Морфометрический анализ рельефа Республики Татарстан средствами ГИС-технологий

Мальцев, Кирилл Александрович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Морфометрический анализ рельефа Республики Татарстан средствами ГИС-технологий
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Морфометрический анализ рельефа Республики Татарстан средствами ГИС-технологий"

На правах рукопид

МАЛЬЦЕВ КИРИЛЛ АЛЕКСАНДРОВИЧ

МОРФОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РЕЛЬЕФА РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН СРЕДСТВАМИ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ

Специальности: 25.00.36 - «Геоэкология»

25.00.25 - «Геоморфология и эволюционная география»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Казань - 2006

Работа выполнена на кафедре ландшафтной экологии Казанского государственного университета

Научные руководители: доктор географических наук, профессор Олег Петрович Ермолаев

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор Вячеслав

Владимирович Сиротки н

Ведущая организация: государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Удмуртский государственный университет (г.Ижевск)

Защита диссертации состоится 6 апреля 2006 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212.081.20 по специальностям 25.00.36 - геоэкология, 25.00.25 - геоморфология и эволюционная география в Казанском государственном университете по адресу: 420018, г.Казань, ул. Кремлевская, 18, корп. 2, 15 этаж, аудитория 1512, тел., факс (843) 292-05-54

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. Н.И.Лобачевского Казанского государственного университета.

Автореферат разослан <(3 » марта 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, /

Д 212.081.20 кандидат географических наук, '

доктор биологических наук, кандидат физико-математических наук, доцент Анатолий Александрович Савельев

кандидат географических наук, доцент Вадим Владимирович Мозжерин

доцент

¿РОЬЯ

\ьз^

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Рельеф является одним из главных факторов, обуславливающих развитие различных природных процессов на поверхности Земли. Он во многом определяет особенности формирования поверхностного стока и широкого спектра склоновых экзодинамичсских процессов, перераспределяет приходящую солнечную радиацию, обуславливая, тем самым, ландшафтную дифференциацию даже на локальных территориях.

Анализ вклада рельефа в функционирование геосистем требует использования количественных методов, одним из которых является морфо-метрический анализ, традиционно являющийся методом геоморфологии. Однако морфометрический анализ может быть с успехом использован и для решения различных геоэкологических задач.

Рельеф наилучшим образом может быть охарактеризован системой морфометрических показателей, зафиксированных на соответствующих картах. Интенсивное развитие на современном этапе геоинформационных технологий позволяет существенно упростить получение массового количественного материала по рельефу и его представление в виде тематических карт. Поэтому в настоящее время широко используют электронное описание рельефа, которое в контексте географических информационных систем (ГИС) представлено цифровыми моделями рельефа (ЦМР). Во многих наиболее известных на сегодняшний день ГИС реализованы методики построения ЦМР, но все они имеют определенные ограничения и недостатки, что не позволяет в полной мере использовать возможности ГИС для морфометриче-ского анализа. В связи с этим актуальной задачей является разработка методик, позволяющих построить модель рельефа с минимальными искажениями относительно его реальных характеристик.

В региональном плане актуальность работы определяется тем, что до настоящего времени для территории Республики Татарстан (РТ) отсутствуют систематизированные материалы по количественному анализу рельефа. Между тем такие исследования крайне необходимы для оценки вклада рельефа в развитие неблагоприятных экзогенных процессов, активно протекающих на территории РТ (почвенная и овражная эрозия, оползневые и другие склоновые процессы).

Целью диссертационной работы является

Анализ морфометрических характеристик и районирование рельефа Республики Татарстан с использованием ГИС - технологий, в аспекте решения геоэкологических задач.

В ходе работы решались следующие задачи:

• разработка новой^ более точной методики построения цифровой модели рельефа;

• сравнение точности методик построения цифровых моделей рельефа (в т. ч. с вновь разработанной методикой);

• комплексный морфометрический анализ рельефа РТ средствами ГИС-технологий;

• разработка методики автоматизированного районирования рельефа с использованием алгоритма самоорганизующихся отображений Кохо-нена и районирование рельефа территории РТ на основе данной методики;

• определение потенциальных потерь почвы РТ от природно-ангропогенной эрозии средствами ГИС-технологий.

Исходные материалы

В качестве исходной информации для получения ЦМР использована электронная векторная топографическая карта РТ масштаба 1:200000, разработанная предприятием РосГИСцентр Федерального агентства геодезии и картографии России (Роскартография). Также привлекалась специализированная эколого-геоинформационная система, где в качестве операционно-территориальных единиц (OTE) использовались элементарные речные бассейны с геопространственной базой данных. Данная система использует первичные данные, отнесенные к бассейнам, и полученные кафедрами ландшафтой экологии, физической географии и геоэкологии КГУ. Кроме того, были использованы: электронная векторная ландшафтная карта РТ масштаба 1:200000, составленная на кафедре ландшафтной экологии КГУ под руководством О.П. Ермолаева; карта почвенного покрова, разработанная ВолгоНИИГипрозем; карта модуля стока взвешенных наносов (А.П. Дедков, В.И. Мозжерин). При расчете потенциальных потерь почвы были привлечены материалы, опубликованные С.Ф.Батыршиной (2005) о запасах воды в снеге за период 1961-2001 гг.

Научная новизна работы

• Разработана новая методика построения ЦМР, которая использует в качестве аппроксимирующей функции кубическую параболу и осуществляет моделирование рельефа вдоль линий тока.

• Произведена оценка точности построения ЦМР с использованием различных методик. Предложенная методика не уступает по точности моделирования рельефа известным разработкам, а по некоторым показателям превосходит их.

• На основе предложенной методики была построена ЦМР регионального уровня генерализации.

• Впервые проведен морфометрический анализ рельефа всей территории РТ средствами ГИС-технологий с использованием следующих показателей: абсолютной высоты, угла наклона, экспозиции, плановой и профильной кривизны, длины линий тока. Все эти показатели рассчитаны в узлах регулярной сети. Построен комплект электронных тематических морфометрических карт.

• Впервые на основе самоорганизующихся отображений Кохонена разработана методика автоматизированного типологического районирования рельефа, использующая в качестве классификационных признаков морфометрические показатели С использованием данной методики проведено районирование рельефа РТ.

• Впервые для территории РТ проведена оценка потенциальных эрозионных потерь почвы на региональном уровне генерализации, построены тематические электронные карты, характеризующие пространственные закономерности эрозии почв.

Практическая значимость работы

Результаты, полученные в данной работе, могут быть применены для решения многочисленных геоэкологических задач: при расчете потенциальных потерь почвы от эрозии, определении устойчивости склонов к проявлению экзогенных процессов, в расчетах по определению прихода солнечной радиации на различные участки склонов, при ландшафтном районировании и планировании.

Разработанная методика может быть использована при построении ЦМР любого масштаба. Она также, может быть применена для построения цифровых моделей структурных поверхностей земной коры.

Результаты исследований внедрены при выполнении пяти проектов по оценке воздействия на окружающую среду при составлении технологических схем разработки нефтяных месторождений РТ (Первомайское, Бон-дюжское, Кадыровское, Комаровское, Ново-Суксинское месторождения). Результаты исследований внедрены также при издании монографии «Экология города Казани» (раздел «Рельеф и ландшафтная структура города Казани»).

Основные положения, выносимые на защиту

• Применение в процессе создания ЦМР кубической параболы в качестве аппроксимирующей функции и осуществление моделирования вдоль линий тока позволяет уменьшить ошибки при построении ЦМР.

при переходе от глубоко расчлененной денудационной

ступенчатой равнины ярусных плато к очень слабо расчлененной аккумулятивной террасовой равнине левобережий крупных рек (Волга, Кама, Вятка).

• Применение алгоритма самоорганизующихся отображений Кохонена и набора морфометрических параметров (высоты, угла наклона, экспозиции, профильной и плановой кривизны, длины линий тока), рассчитанных на основе ЦМР масштаба 1:200000 (на примере РТ), позволяет осуществить автоматизированное типологическое районирование рельефа. Результаты районирования могут стать базой для ландшафтного картографирования территории в ранге урочищ.

• Определение потенциальных, допустимых, а также безвозвратных потерь почв, представленных в виде электронных карт, может лечь в основу проектирования противоэрозионных мер для территории РТ

Личный вклад автора

Автором разработана предлагаемая в работе методика построения ЦМР, проведен анализ количественных показателей рельефа РТ (получены соотве'1 стнующие электронные карты). Разработаны методические подходы к автоматизированному типологическому районированию рельефа. Произведена оценка потенциальных эрозионных потерь почвы на территории РТ. Автор благодарит за сотрудничество и помощь на различных этапах работы: проф., д.г.н. О. П. Ермолаева, доц., д.б.н. А. А. Савельева, ст. преподавателя С. С. Мухарамову, а также О.В. Беленко, А.Р Шайхулова, М.Е. Игонина, А.В Колесникова.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались автором на Международных, Всероссийских, региональных и межвузовских научных конференциях в Катни (2003-2005), Краснодаре (2002), Тюмени (2003), Севастополе (2003), Санкт-Петербурге (2005).

Настоящая работа выполнялась в соответствии с НИР кафедры ландшафтной экологии Казанского госуниверситета «Ландшафтно-экологический анализ геопространства» номер государственной регистрации - 01.200.120120. В период 2004 -2005гг. исследования осуществлялись в рамках проекта Российского фонда фундаментальных исследований (№ 04-05-64897а) - «Изучение роли ландшафтов в развитии природно-антропогенной эрозии с исполыованием современных математических методов (на примере Среднего Поволжья)».

Публикации. Основные результаты работы изложены в 11 статьях и тезисах. Работы опубликованы, либо приняты к печати в федеральных академических и региональных журналах, в международных и межвузовских трудах конференций.

Структура и объем работы. Общий объем диссертации 214 страниц текста. Она состоит из введения, шести глав и заключения. Включает в

себя 98 рисунков, 19 таблиц, список литературы, состоящий из 147 наименований, а также 12 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1 Подходы к морфометрическому анализу рельефа

Здесь рассматриваются основные этапы развития морфометрии как области знания и исследователи, внесшие существенный вклад в развитие ее идей. В этой связи анализируются исследования, опубликованные в работах Ю.Г. Симонов, А. Болига, И.С. Щукина, В.П. Чичагова, A.C. Девдариани, И.П. Шарапова, O.A. Борсука, И.И. Спасской, Р.Х. Пиреева, В.И. Анисимова, Э.Л. Якименко, Д.А. Тимофеева, А.Н. Ласточкина и др.

При представлении рельефа как поля высот наиболее часто используется методика, изложенная, в частности, В.А. Червяковым (1979). Фактически, при подобном подходе, в качестве операционно-территоригшьной единицы (OTE) используется узел регулярной сетки, а все вместе они образуют статистическую поверхность (Robinson, 1961), топографическую поверхность (Соболевский, 1932) или детерминантно-статистическую модель (Черванев, Голиков, Трофимов, 1986).

Поскольку в настоящее время морфометрический анализ рельефа в большинстве исследований предполагает использование ГИС, то в данной главе большое внимание уделено вопросу построения ЦМР. Например, А.М.Берлянт (2001) определяет ЦМР как совокупность (массив, файл) высотных отметок Z, взятых в узлах некоторой сети точек с координатами X, Y и закодированных в числовом формате.

В рамках ГИС рельеф может быть описан векторными и растровыми моделями, которые имеют свои преимущества и недостатки. Выбор того или иного представления рельефа зависит от цели и задач исследования. В нашей работе ЦМР использует растровое представление данных, поскольку оно позволяет рассчитывать морфометрические параметры рельефа. Если говорить более точно, то используется регулярная прямоугольная координатная сеть со значениями высот в ее узлах.

Можно выделить два кардинально различающихся способа получения таких моделей. Первый - это методы, основанные на обработке данных дистанционного зондирования земли: материалы радарной съемки, аэрофото-и космосъемка. В этой области существует много наработок и методик, а точность результатов весьма впечатляющая. Однако трудоемкость этих методов, специфичность и дороговизна программного обеспечения не способствуют широкому распространению такой технологии. Второй способ - построение моделей рельефа, используя информацию с топографических карт. Этот подход также не нов, имеет свои сильные и слабые стороны. Однако можно утверждать, что оцифрованные топографические материалы еще достаточно долгое время не потеряют своей актуальности, оставаясь главными источниками данных для подобного моделирования.

В рамках этого направления можно выделить исследования М. Хатчинсона, С.Н. Сербенюка, С.М. Кошеля, O.P. Мусина. Всесторонний анализ исследований в области развития методов создания и использования ЦМР проведен С.М. Кошелем (2004). Он отмечает следующие наиболее популярные ГИС-пакеты и специализированные программы создания ЦМР: ArcGis; ILWIS; IDRISI; Surfer; МАГ.

В этой главе также рассматриваются методы расчета морфометриче-ских характеристик рельефа, базирующиеся на ЦМР. Разные исследователи предлагают оригинальные системы морфометрических показателей, по их мнению, наиболее полно описывающих рельеф. Все они основаны на вычислении производных методом конечных разностей.

Так, например И. Эванс (1972), предложил описывать форму рельефа системой из пяти показателей: абсолютной высоты, уклона, экспозиции, продольной и профильной кривизны. Близкие системы показателей предлагают: J. Krcho (1983), J.D.Wood (1990, 1995), R.J.Pike (1995) и др. Аналогичные идеи были высказаны отечественными исследователями: А. Н. Ласточкиным (1991) и П. А. Шарым (1995). Данные методики реализованы в программах «Эко» и «Landsurf» и др.

Похожую систему вычислений морфометрических показателей предлагается в программном комплексе «TAPES-G» (Moore, Lewis, Gallant, 1993), а также в специализированной программе «Surfer» (Mitasova, Hofïerka, 1993). Следуег отметить, что программы «Эко» и «TAPES-G» позволяют рассчитывать не только локальные морфометрические параметры, но и региональные, например, длину линий тока.

Проанализировав все многообразие предлагаемых методик и программных средств реализующих их, мы остановились на методике Эванса-Янг (Young, 1978). На наш взгляд, использование в этой методике восьми направлений при вычислении производных делает ее менее зависимой от ориентации координатных осей.

Глава 2 Создание цифровой модели рельефа для целей морфометрического анализа

В главе излагается разработанная нами методика построения ЦМР. Суть последней заключается в использовании алгебраического многочлена третьей степени (1) в качестве интерполирующей функции и измерение расстояния от узла сетки до горизонталей вдоль векторов градиентов рельефа (рис. 1), что позволяет сократить ошибки при построении ЦМР:

z{t) = а + bt + et2 + dt3 (1)

где z(t) - абсолютная высота узла сетки, at- расстояние от узла сетки до горизонтали.

Для проверки работы предложенной методики была предпринята перекрестная проверка. Она заключается в удалении каждой второй горизонта-

ли, а оставшиеся используются для построения ЦМР. После этого вычисляется погрешность между абсолютной высотой на удаленных из построения горизонталях и абсолютной высотой в узлах ЦМР. Далее проводится статистический анализ полученных ошибок. Перекрестная проверка позволяет оценить, насколько адекватно разработанная методика рассчитывает отметки высот в узлах регулярной сетки. В качестве тестового был выбран рельеф участка местности близ населенного пункта Актюбинск. Площадь участка составляет 295.75 км2.

Рис. 1. Траектория движения при вычислении расстояний от узла сетки до горизонтали (линия вдоль векторов), где 1- горизонтали, 2 - траектория, 3-

вектора градиентов В табл. I приводятся данные статистического анализа для 3-х наиболее известных методик построения ЦМР и методики, предложенной нами. Для статистического анализа во всех выборках были отсеяны грубые ошибки, составляющие более чем 30 м по модулю.

Таблица 1

Результаты сравнительного статистического анализа_

ArcGis (сплайн с натяжением) MagSurf (модифицированная триангуляция Делоне) Surfer (кригинг) Кубические параболы

Количество 29575 29575 29575 29575

Среднее -1.17 -2.06 -1.43 -1.11

Дисперсия 120.51 120.51 104.56 83.23

СКО 10.98 10.98 10.23 9.12

Грубые ошибки, % 2 95 3.34 3.17 3.26

Квантили'

1% -27 39 -26 85 -27.40 -25 65

5% -18 56 -20.72 -18 34 -17 22

25% -8 31 -8.99 -7 84 -6.45

75% 7 50 4.23 531 4.47

95% 1651 17.61 16 03 1396

-.99% 19.05 23.84 19 59 19.41

Как видно (табл. 1), методике «кубических парабол» присущи наименьшие значения таких показателей, как среднее, среднеквадратичное отклонение, квантиль ошибки. Значение меньшего среднего говорит о равенстве отрицательных и положительных ошибок. Небольшие значения среднеквадратичного отклонения и квантилей свидетельствуют о малом количестве узлов, в которых ошибки сильно отличаются от среднего. Это в свою очередь подтверждает факт уменьшения ошибок при построении ЦМР нашей методикой по сравнению с тремя наиболее распространенными методиками.

Созданная методика расчета и программные средства, реализующие ее, были использованы для построения ЦМР РТ (рис.2). Данная модель была необходима в работе для проведения морфометрического анализа региона (с построением комплекта соответствующих карт) и классификации (районирования) рельефа.

В качестве исходного материала использована векторная топографическая карта РТ масштаба 1: 200000 с сечением основных горизонталей 20 м и вспомогательных - Юм. Причиной, побудившей нас выбрать именно эту карту, является то, что масштаб 1: 200000 соответствует большинству проводимых тематических, региональных исследований, а также дает достаточно хорошее отображение особенностей равнинного рельефа региона. При построении модели использовался шаг координатной сетки 100 м. Последний обосновывается ошибками планового положения контуров на отечественных топографических картах, которые в среднем равны 0.5-0.75 мм (Берлянт, и др. 1988), что соответствует 100-150 м на местности в используемом масштабе.

ЕЭ»'

Рис 2 Фрагмент ЦМР, построенной кубическими параболами по горизонталям топографической карты масштаба 1 200000 (источник света помещен в левый верхний угол): 1- населенные пункты, 2- горизонтали (сечение 20

м); 3 - реки.

Следующим этапом работы являлась оценка влияния масштаба карты на качество получаемой цифровой модели рельефа и на точность вычисления значений углов наклона, что необходимо для оценки надежности проводимых работ для данного уровня генерализации

Сопоставление детальности в отображении рельефа проведено для карт масштаба 1:200000 (сечение изогипс 20 м) и 1:50000 (сечение изогипс 10 м). Используя горизонтали топографической карты масштаба 1'50000, были построены цифровые модели рельефа на три тестовых участка (1 район г. Менделеевска; 2- Раифский участок Волжско-Камского государс!венного природного биосферного заповедника (ВКП13). 3 район с Мур\аза, р Дымка)

1аблица 2

Статистические показатели ошибок, возникающих при сравнении ЦМР масштаба 1 200000 и масштаба 1.50000 для фех 1 ее ггжыч участков

Нлианне \чистки II CI и номер ki> »ичес! ио \ | К,11 1Х1КИ < ре шее VI е 1И.-1ПЛ < ыиырлше oí« ни 1С мне i Ыичняя КВ<1[И И II. Верхняя Килрги и

lioti ilpcihdMbe (i MCN.IC.icchck) №1 2 МХ i 6 1 3 8 7 8 1 6 7

3JM 1 !pc íkdube (HKI ПЬЗ- IHK í ".uoiiuií) №2 136(17 S 2 9 6-) i: Г> 1

b\l\ IIAUIIICKO- Ьелебеевская ии]»ышен1ЮС11> (с Мартам) -№3 2^19 в 4 А 1 (i 2 2 2 7 6

Как видно из табл. 2, средние значения ошибки незначительны и составляют около 5-6 м. Более того, 75 % всех ошибок лежит в диапазоне от 0 до 6-7 м. Это позволяет утверждать, что морфомегрический анализ, проведенный по карте масштаба 1:200000, достаточно хорошо (для данною уровня генерализации) отражает распределение ключевых показа!елей равнинною рельефа Максимальные шачения ошибок тестируемых участков приурочены к их краям и обусловлены возникновением г. н. «краевых эффектов»

Кроме того, были проведены исследования по выявлению возможных ошибок, возникающих при построении кар!ы углов наклона масштаба 1 200000 по сравнению с картой масштаба 1.50000. Исследования проводились по тем же тестовым участкам (был разделен только учасюк 1 на право-и левобережные участки 11ижнекамского водохранилища).

Анализируя полеченные статистические материалы (табл. 3), можно видеть, что среднее шачение ошибки положительно для всех четырех участков. Как и следовало ожицать. у|лы наклона, определенные по ЦМР масшraña I 200000, несколько занижены по сравнению с углами наклона, полученными при использовании ЦМР масштаба 1.50000. Ошибки определения >г--1ов наклона, построенных но картам масштаба I 200000, не превышают в

среднем 25 % по сравнению с данными, полученными по картам масштаба 1:50000. Кроме того, можно говорить о некой возникающей пространственной структуре ошибки. Анализ карт распространения ошибки показывает, что знак последней почти не изменяется вдоль горизонталей и чередуется по направлению поперечного профиля склона.

Таблица 3

Статистические показатели ошибок, полученных при сравнении углов наклона, рассчитанных по ЦМР карт масштаба 1:200000 и масштаба 1:50000 для

четырех тестовых участков

Название участка и его номер Количество узлов Среднее Стандартное отклонение Нижняя квартиль Верхняя квартиль

Воет Прсдкамье (г Мендспеевск) (левый берег) -№! 14414 1 02 1 27 0 26 1 24

Воет Прсдкамье (г. Меиделеевск) (правый берег) - №2 9972 0 86 1 15 0 19 1

Чап Прсдкамье (ВКГПБЗ пос Садовый) - №3 12688 0 86 1 11 02 1

Бугульминско-Белебеевская возвышенность (с Муртаза) -№4 24609 1 48 1 56 041 1 99

Из проведенного статистического анализа можно сделать ряд выводов. Для всех тестовых участков при укрупнении масштаба происходит увеличение среднего, верхней и нижней квартилей, увеличение дисперсии и стандартного отклонения. Последнее свидетельствует о том, что при укрупнении масштаба происходит увеличение доли территорий с большими углами наклона. В зависимости от участка занижение углов наклона может быть больше или меньше. Так, например, на участке 1 - мы имеем среднюю ошибку в определении угла наклона около 10 %, на участке 2 - эта ошибка составляет 21 %, на участке 3 - около 30 %, на участке 4 ошибка не превышает 2 %. Можно сказать, чем больше расчленен рельеф, тем большие ошибки возникают при расчете углов наклона при уменьшении масштаба карты. Однако, если соотнести эти ошибки со средними значениями углов наклона тестируемых участков, то можно утверждать, что чем меньше колебание высот в пределах одного участка, тем больше ошибка в определении углов наклона при уменьшении масштаба карты.

Таким образом, главными результатами в данной главе являются:

• Методика построения ЦМР с использованием кубических парабол, позволяющая производить расчеты с меньшими ошибками по сравнению с наиболее известными методиками;

• Создание цифровой модели рельефа РТ с шагом 100 м масштаба 1:200000 с применением нашей методики;

• Количественная оценка качества модели, показывающая, что при укрупнении масштаба от 1:200000 к 1:50000 средние ошибки при определении высот в узлах ЦМР не превышают 5-6 м, а ошибки в определении углов наклона составляют 0.8 - 1.5° при сравнении карт тех же масштабов.

•

Глава 3 Морфометрический анализ рельефа Республики Та гарстан В главе рассматривается изученность территории РТ с позиции мор-^ фометрического анализа рельефа. В этой связи можно отметиь исследования

В.Н. Сементовского (1940, 1955, 1963), А.П.Дедкова (1970), В.П. Философова

(1960, 1975), О.П. Ермолаева (1992, 2002), А.В.Серебрякова, Л.А. Гольм-грейна (2005), И.Ю. Черновой с соавторами (2005), а также коллективный труд «Овражная эрозия востока Русской равнины» (1990). Однако, несмотря на то, что морфометрические исследования на территории РТ проводились неоднократно, все они, на наш взгляд, имеют определенные ограничения. Работы, проводившиеся до активного внедрения ГИС, как правило, осуществлялись по крупным OTE (например, речным бассейнам) и не имеют необходимой детальности для решения задач регионального уровня. Региональные исследования, в которых активно используются ГИС и ЦМР, для вычисления параметров рельефа в узлах сетки основаны на существующих методиках и нацелены на решение вполне определенных задач. В них не проводится анализ территориальной изменчивости морфометрии рельефа региона в связи друг с другом, а также с его возрастом и генезисом.

Нами для количественной характеристики рельефа РТ, помимо расчета высот по вновь разработанной методике, в каждом узле сетки предлагается рассчитывать такие морфометрические показатели, как угол наклона, экспозицию, профильную и плановую кривизну, длину линий тока. По мнению Е.М. Николаевской (1966), А.Н. Ласточкина (1991), Ю.Г. Симонова (1999) обязательным при проведении морфометрического анализа рельефа является построение карг абсолютной высоты, угла наклона и экспозиции. Однако при решении геоэкологических задач необходим расчет плановой « кривизны, выделяющей участки концентрации или рассеивания поверхност-

ного стока (рис. 3), а также профильной кривизны, по сути отображающей не только форму склона, но и участки преобладающей денудации и аккумуля-* ции (рис. 4). Бесспорно, очень полезна карта длин линий тока, поскольку

данный показатель входит во многие эмпирические уравнения расчета потерь почвы от поверхностно-склоновых видов эрозии.

Таким образом, были построены 6 электронных тематических мор-фометрических карт и проведен статистический анализ данных величин. Из него следует, что на территории РТ преобладают территории (39 %) с рельефом, который можно отнести к слаборасчлененной полигенетической равнине. Она располагается на отметках 140-200 м (Бутаков и др, 1993). Мини-

мальную площадь занимают останцовые холмы древних поверхностей выравнивания. В Татарстане около трети территорий (33.7 %) имеют умы наклона 1-2°. На территории РТ можно отметить небольшое преобладание склонов холодной экспозиции. Для этого региона востока Русской Равнины вогнутых в плане территорий (46.5%) меньше, чем выпуклых (53.5%), что говорит о преобладании участков с рассеиванием стока. Похожая картина характерна и для профильной кривизны. Анализ длин линий юка свидетельствует о преобладании склонов средней длины - 50 -500 м.

Рис. 3 Плановая кривизна (светлый гон - области рассеивания потока, темный - области концентрации)

Рис. 4. Профильная кривизна (светлый гон - области денудации, темный - области аккумуляции)_

I лава 4 l'eoi рафический анализ морфометрических характеристик рельефа Республики Татарстан

Проведен анализ изменчивости этих характеристик в границах геоморфологических районов РГ, выделенных А.П. Дедковым (1999). В основу районирования им было положено выделение 4-х основных типов рельефа (I- глубоко расчлененная денудационная ступенчатая равнина ярусных плато, П- умеренно-расчлененная денудационная равнина нижнего плато, III - слабо расчлененная низкая полигене 1ическая равнина, IV- очень слабо расчлененная аккумулятивная террасовая равнина левобережий крупных рек - Волги, Камы и Вятки) различных по морфологии, генезису и возрасту. Для каждого типа намечены регионы их распространения, группирующиеся по основным географическим областям laiapciana. Для анализа исиольювалась рукописная карта A.I Щелкова, переведенная в векторный формат. При географическом анализе особенностей рельефа за основу взяты сто количественные характеристики. В каждом геоморфоло) ическом районе на базе созданной ЦМР нами дополнительно были рассчитаны основные статистические показатели и построены гистограммы частот высо1ы. углов наклона, экспозиции склонов, длины линий тока, профиль-

ной и плановой кривизны. Именно эти морфометрические показатели в значительной мере характеризуют энергетический потенциал рельефа, определяя во многом условия протекания широкого спектра экзогенных процессов. Также дополнительно для каждого района по сетке речных бассейнов были подсчитаны следующие характеристики, отражающие как пространственное развитие склоновых процессов (густота овражного расчленения, интенсивность бассейновой эрозии, сток взвешенных наносов), так и условия, на фоне которых они формируются (густота долинного и балочного расчленения, тип четвертичных отложений, глубина расчленения).

Поскольку эта показатели приведены к сетке элементарных бассейнов, нам было необходимо присвоить соответствующие значения узлу регулярной сетки, попадающему в тот или иной бассейн и далее рассчитать соответствующий показатель для каждого геоморфологического района.

Анализ пространственного изменения морфометрических величин рельефа РТ позволяет отметить, что при переходе от глубоко расчлененной денудационной ступенчатой равнины ярусных плато к очень слабо расчлененной аккумулятивной террасовой равнине левобережий крупных рек закономерно уменьшаются значения высоты, угла наклона, профильной и плановой кривизны, наконец, происходит увеличение длин линий тока. Для того, чтобы проверить это, средние значения соответствующих величин были проанализированы в статистическом пакете Statgrafics 5.0. Дисперсионный анализ показал статистически значимую связь между указанными параметрами. Кроме того, рассчитаны коэффициенты корреляции и построены регрессии, значения и графики которых убедительно доказывают взаимосвязанное изменение морфометрических показателей при переходе от одного типа релье-

(грае) Ы 1 (Д IDOjl 15

3 15 „ - , г=-0 74

1 5 1 0J 0 ^___■ J * я f^-'1..... 1*5)2 , "Г 15, 1 0J J —~ - _ * , —

0 40 ВО 130 160 ДО 240 С" ) D DJ 1 1J 1 3.5 3

Рис. 5. График линейной модели, аппроксимирующей зависимость угла налона от абсолютной высоты Рис. 6. График линейной модели, аппроксимирующей зависимость длины линий тока от угла наклона

Получены коэффициенты корреляции для следующих зависимостей: абсолютная высота - угол наклона 0.72; угол наклона - плановая кривизна 0.93; угол наклона - профильная кривизна 0.94; угол наклона - длина линий тока -0.74.

Исследованы также связи между морфометрическими

характеристиками, полученными по растровой сетке, с показателями, рассчитанными по сетке элементарных бассейнов и отражающими интенсивность экзогенных процессов. В результате выявлена зависимость между углом наклона и глубиной эрозионного расчленения (г=0.94), углом наклона и показателем бассейновой эрозии (г=0.97).

Глава 5 Районирование рельефа на основе его морфометрических показателей с использованием ГИС-технологий

Территория Татарстана не раз служила объектом природного (физико-географического) районирования. Об этом свидетельствуют схемы районирования Ф.Н.Милькова (1953), А.В.Ступишина (1964), А.Г.Исаченко (1988), Э.Г.Коломыц (1995), А.П.Дедкова (1999), И.И.Рысина (1999), О.П. Ермолаева (2002) и др. Большинство авторов признают, что во внутризональ-ной дифференциации ландшафтов существенную, часто решающую роль, играют именно геолого-геоморфологические условия. Последнее особенно заметно на низших ступенях ландшафтной классификации (Исаченко, 1991), когда фактор местоположения является определяющим критерием при выделении таких таксономических единиц ландшафта как урочище и тип местности.

Учитывая важность фактора рельефа в ландшафтной дифференциации, нами проведено собственное типологическое районирование рельефа территории РТ. Был применен принципиально новый подход, который заключается в следующем:

1. Проведено автоматизированное районирование на основе пространственных различий в морфометрических характеристиках рельефа. Для этого использовался набор из шести морфометрических характеристик, рассчитанных нами на основе ЦМР.

2. В качестве методики классификации (выделения районов) были использованы самоорганизующиеся отображения Т. Кохонена (1997), которые относятся к нейронным сетям.

3. В качестве OTE высокой детальности использовался узел регулярной сетки. Использование подобной операционно-территориальной единицы с шагом 100 м позволяет максимально полно учесть изменения параметров рельефа на региональном уровне генерализации и, по сути, создать ландшафтную основу в ранге урочищ.

Традиционно самоорганизующиеся отображения, или Self Organizing Map (SOM) в зарубежной литературе рассматриваются как эмпирический алгоритм. Выводы, в первую очередь качественные, делаются на основе визуального анализа полученного отображения. Основным преимуществом такой модели является ее способность к правильному отображению на ордина-ционной плоскости новых данных. Для передачи степени сходства классов можно использовать минимальное остовое дерево и его отображение Сэммо-

на (ваттоп, 1969), сохраняющее метрические свойства (расстояния между классами при отображении пропорциональны расстояниям в пространстве характеристик).

Если сравнить БОМ с традиционными методами, то можно отметить несколько существенных отличий (преимуществ):

1. Традиционные методы либо требуют задания заранее известных осей и шкал на них (например, разделение по той или иной характеристике рельефа), либо используют только одну ось (различные методы построения дендрограмм). Использование заранее определенных шкал может быть реализовано только при надлежащей калибровке исходных данных, что не всегда возможно. Использование дендрограмм не позволяет отобразить всю структуру «взаимоотношений» классов в силу дихотомичности.

2. Важным отличием является формализация различий между классами (районами), рассчитывая Евклидово расстояние.

3. Имеется возможность работы с пространством характеристик высокой размерности.

4. В ЭОМ имеется возможность «управлять» компромиссом между классификацией (точностью построения классов в смысле отнесенных в них объектов) и ординацией (упорядочением классов). Именно совмещение классификации и ординации (традиционно ординируются объекты, что не позволяет отобразить на ординации новые данные) и есть сильное место вОМ.

5. Существует возможность количественного описания полученных классов (районов) по набору параметров, участвовавших в классификации.

Поскольку морфометрические характеристики рельефа изменяются непрерывно, границы между классами всегда будут условны, и потому важно уметь выделять и отображать такие градиентные переходы между классами.

Полученная в результате применения нашей методики проекция классов на ординационную плоскость позволяет отображать и анализировать в географическом пространстве плавное (градиентное) изменение сочетаний характеристик изучаемого явления путем изменения границ между выделен-< ными районами, образованными совокупностями классов вОМ. Так, напри-

мер, водораздельные и приводораздельные поверхности, имеющие близкие, но несколько различные сочетания морфометрических характеристик рельефа, будут сосредоточены в одном месте ординационной плоскости. Выделив "ядро" (четко выраженный по своим морфометрическим характеристикам водораздел), мы можем выделить соответствующую группу классов (нейронов) и анализировать как сочетания характеристик в них, так и положение выделенных классов в географическом пространстве.

Применяя алгоримт БОМ и набор морфометрических характеристик, (высота, угол наклона, экспозиция, плановая и профильная кривизна, длина линий тока) рассчитанных в узлах сетки, было проведено автоматизирован-

ное типологическое районирование рельефа территории РТ и построена соответствующая электронная карта. Для вычислений использовалась программная реализация SQM А.А. Савельева (2004).

Полученная карта включает 19 типов районов (классов). Она уже использована для ландшафтного районирования республики в качестве фактора местоположения и может служить основой для определения сети репрезентативных участков геоэкологического мониторинга. По результатам районирования была на количественном уровне подтверждена гипотеза о климатической асимметрии склонов малых водосборов. Так, в 90 % случаев склоновые классы рельефа холодной экспозиции имеют незначительный уклон (не более 1.9"), в то время как классы рельефа, расположенные на склонах теплой экспозиции, значительно круче (до 6.6°).

Г лава 6 Использование результатов морфометрического анализа для решения геоэкологических задач (на примере эрозионных потерь

почвы)

В данной главе была проведена количественная оценка потенциальных потерь почвы от природно-антропогенной эрозии.

Для решения этой задачи осуществлен обзор методик по определению потенциальных потерь почв. Подробный анализ имеющихся моделей смыва^ приводится в трудах Г. И. Швебса (1981), Г.А. Ларионова (1993), а также в работах М. Дж. Киркби (1984), Д. К. Фланагана и Дж. М. Лафлейна (1997) и др. На первых этапах развития эрозиоведения, когда исследователи не располагали в достаточном объеме экспериментальными материалами, были предложены аналитические зависимости, основанные на элементарных представлениях о склоновых потоках (Корнев, 1937; Хортон, 1948; Костяков, 1960). По мере накопления экспериментальных данных появились эмпирические зависимости. К числу последних относятся модели Н. Н. Бобровицкой (1977), В. Д. Иванова (1975), Г. П. Сурмача (1979). К наиболее полно разработанным можно также отнести модели, созданные отечественными исследователями: Ц.Е Мирцхулавой (1970); М.С. Кузнецовым (1981); Г.В. Бастрако-вым (1994); наконец, это модель Государственного гидрологического института (ГГИ) («Инструкция по определению....», 1979). Наиболее распространенной и; зарубежных зависимостей, описывающих поверхностный смыв почв, является универсальное уравнение эрозии (Wischmeier, Smith, 1965, 1978).

Именно она была взята за основу специалистами Научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов (НИЛЭ-ПиРП) Московского госуниверситета при разработке собственной методики определения потерь почв от стока ливневых вод. В качестве базовой методики для расчета потерь почв от талого стока НИЛЭПиРП была принята модель ГГИ, усовершенствованная Г.А Ларионовым (1987). По мнению Л.Ф. Литвина (2002), главными основаниями при выборе модели служат фунда-

ментальность теоретической базы, теоретическая и практическая возможность создания базы данных первичных параметров, необходимых для расчета потерь почв. Именно поэтому, модели потерь почв от талого и ливневого стока, усовершенствованные в НИЛЭПиРП (Ларионов, 1993), были использованы нами для оценки смыва почв от процессов природно-антропогенной эрозии на территории Татарстана?

Для реализации данной методики расчета потенциальных потерь почвы, было написано специальное программное обеспечение, использующее результаты проведенного нами морфометрического анализа (уклоны, длины линий тока). Работы производились в масштабе 1:200000, в качестве OTE высокого разрешения был выбран узел регулярной сетки с шагом 100 м на местности. При расчете смыва были исключены территории пойм, акватории. Для проведения расчетов была использована информация о содержании гумуса в почвах и ее гранулометрическом составе, которая была взята из фондовых материалов ВолгоНИИГипрозем и литературных источников с их жесткой привязкой к региону исследований: (Колоскова, 1962, 1964, 1985), (Винокуров, 1962, 1975, 1976, 1982), (Пухачев, Бухараева, 1984), (Шакиров, 1982, 1991).

Применяя указанную выше методику, а также опубликованные данные и результаты морфометрического анализа, были рассчитаны и отображены в виде электронных карт потенциальные потери почвы от стока ливневых вод в РТ. Анализ результатов показывает, что в среднем для республики эти потери составляют 5 56 т/га в год. В случае полного сведения лесов ливневой смыв увеличивается в среднем на 34 % и составляет 7.44 т/га в год.

Нами также построена карта потенциальных потерь почв от стока талых вод, анализ которой показывает, что эти средние многолетние потери почв для РТ составляют 0.46 т/га в год. Используя данные о запасах воды в снеге, опубликованные С.Ф. Батыршиной (2004), нами были определены изменения, наблюдающиеся в потенциальных потерях почвы от стока талых вод за период 1961-2001 гг. и построена соответствующая электронная карта. В среднем для территории РТ запасы воды в снеге за этот период возросли, как следствие этого, интенсивность смыва почв увеличилась на 25 %.

Результирующая карта годового смыва почв (в условиях чистого пара) строилась поэлементным сложением значений в узлах соответствующих регулярных сеток ливневого и талого смыва. Анализ полученной карты (рис. 7) говорит о том, что потенциальные годовые потери почв от эрозии на территории РТ в среднем составляют 6.13 т/га в год. При этом наибольший смыв характерен для междуречья Волги и Свияги, верхнего и среднего течения р. Меша, Казанка, восточного Предкамья, крутым склонам долин Степ. Зая и Кичуя. Наименьший смыв соответствует низменным ландшафтам Западного Закамья, северо-восточному Закамью, южному Предсвияжью, Кук-морскому району, нижнему течению р. Меша и Казанка.

Рис 7 Потенциальные потери почв РТ за год (1- реки и поймы, 2- леса)

В этой главе также были получены результаты оценки безвозвратных потерь почвы от процессов поверхностной природно-антропогенной эрозии. Для этого были использовано понятие о допустимом смыве почв и почвозащитные коэффициенты растительности, предложенные М.Н Заславским (1984). Были построены соответствующие электронные тематические карты. Анализируя карту превышений допустимых потерь почвы можно сказать, что безвозвратные потери почвы от эрозии для территории РТ в среднем составляют 0.44 т/га в год.

Таким образом, впервые расчетными средствами на базе ГИС-технологий, рассчитаны потенциальные потери почв РТ от стока дождевых и талых вод. Эти исследования могут лечь в основу проектирования противо-эрозионных мер.

Заключение

1. Разработана методика построения цифровых моделей рельефа кубическими параболами, позволяющая производить расчеты с меньшими ошибками по сравнению с наиболее известными методиками. Произведены тестовые расчеты, подтверждающие уменьшение ошибок в предлагаемой методике построения ЦМР.

2. Применяя разработанную методику, нами создана ЦМР масштаба 1:200000 Республики Татарстан с шагом 100 м. Оценка точности моделирования рельефа на средне- и крупномасштабных топокартах свидетельствует, что средние ошибки высот не превышают 5-6 м, при переходе от карты мае-

штаба 1:200000 к карте 1:50000. Ошибки углов наклона составляют 0.8 -1.5° при сравнении карт тех же масштабов.

3.Проведенный региональный морфометрический анализ с широким использованием ГИС-технологий позволил на количественном уровне установить основные параметры рельефа Татарстана. Типы рельефа, выделенные для РТ по историко-генетическому признаку, имеют также четкие различия и морфометрических характеристик. При переходе от глубоко расчлененной денудационной ступенчатой равнины ярусных плато к очень слабо расчлененной аккумулятивной террасовой равнине левобережий крупных рек происходит закономерное уменьшение абсолютных высот, углов наклона, профильной и плановой кривизны, увеличиваются длины линий тока.

4. Разработаны методические подходы к автоматизированному типологическому районированию рельефа на основе его морфометрических показателей и нейронных сетей. Реализация методики позволила произвести районирование рельефа РТ на региональном уровне генерализации. Это районирование отражает морфолого-генетические особенности рельефа и характеризует их количественно. Результаты районирования могут быть использованы для автоматизированного создания ландшафтной карты на уровне типов местности и урочищ. В ходе типологического морфометрического районирования была количественно подтверждена гипотеза о климатической асимметрии склонов долин малых рек.

5. Результаты морфометрического анализа использованы для целей геоэкологии. С помощью ГИС-технологий и известных методик рассчитаны эрозионные потери почвы для всей территории РТ. Проведенные геоэкологические исследования по расчету эрозионных потерь почвы позволяют в пределах допустимой погрешности для территории РТ количественно оценить потери почвы от природно-антропогенной склоновой эрозии. В результате установлено, что потенциальные потери почв за год в среднем составляют 6.13 т/га, а безвозвратные потери почв с учетом допустимых потерь и почвозащитной роли агрофона в среднем составляют 0.44 т/га в год. При этом на 60 % земель РТ смыв не превышает допустимых значений, 20 % характеризуются безвозвратными потерями до 1.5 т/га в год, на 20 % они колеблются от 1.5 до 10 т/га в год. Наибольшие безвозвратные потери характерны для типичных дерново-карбонатных почв (до 2.3 т/га в год), а также для дерново-карбонатных выщелоченных и оподзоленных почв - до 1.3 т/га в год. Серые лесные почвы характеризуются значениями безвозвратных потерь почв от 0.09 т/га в год до 0.8. Черноземы имеют самые небольшие потери (максимум до 0.28 т/га в год у черноземов выщелоченных). Построены соответствующие электронные карты потерь почв от талого, ливневого стока, годовых потерь, а также карты допустимых потерь и превышений над допустимым потерями, которая является по своей сути картой пространственной оценки эрозионного риска.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ермолаев O.II. Геоморфометрический анализ рельефа РТ / О.П.Ермолаев, А.А.Савельев, К.А.Мальцев // Доклады и краткие сообщения 17-го Межвузовского совещания по проблемам эрозии почв русловых и устьевых процессов. Краснодар, 2002. - С. 99-100.

2. Беленко О.В. Применение трехмерного моделирование в гидрогеологических исследованиях / О.В.Беленко, К.А.Мальцев // Георесурсы. - 2002. №2(10) - С. 33-34.

3. Ермолаев О.П. Геоморфометрический анализ рельефа для целей ланд-шафтно-экологического картографирования / О.П.Ермолаев, К.А.Мальцев //Материалы межвузовской научной конференции. «Проблемы природопользования в районах со сложной экологической ситуацией». Тюмень, Издательство Тюменского I"осударственного Университета, 2003. - С. 82-84.

4. Ермолаев О.Г1. Геоинформационный анализ ландшафтной структуры боре-ального экотона востока русской равнины / О.П.Ермолаев, М.Е.Игонин, К.А.Мальцев //Материалы международной научной конференции «Intercarto-9». Новороссийск, Севастополь, 2003. - С. 114-118.

5. Ермолаев О.П. Анализ экологических функций рельефа средствами ГИС-технолэгий / О.П.Ермолаев, К.А.Мальцев, А.Р.Шайхулов // Материалы Всероссийской научной конференции, посвященной 200-летию Казанского университета. «Современные глобальные и региональные изменения геосистем». Казань, Изд-во КГУ, 2004. - С. 438-440.

6. Ермолаев О.П. Потенциальный смыв почв в республике Татарстан / О.П.Ермолаев, К.А.Мальцев //Материалы всероссийской научной конференции, посвященной 200-летию Казанского Университета «Современные глобальные и региональные изменения геосистем». Казань, Изд-во КГУ, 2004. -С. 76-78.

7. Мальцев К.А. Построение цифровых матриц высот кубическими параболами / К.А.Мальцев //Тезисы докладов VI республиканской научной конференции «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан». Казань, Изд-во Отечество, 2004. - С. 141-143.

8. Савельев A.A. Методы самоорганизации для выделения и картографического отображения тематических категорий в геоинформационных системах / А.А.Савельев, О.П.Ермолаев, С.С.Мухарамова, К.А.Мальцев // Исследования по прикладной математике и информатике. Выпуск 25. Казань, Изд-во КГУ, 2004.-С. 117-125.

9 Савельев A.A. Подходы к районированию рельефа на основе его морфо-метрических показателей с использованием искусственных нейронных сетей / А.А.Савельев, О.П.Ермолаев, С.С.Мухарамова, К.А.Мальцев // Доклады XII съезда РГО. Геоэкология и природопользование. Т. 4.-СП6., 2005. - С. 348 -356.

Ю.Мальцев К.А. Морфометрический анализ рельефа Республики Татарстан средствами геоинформационных технологий / К.А.Мальцев // Материалы Всероссийской научной конференции «Современные аспекты экологии и экологического образования». Казань, Изд-во KIT, 2005. - С. 362-364.

11. Мальцев К.А. Построение цифровых моделей рельефа кубическими параболами / К.А.Мальцев // Геоморфология. - 2006. № 2. (Принята к публикации)

Лицензия на полиграфическую деятельность №0128 от 08.06.98г. выдана Министерством информации и печати Республики Татарстан Подписано в печать 28.02.2006 г. Форм, бум 60x84 1/16. Печ. л. 1,25. Тираж 120. Заказ 52

Минитипография института проблем информатики АН РТ 420012, Казань, ул.Чехова, 36

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Мальцев, Кирилл Александрович

Введение.

1.Подходы к морфометрическому анализу рельефа.

1.1 Основные этапы развития морфометрии как области знаний.

1.2 Цели и задачи морфометрического анализа.

1.3 Этапы морфометрического анализа.

1.3.1 Предварительная оценка существующей картографической информации.

1.3.2 Сбор и картографическая фиксация первичной информации.

1.4 Представление рельефа в ЭВМ.

1.4.1 Векторная модель данных.

1.4.2 Растровая модель данных.

1.4.3 Методики построения цифровых моделей рельефа.

1.5 Морфометрические характеристики рельефа.

2. Создание цифровой модели рельефа для целей морфометрического анализа.

2.1 Построение предварительной модели.

2.2 Построение цифровых моделей рельефа при помощи кубических парабол.

2.3 Методика отбора данных для локальной модели.

2.4 Создание гидрологически корректной цифровой модели рельефа.

2.5. Построение цифровой модели рельефа Республики Татарстан.

2.6 Сравнительный статистический анализ различных методик построения цифровых моделей рельефа.

2.7 Качество модели рельефа и масштаб исследований.

3.Морфометрический анализ рельефа Республики Татарстан.

3.1 Абсолютная высота.

3.2 Крутизна.

3.3 Экспозиция.

3.4 Плановая кривизна.

3.5 Профильная кривизна.

3.6 Длина линий тока.

• 4. Географический анализ морфометрических характеристик рельефа Республики Татарстан.

4.1. Глубоко расчлененная денудационная ступенчатая равнина ярусных плато.

4.2. Умеренно-расчлененная денудационная равнина нижнего плато.

4.3. Слабо расчлененная низкая полигенетическая равнина.

4.4. Очень слабо расчлененная аккумулятивная террасовая равнина левобережий крупных рек - Волги, Камы и Вятки.

5. Районирование рельефа на основе его морфометрических показателей с использованием ГИС - технологий.

5.1 Использование самоорганизующихся отображений Кохонена для автоматизированного районирования территории.

5.2. Методика построения самоорганизующихся отображений.

5.3. Автоматизированное районирование рельефа Республики Татарстан

• 5.4 Обсуждение результатов районирования.

6. Использование результатов морфометрического анализа для решения геоэкологических задач (на примере эрозионных потерь почвы).

6.1 Значение рельефа для поверхностного смыва.

6.2 История вопроса оценки потенциального смыва почв.

6.3 Методика расчета потенциальных потерь почвы от стока дождевых

6.4 Методика расчета потенциального смыва почв от стока талых вод.

6.5 Построение и анализ карт потенциального смыва почв.

6.6. Расчет потенциального годового смыва.

6.7. Допустимые потери почвы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Морфометрический анализ рельефа Республики Татарстан средствами ГИС-технологий"

Актуальность темы. Рельеф является одним из главных условий, обуславливающих развитие различных природных процессов на поверхности Земли. Он во многом перераспределяет приходящую солнечную радиацию, определяет особенности формирования поверхностного стока и всего спектра склоновых процессов, обуславливая тем самым, ландшафтную дифференциацию даже на локальных территориях.

Анализ вклада рельефа в функционирование геосистем требует его количественной характеристики. В этом аспекте, одним из самых эффективных методов является морфометрический анализ. Именно он широко используется в геоморфологии и предназначен для количественного подтверждения изменения сущности изучаемых объектов через их форму. Однако, сфера морфометрического анализа не ограничивается только геоморфологией, его применение гораздо шире, в частности, он применяется для решения самых различных геоэкологических задач.

Рельеф наилучшим образом может быть охарактеризован морфометрическими показателями, зафиксированными, на соответствующих картах. Однако, получение количественной информации о рельефе и построение тематических морфомегрических карт традиционными «ручными» методами на большие территории сопряжено с высокой трудоемкостью. Интенсивное развитие геоинформационных технологий позволяет существенно упростить получение массового количественного материала по рельефу. Поэтому, в настоящее время, широко используют электронное представление рельефа, который в контексте географических информационных систем (ГИС) представлен цифровыми моделями рельефа (ЦМР). Кажущаяся легкость получения огромных числовых потоков информации, касающейся рельефа, при использовании ГИС-технологий, упирается в решение ключевой задачи - обеспечение качества и адекватности построенных моделей.

Во многих наиболее известных на сегодняшний день ГИС реализованы методики построения ЦМР, но все они имеют определенные ограничения и ошибки. В связи с этим принципиальной задачей является разработка методик, позволяющих построить модель с минимальными ошибками. В этом случае можно и ЦМР, и карты производных морфометрических показателей получить с минимальными ошибками.

В региональном плане актуальность работы определяется тем, что до настоящего времени для территории Республики Татарстан (РТ) отсутствуют материалы по количественным характеристикам рельефа и его анализу. Между тем эти исследования крайне необходимы для оценки роли рельефа в развитие неблагоприятных экзогенных процессов, активно развивающихся, в том числе и на территории РТ (почвенная и овражная эрозия, оползневые и др. процессы).

Целью диссертационной работы является:

Анализ морфометрических характеристик и районирование рельефа Республики Татарстан с использованием ГИС - технологий, в аспекте решения геоэкологических задач. В ходе работы нами решались следующие задачи:

• разработка новой, более точной методики построения цифровой модели рельефа;

• сравнение точности методик построения цифровых моделей рельефа (в т. ч. с вновь разработанной методикой);

• комплексный морфометрический анализ рельефа РТ средствами ГИС-технологий;

• разработка методики автоматизированного районирования рельефа с использованием алгоритма самоорганизующихся отображений Кохонена и районирование рельефа территории РТ на основе данной методики;

• определение потенциальных потерь почвы РТ от природно-антропогенной эрозии средствами ГИС-технологий.

Исходные материалы. В качестве исходной информации для получения ЦМР использована имеющаяся на экологическом факультете Казанского госуниверситета (КГУ) электронная векторная топографическая карта РТ масштаба 1:200000, разработанная предприятием РосГИСцентр Федерального агентства геодезии и картографии России (Роскартография). Для реализации остальных задач привлекалась специализированная эколого-геоинформационная система, разработанная О.П. Ермолаевым, А.А. Савельевым, С.С. Мухарамовой, где в качестве операционно-территориальных единиц (ОТЕ) использовались элементарные речные бассейны с геопространствепной базой данных. Данная система использует первичные данные, привязанные к бассейнам, имеющиеся на кафедрах физической географии и ландшафтой экологии КГУ. Из данной системы была задействована следующая информация: густота овражного, балочного, речного расчленения, показатель интенсивности проявления бассейновой эрозии, наконец, глубина эрозионного расчленения. Кроме того, были использованы: электронная векторная ландшафтная карта РТ масштаба 1:200000, составленная на кафедре ландшафтной экологии КГУ под руководством профессора О.П. Ермолаева; карта почвенного покрова, разработанная ВолгоНИИГипрозем; карта типов четвертичных отложений масштаба 1:500000 (А.В Артемов, И.В Артемов) и карта модуля стока взвешенных наносов (А.П. Дедков, В.И. Мозжерин). При расчете потенциальных потерь почвы были привлечены материалы С.Ф.Батыршиной (2005) о запасах воды в снеге за период 1961-2001 гг.

При выполнении работы использовались различные методы исследования -картографический, сравнительно-географический, статистического и кластерного анализа. Были использованы программные комплексы(ПК): «Surfer»; «Mapinfo»; «ArcGis»; «Magsurf»; «Statgrafics»; «Statistica»; «Excel»; «Word».

Научная новизна работы.

• На основе предложенной методики была построена ЦМР регионального уровня генерализации.

• Впервые на основе самоорганизующихся отображений Кохонена разработана методика автоматизированного типологического районирования рельефа, использующая в качестве классификационных признаков морфометрические показатели. С использованием данной методики проведено районирование рельефа РТ.

Практическая значимость работы. Результаты, полученные в данной работе, могут быть применены в различных областях географии, для решения многочисленных геоэкологических задач, при расчете потенциальных потерь почвы, определении устойчивости склонов к проявлению экзогенных процессов (ЭГП), в расчетах по определению прихода солнечной радиации на различные участки склонов, а также при ландшафтном районировании и планировании, наконец, в оценке экологического риска. Разработанная методика может быть использована при построении ЦМР любого масштаба.

Полученная методика может быть также применена для построения цифровых моделей сейсмических и структурных поверхностей земной коры.

Результаты исследований внедрены при выполнении пяти проектов по оценке воздействия на окружающую среду при составлении технологических схем разработки нефтяных месторождений РТ (Первомайское, Бондюжское, Кадыровское, Комаровское, Ново-Суксинское месторождения). Результаты исследований внедрены также при издании монографии «Экология города Казани» (раздел «Рельеф и ландшафтная структура города Казани»).

- 01.200.120120. Начиная с 2004 г. исследования продолжаются в рамках проекта Российского Фонда Фундаментальных исследований № 04-05-64897а

- «Изучение роли ландшафтов в развитии природио-аитропогеииой эрозии с использованием современных математических методов (на примере Среднего Поволжья)».

Основные положении, выносимые на защиту:

• Результаты морфометрического анализа рельефа с использованием ГИС-технологий свидетельствуют о том, что на территории РТ существует зависимость между генетико-возрастпыми характеристиками рельефа и его морфометрическими параметрами. Последнее выражается в существенном изменении количественных характеристик рельефа при переходе от глубоко расчлененной денудационной ступенчатой равнины ярусных плато к очень слабо расчлененной аккумулятивной террасовой равнине левобережий крупных рек (Волга, Кама, Вятка).

Апробации работы. Основные результаты работы докладывались на: 3-х Итоговых научных конференциях Казанского государственного университета (2003-2005 гг.); 17-ом Межвузовском совещании по проблемам эрозии почв русловых и устьевых процессов (Краснодар 2002 г.); межвузовской научной конференции «Проблемы природопользования в районах со сложной экологической ситуацией» (Тюмень 2003 г.); международной научной конференции «Intercarto-9» (Новороссийск, Севастополь 2003 г.); Всероссийской научной конференции, посвященной 200-летию Казанского университета «Современные глобальные и региональные изменения геосистем» (Казань 2004 г.); VI республиканской научной конференции «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан»; Всероссийской научной конференции «Современные аспекты экологии и экологического образования» (Казань, 2005 г.); XII съезде РГО (Санкт-Петербург 2005 г.).

Публикации. Основные результаты работы изложены в 11 статьях и тезисах, общим объемом около 33 страниц. Работы опубликованы, либо приняты к печати в федеральных академических и региональных журналах, в межвузовских и международных сборниках трудов конференций. Структура и объем работы. Общий объем диссертации 214 страниц текста. Она состоит из: введения, шести глав и заключения. Включает в себя 98 рисунков, 19 таблиц, список литературы, состоящий из 147 наименований а также 12 приложений.

Благодарности. Считаю своим приятным долгом выразить благодарность за помощь, оказанную мне на различных этапах работы, научным руководителям проф. д.г.н. О. П. Ермолаеву, доценту, д.б.н. А. А. Савельеву, а также ст. преподавателю С. С. Мухарамовой. Кроме того, благодарю сотрудников кафедры ландшафтной экологии Казанского госуниверситета за помощь и поддержку в проводимых исследованиях.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Мальцев, Кирилл Александрович

Заключение

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Мальцев, Кирилл Александрович, Казань

1. Актуальные вопросы эрозиоведения / М.Н. Заславский и др.; отв. ред. А.Н. Каштанов. М.: Изд-во Колос, 1984. - 224 с.

2. Арманд Д. JI. Наука о ландшафте / Д.Л. Арманд. М.: Мысль, 1975. 288 с.

3. Айвазян С.А. Классификация многомерных наблюдений / С.А. Айвазян, З.И. Бежаева, О.В.Староверов. М.: Статистика, 1973. - 238 с.

4. Баженова О.И. Пространсвенно-временной анализ динамики эрозионных процессов на юге Восточной Сибири / О.И. Баженова, Е.М. Любцова, Ю.В. Рыжов, С.А. Макаров. Новосибирск: Наука, 1997. -208 с.

5. Барабанов А.Т. Агролесомилеорация в почвозащитном земледелии / А.Т. Барабанов. Волгоград: ВНИАЛМИ, 1993. - 156 с.

6. Бастраков Г.В. Эрозионная устойчивость рельефа и противоэрозионная устойчивость земель / Г.В.Бастраков. Брянск: Изд-во БГПИ, 1994. -260 с.

7. Батыршина С.Ф. Динамика снежного покрова на территории Татарстана во второй половине XX столетия: автореф. дис. . канд. геогр. наук./ С.Ф. Батыршина; Казань, 2005.-22 с.

8. Беленко О.В. Применение трехмерного моделирование в гидрогеологических исследованиях / О.В. Беленко, К.А. Мальцев // Георесурсы. 2002. - №2(10) - С. 33-34.

9. Берлянт A.M. Картографический метод исследований / A.M. Берлянт,-М.: Изд-во МГУ, 1978. 254 с.

10. Ю.Бобровицкая Н.Н. Эмпирический способ расчета смыва почвы со склонов / Н.Н. Бобровицкая // Сток наносов, его изучение и географическое распределение: сб. ст. Л., 1977. - С. 202-211.

11. Болиг А. Очерки по геоморфологии / А.Болиг.- М.: ИЛ, 1959.

12. Бутаков Г.П. Рельеф как одно из условий ведения хозяйства / Г.П. Бутаков, В.И. Мозжерин, О.П. Ермолаев // Зеленая книга Республики Татарстан: сб. ст. Казань, 1993. - С. 36-45.

13. Бахтин В.А. Опыт определения математических характеристик рельефа ЦЧО / В.А. Бахтин // Геодезист. 1931. № 11-12.

14. Винокуров М.А. Лесные почвы Татарии / М.А. Винокуров, П.В. Гришин. Казань: Изд-во КГУ, 1962.- 72 с.

15. Винокуров М.А. Генезис, свойства и плодородие почв / М.А. Винокуров, А.В. Колоскова. Казань: Изд-во КГУ, 1975. - 212 с.

16. Винокуров М.А. Черноземы Татарии / М.А. Винокуров, А.В. Колоскова. Казань: Изд-во КГУ, 1976. - 198 с.

17. Винокуров М.А. Почвы Татарии / М.А. Винокуров. Казань: Изд-во КГУ, 1982.-419 с.

18. Вишневская Е.А. Пространственное моделирование рельефа средствами ГИС для морфотектонического анализа / Е.А. Вишневская, А.В. Елобогоев, Е.М. Высоцкий, Н.Н. Добрецов // Intercarto 6. Материалы международной конференции. Апатиты, 22-24 августа 2000 г.

19. Геоинформатика: Толковый словарь основных терминов / Баранов Ю.Б. и др.. М.: ГИС - Ассоциация, 1999. - 204 с.

20. Герасименко В.П. Водная эрозия почв в различных регионах Европейской части СССР / В.П. Герасименко // Почвоведение. 1987. № 12.-С. 96-109.

21. Давыдов Л.К. Общая гидрология / Л.К. Давыдов, А.А. Дмитриева, Н.Г. Конкина. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. - 464 с.

22. Девдариани А.С. Математический анализ в геоморфологии / А.С. Девдариани. М.: Недра, 1967. - 156 с.

23. Дедков А.П. Экзогенное рельефобразование в Казанско-Ульяновском Предволжье / А.П. Дедков. Казань, 1970. - 256 с.

24. Дьяков В.Н. Противоэрозионная эффективность лесных полос / В.Н. Дьяков // Почвоведение. 1994 №5. С. 67-70.

25. Заславский М.Н. Эрозиоведение / М.Н. Заславский. Москва: 1983.375 с.26.3еленая книга Республики Татарстан. Казань: Изд-во КГУ, 1993. - 422 с.

26. Ермолаев О.П. Пояса эрозии в природно-антропогенных ланфшафтах речных бассейнов / О.П.Ермолаев. Казань: Изд-во КГУ, 1992. - 147 с.

27. Ермолаев О.П. Эрозия в бассейновых геосистемах / О.П. Ермолаев. -Казань: Изд-во «Унипресс», 2002. 264 с.

28. Ермолаев О.П. Анализ экологических функций рельефа средствами ГИС-технологий / О.П. Ермолаев, К.А. Мальцев, А.Р. Шайхулов // Современные глобальные и региональные изменения геосистем.

29. Материалы всероссийской научной конференции, посвященной 200-летию Казанского Университета, 19-21 октября. Казань: Издательство Казанский Государственный Университет, - 2004 г. - С. 438-440

30. Ефремов Ю. К. Опыт морфографической классификации элементов и простых форм рельефа / Ю. К. Ефремов // Вопросы географии. 1949. -№. 11.-С. 109- 136.

31. Иванов В.Д. Об установлении категории эрозионноопасных земель по интенсивности смыва почв талыми водами / В.Д. Иванов // Почвоведение. 1979. - №4. - С. 81-91.

32. Инструкция по определению расчетных гидрологических характеристик при проектировании противоэрозионных мероприятий на Европейской территории СССР. JL: Гидрометеоиздат, 1979. - 62 с.

33. Исаченко А.Г. Ландшафтоведение и физикогеграфическое районирование / А.Г. Исаченко. М.: Высш. шк., 1991. - 366 с.

34. Качинский Н.А. Физика почв / Н.А.Качинский. М.:, 1965. - Ч. 1.- 323 с.

35. Киркби М.Дж. Моделирование процессов водной эрозии / М.Дж. Киркби // Эрозия почв: сб. ст. М.: Колос, 1984. - С. 252-295.

36. Козлов В.П. К изучению эрозии почв на западных и южных склонах Среднерусской возвышенности / В.П.Козлов // Материалы по изучению процессов почвенной эрозии и плодородия смытых почв. М.: Изд-во АН СССР, 1953.-С. 119-210.

37. Коломыц Э.Г. Полиморфизм ландшафтно-зональных систем / Э.Г. Коломыц. Пущино: ОНТИ ПИЦ РАН, 1998. - 311 с.

38. Колоскова А.В. Агро-физическая характеристика почв Татарии / А.В. Колоскова. Казань: Изд-во КГУ, 1968. - 388 с.

39. Колоскова А.В. Гумусное состояние почв Волжско-Камской лесостепи / А.В. Колоскова. Казань: Изд-во КГУ, 1985. - 140 с.

40. Колоскова А.В. Окультуривание и рациональное использование почв и удобрений / А.В. Колоскова. Казань: Изд-во КГУ, 1964. - 256 с.

41. Корнев Я.В. Эрозия почв как фактор урожайности / Я.В. Корнев // Эрозия почв: сб.ст. М., 1937. - С. 187-246.

42. Костяков А.Н. Основы мелиорации / А.Н.Костяков. М.: 1960. - 750 с.

43. Кошель С.М. Теоретическое обоснование структуры и функций блока моделирования рельефа в ГИС: автореф. дис. . канд. геогр.наук / С.М. Кошель; МГУ. М., 2004. - 25 с.

44. Кошкарев А.В. Географические информационные системы в эколого-геоморфологических приложениях / А.В. Кошкарев, И.А. Мерзлякова, И.В. Чеснокова // Геоморфология. 2002. - № 2. - С. 69-79

45. Кравченко Ю.А. Методы моделирования топографических поверхностей / Ю.А. Кравченко. М.: ЦНИИГАиК, 1984. - Вып.1.

46. Кузнецов М.С. Противоэрозионная стойкость почв / М.С. Кузнецов,-М.: Изд-во МГУ, 1981. 135 с.

47. Ларионов Г.А. Влияние рельефа и сезонной динамики физико-географических условий на водопроницаемость почв среднегорного пояса западного Тянь-Шаня: автореф. дис. .канд. геогр. наук / Г.А. Ларионов. М., 1973. - 28 с.

48. Ларионов Г.А. Расчет смыва по равновесным отрезкам склона / Г.А. Ларионов. // Земледелие. 1987. - № 2. - С. 52.

49. Ларионов Г.А. Эрозия и дефляция почв / Г.А. Ларионов. Москва: Изд-во МГУ, 1993.- 200 с.

50. Ласточкин А.Н. Рельеф земной поверхности (Принципы и методы статической геоморфологии) / А.Н. Ласточкин. Л.: Недра, 1991. - 340

51. Ласточкин А.Н. Дискретность и непрерывность в земной поверхности, ее геоморфологическая и топографическая модели / А.Н. Ласточкин // Геоморфология. 1988. - № 1. - С.21-29

52. Ласточкин А.Н. Морфодинамический анализ / А.Н. Ласточкин. Л., Недра, 1987.-271с.

53. Леонтьев O.K. Общая геоморфология / О.К.Леонтьев, Г.И. Рычагов. -М.: Высшая школа, 1979. 287с.

54. Лидов В.П. Процессы водной эрозии в зоне дерново-подзолистых почв /В.П. Лидов. М.: 1981.- 167 с.

55. Литвин Л.Ф. География эрозии почв сельскохозяйственных земель Росии / Л.Ф.Литвин. М.: ИКЦ Академкнига, 2002. - 255 с.

56. Маккавеев Н.И. Русло реки и эрозия в ее бассейне / Н.И. Маккавеев. М., 1955.-348 с.

57. Мальцев К.А. Построение цифровых матриц высот кубическими параболами / К.А. Мальцев. // Актуальные экологические проблемы республики Татарстан. Тезисы докладов VI республиканской научной конференции. Казань: Отечество, 2004. - С. 141-143.

58. Мальцев К.А. Построение цифровых моделей рельефа кубическими параболами / К.А. Мальцев. // Геоморфология. 2006. № 2. (Принята к публикации)

59. Медведев И.Ф. Эрозионные процессы на пашне Приволжской возвышенности / И.Ф. Медведев, А.И. Шабаев. // Почвоведение. 1991. №11.-С. 61-69.

60. Мирцхулава Ц.Е. Инженерные методы расчета и прогноза водной эрозии / Ц.Е.Мирцхулава. М.: Колос, 1970. 240 с.

61. Мозжерин В.В. Развитие рельефа Среднего Поволжья в эоплейстоцене: дис. . канд. геогр. наук: 25.00.25 / В.В. Мозжерин; КГУ Казань, 2003. - 162 с.

62. Мусин О.Р. Цифровые модели рельефа континуальных и дискретных географических полей / О.Р. Мусин, С.Н. Сербенюк. // Банки географических данных для тематического картографирования: сб. ст. -М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987. С.156-170.

63. Мусин О.Р. Цифровые модели для ГИС: Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации / О.Р. Мусин. М.:, 1998. с. 30

64. Николаевская Е.М. Морфометрические карты рельефа / Е.М. Николаевская. М.: Изд-во МГУ, 1966. - 30 с.

65. Овражная эрозия востока Русской равнины / В.И.Мозжерин и др. отв. ред. А.П. Дедкова. Казань: Изд-во Казанского Университета, 1990.145 с.

66. Пацукевич З.В. Допустимый смыв и самовосстановление почв / З.В. Пацукевич, А.Н. Генадиев, М.И. Герасимова // Почвоведение 1997. -№5.- С. 634-641.

67. Пенк В. Морфологический анализ / В.Пенк. М.: Географгиз, 1961. -359 с.

68. Прокаев В.И. Основы методики физико-географического районирования / В.И. Прокаев. Ленинград: Изд-во наука, ленинградское отделение. 1967. - 168 с.

69. Прокаев В.И. Физико-географическое районирование / В.И. Прокаев. -М.: Просвещение, 1983. 176 с.

70. Пухачев А.П. Почвам надежную защиту / А.П. Пухачев, Л.Г. Бухараева. - Казань: Татарское кн. изд-во, 1984. - 80 с.

71. Рысин И.И. Овражная эрозия в Удмуртии / И.И. Рысин. Ижевск: Изд-во Удмуртского госуниверситета, 1998. -274 с.

72. Савельев А.А. Моделирование пространственной структуры растительного покрова (геоинформационный подход) / А.А. Савельев. Казань: Казанский Государственный Университет, 2004. - 244 с.

73. Свентек Ю.В. Теоретические и прикладные аспекты современной картографии / Ю.В. Свентек. М.: Эдиториал УРСС, 1999. - 80 с.

74. Сементовский В.Н. Закономерности морфологии платформенного рельефа / В.Н. Сементовский. — Казань: Издательство Казанского Университета, 1963. 170 с.

75. Сементовский В.Н. Материалы для геоморфологии и гидрографии территории Большой Казани / В.Н. Сементовский. Уч. зап. Каз. ун-та, т. 100, кн. 3, 1940.

76. Сементовский В.Н. Расчлененность территории ТАССР долинно-овражной сетью / В.Н. Сементовский. Уч. зап. Каз. ун-та, т. 115, кн. 2, 1955.

77. Сербенюк С.Н. Автоматическое построение изолинейных карт и производных от них изображений / С.Н. Сербенюк, О.Р. Мусин // Геодезия и картография. 1986. - № 7. - С.42 - 45.

78. Сербенюк С.Н. Методы моделирования геополей по данным в нерегулярно расположенных точках / С.Н. Сербенюк, С.М.Кошель, О.Р. Мусин //Геодезия и картография. 1990. -№11.- С.31-35.

79. Серебряков А.В. Прогнозная оценка паводковой обстановки на основе ГИС-технологий и гидрологических моделей речных бассейнов / А.В. Серебряков, JI.A. Горьгрейн, Р.А. Уразаев // Безопасность жизнедеятельности. 2005. - № 7. - С. 48-49.

80. Симонов Ю.Г. Морфометрический анализ рельефа / Ю.Г. Симонов. Москва-Смоленск: Изд-во Смоленского Государственного Университета, 1998. 272 с.

81. Симонов Ю.Г. Объяснительная морфометрия рельефа / Ю.Г. Симонов. М.: ГЕОС, 1999.-263 с.

82. Соболевский П.К. Современная горная геометрия / П.К. Соболевский // Соц. реконструкция и наука. 1932. - № 7. - С. 42-78.

83. Спиридонов А. И. Физиономические черты рельефа как показатель его происхождения и развития / А. И. Спиридонов // Индикационные географические исследования: сб. ст . -М.: Наука, 1970. С. 92-104.

84. Справочник по картографии / Берлянт A.M. и др.. М.: Недра. - 1988. -432 с.

85. Справочник по климату СССР. JL: Гидрометеоиздат, 1968. - 335 с.

86. Ступишин А.В. Физико-географическое районирование среднего Поволжья / А.В.Ступишин. Казань: Изд-во Казанского Государственного Университета, 1964. - 198 с.

87. Сурмач Г.П. Опыт расчета смыва почв для построения комплекса противоэрозионных мероприятий / Г.П. Сурмач // Почвоведение. -1979.-№4.-С. 92-104.

88. Хортон Р.Е. Эрозионное развитие рек и эрозионных бассейнов / Р.Е. Хортон. -М, 1948.- 156 с.

89. Черванев И.Г. Математические методы в географии / И.Г. Черванев, А.П. Голиков, A.M. Трофимова. Харьков: Вища шк. Изд-во при Харьковском Гос.Ун-те, 1986. - 143 с.

90. Червяков В.А. Концепция поля в современной картографии / В.А. Червяков.- Новосибирск: Изд-во Наука, 1979.

91. Чернова И.Ю. Обнаружение и исследование зон новейших движений земной коры инструментами ГИС / И.Ю. Чернова, Д.И.Хасанов и др.. // ARCREVIEW. 2005. - №1. - С. 6-7.

92. Чичагов В. П. Морфометрия в работах А.Болига (Франция) и А. Стралера (США) / В. П. Чичагов, А. С. Девдариани. Вопросы географии, 1963. - вып. 63. - С. 153-158.

93. Шакиров К.Ш. Почвы широколиственных лесов Предволжья / К.Ш. Шакиров, П.А. Арсланов. Казань: Изд-во КГУ, 1982. - 176 с.

94. Шакиров К.Ш. Серые лесные почвы Татарии, их плодородие и рациональное использование / К.Ш. Шакиров. Казань: Изд-во КГУ, 1991.- 184 с.

95. Швебс Г.И. Формирование водной эрозии, стока наносов и их оценка (на примере Украины и Молдавии) / Г.И. Швебс. JL, 1974. -183 с.

96. Щукин И. С. Общая геоморфология / И. С. Щукин.- М.: Изд-во МГУ, 1960.-615 с.

97. Философов В.П. Краткое руководство по морфометрическому методу поисков тектонических структур / В.П. Философов. Саратов: Изд-во Саратов, ун-та, 1960. - 94 с.

98. Фланаган Д.К., Лафлейна Дж.М. Прогноз водной эрозии проект Министерства сельского хозяйства США (WEPP) / Д. К. Фланаган, Дж.М. Лафлейна//Почвоведение. 1997. №5 С.600-605.

99. Фролова Ю.С. Количественная характеристика формы географических объектов. География и математика / Ю.С. Фролова. -Тарту: Изд-во Тартусского ун-та, 1974. -С.64.

100. Якименко Э.Л. Морфометрия рельефа и геология / Э.Л. Якименко. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1990. - 200 с.

101. Яковиченко С.Г. Технология создания гидрологически корректных цифровых моделей рельефа / С.Г. Яковиченко, И.С. Постнова, В.А. Жоров // Геоинформационные системы. 2002. - С. 137-142.

102. Яковиченко С.Г. Расчет морфологических параметров водосборов средствами ГИС для целей моделирования стока / С.Г. Яковиченко, И.С. Постнова, В.А. Жоров // Геоинформационные системы. 2002. - С. 295-300.

103. Bezdek J. С. Pattern Recognition with Fuzzy Objective Function Algorithms / J. C. Bezdek. New York: Plenum Press, 1981. - 256 p.

104. Bishop C.M. GTM: the Generative Topographic Mapping / C.M. Bishop, M. Svensen, S. К. I. Williams // Neural Computation. 1998. -№10(1).-P.215-234

105. Browning G., Parish C., Glass J. A method for determining the use and limitations of rotationand conservation practices in the control of soil erosion in Iowa / G. Browning, C. Parish, J. Glass // J. Am. Soc. Agron. 1947.-Vol.39.-P. 65-73.

106. Burrough P.A. Principles of Geographical Information Systems for Land Resources Assessment, Monographs on Soil and Resources Survey / P.A. Burrough. New York, Oxford University Press, 1986. - p. 194.

107. Costa-Cabral M.C., Burges S.J. Digital elevation model network (DEMON): a model of flow over hillslopes for computation of contributing and dispersal areas / M.C. Costa-Cabral, S.J.Burges // Water Resources Research. 1994. - vol.30. - P.1681-1692.

108. Evans I. S. General geomorphometry, derivatives of altitude, and descriptive statistics / I. S Evans // Spatial Analysis in Geomorphology. -Methuen, London, 1972. P. 17-90.

109. Evans I.S. General geomorphometry, in Goudie, A.S. (ed.) / I.S. Evans // Geomorphological Techniques, 1981.- P.31-37

110. Gauss K.F. Disquisitiones generales circa area superficies curvas. Gott. gel. Anz., No. 177, 1827. P. 1761-1768.

111. Golosov V.N. Soil erosion rates on cropland soil in Russia / V.N. Golosov // International Workshop on Soil Erosion. M.: Purdue Univ. W. Laffayette, 1994. - P. 345-357.

112. Hutchinson M.F. A new procedure for gridding elevation and stream line data with automatic removal of spurious pits / M.F. Hutchinson // Journal of Hydrology.-1989 -№ 106. -P.211-232.

113. Kohonen T. Self-organization and Associative Memory / T. Kohonen. New York: Springer-Vergal, 1997.- 428 p.

114. Krcho J. Morphometric analysis of relief on the basis of geometric aspect of field theory / J. Krcho // Acta Geographica Universitatis Comtnianae, Geographico-Physica. -1983. No. 1 - P. 7-223.

115. Martz L.W. CATCH: a fortran program for measuring catchment area from digital elevation model / L.W. Martz, E. de Jong // Computers and Geosciences. 1988. - Vol. 14. - P. 627- 640.

116. Mitasova H. Interpolation by Regularized Spline with Tension: II. Application to Terrain Modeling and Surface Geometry Analysis / H. Mitasova, J. Hofierka // Mathematical Geology. 1993. - Vol. 25. - P. 657669.

117. Moore I.D. Digital terrain modeling a review of hydrological, geomorphological and biological applications / I.D. Moore, R.B. Grayson, A.R. Ladson // Hydrol. - 1991. - Proc. 5.- P. 3-30.

118. Moore I. D. Terrain Attributes: Estimation Methods and Scale Effects: Modeling Change in Environmental Systems / I. D. Moore, A. Lewis, J. C. Gallant. New York: John Wiley and Sons, 1993.

119. Mulier F. Learning rate schedules for self-organizing maps / F. Mulier, V. Cherkassky. 1994.

120. Pennock D.J. Landform classification and soil distribution in hummocky terrain / D.J. Pennock, B.J.Zebarth, E. de Jong // Geoderma. -1984. Vol. 40. no. 3-4. - P.297-315.

121. Pike R.J. The geometric signature: Quantifying landslide terrain types from digital elevation models / R.J. Pike // Mathematical Geology. 1984. -Vol.20 (5). - P. 491-511.

122. Pike R.J. A bibliography of geomorphometry: United States Geological Survey Open-File Report 93-262-A / R.J. Pike. Menlo Park, CA.- 132 p.

123. Pike R.J. Geomorphometry progress, practice, and prospect / R.J. Pike. // Z. Geomorph. Suppl. 101, 1995. - P. 221 -238.

124. Renard K.G. RUSLE Revised universal soil loss equition / K.G. Renard, G.R. Foster, G.A. Weesies, J.P. Porter // J. Soil and Water Cons. -1991.-Vol.46.- P.30-33.

125. Press W.H. Numerical Recipes in С / W.H. Press, B.P. Flannery, S.A. Teukolsky, W.T. Vetterling. Cambridge University Press. - 1988.

126. Robinson A.H. The cartographic representation of statistical surface / A.H. Robinson // Inter. Yearbook of Cartogr. 1961. - №1. - P. 53-63

127. Sammon J.W. A nonlinear mapping for data structure analyses / J.W. Sammon // IEEE Transaction on Computers. 1969. - №18(5). - P. 40-409

128. Shary P.A. Land surface in gravity points classification by a complete system of curvatures / P.A. Shary // Mathematical Geology. 1995. - Vol. 27.-P. 373-390.

129. Smith D.D. Evaluating soil losses from filed areas / D.D. Smith, D. M. Whitt // Agric. engrs. 1948. - Vol. 29. - P. 394-396.

130. Weibel R. Digital Terrain Modeling. Geographical Information Systems: Principles and Applications / R. Weibel, M. Heller. London: Longman, 1991.- P. 269-297.

131. Wischmeier W.H. Predicting rainfall erosion losses / W.H. Wischmeier, D.D. Smith // Agricultural handbook. Washington, 1978. - № 537.-65 p.

132. Wischmeier W.H. Predicting rainfall erosion losses from cropland east of the Rocky Mountains / W.H. Wischmeier, D.D. Smith // Agricultural handbook. Washington, 1965. - №282. - 48 p.

133. Wood J.D. Automated surface feature detection from digital elevation data. Part one: a review and classification / J.D.Wood. Midlands Regional Research Report no. 20. 1990.

134. Wood J.D. Automated surface feature detection from digital elevation data. Part two: Implementation / Wood J.D. Midlands Regional Research Laboratory Research Report no. 21. 1990.

135. Wood J.D. Scale-based characterisation of Digital Elevation Models, Proceedings / J.D. Wood // 3rd National Conference on GIS Research UK (GISRUK '95). Newcastle, 1995.

136. Young M. Terrain analysis: program documentation. Report 5 on Grant DA-ERO-591-73-G0040 / M. Young // Statistical characterization of altitude matrices by computer. Department of Geography, University of Durham, England, 1978. - P. 27.

137. Environmental System Reasearch Institute. ArcGis Topogrid Help

138. Golden Software Inc. Surfer 7.0 Help

Информация о работе

Мальцев, Кирилл Александрович
кандидата географических наук
Казань, 2006
ВАК 25.00.36

Диссертация

Морфометрический анализ рельефа Республики Татарстан средствами ГИС-технологий - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы