В.Х. Багманов, С.В. Павлов, Г.М. Сайфутдинова, О.С. Саубанов, А.И. Смирнов,
НИИ безопасности жизнедеятельности МЧС РБ, Уфа, тел/факс: (3472) 28 75 90, Эл. почта: risla@mail.ru
При рациональном использовании и охране земельных ресурсов необходимо знать и учитывать процессы, происходящие в приповерхностной зоне литосферы. К ним, в первую очередь, относится эрозия, снижающая ценность земельных ресурсов и усложняющая инженерно-геологические условия строительства. В связи с этим, нами был произведен анализ распространения и развития эрозионных процессов на территории города Уфы и его окрестностей (рис. 1), где проживает почти треть населения Башкортостана. Подобный анализ на основе современных компьютерных технологий, включающий создание комплекта результирующих карт, имеет важное значение для кадастровой оценки земель.
Стадии проекта
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1) картографическое отображение проявлений эрозионных склоновых процессов;
2) определение количественных показателей интенсивности их развития;
3) создание базы атрибутивных данных по этим процессам;
4) выявление основных закономерностей распространения и развития эрозионных процессов для ведения кадастровых работ.
Для кадастровой оценки земель сначала было проведено районирование рассматриваемой территории с целью выделения относительно однородных участков на основе анализа природных условий (характер поверхности, уклоны, абсолютные отметки, геологическое строение, геоморфологические условия и т.п.) и результатов дешифрирования аэрофотоснимков масштаба 1:17000-1:25000 за 1990-1991 гг. с применением программных продуктов ESRI. Исходными материалами послужили данные ОАО «Башкиргеология», а также данные дистанционного зондирования.
Рис. 1. Физическая карта Уфы и ее окрестностей.
Картографическое отображение проявлений эрозионных склоновых процессов произведено с помощью программных продуктов ESRI и ERDAS.
В ArcView 3.2 создавались слои пространственной информации по исследуемой территории, выполнялись визуализация, редактирование, комбинирование и анализ слоев информации, создание и редактирование легенд и таблиц атрибутивных данных (геоморфологический элемент, абсолютные отметки, вид эрозионного процесса, полученные коэффициенты и т.п.), построение диаграмм, оформление компоновок карт. Всего было создано 126 тематических слоев. В результате были созданы три карты, наибольший интерес из которых представляет карта «Интенсивность расчленения эрозионными склоновыми процессами города Уфы и ее окрестностей» (рис. 2).
Рис. 2. Интенсивность расчленения территории склоновыми эрозионными процессами.
Часть объектов, таких как контуры оврагов, участки подмываемых берегов и т.п., имеет линейный характер, часть — полигональный (например, таксономические единицы районирования). Каждый слой имеет свою тематику, например, геоморфологический элемент, степень пораженности, расчлененности и т.д. Общая схема картографического анализа представлена на схеме (рис. 3).
Рис. 3. Влияние эрозионных процессов на кадастровую оценку земель.
Рис. 4. Интенсив-ность развития речной (боковой) эрозии.
В ArcMap была создана карта (рис. 4), интегрирующая данные многих форматов, включая шейп-файлы, покрытия, таблицы, файлы форматов САПР, рисунки, изображения. С помощью этого приложения проводились оформление полученных данных и манипулирование ими. Пространственные данные описывают расположение и форму эрозионных процессов. Атрибутивные данные информируют о других характеристиках данных процессов.
Картографическое отображение исходных данных было дополнено обработкой космического снимка SPOT с использованием функции графического моделирования системы ERDAS IMAGINE (рис. 5). Были исследованы различные алгоритмы, классификации и преобразования изображений, позволяющие повысить возможности визуального дешифрирования и выделения отдельных классов объектов.
Рис. 5. Овражно-балочные явления промзоны г. Уфы по космическим данным.
