Методичні вказівки. - К.: Вид. центр НАУ, 2008 - 18 с.
  5. Электронный тахеометр Leica Geosystems TC(R)403/405/407/410: Руководство пользователя Leica Geosystems AG, Heerbrugg, Швейцария 2003. - 150 с.
  6. Скворцов А.В. Геоинформатика. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2006. - 336 с.


 

Разделы конференции »

  1. Государственный кадастр недвижимости и земельно-имущественные отношения
  2. Мониторинг природных ресурсов и охрана окружающей среды
  3. Комплексное использование природных ресурсов
  4. Современные вопросы геологии
  5. Физика горных пород
  6. Новые технологии в природопользовании
  7. Применение современных информационных технологий
  8. Экономические аспекты недвижимости
  9. Мониторинг использования объектов недвижимости
  10. Топографо-геодезическое обеспечение кадастровых работ

 

Проекту Kadastr.ORG требуются средства на хостинг и развитие

Сумма: руб.