Пространственная дифференциация литогенной основы горных ландшафтов района Даховской котловины с использованием ГИС

Подтопта, Геннадий Леонидович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Пространственная дифференциация литогенной основы горных ландшафтов района Даховской котловины с использованием ГИС
ВАК РФ 25.00.23, Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации по теме "Пространственная дифференциация литогенной основы горных ландшафтов района Даховской котловины с использованием ГИС"

На правах рукописи

ПОДТОПТА Геннадий Леонидович

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ЛИТОГЕННОЙ ОСНОВЫ ГОРНЫХ ЛАНДШАФТОВ РАЙОНА ДАХОВСКОЙ КОТЛОВИНЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ гис

Специальность 25 00 23 - «Физическая география, биогеография, география почв и геохимия ландшафтов»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата географических наук

Ростов-на-Дону 2007

003160507

Работа выполнена на кафедре физической географии, экологии и охраны природы геолого-географического факультета Южного федерального университета

Научный руководитель

доктор географических наук, профессор Фёдоров Юрий Александрович

Официальные оппоненты

доктор географических наук Погорелов Анатолий Валерьевич

кандидат геолого-минералогических наук Агарков Юрий Васильевич

Ведущая организация

ОАО «Южгеология»

Защита состоится «31» октября 2007 г в «14» часов на заседании диссертационного совета Д 212 208 12 при ФГОУ ВПО «Южный Федеральный университет» по адресу 344090, Ростов-на-Дону, ул Зорге, 40, геолого-географический факультет, ауд 201

С диссертацией можно ознакомиться в зональной научной библиотеке Южного Федерального университета по адресу г Ростов-на-Дону, ул Пушкинская, 148

Автореферат разослан «28» сентября 2007 г

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат географических наук, доцент

Смагина

Татьяна Андреевна

ВВЕДЕНИЕ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. В настоящее время весьма актуальной проблемой в научно-исследовательской и образовательной деятельности является применение компьютерных технологий, которые дают возможность освоить передовые методы естествознания и получить практические навыки использования ГНС-технологий

Район Даховской котловины характеризуется горным рельефом, хорошей обнаженностью горных пород палеозойско-четвертичного возраста, разнообразием природных условий В течение 50 лет в данном районе проводятся учебные практики студентов геологов, географов и биологов ЮФУ В этот период было накоплено большое количество материалов в виде текстовых описаний, карт, схем, диаграмм в традиционном бумажном виде, не приспособленных к использованию в ГНС В связи с этим в настоящее время возникла острая необходимость в преобразовании данных в цифровые форматы, доступные для компьютерных технологий. Наличие таких сведений позволяет создать банк цифровых данных для исследуемой территории

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Основная цель данной работы - исследование лито-генной основы района Даховской котловины и ее влияния на другие природные компоненты с использованием банка ГИС-данных. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ;

• Разработать состав и структуру банка ГИС-данных с учетом имеющихся исходных графических и содержательных материалов

• Провести сбор картографических и иных фондовых и опубликованных Материалов по природным компонентам исследуемой территории, их редактирование и подготовку для преобразования в цифровые форматы

• Сформировать основу базы ГИС-данных для студентов-географов и геоэкологов, в которую должны быть включены все виды исходных материалов, включая фото-, космо, аэрофотоснимки, таблицы, графики и диаграммы, составленные специально для формируемого банка ГИС-данных.

• Оцифровать основные базовые карты в различных форматах по крупномасштабной основе, позволяющей использовать модели для детальных полевых наблюдений (1:25000 - 1:10000) и средне-масштабного картирования (1.100000 -1 200000)

• На основе оцифрованных базовых карт рассчитать количественные и качественные данные по следующим картам геологической, гидросети, глубины и густоты эрозионного расчленения, углов наклона топографической поверхности, солярной экспозиции.

другие природные компоненты, выполнил, картометрические измерения площадей различных, количественных и качественных характеристик исследуемого района

• По полученным электронным данным провести исследование ли-тогенной основы района Даховской котловины

• На основе созданного банка ГИС-данных разработать методическое пособие «Рабочая тетрадь», предназначенное для учебных практик ЮФУ

ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Объектом исследования является район Даховской межгорной котловины общей площадью 445 км2, расположенный в южной части республики Адыгея, и включающий базу практик «Южного Федерального университета»

Для работы с текстовым и графическим материалом использовались следующие компьютерные программы MS Word и Excel, Easy Trace 7 5, «Нева» и Corel Draw 10-13 версий.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Впервые для исследуемого района создан банк цифровых данных, который служит основой для решения учебных и научных задач с Использованием ГИС-технологий Анализ пространственного распространения морфометрических показателей рельефа, основных стратиграфических подразделений и разноосвещенных склонов позволил оценить эффективность применения ГИС при комплексных географических исследованиях. ДОСТОВЕРНОСТЬ И ОБОСНОВАННОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ Достоверность научных положений и выводов обеспечивается большим количеством данных, построенных впервые в электронном виде для района учебных практик ЮФУ, включающие электронные карты, а так же атрибутивные данные- графики, диаграммы, таблицы с данными, а также аэро - и кос-моснимки изучаемой территории

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. Цифровые материалы, образующие банк данных, используются в учебном процессе геолого-географического и биолого-почвенного факультетов ЮФУ На основании банка данных опубликована в электронном виде методическое пособие для учебных практик «Рабочая тетрадь», рекомендованная к использованию кафедрой физической географии, экологии и охраны природы и УМК географического отделения Результаты исследования могут быть задействованы при решении научно-производственных задач южной Адыгеи

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ Результаты исследований были представлены на республиканской конференции по ГИС (г Тула 2004), региональной конференции (Лиманчик, 2006, 2007), научно - студенческих конференциях «Южного Федерального университета», заседаниях Ученого совета геолого-географического факультета «Южного Федерального университета», а также - кафедры физической географии, экологии и охраны природы По теме диссертации имеется 6 публикаций и 2 тезиса докладов конференции, в которых изложены основные, в том числе защищаемые положения

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

• Структура банка данных с использованием ГИС

• Связи морфометрических характеристик, полученных по картометриче-ским измерениям

• Влияние литогенной основы на другие природные компоненты и комплексы.

• Применение набора генерализованных карт, созданных на базе электронных моделей при проведении учебных практик

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ Диссертация состоит из пяти глав, введения, заключения и Приложения Список использованной литературы содержит 106 наименований. Общий объем работы составляет 155 страниц машинописного текста Работа включает 34 рисунков, 6 диаграмм и 9 таблиц В Приложении на 23 страницах представлен макет учебного пособия «Рабочая тетрадь» для полевой географической практики

Диссертационная работа выполнена на кафедре физической географии, экологии и охраны природы «Южного федерального университета» под руководством доктора географических наук профессора Ю А. Федорова, которому автор выражает глубокую признательность

Диссертационная работа осуществлялась в рамках грантов №00/6-188 от 30 05 07 по программе развития ФГОУ ВПО «Южный Федеральный университет» на 2007 г и Гранта президента РФ «Ведущая научная школа РФ» (Гос науч шк. №02 5/5.11 5049)

ГЛАВА 1. ГИС В СОВРЕМЕННОЙ ГЕОГРАФИИ И ОБРАЗОВАНИИ

1.1. Содержание и составные части ГИС. В ГИС используются базы данных двух типов - графические и атрибутивные, или тематические (Кравцова, 1995, Бугаевский, Цветков, 2000, Кравченко, 2002, Информационные технологии, 2002) В графической базе данных в цифровом виде хранится то, что принято называть графической или метрической основой Атрибутивная база содержит в себе так называемую качественную нагрузку карты и дополнительные данные - описательные характеристики территорий или объектов. Оба вида баз представляют собой файлы (наборы) цифровых данных (Побединский, Базина, Втюрин, «Геодезия и картография», 2001)

1.2. Области применения геоинформационных технологий. В настоящее время к областям наиболее успешного использования ГИС можно отнести ГИС в области геоэкологического мониторинга городской кадастр и управление градостроительством, ГИС в управлении сухопутным транспортом, судоходной и авиа- навигации; ГИС для учета и прогнозирования использования природных ресурсов

Успешное применение ГИС-технологий при научных и научно-прикладных исследованиях в настоящее время наиболее эффективно в науках о Земле Так в настоящее время многочисленные примеры успешного решения

исследовательских задач с использованием ГИС в почвоведении (Столбовой, Савин и др 1999, Савин, Овечкин, 2000, Пиковский, Геннадиева 2004), геоботанике, гидрологи и климатологии и других науках о Земле. Пожалуй, к наиболее успешным в этом отношении следует отнести картографические исследования (Колосков, 1999, Чуприна, Мазаева, 2001, Рогачёв, 2001, Болдина, Лабу-тина, 2001, Комосов, Лапина, 2004, Агафонов, Бурбан, 2005; Пахальчук, 2005, Подтопта 2004, 2006, 2007; Комосов, Лапина, 2005) Но имеются отрасли географических исследований, которые в этом отношении оказались менее продвинутыми, одним из таких в географической науке является ландшафтное картографирование

1.3. ГИС в системе образования. Тема ГИС - технологий в образовании сводится к двум взаимосвязанным вопросам использование ГИС в учебном процессе и подготовка ГИС-специалистов

Компьютерные технологии обучения - это процесс подготовки и передачи информации обучаемому посредством компьютера. Данный процесс является достаточно сложным и требует от учителя и от учащегося владения навыками компьютерной грамотности (умение применять технические и программные средства компьютера для получения, обработки и создания массивов необходимой информации)

Преподавание основ ГИС в системе высшего образования уже закреплено в учебных программах, и ведется во многих ВУЗах России В печати регулярно публикуются результаты работ по тематике ГИС Московского, Томского, Новосибирского университетов Проводятся они также и на геолого-гео1рафическом факультете Южного Федерального университета, где в течение 2002 - 2006 г г. выполняется работа по формированию банка ГИС-данных для полигона учебных практик, определившая тему данной диссертации

1.4. Технические и программные средства, использованные при создании банка ГИС -данных. Наиболее сложной и трудоёмкой частью работы при формировании банка электронных данных является векторизация исходных картографических изображений

Программы, использующие компьютерную графику для расчетов CAD/CAM, GIS системы, программы анимации и мультипликации и т п. - используют другую форму представления графической информации - векторные изображения. В данной работе с помощью программы Easy Trace 7 5 созданы цифровая топографическая карта района, карта геологического строения. Кроме того, с использованием указанных программных средств и на основе полученной топографической карты, составлены 10 дополнительных цифровых моделей

ГЛАВА 2. ПРИРОДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДАХОВСКОЙ КОТЛОВИНЫ

(Братков, 2002, Базаров, 2001, Гулисашвили, 1975; Дзыбов, 1975, Малышев, 1962, Растительные ресурсы Природные ресурсы и производственные силы Сев Кавказа, 1984; Сафонов, 1966, Тикунова, 1996; Тем-никова, 1959, Тумаджанов, 1963, Чупакин, 1974,)

Исследуемая территория Даховской межгорной котловины располагается на северном склоне Западного Кавказа в среднем течении р Белой В тектоническом отношении она приурочена к северному крьшу кайнозойского меган-тиклинория Большого Кавказа. Она сложена в основном, пеечано-глинистыми и карбонатными осадочными породами юрского и мелового возраста Эти породы прорезаны многочисленными интрузиями