Методика и некоторые результаты
Рассмотрим пример применения средств визуального программирования при комплексной оценке эрозионной стойкости территории. Входными слоями информации (соответственно n1, n2 и n3) являются уклоны поверхности, информация о конфигурации зоны затопления и карта ландшафтов, отражающая характер землепользования (рис. 6). Каждому классу поверхности на основе экспертных оценок приписывается число S, характеризующее стойкость данного типа земной поверхности к эрозионному разрушению, и предполагается, что эрозионное разрушение пропорционально уклону поверхности P, а коэффициент пропорциональности K зависит от подверженности территории затоплению. Функциональным критерием стойкости в данном случае будет величина F=SхPхK.
Рис. 6. Дифферен-циация территорий по зонам риска эрозионного разрушения.
В результате компьютерной обработки исходных данных проявлений эрозионных склоновых процессов был создан проект, содержащий базу данных в виде слоев и атрибутивных таблиц. На его основе выявлены основные закономерности распространения и развития эрозионных процессов.
Эрозионные процессы на рассматриваемой территории представлены плоскостным смывом, овражной и речной эрозией, двум последним было уделено основное внимание.
Овражная эрозия представлена современными и древними формами ее проявления. Первые (промоины и овраги) активно развиваются в настоящее время, вторые (ложбины, балки и лога) наиболее активно развивались одновременно с формированием палеодолин рек в раннем плиоцене. Наибольшее распространение древних эрозионных склоновых форм рельефа характерно для крутых склонов Уфа-Бельского междуречья и бассейна реки Изяк, где коэффициенты пораженности территории ими колеблются от 0,01 до 0,1. Наименьшая интенсивность распространения древних эрозионных склоновых форм рельефа свойственна плоским или выположенным речным террасам (к-ты пораженности менее 0,001).
Современные эрозионные склоновые формы рельефа подразделяются на донные, вершинные, склоновые, береговые и эрозионно-карстовые овраги. Все они, за исключением береговых, развивающихся во внешних частях речных террас, приурочены к днищам логов, балок и ложбин, то есть более древним эрозионным врезам.
На пологих и длинных склонах, плавно переходящих в водораздельные пространства, наблюдаются более длинные и мелкие овраги (левобережные части рек Белой и Уфы — территории проектируемых работ), а на более крутых и коротких, резко сочленяющихся с водораздельными пространствами, — менее длинные, но более глубокие (правобережные части рек Белой и Уфы). Частота встречаемости современных оврагов на первых значительно меньше, чем на вторых.
Древние эрозионные склоновые формы рельефа повсеместно преобладают над современными. Наиболее резкие отличия в пораженности логами, балками и ложбинами повсеместно выявляются при сравнении ее значений по неоген-четвертичным и пермским (в основном уфимский ярус) отложениям. В первых, развитых главным образом на надпойменных террасах, они редко превышают 5%, а во вторых часто достигают 10% и более.
Наибольшая активность развития современных оврагов наблюдается в пределах логов, балок и ложбин, причем в более крупных, имеющих большую площадь водосбора, она выше, чем в мелких с меньшей площадью водосбора. На ровных поверхностях склонов, водораздельных пространств и речных террас за пределами логов, балок и ложбин скорость развития оврагов наименьшая.
Наибольший прирост оврагов вершиной наблюдается в рыхлых плиоцен-плейстоценовых отложениях, наименьший — в скальных и полускальных верхне- и нижнепермских. При этом, в первых наибольший прирост (до 10-12 м в год) наблюдается в песчано-суглинистых породах, наименьший (обычно до 5 м в год) — в глинах.
Речная эрозия представлена глубинной и боковой. Основной практический интерес имеет последняя, проявляющаяся в подмыве и разрушении берегов (рис. 4). Ее развитие обусловлено, главным образом, характером прохождения по рекам максимальных руслоформирующих расходов, строением днищ долин рек, литологическим составом подмываемых берегов и, отчасти, другими факторами, такими как степень извилистости русел рек и величина излучин, облесенность речных берегов и хозяйственная деятельность человека.
Заключение
В ходе реализации данного проекта разработана методика пространственного анализа, которая может служить одним из инструментов для ведения кадастровых работ. Она также может служить основой для выполнения дальнейших исследований и разработки мероприятий по предупреждению развития эрозионных процессов на территории города Уфы и его окрестностей.