В рельефе четко прослеживаются все основные хребты Северного Кавказа Главный, Боковой, Передовой, Скалистый, Пастбищный, Лесистый Характерной особенностью рельефа является наличие межгорных котловин, одной из которых является Даховская, приуроченная к Северо-Юрской депрессии

Простирание хребтов влияет на ветровой режим В Даховской котловине доминируют ветры, юго-восточные (28%) и северные (24%), а в расположенном юго-восточнее п Гузерипль преобладают северо-восточные (25%), южные (20%) и юго-западные (16%) Средняя годовая скорость ветра изменяется от 1,5 м/с (п Гузерипль) до 1,8 м/с (ст Даховская)

Средняя температура января изменяется с высотой от 1,7 до -5 град усов В июле температура так же понижается с увеличением абсолютных отметок от +21 градуса (высота 500 м) до +13 градусов (высота 2000 м)

Годовое количество осадков увеличивается с севера на юг в предгорьях 700 - 800 мм, в горах 1000 - 2000 мм В Даховской котловине 67% осадков приходится на теплую часть года По данным этой метеостанции годовой коэффициент увлажнения составляет 1,16 и изменяется от 0,69 в августе до 2,28 в декабре В течение девяти месяцев увлажнение избыточное

Главной водной артерией района является р Белая, имеющая многочисленные притоки Её общая длина составляет 273 км, площадь водосбора 5990 км2 Густота речной сети колеблется от 0,7 км/км2 в предгорьях до 1,5 - 1,9 км/км2 в высокогорьях Источники питания р Белой разнообразны дождевое (50%), снеговое (30%), подземное (18%) и ледниковое (2%) Для весенне-летнего сезона характерно продолжительное половодье Его максимум приходится на конец мая - начало июня. Характерны паводки, особенно в период март-июль

Значительную площадь территории района занимают широколиственные и хвойные леса на серых и бурых лесных почвах Верхние участки гор заняты субальпийскими и альпийскими лугами на горно-луговых почвах

ГЛАВА 3. ГРАФИЧЕСКАЯ БАЗА ЦИФРОВЫХ ДАННЫХ РАЙОНА

Графическую базу данных образует пакет цифровых векторных карт При этом использовались как имеющиеся картографические материалы, так и вновь созданные специально для формируемого банка ГИС-данных Цифровые карты созданы на современном оборудовании с применением современных географических информационных программных продуктов - Easy Trace 7 5, «Нева», а так же Corel Draw 12-13

Для создания цифровой модели карты топографической поверхности методом «дигитирования по подложке» использовалась топографическая основа в М 1 25 ООО, не привязанная к единой системе координат общей площадью 445 км2 (Подтопта, 2004)

В настоящее время банк данных включает карты топографическую, геологическую, гидросети, густоты эрозионного расчленения, глубины эрозионного расчленения, углов наклона топографической поверхности, солярной экспозиции склонов, космо -, аэрофотоснимки, а так же, полученные количественные данные в виде таблиц, графиков и диаграмм

Кроме перечисленных, в банк данных включены различные варианты совмещения основных карт густоты и глубины эрозионного расчленения, солярной экспозиции и углов наклона топографической поверхности, геологического строения и топографической поверхности

Перечисленные карты и аэрофотоснимки, а также ряд топографических фрагментов на участки детальных полевых исследований собраны в учебное пособие «Рабочая тетрадь для учебной практики», макет которой представлен в приложении к данной работе

3.1. Топографическая карта района, её характеристика и область применения. Топографическая карта - базовый картографический документ в банке данных Она создана на основе топографической карты М 1 25 ООО путем ее сканирования и оцифровки Карта выполнена в виде многослойной структурной электронной модели, включающей 12 цифровых слоев

На ее основе составлены карта гидросети, карта уклонов топографической поверхности, карта солярной экспозиции склонов Таким образом, топо-карта может использоваться также в качестве "топографической подложки" для любой из специальных карт, а также фотоизображений территории района

В рабочей тетради она служит основой для карт участков детализации М 1 25 ООО, а также - для составления ландшафтной карты В дальнейшем эта карта, а также ее цифровой блок могут использоваться для автоматического составления любых морфометрических карт вершинной поверхности, базисной поверхности, «остаточного» рельефа, удаленности водоразделов от базиса эрозии, и др

3.2. Геологическая карта района. Данная карта создана оцифровкой геологической карты М 1 25 ООО Цифровая модель включает 14 цифровых слоев Эта карта представляет собой основу для построения литологической карты района Исключительно важна эта карта также для морфоструктурного и морфоскульптурного анализа рельефа, решения почвоведческих, и геоботанических задач Работа по ее составлению начата Создан в цифровом виде первичный макет Однако детальность карты даже для масштаба распечатки явно недостаточна

3.3. Карты гидросети и эрозионного расчленения, их характеристика и область применения. Карта гидросети (или гидрографическая карта района), составлена по базовой электронной топооснове М 1 • 50 ООО с предварительной подготовкой по распечатке М 1 25 ООО Предварительная подготовка

включала нанесение малых водотоков, врезы - долины которых надежно выделяются в горном рельефе района Цифровая модель включает 11 цифровых слоев (Подтопта, 2004)

Электронная карта эрозионного расчленения представляет собой топоос-нову, к которой добавлен еще один слой, на котором зафиксировано изображение всей системы тальвегов Ее оцифровка выполнялась по дополненной таким образом карте в М 1 50 ООО

Эта карта может использоваться для изучения ориентировки эрозионных форм Составляемые при этом карты в морфоструктурных и структурно-тектонических исследованиях применяются при анализе мегатрещинноватости, изучении дирекционных аномалий и т д

Полезной эта карта может оказаться и при гидрологических исследованиях и картировании По ней могут анализироваться порядок речных долин, густота гидросета, интенсивность и градиент поверхностного стока и другие показатели На основе этой карты были построены морфометрические карты густоты и глубины эрозионного расчленения, включенные в графическую базу банка данных.

3.4. Карта густоты эрозионного расчленения. Из числа разнообразных морфометрических карт наиболее часто применяются карты горизонтального и вертикального расчленения рельефа, уклонов земной поверхности, а также базисных и вершинных поверхностей В рамках данной работы была построена карта густоты эрозионного расчленения для района исследования Цифровая модель включает 15 цифровых слоев.

Показателями интенсивности горизонтального расчленения рельефа является длина тальвегов эрозионных форм на единицу площади Отметим некоторые особенности ее построения Сетка с шагом 1000 х 1000 м образует систему равновеликих квадратов площадью 1 км2 В нашем банке данных эта сетка принята как универсальная для составления всех морфометрических, а также и других карт, в которых применяется оценка показателя на единицу площади Квадрат для измерения принят равным 2000 х 2000 м, соответственно площадью 4 км2 Он вдвое больше по ширине и по высоте, чем элементарный квадрат сетки В его пределах измерялась общая длина эрозионной сети Полученная величина суммарной протяженности эрозионных форм, разделенная на площадь квадрата и отнесенная к его центру, принималась как значение густоты расчленения, выраженное в км/км2 Следующий квадрат измерения в горизонтальном ряду смещался на 1000м, то есть на половину его ширины Смешение следующего горизонтального ряда также составляло половину ширины квадрата (т е 1000 м) В результате применения этого приема («окно с полушагом») каждый элементарный квадрат сетки подвергается промеру 4 раза, и автоматически коррелируется по этому значению с соседними квадратами При этом значительно понижается погрешность измерений, и возрастает достоверность окончательных результатов

Дополнительно к слоям исходной карты гидросети добавлены еще два тематических слоя сетка квадратов измерения и слой изолиний густоты эрозионного расчленения

3.5. Карта глубины эрозионного расчленения. Весьма информативным показателем рельефа является карта глубины эрозионного расчленения Цифровая модель включает 15 цифровых слоев При ее построении в качестве основы как и в предыдущем случае, использовалась карта гидросети района с сеткой 1000 х 1000 м

Для построения этой карты внутри каждого квадрата сетки определяется разность между максимальной и минимальной абсолютными отметками Она относится к центру квадрата Полученное поле значений представляется либо в виде картограммы, либо изолиний значений вертикального расчленения В данном случае избран способ картограммы

Карты густоты и глубины расчленения рельефа широко используются в геолого-геоморфологических исследованиях

Ещё один эффективный прием морфологического анализа - это совмещение различных морфометрических карт, модели которых представлены в рабочей тетради, опубликованной на сайте ЮФУ Интерпретация подобных совмещений, как правило, особенно содержательна как при морфоструктурных, так и при структурно - геологических исследованиях Совместный анализ полей аномалий вертикального и горизонтального расчленения позволяет более однозначно интерпретировать относительное гипсометрическое положение блоков в зависимости от новейших тектонических движений, либо их литологического состава

3.6. Карта углов наклона топографической поверхности. В географических исследованиях широко используются различные характеристики крутизны наклона земной поверхности В данной работе была построена карта углов наклона (Подтопта, 2006) Предпочтение отдано этой форме, поскольку в ней фигурируют конкретные углы наклона поверхности, которые более удобны для умозрительного восприятия картируемой характеристики, а также любой ее интерпретации Цифровая форма карты позволяет ее при необходимости легко преобразовать в карту уклонов

Обязательным условием при составлении карты углов наклона является использование высококачественной крупномасштабной топоосновы, позволяющий показать реальное распределение крутизны склонов земной поверхности конфетных, а не генерализованных участков поверхности В работе при этом использовалась топографическая карта М 1 50 000, цифровая модель которой включена в графическую базу данных Шкала наклонов была разделена на 8 градаций < 6°, 6° - 10°, 10° - 15°, 15° - 20°, 20° - 30°, 30° - 40°, 40° - 45°, >45° С помощью диаграммы заложений на карте выделены участки с различной крутизной склонов Электронная модель карты углов наклона включает 15 цифровых слоев

Многослойная модель дает возможность различных вычислительных операций с количественной информацией о склонах с различной крутизной

ГИС - средствами Возможны вычисления площадей поверхностей, имеющих разный наклон, сравнительные оценки их между собой, а также с другими данными — например с участками различного литологического состава, разноори-ентированными склонами, и, как следствие, с участками различной солярной либо циркуляционной экспозиции и т.д.

Углы наклона поверхности наряду с гипсометрией и солярной экспозицией являются базовыми морфометрическими параметрами для пространственной дифференциации ландшафтов с позиций ландшафтно-геофизического подхода (Беручашвили,1998, Братков, 2002) Кроме того, они могут использоваться при почвенном и геоботаническом картографировании, и в ряде других географических исследований

3.7. Карта солярной экспозиции склонов. Освещённость или экспозиция свслонов относится к основным физико-географическим факторам, влияющим на геоморфологические, климатические, почвенные и геоботанические процессы Как уже отмечалось, этот показатель является одним из трёх основных параметров пространственной дифференциации горных ландшафтов В данной работе была построена такая карта, включающая включает 15 цифровых слоев (Подтопта, 2006)

При подготовке основы разработана относительно простая шкала типов склонов в зависимости от солярной экспозиции, включающая 4 типа В её основу положено симметричное деление светлой части суток на 4 равных периода, в течение которых солнцем освещаются склоны разной экспозиции В зависимости от суммарной продолжительности времени экспозиции склоны разделены на холодные, умеренно-холодные, умеренно-тёплые и тёплые Каждый из них имеет диапазон азимутов падения: например холодные — в интервале от 315° до 45°, умеренно холодные - в двух интервалах от 45° до 90° и от 270° до 315°итд

ОпредЬление типа склона по солярной экспозиции представляет собой довольно простую процедуру Она сводится к проведению на однородных участках склонов под прямым углом к изогипсам линий стока, показывающих направление падения склона Таким образом, выделяются участки склонов с азимутами падения обозначенных секторов На небольшом участке карты проведен образец первичной процедуры составления карты

Карта солярной экспозиции склонов в цифровом варианте может использоваться для количественных оценок в отношении разноосвещенных склонов, а также для сравнительных цифровых и графических построений в сочетании с данными по склонам различной крутизны. Эта карта представляет несомненный интерес как при решении географических задач

4. ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ЛИТОГЕННОЙ ОСНОВЫ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА ПРИРОДНЫЕ КОМПОНЕНТЫ И КОМПЛЕКСЫ ДАХОВСКОЙ КОТЛОВИНЫ ПО ДАННЫМ гас

4.1. Распределение пород различного возраста, морфометри ческие характеристики рельефа. Дитогенная основа оказывает существенное влияние на формирование всех других абиогенных и биогенных компонентов Наряду с тектоническими движениями литологический состав пород обусловливает интенсивность проявления процессов денудации и эрозии, оказывая влияние на абсолютные отметки рельефа, крутизну, глубину и густоту расчленения склонов

Даховская межгорная котловина располагается между Передовым и Скалистым хребтами и приурочена к Северо-Юрской депрессии, которая сложена песчано-глинистыми отложениями нижней и средней юры. Территория сложена, в основном, отложениями мезозоя (Табл. 1).

Таблица 1

Площадь распространения горных пород различного возраста

района Даховской котловины.

Возраст горных пород Площадь

км2 %

Верхнеплейстоценовый <33 31 7

Нижнемеловой К1 47 10

Верхнеюрский Ц 133 30

Среднеюрский 12 , 130 29

Нижнеюрский 11 61 14

Верхнетриасовый Т3 2 0,5

Протерозойский РЯ 9 2

Палеозойские интрузии мбPZ 32 8

Всего 445 100

По площади распространения пород доминируют отложения юры (73%), представленные тремя отделами, среди которых преобладает средний (29%) и верхний (30%) отделы

Литологический состав горных пород разнообразен и представлен аргиллитами, иногда с сидеритовыми конкрециями и прослоями, алевролитами, песчаниками, конгломератами, известняками, мергелями, доломитами, глинами, гипсами. Известняки, мергели верхней юры слагают вершинную часть Скалистого хребта Нижняя юра слагает склоны и дно Даховской котловины Нижнемеловые отложения образуют, Пастбищный хребет в северной части района у п. Каменомостский, занимают 10% площади и представлены песками, песчаниками, алевролитами, глинами, гравелитами В юго-западной части обнажаются протерозойские и палеозойские породы. Протерозой (2%) представлен сильно метаморфизированными породами (слюдяные сланцы, гнейсы, амфиболиты). Для палеозоя (8%) характерны метаморфические и интрузивные породы (гранитоиды биотитовые и амфибол-биопгговые, граниты биотитовые двуслюдяные) Верхнеплейстоценовые отложения (7%) распространены лишь по долине рек Белой и Даха в районе ст Даховская и п. Камменомосгский.

По преобладанию экзогенных процессов котловина относится к внутри-горным структурно-эрозионным депрессиям Она приурочена к полосе моноклинально залегающих нижне- и средне юрских песчано-сланцевых толщ и выделяется в рельефе в результата глубокой речной эрозии Котловина прорезана хорошо террасированной долиной р Белой Бе обрамляют низко- и сред-невысотные структурно-денудационные куэстовые горы

Абсолютные отметки на исследуемой территории изменяются от 416 на севере у поселка п Каменномостский до 1376 м на юго-западе. На юге располагается Передовой хребет (хр Ду-Ду-Гуш), плато Лагонаки и, обрамляющий его с востока хребет Азиш-Тау Рельеф этой территории среднегорный (1000 -1376 м), нередко наблюдается радиальное расположение водоразделов Прорезая Передовой хребет, р Белая пересекает протерозойско-палеозойскую интрузию

С севера котловину ограничивает Скалистый хребет Для большей части территории характерен низкогорный рельеф с высотами от 500 до 1000 м Водоразделы Скалистого хребта протягиваются в субширотном направлении

На левобережье р. Белой преобладают их юго-западно-северо-восточное простирание, на правобережье они протягиваются субмеридионально с юго-востока на Северо-запад

На изучаемой территории преобладает низкогорный рельеф — 75%, среднегорный - 15%, и возвышенный (долинный) - 10% (Табл. 2)

На формирование современного сложнорасчлененного рельефа влияют экзогенные процессы, интенсивно проявляются физическое и морозное выветривание. В результате образуются много каменных осыпей, которые характерны для склонов, сложенных сланцами На склонах с чередованием пород возникают оползни и оплывины В областях трещиноватых известняков и гипсов развит карст Обвальные процессы преобладают вдоль южного склона Скалистого хребта на крутых участках с трещиноватыми горными породами

Селевые процессы связаны с легко размываемыми породами, сильными и продолжительными ливнями и, как правило, на площадях со значительными уклонами поверхности

Активна в горах и водная эрозия Почти повсеместно на склонах хорошо выражены эрозионные борозды и временные тальвеги, по которым стекают осадки в период дождей или снеготаяния

Таблица 2

Площади (км2, %) распределения топографической поверхности с _различными абсолютными отметками. _

Рельеф Абсолютная отметка, м Площадь

км^ %

Долинный <500 44 10

Низкогорный 500-1000 334 75

Среднегорный > 1000 67 15

Всего. 445 100

Основными морфометрическими характеристиками рельефа являются углы наклона топографической поверхности, вертикальное и горизонтальное расчленение На электронной карте углов наклона топографической поверхности Даховской котловины автором выделено 8 градаций Для повышения наглядности составлена генерализованная карта с раскраской по четырем градациям

Для водоразделов в центральной и северной частях характерны крутые склоны (20-45 градусов), обращенные в сторону долины р Белой и Даха. Они образуют отдельные полосы и пятна На юго-западе у гранитного массива доминируют крутые склоны, а на отдельных приподнятых участках очень крутые Более крутые склоны характерны для среднегорного рельефа. В долине р Белой господствуют пологие склоны (Табл. 3 )

Густота эрозионного расчленения изменяется от 0,6 до 3,2 км на км2 Преобладающая часть территории расчленена слабо (1-2 км на км2) 57% и средне 31%. Очень слабое расчленение (9%) отмечено южнее п Камменомост-ский и севернее ст Даховская (9%).

Скалистый хребет выделяется средним расчленением 2-2,6 км на кв км Отроги Передового хребта отличаются повышенным расчленением от среднего (2 0) до сильного (более 3 км на км2)

Таблица 3

Площади (км2, %) распространения топографической поверхности с различными углами наклона района Даховской котловины.

Характер склонов Углы наклона, градусы Площадь, км2. %

Пологие <5 дз 3

Покатые 5-20 89 20

Крутые 20-45 303 68

Очень крутые >45 40 9

Всего 445 100

Сильное расчленение наблюдается на правом берегу р Белой в южной части и достигает 3 2 км на км (Табл 4 )

Большая часть исследуемой территории (66%) характеризуется мелким расчленением (100-200 м) Очень мелкое (26%) отмечается на западе и востоке района, а также по долинам рек Белой и Даха в районе ст Даховской и п Ка-меномостский Средняя глубина расчленения (> 250 м) 15% свойственна приподнятым участкам на юго-западе и отдельном участке Скалистого хребта к северу и северо-востоку от ст. Даховской (Табл 5.)

По экспозиции выделяются склоны: холодные (41%) и теплые (18%) К переходным относится умеренно-холодные (западные-северо-западные, восточные-северо-восточные) 23% и умеренно-теплые (западные-юго-западные и восточные-юго-восточные) 18% Доминируют холодные и умеренно-холодные 64%, что обусловлено асимметричным строением хребтов (Табл 6)

Таблица 4

Площади (км2, %}распространения территорий с различным гори-

зонтальным расчленением района / Таховской котловины.

Горизонтальное расчленение Длина расчленяющих линий Площадь км2. %

км на км суммарная

Очень слабое <1 40 40 9

Слабое 1-2 254 254 57

Среднее 2-3 138 138 31

Сильное >3 13 13 3

Всего 445 445 100

Таблица 5

Площади (км2, %) распространения территорий с различным вертикальным расчленением района Даховской котловины.

Вертикальное расчленение Глубина расчленения, м Площадь км2. %

Очень мелкое <100 116 26

Мелкое 100-200 262 59

Среднее >250 67 15

Всего 445 100

Таблица б

Площади (км2, %) распространения склонов солярной экспозицией района Даховской котловины.

Типы склонов в зависимости от солярной экспозиции Площадь км км2. %

Холодные 183 41

Умеренно-холодные 102 23

Умеренно-теплые 80 18

Теплые 80 18

Всего. 445 100

Склоны различной экспозиции различаются по термическому режиму, увлажнению, что обуславливает мезо- и микроклиматические различия Последние влекут за собой изменения и других компонентов

4.2. Влияние литогенной основы на климат и гидрографию. На особенности формирования климата горных территорий оказывают влияние простирание и высота хребтов, крутизна и экспозиция склонов

В низкогорье по долине р Белой годовая скорость ветра с высотой уменьшается на 0,3 м/с на 100 м В Майкопе она составляет 2,9 м/с, в Гузерип-

ле (668 м) 1,5 м/с В Даховской котловине она составляет 1,8 м/с, тогда как в соответствии с градиентом она должна быть 2 м/с. Простирание Скалистого хребта предопределяет преобладание в Даховской котловине юго-восточных ветров, повторяемость которых в январе 28%, июле 31%, за год 28%.

Температура воздуха понижается с высотой, ее градиент в январе составляет 0,24 градуса на 100 м, в июле он увеличивается до 0,7. В Даховской котловине в январе холоднее на 0,2 градуса, а в июле на 0,5 по сравнению с температурой соответствующей высотному градиенту, что обусловлено стоком охлажденного воздуха по склонам в котловину.

Степень влияния орографии на осадки определяется положением хребтов по отношению к влагонесущим воздушным потокам, крутизной склонов, наличием горных котловин. Это проявляется как в увеличении, так и в уменьшении количества осадков под воздействием эффекта наветренности и подветренно-сти На наветренных склонах происходит подъем воздушных масс, их охлаждение и выпадение осадков, на подветренных опускание и нагревание

В бассейне Кубани склоны южной экспозиции являются подветренными и находятся в дождевой тени, склоны северной экспозиции наветренные Межгорные котловины находятся в дождевой тени.

Для выявления орографического эффекта использованы данные по атмосферным осадкам по м/с Каменомостский, который располагается на северном наветренном склоне Скалистого хребта на высоте 400м, с годовым количеством осадков 821 мм Даховская находится в межгорной котловине у южного (подветренного склона) склона Скалистого Хребта на высоте 504 мм Несмотря на увеличение абсолютной высоты, количество осадков понижается на 83 мм, что составляет 11% от годовой величины осадков в Даховской.

Уменьшение осадков происходит, главным образом, в теплый период на 168 мм. В холодный период в Даховской выпадает на 22 мм осадков больше, чем в Каменомостском. Вертикальные 1радиент осадков в бассейне Белой (Майкоп 212 м - Белореченский перевал 1780м) составляет 130 мм на 100 м, а между Каменомосгким и ст. Даховской отрицательный и равен 80 мм на 100 м.

Простирание хребтов обусловливает рисунок гидрографической сета В среднегорной части доминирует радиальное расположение долин и тальвегов, в низкогорной — симметричное

Цитологический состав пород определяет форму долины При прорыве Передового хребта р. Белая пересекает Даховский гранитный массив, образуя гранитное ущелье длиной 4 км, с уклоном 20 — 30%о при среднем уклоне 8,7%о Ширина русла изменяется от 2 — 3 до 15 — 18м Скорость течения составляет 3,3 м/с

В Даховской котловине, сложенной юрскими песчано-глинистыми и четвертичными аллювиальными отложениями, долина расширяется и террасирована Ширина русла реки увеличивается до 70 — 80 м, уклон снижается до 2 -3%о

При пересечении Скалистого хребта, сложенного верхнеюрскими известняками образовалась Хаджохская теснина (каньон) длиной 350 - 400 м,

глубиной 35 - 40 м, шириной 6-7 м, местами до 2 м Уклон возрастает до 20 -30 %», а скорость течения до 5 м/с.

Река Руфагбо (левый приток Белой), пересекая выходы плотных, смятых в мелкие складки известняков верхнего триаса образует висячую долину -ущелье глубиной до 160 м с каскадом водопадов

Цитологический состав пород, слагающих бассейн Белой и скорость течения обусловливают мутность воды, которая изменяется от 170 г/м3 (Сюков-ская поляна) до 180 г/м (Каменномостский) Они так же определяют годовой сток наносов, изменяющийся от 240 (Сюковская поляна) до 290 тыс т. (Каменномостский) и их гранулометрический состав Сопоставление состава взвешенных наносов между Сюковской поляной и х. Кирпичный показывает, что содержание песка снижается от 21 до 15%, пыли возрастает от 42 до 62%, а ила уменьшается от 34 до 23%.

В составе влекомых наносов от Сюковской поляны до Даховской отмечается снижение содержания гальки от 74 до 11% и увеличение гравия от 26 до 39%, и песка от 0,2 до 50%.

4.3. Ландшафтная дифференциация. В основе выделения ландшафтов Даховской котловины лежит ярусная дифференциация рельефа. По морфотек-тоническим показателям они относятся к классу горных ландшафтов и трем подклассам среднегорному, низкогорному, долинному. Границы между ними проходят на высоте 500 и 1000 м.

Территория сложена толщами осадочных пород (глинистыми сланцами, гравеллитами, известняками, песчаниками), поэтому основными типами рельефа являются денудационные, эрозионно-денудационные и эрозионно-аккумулятивные Преобладают склоны покатые и крутые с различной густотой и глубиной расчленения.

Климат умеренно - влажный, осадки изменяются от 730 мм на высоте 500 м до 16^0 мм на высоте 1000 м. Годовая температура с высотой понижается от 8,5 до 6 градусов.

Низкогорные ландшафты занимают склоны куэстовых гряд и эррозион-но-денудационные массивы, которые преобладают по площади распространения

Долинные ландшафты приурочены к наиболее расширенной части Даховской котловины. Река Белая в более неустойчивых к размыву нижнеюрских глинистых сланцах, расширила долину, создав комплекс речных террас. Пойма прослеживается отдельными участками шириной от 50 до 400 м Первая надпойменная терраса четко прослеживается по левому берегу, имеет ширину до 100 м и высоту над урезом воды 8-10 м Вторая терраса развита по обоим берегам и имеет высоту 20-25 м над урезом воды Выделяются третья и четвертая террасы, но в рельефе они выражены неотчетливо. Террасы цокольные, сверху они перекрыты толщей суглинков и галечников Поверхности и склоны террас расчленены оврагами и балками. На террасах хорошо развита лугово-степная растительность на луговых черноземах

Среднегорные ландшафты приурочены к Передовому хребту, сложенному мезозойскими отложениями с палеозойской гранитной интрузией Это денудационные ландшафты с крутыми склонами, глубоким и сильным расчленением с буково-грабовыми лесами на бурых лесных почвах

Анализ составленных карт позволяет составить структурно-генетическую модель ландшафтов данной территории По классификации Николаева В А (1979) по ярусной дифференциации рельефа выделен горный класс по мегарельефу и три подкласса по макрорельефу Род ландшафта соответствуют генетическим типам рельефа По биоклиматическим признакам установлены типы ландшафтов Более дробные подразделения ландшафтов возможны лишь при анализе подробных геоботанических и почвенных карт

4.4. Ландшафтная интерпретация графических материалов банка ГИС-данных. На основе электронных данных и карт, включённых в банк ГИС-данных может решаться обширный круг учебных задач Представляет также интерес анализ этих карт при решении научно - исследовательских и прикладных задач геологического, геоморфологического, почвенно-ботанического и экологического содержания (Подтопта, 2006)

Два из основных ландшафтообразующих факторов проанализированы в работе на основе электронных карт солярной экспозиции и уклонов топографической поверхности

4.4.1. Анализ солярной экспозиции склонов. Карта солярной экспозиции склонов, построенная в электронном виде, позволяет провести анализ пространственных закономерностей освещенности 'территории района. Эта информация даёт материал к оценке условий ландшафтообразования в отношении их тёплообеспеченности В первом приближении количество поступающей прямой солнечной радиации прямо пропорционально продолжительность экспозиции

К числу возможных автоматизированных процедур с полученным послойным графическим изображением поверхности относится, прежде всего, определение площадей выделенных разноориентированных склонов Обработка полученных данных позволяет произвести сопоставление площадей выделенных участков, закономерностей их пространственного распространения

Деление склонов по освещенности проведено по разработанной условной шкале, в основу которой положена относительная оценка продолжительности экспозиции склона в течение светового дня (см. шкалу на Рис 4 4.11)

Данная шкала довольно условна, поскольку она не учитывает такие характеристики как время восхода, продолжительность сияния Солнца, сезонные изменения астрономических параметров,- различия освещения при низком (восходящем и заходящем) и высоком (околозенитном) стоянии светила. Поэтому она, естественно, не претендует на количественные оценки поступления солнечной радиации

Склонам с минимальной продолжительностью освещения присвоено условное название "холодные", с малой, умеренной и максимальной - соответственно - "умеренно-холодные", "умеренно-тёплые" и "тёплые" На полученной

цифровой карте (Рис. 4.4.1.1.) каждому из выделенных участков присвоен порядковый номер. Затем участки сгруппированы по основным типам. Автоматически определены значения площади каждого из участков, а также суммарные площади склонов каждого типа (в км").

Полученные значения приведены в Табл. 7. Анализ данных, представленных в таблице, выявляет следующие особенности площадного соотношения склонов с различной солярной экспозицией:

• неравномерное распределение склонов в отношении освещенности - с явным преобладанием лишь одной группы - "холодных" склонов - и относительно близкими значениями остальных трёх групп;

• почти двукратное преобладание па данной территории склонов с наименьшей солярной экспозицией над остальными выделенными типами.

Рис. 4,4.1.1. Фрагмент карты солярной экспозиции склонов района Досовской котловины и шкала продолжительности солнечного освещения, использованная при ее составлении.

Преобладание "холодных" склонов обусловлено юго-западным и юго-восточным простиранием, а также ассиметричным строением хребтов.

Таблица 7

Площади склонов с различной солярной экспозицией

Склоны Характеристики Холодные Умеренно-холодные Умерен-но-тёплые Тёплые

количество участков 114 92 83 85

суммарная площадь, к\Г 183 103 80 80

средний размер участка, км3 1,6 1,1 0,96 0,94

Эта особенность подтверждается картой углов наклона топографической поверхности.

4.4.2. Анализ углов наклона топографической поверхности. Важнейшим компонентом андшафтообразования является наклон то п о граф и ч ее кой поверхности. Достаточно очевидно, что этот фактор определяет условия увлажнения, почвообразования и как следствие, формирования растительного покрова. Эти данные в электронно-графическом виде представляет карта >тлов наклона топ о фа фи ческой поверхности (Рис. 4.4.2.).

Шкала градации склонов - условная и при необходимости может быть легко изменена. Пространственный анализ распространения склонов различной крутизны подтверждает его соответствие reo л о го-лито логическом у и морфост-руктурному строению территории. Так в пределах гранитного массива, занимающего южную часть района, наблюдается довольно равномерное увеличение крутизны к вершинным частям горных хребтов. На остальной территории, имеющей сложное асимметрично-блоковое (куэстообразное) строение, наблюдается явное увеличение площадей пологих склонов с падениями северных

Рис. 4.4.2. Фрагмент карты углов наклона топографической поверхности.

4.4.3. Ландшафтная интерпретация совмещения карт уклонов и солярной экспозиции склонов. Так же продуктивным является анализ совмещения различных карт, имеющихся в банке данных. Отметим, что такое совмещение в техническом отношении при использовании электронных образов представляет собой простейшую процедуру. В работе был выполнен ряд опытных совмещений отдельных карт. Наиболее очевидный э коло го-географический смысл имеет анализ совмещения карт солярной экспозиции и углов наклона (Рис. 4.4,3.1.).

[

Рис. 4.4.3.1. Совмещение границ участков с различными углами наклонов и солярной экспозицией.

Очевидно, что количество возможных вариаций из четырех исходных типов солярной экспозиции и восьми градаций уклонов даёт 32 вариации. В реальности нри совмещении карт солярной экспозиции и уклонов поверхности их число в сравнении, например, с картой солярной экспозиции увеличивается в среднем в 2,5 - 3 раза. Таким образом, ландшафтный смысл анализа материалов, включённых в графическую базу данных достаточно очевиден. Гак, например, путём выделения поверхностей с различной крутизной и солярной экспозицией по существу позволяет приблизиться к выделению ландшафтов. Получаемые при этом таксоны харак] еризуются сочетанием различного освещения и уклона. В свою очередь, эти показатели контролируют целый ряд факторен ландшафтообразованяя. Так крутизна склона определяет условия поверхностного стока и грунтового дренажа, гравитационные условия движения эллювиально-делювиального материала, как следствие - условия увлажнения, почвообразования и развития растительности. Солярная экспозиция помимо различий прямой солнечной радиации, определяет большую "тенистость" растительного покрова "холодных" склонов.

5. ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БАНКА ГИС-ДАННЫХ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ УЧЕБНЫХ ПРАКТИК 5Д. Общая Характеристика района учебных практик ЮФУ. В качестве объекта описания и исследования определён район в среднем течении р. Ьелой. ограниченный площадью 445 км км' и включающий базу практик, участки детальных наблюдений, маршруты учебных экскурсий, а также район, выделенный для решения учебных задач в камеральных условиях, и обеспеченный необходимыми для этого исходными данными.

Вся территория района, выделенного нами в качестве площади обеспечения цифровыми данными, занята горами, и располагается в пределах северного мег.зскл о на Западного Кавказа.

5.2. Цели и содержание комплексной географической учебной практики, Основной целью учебной географической практики является изучение

1 ,

географических закономерностей пространственного распределения природных компонентов и комплексов (ландшафтов) особенностей их функционирования в естественных условиях и под влиянием антропогенной нагрузки, а так же получение навыков полевых и камеральных физико-географических исследований с целью составления специальных, ландшафтной карт

Объектом практики является природа и хозяйственная деятельность населения на юге России в их взаимосвязи и взаимообусловленности

Основные задачи практики состоят в том, чтобы, познакомить студентов с разнообразием природы на примере юга Русской равнины и Северозападного Кавказа, выработать у них навыки маршрутных и стационарных наблюдений, полевой и камеральной работы; показать различные природно-территориальные комплексы и особенности освоения различных типов местности, подготовить студентов к самостоятельной работе на производственной практике Во время учебной практики студенты впервые, в полевых условиях знакомятся с ПТК различных рангов и занимаются детальными физико-географическими исследованиями элементарных комплексов

Анализ полученных в ходе полевых исследований материалов и показателей может выполняться на основе соответствующих карт, представленных в электронном виде.

5.3, Структура и содержание банка ГИС - данных района учебных практик. Содержание банка данных для района определяется целями и задачами проводимых на полигоне учебных практик (Подтопта, 2006) Его основу составляют атрибутивный и графический блоки

Распределение данных по различным блокам для банка ГИС-данных представляется в следующем виде Геологический блок - пакет структурно-тектонических карт: карта трещиноватости, карта блоковых структур, карта очаговых структур, Пакет геофизических карт; пакет литолого-формационных карт; пакет общегеологических карт; Геоморфологический блок - пакет морфометрических и морфографических карт: топографическая карта, карта гидросети, карты густоты и глубины эрозионного расчленения, карты углов наклона и уклонов топографической поверхности, карта солярной и циркуляционной экспозицци склонов, Пакет морфогенетических и других геоморфологических кар; Климатический блок - пакет карт сезонного и годового температурного режима атмосферы, почв, природных вод; пакет сезонных и годовых карт осадков и увлажнения; пакет сезонных и годовых карт атмосферной циркуляции; Синтезирующие карты: карта типов климата (микроклимата), карта опасных климатических явлений, Почвенный блок - пакет карт основных типов почв, современных процессов почвообразования, современного состояния почвенного покрова; Геоботанический блок - пакет карт распространения видов, растительных сообществ, современного состояния растительности; Зоогеографический блок - пакет карт распространения видов, зооценозов, их современного состоянии; Физики-географический блок - карты физико-географического районирования локального и регионального масштаба, ландшафтные типологические карты,

Природно-ресурсиый блок - карта водных ресурсов, карта растительных ресурсов, карта почвенных ресурсов, карта агроклиматических ресурсов; Карта рекреационных ресурсов, Геоэкологический блок - карта техногенного воздействия на экосистемы, карта опасных природных и техногенных процессов, карта экологического риска, карта современного состояния экосистем, карта прогноза развития природно-техногенных экосистем

Очевидно, что формирование полноценного банка данных - задача весьма трудоёмкая, и решаемая лишь коллективными усилиями Автором была выполнена векторизация топографической и геологической карт и составлен пакет морфометрических и морфологических карт, характеризующих дифференциацию литогенной основы - ведущего компонента горных ландшафтов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На геолого-географическом факультете «Южного Федерального университета», где в течение 2002 - 2007 г г выполняется работа по формированию банка ГИС-данных для полигона учебных практик, определившая тему данной диссертации.

Создание такого банка - актуальная, практически важная и довольно трудоёмкая задача, которая не выполнима в рамках одной работы и одним исполнителем Его создание в полном объёме требует коллективных усилий

Структура и содержание банка определены исходя из целей и задач учебных практик Кроме того, они дополнены задачами ГИС - образования Представленный в работе вариант структуры и содержания банка данных это "максимальный" вариант, который вероятно нуждается в совершенствовании При этом необходимо участие специалистов соответствующих конкретных направлений наук о Земле

Основу банка составляют атрибутивный и графический блоки Атрибутивные данные (в основном компилятивные) получены из различных источников, и представлены в банке в виде текстовых и табличных файлов, обзорных схем, диаграмм Кроме того, использованы фондовые материалы «Южного федерального университета», опубликованные текстовые данные, а также материалы полевых наблюдений и фотосъёмки автора в процессе учебных практик в 2003 и 2004 г г

Графическая база включает пакет цифровых карт по компонентам природного комплекса В качестве исходных материалов использованы топографическая карта М 1 25 000 (ГУГК, 1981), геологическая карта района М 1 25 000, а также блок морфометрических карт (карты горизонтального и вертикального расчленения, углов наклона, солярной экспозиции, все в М 1' 25 000), построенных автором для формируемого банка данных Исходные картографические материалы, использованные для банка отредактированы, масштабированы и приведены в удобную для оцифровки форму

Цифровые карты были созданы на современной компьютерной технике с применением новейших на момент работы графических программных продуктов - Easy Trace 7 5, «Нева», а так же Corel Draw 12 и 13

Для создания цифровой модели карты топографической поверхности методом «дигитирования по подложке» использовалась топографическая основа в М 1 25 ООО общей площадью 445 км2

В настоящее время банк данных включает следующие карты топографическую, геологического строения, гидросети, густоты эрозионного расчленения, глубины эрозионного расчленения, углов наклона топографической поверхности, солярной экспозиции склонов

Дополнительно в банк данных включены различные варианты совмещения основных карт, совмещения карт густоты и глубины эрозионного расчленения, солярной экспозиции и углов наклона топографической поверхности, геологического строения и топографической поверхности

К графической базе данных относятся также аэро- и космофотоснимки, представленные в цифровом виде, и "привязанные" к топографической основе

Проведя ряд вычислительных операций с цифровыми моделями карт, имеющихся в банке ГИС-данных были получены довольно интересные данные, которые Отчетливо отражают специфику рельефа исследуемого района

Литогенная основа оказывает существенное влияние на формирование всех абиогенных и биогенных компонентов Большая часть территории сложена породами юры (73%). На изучаемой территории преобладает низкогорный рельеф - 75%, среднегорный — 15%, и возвышенный (долинный) - 10%

На электронной карте углов наклона топографической поверхности Да-ховской котловины выделено 8 градации. Для повышения наглядности составлена более обобщенная карта с раскраской по четырем градациям

Для водоразделов в центральной и северной части характерны крутые склоны (20-40 градусов), обращенные в сторону долины р Белой и Даха. Более крутые склоны характерны для среднегорного рельефа В нижней части долины р Белой господствуют пологие склоны

Густота эрозионного расчленения изменяется от 0,6 до 3,2 км на км2. Преобладающая часть территории расчленена слабо (1-2 км на км км2) 56% и очень слабо (мене 1 км на км км ) 9% Очень слабое расчленение отмечено южнее п Камменомостский и севернее ст. Даховская

Литогенная основа так же влияет на гидрометеорологические показатели Простирание Скалистого хребта определяет преобладание в Даховской котловине юго-восточных ветров (28%) От Майкопа к Даховской котловине уменьшается скорость ветра от 2,9 до 1,8 м/с. В январе в котловине холоднее на 0,2 градуса, в июле на 0,5 по сравнению с температурой, соответствующей высотному градиенту из-за горно-долинной циркуляции.

В Даховской котловине на высоте 504 м южнее Скалистого хребта количество осадков уменьшается на 83 мм в сравнении с п. Каменномостским, расположенного у северного подножия этого хребта.

Литологический состав пород, слагающих бассейн реки, влияет на сток наносов (от 240 тыс т У Сюковской поляны до 290 тыс туп. Каменномост-кий) Вниз по течению реки в составе наносов уменьшается содержание песка на 6% и ила на 11%, а пыли возрастает на 20%. В составе влекомых наносов

снижается содержание гальки на 63% и увеличивается содержание гравия на 13%, а песка на 50%

Анализ выполненных карт позволил составить структурно-генетическую модель ландшафтов с выделением класса, подклассов, типов и родов

Карта солярной экспозиции склонов, построенная в электронном виде, позволяет провести анализ пространственных закономерностей освещенности территории района Эта информация даёт материал к оценке условий ланд-шафтообразования в отношении их теплообеспеченности

Анализ данных выявляет следующие особенности площадного соотношения склонов с различной солярной экспозицией преобладание «холодных» склонов обусловлено северо-западным и юго-восточным простиранием, а также ассиметричным строением хребтов

Преобладание "холодных" склонов обусловлено, по меньшей мере, двумя причинами Первая из них - орография рельефа - простирание хребтов, определяющее северо-западное и юго-восточное направление падения противоположных склонов линейных горных массивов

Важнейшим компонентом лавдшафтообразования является наклон топографической поверхности Очевидно, что этот фактор определяет условия увлажнения, почвообразования и как следствие, форм!фования растительного покрова. Эти данные в электронно-графическом виде представляет карта углов наклона топографической поверхности

Результативным является анализ совмещения различных карт, имеющихся в банке данных Оно в техническом отношении при использовании электронных образов представляет собой простейшую процедуру Наиболее очевидный эколого-географический смысл имеет анализ совмещения карт солярной экспозиции склонов и углов их наклона

Дифференциация поверхностей с различной крутизной и солярной экспозицией по существу позволяет приблизиться к выделению ландшафтов Эти участки в случае добавления информации о гипсометрическом положении, удовлетворяют требованию выделения ландшафта.

Впервые созданный для большого района банк цифровых данных является основой для решения учебных и научных задач с использованием ГИС-технологий Анализ полученных данных позволил выявить и оценить ряд особенностей природных комплексов района, в том числе площадное и пространственное соотношение разноосвещённых склонов, пространственные закономерности эрозионного расчленения и др , а также дать оценку эффективности применения ГИС при ландшафтных исследованиях. Материалы, представленные в банке данных содержат ряд впервые созданных морфометрических карт, которые могут использоваться в научных и научно - прикладных исследованиях Южной Адыгеи, а также в учебном процессе ряда факультетов «Южного Федерального университета» Перечисленные карты, аэро - и космофотосним-ки и другие материалы, имеющиеся в банке данных, собраны в учебное пособие - рабочую тетрадь для учебной практики, макет которой представлен в виде Приложения к данной работе (Подгопта, 2007, www rsu ru)

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

Подтопта ГЛ. Тезисы докладов П всероссийской школы по компьютерным технологиям и обучающим программам в геологии РГУ, 1999, с 21-22

Подтопта ГЛ. Тезисы докладов IV всероссийской школы по компьютерным технологиям и обучающим программам в геологии РГУ, 2001, с 19-21

Подтопта ГЛ., А.А.Ищенко. Электронные карты эрозионного расчленения и их геолого-текгоническая интерпретация (район "Никель", Северный Кавказ, Адыгея)//ГИС новые технологии, данные, области применения - Материалы совещания по ГИС Тула, 2004, с 160 — 164.

Подтопта ГЛ. Карта солярной экспозиции склонов, созданная при Ростовском Государственном университете для учебного полигона РГУ «Никель» - ГИС-ассоциация Информационный бюллетень http .//www gisa.ru/gOHiform_l (54)_2006 html, №2(54), 2006 Подтопта ГЛ. Карта углов наклона топографической поверхности, её характеристика и область применения — ГИС-ассоциация Информационный бюллетень: http'//www gisa.ru, 2006 Подтопта ГЛ., А.А.Ищенко. Ландшафтная интерпретация морфометриче-ских характеристик на основе банка 1ГИС данных района учебных практик РГУ "Никель"// Ростов-на-Дону Приложение Известий ВУЗов, №1,2006, с 60-67. Подтопта ГЛ. Использование банка ГИС-данных для района базы учебных практик Ростовского госуниверситета «Никель// Сборник трудов Ш научно-практической конференции «Экологические проблемы Взгляд в будущее» Ростов-на-Дону, 2006 С Подтопта ГЛ. под ред д г.н., проф Ю.А Федорова и доц А.А Ищенко Учебно-методическое пособие «рабочая тетрадь», wwwrsuru. с 21 Подтопта ГЛ. «Разработка и применение банка ГИС-данных на примере Да-ховской межгорной котловины при Южном Федеральном университете» // Сборник трудов IV научно-практической конференции «Экологические проблемы Взгляд в будущее» Ростов-на-Дону, 2007 С 208-211.

Подписано в печать 26 09 2007 Формат 60x84 1/i6 Офсетная печать Физ печ л 1,0 Тираж 100 экз Заказ №449

ИПО ПИ ЮФУ 344082, г Ростов-на-Дону, ул Большая Садовая, 33

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Подтопта, Геннадий Леонидович

Введение.

1. ГИС в современной географии и образовании.

1.1. Содержание, технические и программные средства ГИС.

1.2. Области применения геоинформационных технологий.

1.3. ГИС в системе образования.

1.4. Технические и программные средства, использованные при создании банка ГИС - данных.

2.Природная характеристика района исследования.

2.1. Геологическое строение и рельеф.

2.2. Климатические особенности.

2.3. Гидрография.

2.4. Почвенно-растительный покров.

3. Создание графической базы цифровых данных исследуемого района и ее применение при комплексных физико-географических исследованиях.

3.1. Топографическая карта района.

3.2. Геологическая карта района.

3.3. Карты гидросети и эрозионного расчленения.

3.4. Карта углов наклона топографической поверхности.

3.5. Карта солярной экспозиции склонов.

3.6. Ландшафтная интерпретация графических материалов банка ГИС-данных района Даховской котловины.

4. Литогенная основа и ее влияние на природные компоненты и комплексы Даховской котловины по данным ГИС.

4.1. Распределение пород различного возраста, морфометрические характеристики рельефа.

4.2. Влияние литогенной основы на климат и гидрографию.

4.3. Ландшафтная дифференциация.

5. Использование банка ГИС-данных в учебных целях на примере базы практик Южного Федерального университета.

5.1. Цели и содержание комплексной учебной практики.

5.2. Структура и содержание банка ГИС — данных.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Пространственная дифференциация литогенной основы горных ландшафтов района Даховской котловины с использованием ГИС"

Район Даховской котловины характеризуется горным рельефом, хорошей обнаженностью горных пород палеозойско-четвертичного возраста, разнообразием природных условий. В течение 50 лет в данном районе проводятся учебные практики студентов геологов, географов и биологов ЮФУ. В этот период было накоплено большое количество материалов в виде текстовых описаний, карт, схем, диаграмм в традиционном бумажном виде, не приспособленных к использованию в ГИС. В связи с этим в настоящее время возникла острая необходимость в преобразовании данных в цифровые форматы, доступные для компьютерных технологий. Наличие таких сведений позволяет создать банк цифровых данных для исследуемой территории

• Разработать состав и структуру банка ГИС-данных с учетом имеющихся исходных графических и содержательных материалов, а так же программы географической практики.

• Провести сбор картографических и иных фондовых и опубликованных материалов по природным компонентам исследуемой территории, их редактирование и подготовку для преобразования в цифровые форматы.

• Сформировать основу базы ГИС-данных для студентов-географов и геоэкологов, в которую должны быть включены все виды исходных материалов, включая фото-, космо-, аэрофотоснимки, таблицы, графики и диаграммы, составленные специально для формируемого банка ГИС-данных.

• Оцифровать основные базовые карты в различных форматах по крупномасштабной основе, позволяющей использовать модели для детальных полевых наблюдений (1:25000 - 1:10000) и среднемас-штабного картирования (1:100000 - 1:200000).

• На основе оцифрованных базовых карт рассчитать количественные и качественные данные по следующим картам: геологической, гидросети, глубины и густоты эрозионного расчленения, углов па-клона топографической поверхности, солярной экспозиции.

• Генерализовать электронные модели карт, имеющихся в банке ГИС-данных, совместить отдельные карты и выяснить взаимосвязь основных элементов литогенной основы и ее влияние на другие природные компоненты, выполнить картометрические измерения площадей различных, количественных и качественных характеристик исследуемого района.

• По полученным электронным данным провести исследование литогенной основы района Даховской котловины.

• На основе созданного банка ГИС-данных разработать методическое пособие под названием «Рабочая тетрадь», предназначенную для учебных практик ЮФУ.

ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Объектом исследования яв2 ляется район Даховской межгорной котловины общей площадью 445 км , расположенный в южной части республики Адыгея, и включающий базу практик «Южного Федерального университета».

Для работы с текстовым и графическим материалом использовались следующие компьютерные программы: MS Word и Excel, Easy Trace 7.5, «Нева» и Corel Draw 10-13 версий.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Впервые для исследуемого района создан банк цифровых данных, который служит основой для решения учебных и научных задач с использованием ГИС-технологий. Анализ пространственного распространения морфометрических показателей рельефа, основных стратиграфических подразделений и разноосвещенных склонов позволил оценить эффективность применения ГИС при комплексных географических исследованиях. ДОСТОВЕРНОСТЬ И ОБОСНОВАННОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ Достоверность научных положений и выводов обеспечивается большим количеством данных, построенных впервые в электронном виде для района учебных практик ЮФУ, включающие электронные карты, а так же атрибутивные данные: графики, диаграммы, таблицы с данными, а также аэро - и космос-нимки изучаемой территории.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. Цифровые материалы, образующие банк данных, используются в учебном процессе геолого-географического и биолого-почвенного факультетов ЮФУ. На основании банка данных опубликована в электронном виде методическое пособие для учебных практик под названием «Рабочая тетрадь», рекомендованная к использованию кафедрой физической географии, экологии и охраны природы и УМК географического отделения. Результаты исследования могут быть задействованы при решении научно-производственных задач южной Адыгеи.

Создание банка цифровых данных для учебной базы практик в числе задач изначально преследует практическую цель обеспечения учебных задач Южного Федерального университета. Цифровые материалы, образующие банк данных, могут уже сейчас использоваться в учебном процессе ряда факультетов «Южного Федерального университета». «Рабочая тетрадь учебных практик» представлена и принята к применению решениями кафедр, а также УМК «Южного Федерального университета». Кроме того, графические материалы, содержащиеся в банке, могут использоваться при решении производственных задач на территории Южной Адыгеи.

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Результаты исследований были представлены на республиканской конференции по ГИС (г. Тула. 2004), региональной конференции (Лиманчик, 2006, 2007), научно - студенческих конференциях «Южного Федерального университета», заседаниях Ученого совета геолого-географического факультета «Южного Федерального университета», а также - кафедры физической географии, экологии и охраны природы. По теме диссертации имеется 6 публикаций и 2 тезиса докладов конференции, в которых изложены основные, в том числе защищаемые положения.

Предметом защиты данной работы является банк цифровых данных, включающий 15 впервые построенных крупномасштабных электронных карт, а также атрибутивные данные в виде текстовых файлов, схем, фотоизображений, всесторонне характеризующих район.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

• Структура банка данных с использованием ГИС.

• Связи морфометрических характеристик, полученных по картометриче-ским измерениям.

• Влияние литогенной основы на другие природные компоненты и комплексы.

• Применение набора генерализованных карт, созданных на базе электронных моделей при проведении учебных практик.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из пяти глав, введения, заключения и Приложения. Список использованной литературы содержит 106 наименований. Общий объем работы составляет 155 страниц машинописного текста. Работа включает 34 рисунков, 6 диаграмм и 9 таблиц. В Приложении на 23 страницах представлен макет учебного пособия «Рабочая тетрадь» для полевой географической практики.

Диссертационная работа выполнена на кафедре физической географии, экологии и охраны природы «Южного Федерального университета» под руководством доктора географических наук профессора Ю. А. Федорова, которому автор выражает глубокую признательность. В ходе работы над диссертацией автор ощущал помощь и поддержку сотрудников кафедр геолого-географического факультета «ЮФУ» кандидатов г.м. наук доцента A.A. Ищен-ко, доцентов Т.А. Смагиной, B.C. Кутилина, В.И.Денисова, С.Я.Черноусова, Б.В. Талпы, А.Г. Грановского, Д.А. Рубана, зам. декана по информационным технологиям геолого-географического факультета ст. преподавателя C.B. Левченко, которым автор глубоко благодарен.

Диссертационная работа осуществлялась в рамках грантов №00/6-188 от 30.05.07 по программе развития ФГОУ ВПО «Южный Федеральный университет» на 2007 г. и Гранта президента РФ «Ведущая научная школа РФ» (Гос. науч. шк. №02.5/5.11.50.49).

Заключение Диссертация по теме "Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов", Подтопта, Геннадий Леонидович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время преподавание основ ГИС в системе высшего образования закреплено в учебных программах, и уже ведётся во многих ВУЗах России. В печати публикуются результаты работ по тематике ГИС целого ряда университетов страны. Проводятся они также и на геолого-географическом факультете «Южного Федерального университета», где в течение 2002 - 2007 г.г. выполняется работа по формированию банка ГИС-данных для полигона учебных практик, определившая тему данной диссертации.

Основная цель работы - создание банка цифровых данных, необходимых для обеспечения учебных практик на учебной базе ЮФУ в формате, обеспечивающем возможность их использования наиболее популярными отечественными и зарубежными ГИС-программами. Создание такого банка - актуальная, практически важная и довольно трудоёмкая задача, которая не выполнима в рамках одной работы и одним исполнителем. Его создание в полном объёме требует коллективных усилий.

Структура и содержание банка определены исходя из целей и задач учебных практик. Кроме того, они дополнены задачами ГИС - образования. Представленный в работе вариант структуры и содержания банка данных это "максимальный" вариант, который вероятно нуждается в совершенствовании. При этом необходимо участие специалистов соответствующих конкретных направлений наук о Земле.

Основу банка составляют атрибутивный и графический блоки. Атрибутивные данные (в основном компилятивные) получены из различных источников, и представлены в банке в виде текстовых и табличных файлов, обзорных схем, диаграмм. Кроме того, использованы фондовые материалы «Южного федерального университета», опубликованные текстовые данные, а также материалы полевых наблюдений и фотосъёмки автора в процессе учебных практик в 2003 и 2004 г.г.

Природный блок банка обеспечивает всестороннюю характеристику основных компонентов природного комплекса района, и может использоваться как при составлении общих характеристик в отчётах о практике, так и для учебных задач по составлению справочно-содержательных компьютерных блоков. Необходимо отметить, что приведённые в банке данных характеристики основных компонентов природного комплекса не претендуют на окончательный вид и содержание. При постановке учебных задач по созданию справочной базы допустимы и даже желательны требования их редактирования - придания более компактного вида, дополнения новыми данными, схемами, фотоматериалами, а также сведениями, полученными при полевых наблюдениях в процессе практики. Одной из таких задач является пополнение цифрового фотоальбома.

Графическая база включает пакет цифровых карт по компонентам природного комплекса. В качестве исходных материалов использованы топографическая карта М 1: 25 ООО (ГУГК, 1981), геологическая карта района М 1: 25 ООО, а также блок морфометрических карт (карты горизонтального и вертикального расчленения, углов наклона, солярной экспозиции, все в М 1: 25 ООО), построенных автором для формируемого банка данных. Исходные картографические материалы, использованные для банка отредактированы, масштабированы и приведены в удобную для оцифровки форму.

Цифровые карты были созданы на современной компьютерной технике с применением новейших на момент работы графических программных продуктов - Easy Trace 7.5, «Нева», а так же Corel Draw 12 и 13.

Для создания цифровой модели карты топографической поверхности методом «дигитирования по подложке» использовалась топографическая основа в М 1: 25 ООО общей площадью 445 км .

В настоящее время банк данных включает следующие карты: топографическую; геологического строения; гидросети; густоты эрозионного расчленения; глубины эрозионного расчленения; углов наклона топографической поверхности; солярной экспозиции склонов.

Дополнительно в банк данных включены различные варианты совмещения основных карт: совмещения карт густоты и глубины эрозионного расчленения; солярной экспозиции и углов наклона топографической поверхности; геологического строения и топографической поверхности.

К графической базе данных относятся также аэро- и космофотоснимки, представленные в цифровом виде, и "привязанные" к топографической основе.

Проведя ряд вычислительных операций с цифровыми моделями карт, имеющихся в банке ГИС-данных были получены довольно интересные данные, которые отчетливо отражают специфику рельефа исследуемого района.

Литогенная основа оказывает существенное влияние на формирование всех абиогенных и биогенных компонентов. Большая часть территории сложена породами юры (73%). Известняки и мергели верхней юры слагают вершинную часть Скалистого хребта. Нижняя юра слагает склон и дно Даховской котловины. Нижнемеловые (14%) отложения образуют, Пастбищный хребет в северной части района у п. Каменомостский, занимают 10% площади и представлены песками, песчаниками, алевролитами, глинами, гравелитами. В юго-западной части обнажаются протерозойские и палеозойские породы, протерозой (2%) представлен сильно метаморфизированными породами (слюдяные сланцы, гнейсы, амфиболиты). Для палеозоя (7%) характерны метаморфические и интрузивные породы (гранитоиды биотитовые и амфибол-биотитовые, граниты биотитовые двуслюдяные). Верхнеплейстоценовые отложения (7%) распространены лишь по долине рек Белой и Даха в районе ст. Даховская и п. Камме-номостский.

На изучаемой территории преобладает низкогорный рельеф - 75%, сред-негорный - 15%, и возвышенный (долинный) - 10%.

Основными морфометрическими характеристиками рельефа являются углы наклона топографической поверхности, вертикальное и горизонтальное расчленение. На электронной карте углов наклона топографической поверхности

Даховской котловины выделено 8 градации. Для повышения наглядности составлена более обобщенная карта с раскраской по четырем градациям.

Для водоразделов в центральной и северной части характерны крутые склоны (20-40 градусов), обращенные в сторону долины р. Белой и Даха. Они образуют отдельные полосы и пятна. На Юго-западе у гранитного массива доминируют крутые склоны, а на отдельных приподнятых участках очень крутые. Более крутые склоны характерны для среднегорного рельефа. В нижней части долины р. Белой господствуют пологие склоны.

Густота эрозионного расчленения изменяется от 0,6 до 3,2 км на км . Преобладающая часть территории расчленена слабо (1-2 км на км км ) 56% и очень слабо (мене 1 км на км км ) 9%. Очень слабое расчленение отмечено южнее п. Камменомостский и севернее ст. Даховская.

Скалистый хребет выделяется средним расчленением и составляет 2-2,6 км на км км2. Отроги Передового хребта отличаются повышенным расчленением от среднего (2.0) до сильного (более 3 км на км км2).

Сильное расчленение наблюдается на правом берегу р. Белой в южной части и достигает 3.2 км на км. Большая часть исследуемой территории (60%) характеризуется мелким расчленением (100-250 м) очень мелкое (26%) отмечается на Западе и востоке района, а также по долинам рек Белой и Даха в районе ст. Даховской и п. Каменомостский. Средняя глубина расчленения (> 250 м) 15% свойственна приподнятым участкам на юго-западе и отдельном участке Скалистого хребта к северу и северо-востоку от ст. Даховской.

Литогенная основа так же влияет на гидрометеорологические показатели. Простирание Скалистого хребта определяет преобладание в Даховской котловине юго-восточных ветров (28%). От Майкопа к Даховской котловине уменьшается скорость ветра от 2,9 до 1,8 м/с. В январе в котловине холоднее на 0,2 градуса, в июле на 0,5 по сравнению с температурой, соответствующей высотному градиенту из-за горно-долинной циркуляции.

Цитологический состав пород, слагающих бассейн реки, влияет на сток наносов (от 240 тыс. т. У Сюковской поляны до 290 тыс. т. у п. Каменномост-кий). Вниз по течению реки в составе наносов уменьшается содержание песка на 6% и ила на 11%, а пыли возрастает на 20%. В составе влекомых наносов снижается содержание гальки на 63% и увеличивается содержание гравия на 13%, а песка на 50%.

Анализ выполненных карт позволил составить структурно-генетическую модель ландшафтов с выделением класса, подклассов, типов и родов.

На основе электронных данных и карт, включённых в банк ГИС-данных учебного полигона, может решаться обширный круг учебных задач. Представляет также интерес анализ этих карт при решении научно - исследовательских и прикладных задач геологического, геоморфологического, почвенно-ботанического и экологического содержания.

Карта солярной экспозиции склонов, построенная в электронном виде, позволяет провести анализ пространственных закономерностей освещенности территории района. Эта информация даёт материал к оценке условий ландшаф-тообразования в отношении их теплообеспеченности за счёт прямой солнечной радиации. В первом приближении количество поступающей прямой солнечной радиации прямо пропорционально продолжительности экспозиции.

Анализ данных выявляет следующие особенности площадного соотношения склонов с различной солярной экспозицией:

• почти двукратное преобладание на данной территории склонов с наименьшей солярной экспозицией над остальными выделенными типами.

Преобладание "холодных" склонов обусловлено, по меньшей мере, двумя причинами. Первая из них - орография рельефа - простирание хребтов, определяющее северо-западное и юго-восточное направление падения противоположных склонов линейных горных массивов.

Важнейшим компонентом ладшафтообразования является наклон топографической поверхности. Очевидно, что этот фактор определяет условия увлажнения, почвообразования и как следствие, формирования растительного покрова. Эти данные в электронно-графическом виде представляет карта углов наклона топографической поверхности.

Пространственный анализ распространения склонов различной крутизны подтверждает его соответствие геолого-литологическому и морфоструктурному строению территории. Так в пределах гранитного массива, занимающего южную часть района, наблюдается довольно равномерное увеличение крутизны к вершинным частям горных хребтов. На остальной территории, имеющей сложное асимметрично-блоковое (куэстообразное) строение, наблюдается явное увеличение площадей пологих склонов с падениями северных румбов, а также увеличение крутых склонов южных румбов.

Результативным является анализ совмещения различных карт, имеющихся в банке данных. Оно в техническом отношении при использовании электронных образов представляет собой простейшую процедуру. В работе был выполнен ряд опытных совмещений отдельных карт. Наиболее очевидный эколо-го-географический смысл имеет анализ совмещения карт солярной экспозиции склонов и углов их наклона.

Особенность процедуры совмещения состоит в том, что число объектов, образующиеся в результате сочетаний контуров исходных карт быстро возрастает. Это хорошо демонстрирует сочетание границ разноосвещенных участков №№ 1 - 4 и наложенных на них границ склонов различной крутизны, показанные на рисунке. Очевидно, что количество возможных вариаций из четырех исходных типов солярной экспозиции и восьми градаций уклонов даёт 32 вариации. В реальности при совмещении карт солярной экспозиции и уклонов поверхности их число в сравнении, например, с картой солярной экспозиции увеличивается в среднем в 2,5 - 3 раза. Таким образом, ландшафтный смысл анализа материалов, включённых в графическую базу данных достаточно очевиден. Дифференциация поверхностей с различной крутизной и солярной экспозицией по существу позволяет приблизиться к выделению ландшафтов. Следуя геофизической концепции эти участки в случае добавления информации о гипсометрическом положении, удовлетворяют требованию выделения типового ландшафта. Получаемые при этом таксоны характеризуются сочетанием различного освещения и уклона. В свою очередь, эти показатели контролируют целый ряд факторов ладшафтообразования.

Впервые созданный для большого района банк цифровых данных является основой для решения учебных и научных задач с использованием ГИС-технологий. Анализ полученных данных позволил выявить и оценить ряд особенностей природного комплекса района, в том числе площадное и пространственное соотношение разноосвещённых склонов, пространственные закономерности эрозионного расчленения и др., а также дать оценку эффективности применения ГИС при ландшафтных исследованиях. Материалы, представленные в банке данных содержат ряд впервые созданных морфометрических карт, которые могут использоваться в научных и научно - прикладных исследованиях Южной Адыгеи.

Цифровые материалы, образующие банк данных, могут уже сейчас использоваться в учебном процессе ряда факультетов «Южного федерального университета».

Перечисленные карты, аэро - и космофотоснимки и другие материалы, имеющиеся в банке данных, собраны в учебное пособие - рабочую тетрадь для учебной практики, макет которой представлен в виде Приложения к данной работе (Подтопта, 2007, www.rsu.ru). Помимо готовых карт тетрадь включает крупномасштабные топоосновы участков детальных исследований, основы для учебных заданий, бланки для построения профилей и т.д. Данный макет ориентирован в основном на учебную географическую практику.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

Подтопта Г.Л. Тезисы докладов II всероссийской школы по компьютерным технологиям и обучающим программам в геологии. РГУ, 1999, с.21-22.

Подтопта Г.Л. Тезисы докладов IV всероссийской школы по компьютерным технологиям и обучающим программам в геологии. РГУ, 2001, с. 1921.

Подтопта Г.Л., А.А.Ищенко. Электронные карты эрозионного расчленения и их геолого-тектоническая интерпретация (район "Никель", Северный Кавказ, Адыгея)//ГИС: новые технологии, данные, области применения - Материалы совещания по ГИС: Тула, 2004, с. 160 -164.

Подтопта Г.Л. Карта солярной экспозиции склонов, созданная при Ростовском Государственном университете для учебного полигона РГУ «Никель» - ГИС-ассоциация. Информационный бюллетень: http://www.gisa.ru/goinforml(54)2006.html, №2(54), 2006.

Подтопта Г.Л. Карта углов наклона топографической поверхности, её характеристика и область применения - ГИС-ассоциация. Информационный бюллетень: http://www.gisa.ru, 2006

Подтопта Г.Л., А.А.Ищенко. Ландшафтная интерпретация морфометрических характеристик на основе банка ГИС данных района учебных практик РГУ "Никель"// Ростов-на-Дону: Приложение Известий ВУЗов, №1,2006, с. 60-67.

Подтопта Г.Л. Использование банка ГИС-данных для района базы учебных практик Ростовского госуниверситета «Никель// Сборник трудов III научно-практической конференции «Экологические проблемы. Взгляд в будущее». Ростов-на-Дону, 2006. С.

Подтопта Г.Л. под ред. д.г.н., проф. Ю.А Федорова и доц. A.A. Ищенко.

Учебно-методическое пособие «рабочая тетрадь», wmv.rsu.ru, с.21.

Подтопта Г.Л. «Разработка и применение банка ГИС-данных на примере Да-ховской межгорной котловины при Южном Федеральном университете» // Сборник трудов IV научно-практической конференции «Экологические проблемы. Взгляд в будущее». Ростов-на-Дону, 2007. С. 208-211.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Подтопта, Геннадий Леонидович, Ростов-на-Дону

1. Агафонова О.В., Колосков C.B. Особенности автоматизированной генерализации объектов гидрографии цифровых планов и карт// Науч. тех-нич. конф. «Современные проблемы геодезии и оптики»//Тез. докл. -Новосибирск., СГТА, 2001, с. 324

2. Арманд Д.Л. Наука о ландшафте (основы теории и логико-математические методы), М., Мысль, 1975,287 с. Базаров А.Ш., Варшанина Т.П., Кабаян Н.В. География республики Адыгея//Майкоп, Адыгейское республиканское книжное издательство, 2001 с.

3. Берлянт A.M. Геоинформационное картографирование, М., Наука, 1997, 64 с.

4. Болдина Е.А., Лабутина H.A. Особенности создания локальных ГИС: картографо аэрокосмическое обеспечение// Картография XXI: теория, методы, практика. Доклад II Всероссийской научной конференции по картографии, М., 2001, с. 90 - 96

5. Бородко A.B. Картографо-геодезическая отрасль России: проблемы решения// Геодезия и картография, 2003, №7, с. 1-9

6. Братков В.В. Пространственно-временная структура ландшафтов Большого Кавказа//Автореферат дисс. доктора географич. наук, Ростов-на-Дону, 2002

7. Бугаевский Л.М., Цветков В.Я. Геоинформационные системы, М., Златоуст, 2000,222 с.

8. Бурбан П.Ю., Литвинов В.Ф. Технология создания цифровых карт Новгородской области//Геодезия и картография, 2003, №11, с. 51 57 Вальков В.Ф. Генезис почв Северного Кавказа, Ростов-на-Дону, Ростовский госуниверситет, 1977, с. 122-139

9. Вальков В.Ф., Штомпель Ю.А. Почвы Краснодарского края, Ростов-на-Дону, СКНЦВШ, 1996, с. 122-126

10. Геоинформатика и образование//Материалы 2 Всероссийской конференции, M., ТИС-Ассоциация", 1999,223 с.

11. Геренчук К.И., Миллер Г.П, Трохимчук C.B. О морфологической структуре ландшафтов горных стран//Материалы к VI Всесоюзн. Совещанию по вопросам ландшафтоведения, Алма-Ата, 1963

12. ГИС Астраханского заповедника. Геохимия ландшафтов дельты Волги. Выпуск 3, М., 1999

13. ГОСТ 28441 90. Картография цифровая, Термины и определения ГОСТ 51353 - 99. Геоинформационное картографирование, Метаданные электронного картографирования. Состав и содержание//Геодезия и картография, 2005, №5

14. Гречищев A.B., Кузнецов О.В. Применение российских снимков высокого разрешения для изучения Земли в геоинформатике//«Геодезия и картография», 2001, №4, с. 23-29

15. Грузинов B.C. Обновление цифровых топографических карт по материалам космической фотосъёмки//«Геодезия и картография», 2001, №1, с. 15-18

16. Гулисашвили В.З., Махатадзе Л.Б., Прилипко Л.И. Растительность Кавказа, М., 1975

17. Дзыбов Д.С. Травяные экосистемы хребта Абишира-Ахуба //Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистемы Кавказа, Ставрополь, 1997, с. 39-41

18. Ефремов Ю.К. Ландшафтная сфера Земли //Изв. ВГО, 1959, № 6, с. 525528

19. Жуковский В.Е., Киселёв В.В., Свешников В.В. Национальный атлас России в полиграфической и электронной версиях//«Геодезия и картография», 2001, №1, с. 26-28

20. Информационные технологии и модели в решении современных проблем экологии//Материалы Всероссийской научно технической конференции, Тула, 2002, 36 с.

21. Исаченко А.Г. Основы ландшафтоведения и физико-географическое районирование, М., Высшая школа, 1965, 327 с.

22. Исаченко В.В., Свешников В.В., Киселёв Ю.Г. Ландшафты на космических изображениях в атласе «Природа и ресурсы Земли»//Геодезия и картография, 2002, №10, с. 27 34

23. Кавказ. Природные условия и естественные ресурсы СССР, М., Наука, 1966,482 с.

24. Колосков C.B., Хлебникова Т.А. Технологии автоматизированной генерализации при картографировании//Геодезия и картография, 2005, №6, с.38-41

25. Комосов Ю.А., Лапина E.H. Состояние и перспективы автоматизированного картосостовления в программном комплексе «Нева»// Геодезия и картография, 2005, №6, с. 30 32

26. Комосов Ю.А., Лапина Е.С. Теоретические аспекты картографической генерализации населенных пунктов при составлении обзорно топографических карт// Известия Вузов сер. Геодезия и аэрофотосъемка, 2004, №2, с. 67-79

27. Кравцова В.И. Космические методы картографирования// Ю.Ф. Княжне-кова, 1995

28. Кравченко Ю.А. О типологии объектов геоинформационного моделирования// Геодезия и картография, 2002, №7, с. 48 55 Кравченко Ю.А. Организация базы знаний о земной поверхности// Геодезия и картография, 2002, №4, с. 42 - 54

29. Крауклис A.A. Проблемы экспериментального ландшафтоведения, Новосибирск., Наука, 1979

30. Лавренко Е.М. Типы вертикальной поясности растительности в горах СССР//Современные проблемы географии, 1964

31. Лурбопов Б.Т., Решонова Ю. П. Карты цифровые топографические, общие требования, Ташкент, 2002, 33 с.

32. Лурье И.К. Геоинформатика. Учебные геоинформационные системы, М.,МГУ, 1997,114 с.

33. Малышев A.A. К вопросу о выделении климатических зон в условиях северного склона Западного Кавказа//Пр.Тебердинского заповедника, 1962, вып. III, с. 215-224

34. Мильков Ф.Н. Ландшафтная сфера Земли, М., Мысль, 1970

35. Михайлов Н.И. Физико-географическое районирование/ЛСурс лекций, Ч. 2, М.,МГУ, 1962

36. Нехин С.С., Зотов Г.А. 10 лет цифровой фотограммометрии ЦНИИГА-иК// Геодезия и картография, 2005, №6, с.32-38

37. Пахальчук П.И. Использование цифровых топографических карт при инвентаризации земель железнодорожного и автодорожного транспорта// Геодезия и картография, 2005, №5

38. Побединский Г.Г., Базина М.А., Втюрин A.B. Разработка системы визуализации электронных карт//«Геодезия и картография», 2001, №3, с. 25-30.

39. Подтопта Г.Л., А.А.Ищенко. Ландшафтная интерпретация морфометри-ческих характеристик на основе банка ГИС данных района учебных практик РГУ "Никель"// Ростов-на-Дону: Известия ВУЗов), № 8, 2006, с. 60-67

40. Подтопта Г.Л. Использование банка ГИС-данных для района базы учебных практик Ростовского госуниверситета «Никель»//(Материалы по совещанию в Лиманчике), 2006 с.

41. Подтопта Г.Л. под ред. доктора географических наук профессора Ю.А.Фёдорова и доц. А.А.Ищенко. Учебно-методическое пособие «рабочая тетрадь»: www.rsu.ru

42. Прусаков А.Н. Обеспеченность территории РФ цифровыми картами// Геодезия и картография, 2005, №4, с. 31 35

43. Растительные ресурсы. Природные ресурсы и производственные силы Северного Кавказа. Часть 1 Ростов-на-Дону, РГУ, 1984, 168 с. Ресурсы поверхностных вод СССР, Том 11 ,Адыгейчкий район, Вып. 1, Кубань, Гидрометеоиздат, 1969, 723 с.

44. Рогачёв A.B. Перспективы развития цифровой области. Ж. «Геодезия и картография», 2001, №1, 34 35.

45. Сафронов И.Н. Геоморфологическая карта Северного Кавказа, Объяснительная записка, М., 1966

46. Сочава В.Б. Введение в учение о геосистемах, Новосибирск., Наука, 1978,,. 320 с.

47. Столбовой B.C., Савин И.Ю., Шеремет Б.В., Сизов В.В., Овечкин C.B. Геоинформационная система деградации почв России //Почвоведение, 1999. №5, с.646-651.

48. Темникова Н.С. Климат Северного Кавказа и прилежащих степей, J1., Гидрометеиздат, 1959, 368 с.

49. Тикунов B.C. Классификации в географии: ренессанс или увядание? (Опыт формальных классификаций), М., Смоленск., СГУ, 1997, 367 с. Тихонов В.И. Из опыта создания цифровых ортофотопланов на обширные территории, с. 28 29.

50. Хлебникова Т.А., Колосков C.B. Технология и опыт создания цифровых топографических карт, планов, ортофототипов по материалам аэрофотосъемки// Геодезия и картография, 2003, №1, с. 36-39

51. Цветков В .Я. Геоинформационные системы и технологии, М., Финансы и статистика, 1998,288 с.

52. Чупахин В.М. Физическая география Северного Кавказа, Ростов-на-Дону, 1974, 196 с.

53. Чуприна Е.П., Мазаева Н.И. Цифровая технология прямого обновления топографических карт по материалам космической фотосъём-ки//Геодезия и картография», 2001, №1, с. 15-18.

54. Шайтура С.В. Геоинформационные системы и методы их создания, Калуга., Н.Бочкаревой, 1998, 208 с.

55. Abutaliev F., Salakhutdinov R. On fuzzy sets operation//Buserfall 1989 -Vol. 40.-P 4-8.

56. Understanding GIS. The Arc Info Method. Environmental Systens Reseach Inst:, Inc//4th ed.,Esri, 1997.

57. Zadeh L. a. Toward a theory of fuzzy information Granulation and its Cen-trality in Human reasoning and Fuzzi logic// Fuzzy Sets and Systems. 1997 -Vol. 90-P. 111-127.

58. Zadeh L/, А/ Fuzzy Sets // Inf. Contr. 1965 - Vol 8 - P 338 - 353.

Информация о работе

Подтопта, Геннадий Леонидович
кандидата географических наук
Ростов-на-Дону, 2007
ВАК 25.00.23

Диссертация

Пространственная дифференциация литогенной основы горных ландшафтов района Даховской котловины с использованием ГИС - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы