Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Разработка методов оценки состояния дренажных систем по аэрофотоснимкам с использованием спектральных характеристик почв

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Разработка методов оценки состояния дренажных систем по аэрофотоснимкам с использованием спектральных характеристик почв"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЯЙСТВЕННЫХ НАУК

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГИДРОТЕХНИКИ И МЕЛИОРАЦИИ им. А, Н. КОСТЯКОВА

^ ^ На правах рукописи

О !••-<< к

ВИНОГРАДОВА Надежда Витальевна

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ДРЕНАЖНЫХ СИСТЕМ ПО АЭРОФОТОСНИМКАМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЧВ

Специальность 06.01.02 — мелиорация и орошаемое земледелие

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1995

Работа выполнена в научно-исследовательском отделе мелиоративного почвоведения производственного объединения по изысканиям, исследованиям, проектированию и строительству водохозяйственных и мелиоративных объектов в СНГ и за рубежом «СОВИНТЕРВОД».

Научные руководители:

доктор географических наук, профессор, чл.-кор. ПАНИ Ю. С. Толчельников,

доктор технических наук, профессор, чл.-кор. АВН Т. А. Алиев.

Официальные оппоненты —

доктор технических наук Л. В. Кирейчева,

кандидат технических наук В. А. Харитонов.

Ведущая организация—

инженерный центр «Союзводпроект».

Защита состоится « . . . »......... 1995 г.

в 10 часов на заседании диссертационного совета по присуждению ученой степени кандидата технических наук К 099.05.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации им. А. Н. Костякова по одресу: 127550, Москва, ул. Б. Академическая, 44, ВНИИГиМ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИГиМ.

Автореферат разослан « .......... . 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

И. В. ГЛАЗУНОВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Актуальность работы. Основным способом осушения земель в Нечерноземной зоне России является систематический закрытый дренаж. В настоящее время проектная урожайность сельскохозяйственных культур достигнута только на 1/3 мелиорируемых земель. Это явление вызвано неудовлетворительным состоянием мелиоративных систем, которые не могут обеспечить поддержание оптимального водно-воздушного режима почв. В результате этого значительная часть дренажных систем требует реконструкции.

Определение участков с неработающим и слабо работающим дренажем в настоящее время представляет собой очень трудоемкую задачу и в производственных масштабах практически не выполняется. Поэтому выявление менее трудоемких и более эффективных способов оценки состояния дренажных систем составляет главную проблему при их эксплуатации. Накоплен определенный опыт применения в этих целях аэрофотосъемки, требующий систематизации й методического анализа. При применении указанных способов для дистанционной диагностики систем закрытого-дренажа.в Нечерноземной зоне необходима организация'натурной проверки и системного анализа предлагаемых способов.

Основой изображения почв на аэрофотоснимках являются их оп* тические свойства. Несмотря на то, что к настоящему времени накоплен определенный опыт в исследовании'отражательной способности почв, установлено, что в данном виде работ должны учитываться региональные особенности почв. ■ В литературе, имеется достаточное количество данных по светоотражению почв Казахстана. Приморья, Дагестана и некоторых других регионов.

Что касается анализа дерново-подзолистых почв Нечерноземной зоны по материалам аэрофотосъемки с использованием оптических характеристик почв, то таков к настоящему времени не сделан.

Учитывая вышеизложенное, задача получения оперативной и достоверной информации о состоянии осушаемых массивов различных районов, существенно отличающихся по природным условиям.от уже изученных, является актуальной и имеет практическое значение.

Цель и задачи исследований. Цель диссертационной работы заключается в оценке эффективности дренажных систем гумидной зоны дистанционными методами.

Для реализации поставленной цели в диссертации решались следующие задачи:

- вйявление и оценка факторов, влияющих на оптические характеристики дерново-подзолистых почв;

- разработка методики проведения аэрофотосъемки специальных залетов;

- выявление дешифровочных признаков, по которым распознаются элементы дренажных систем и их состояние; -

- разработка методики оценки состояния - дренажных систем по аэрофотоснимкам.

Научная новизна работы состоит в:

- разработке методики проведения аэрофотосъемки и методики дешифрирования мелиоративного состояния осушаемых дерново-подзолистых почв Ленинградской области для оценки эффективности работы дренажных систем по материалам аэрофотосъемки;

- экспериментальном получении зависимости спектральной яркости дерново-подзолистой почвы' от степени дисперсности, содержания гумуса и окисного железа в ней;

• оценке влияния различной степени увлажнения и разного содержания гумуса на спектральный коэффициент яркости дерново-подзолистых почв в полевых условиях;

- выявлении закономерностей изображения на аэрофотоснимках дренажной сети в разные сроки работы дренажа, а также связанных с динамикой влажности на поверхности и по профилю почв, занятых под различные сельскохозяйственные угодья.

.. Практическое значение работы заключается в том, что предлагаемая методика изучения состояния дренажных систем по аэрофотоснимкам окажет несомненную помощь специалистам, занимающимся разработками проектов реконструкции дренажных систем. Предлагаемая методика позволяет точно оценить мелиоративную обстановку на объектах, сводя к минимуму обьем полевых работ. Кроме того, она позволяет выполнить камерально основную часть работ по нанесении на карты участков дренажных систем, нуждавшихся в реконструкции, подсчитать их площадь и определить обьем и стоимость ремонтных работ. За счет уменьшения объема наземных обследований использование аэроснимков позволяет в 2-3 раза увеличить производительность полевых работ гидромелиоративных партий и сэкономить значи-

I

тельную, часть средств, отпускаемых на работу по контролю за состоянием дренажных систем.

Достоверность результатов обеспечивается строгостью применя-. емых методов экспериментального анализа, использованием методов математической статистики в оценке влияния различных факторов на спектральный коэффициент яркости почв, а также качественным coot-1 ветствием данным, полученным авторами, проводившими эксперименты с другими типами почв.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на научно-технической конференции молодых ученых и специалистов (Союзгипроводхоз. г. Москва. 1989 р.), на Всесоюзной научно-технической конференции (Ленгипроводхоз,Ленинград, 1989 г.). на IX конференции "Картография и научно-технический прогресс" (г.Барнаул, 1990 г.), на ежегодных научно-технических конференциях Ивановского инженерно-строительного института (г.Иваново, 1990-1994),на научно-методическом семинаре кафедры Гидравлики, водоснабжения и водоотведения (ИИСИ, г.Иваново, 1994 г.).

Публикации. Основное содержание проведенных исследований опубликовано в 14 работах.

Объем работы. Объем диссертации составляет стр., включая введение, пять глав, основные выводы. 43 рисунка,' 23 таблицы и 2 приложения. Список использованной литературы содержит 127 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В введении обосновывается актуальность выбранной темы иссле^ дования. Отмечается, что работа выполнялась в рамках тематики НИР Всесоюзного государственного ордена Трудового Красного Знамени головного проектно-изыскательского и научно-исследовательского института по проектированию водохозяйственных и мелиоративные объектов им. Е.Е.Алексеевского "Союзгипроводхоз". Здесь же дается формулировка следующих вопросов, входящих в задачу исследований:

- получение зависимости спектральных коэффициентов яркости почв от:

а) степени дисперсности почвенных агрегатов.

б) влажности поверхностного слоя почвы.

в) содержания железа И'гумуса в дерново-подзолистой почве;

- установление связи между влажностью поверхностного слоя почвы с влажностью пахотного и корнеобитаемого слоев почвы;

- разработка практических рекомендаций по использованию материалов аэрофотосъемки.

В первой главе приводится общая характеристика природных ус ловий Ленинградской области, а также агроклиматические ,и метеорологические условия на объектах наблюдений.

Климатические условия на объектах определяются местоположе нием Тосненского района на ¡ого - юго-востоке Ленинградской области. По термическому режиму почвы Тосненского района относятся к типу умеренно промерзающих. Суглинистые почвы промерзают до 85 см, супесчаные - до 51 см. В отдельные годы в суглинистых почвах промерзание наблюдается до 150 см, в супесчаных - до 82 см. Оттаивание супесчаных почв до глубины 10 см наблюдается в начале, а суглинистых -. в конце второй декады апреля. До глубины 30 см оттаивание наблюдается на 8-10 дней позднее.

В период наблюдений почвы, глубоко промерзшие за зиму, отта-

/

ивали медленно. К концу апреля пахотный горизонт оттаял полностью, однако, на глубине от 40 до 100 см наблюдалась мерзлая прослойка вплоть до второй декады мая.

В соответствии с почвенно-географическим районированием Нечерноземной зоны территория Мгинско-Тосненской равнины, где рас* полагаются объекты наблюдений, относится к Ловатско-Волховскому почвенному округу Прибалтийской провинции подзоны южной тайги. Округа указанного типа являются.дерново-подзолисто-полуболотными, сложенными бассейновыми отложениями типа ленточных глин. Низка-

фильтрационная способность суглинистых и глинистых пород, их слоистость, а также наличие микропонижений в рельефе играют решающую роль в периодическом переувлажнении мелиорируемых почв поверх^ ностными водами. . Грунтовые воды залегают повсеместно глубоко от поверхности (1.2-1,7 м и глубже) и во время активной вегетации сельскохозяйственных- культур непосредственного участия в переувлажнении корнеобитаемого горизонта не принимают. На большей площади почвы на объектах наблюдений слабокислые, реже среднекнслые. Содержание гумуса в их пахотных слоях сильно колеблется. Почвы окультурены и в настоящее время используются под кормовые севообороты

Вся обследуемая территория угодий Тосненского района в той или иной мере осушена. Визуальные наземные наблюдения за состоянием дренажных систем на исследуемых участках позволили сделать их общую характеристику.

Итак, исследуемые объекты имели свои природно-климатические особенности: специфика в динамике оттаивания почвы весной, сильное колебание содержания гумуса в пахотном горизонте, очень низкая фильтрационная способность пород, их слоистость, .наличие множества микропонижений 'в рельефе.

Во второй главе освещены вопросы применения аэрометодов в почвенио-мелиоратигли исследованиях, приводится краткая справка об истории развития аэрометодов в почвоведении в стране и за рубежом. Аэрокосмические методы имеют важное значение для объективного, достоверного, полногб по содержанию, оперативного сбора и дешифрирования информации о земельных (почвенно-сельскохо.зяйс-твенных) ресурсах. Впервые вопросы использования материалов аэрофотосъемки в почвенно-мелиоративных исследованиях у нас в стране

были отображены Г.Я.Мейером и И.М.Кривоносовым. Г.А.Шуплецовын, в США - J.G.Twocock, которым удалось выявить плановое положение дрен и места их повреждения. Применению дистанционных методов в почвоведении посвящены исследования Ю.С. Толчельникова, В.Я.Михайлова, Б.В.Виноградова, И.Б.Берестовского, И.В.Глушко, Б.В.Баски-на, А. Д.Клещенко. О.М. Шуляка, Б. Б. Полынова, В. И.Орлова. В частности, Б. В. Виноградовым предлагается интервал определения влажности поверхностного слоя почвы (такыровидного солонца), по яркости в видимой зоне спектра. В.Я.Михайлов выделяет 7 градаций ахроматического; тона при. визуальном почвенном дешифрировании. Ю. С.Толчельников, исследуя почвы Северного Казахстана, выделил пять градаций влажности в интервале 4-12% по характеристическим кривым зависимости оптической плотности от влажности. И. Б.Берес-товский указывает на необходимость сопоставления наземных измерений с данными самолетно-вертолегной съемки, делая основной акцент на информативности коэффициентов спектральной яркости.

Важное значение при получении достоверной информации о состоянии осушаемых массивов имеет определение фотометрических

свойств измерительной системы, подбор аэрофотосьемочных объекти-t

bob, выбор аэрофотопленок и условий их проявления.

Учитывая, что глубокая и полная интерпретация данных аэрофотосъемки, базирующейся на регистрации отраженной энергии, невоз-1 можна без всестороннего исследования спектральных характеристик почв, их отражательной способности, третья глава диссертации посвящена изучению оптических-свойств почв, выявлению зависимостей спектральных коэффициентов яркости (СКЯ) почвы от различных, факторов.

Эти факторы выбирались из следующих условий:

- максимальное воздействие их на изменение отражательной способности почв;

- возможность оценки по этим факторам эффективности работы дренажа. •

Исходя из этого, были выбраны следующее факторы:

- механический .состав почв, позволяющий установить трассы дрен по дренажной засыпке при наземных наблюдениях;

- влажность почвы и эпюры влажности, по которым можно установить водопониженне дреной, наличие вымочек; помимо этого влажность - один из главных факторов, влияющих на изменение отражательной способности почв;

- содержание гумуса, который является основным компонентом вещественного состава почв, влияющего на их отражательную способность. Гумус, как признак почвенного плодородия, может служить косвенным признаком эффективности работы дренажа;

- содержание соединений железа, создающего неравномерность распределения пц спектру отраженного излучения почв. Соединения железа позволят оценить заохривание дренажного' трубопровода и охарактеризовать состояние водоприемника с этих позиций;

- дисперсность. В мелкодисперсном состоянии почвенных образцов тенденция снижения СКЯ с увеличением содержания гумуса и железа прослеживается в наибольшей степени.

.Проанализировав существующие подходы к оценке влияния на СКЯ различных факторов. . приходим к выводу, что для различных типов почв эти зависимости будут 'существенно варьировать.

В данной главе описывается экспериментальное оборудование, принцип отбора почвенных образцов для анализа,, методика проведения опытов, позволяющих установить влияние выше названных факторов

на СКЯ дерново-подзолистой почвы.

Приведем некоторые данные экспериментов, полученные в лабора горных условиях.

На рис. 1-3 представлены результаты спектрофотометрированин образцов почв различного механического состава, находящихся в естественном состоянии. На рис. 4-5 представлены образцы, растертые до однородного мелкодисперсного состояния. На рис. 1 представлена зависимость СКЯ от содержания в почве окисного железа. На рис. 2 приведена зависимость СКЯ почв на длине волны к = 560 (К56о) содержания в них гумуса (К560 = Г(И)). На рис.3 отображается суммарное действие гумуса и железа на изменение СКЯ почвы. Анализ эксперимента, в частности.показывает, что проследить влияние окисного железа на изменение СКЯ почвенных образцов, находящихся б естественном состоянии, не представляется возможным. Однако спектрофотометрирование этих образцов позволило четко разделить их на песчаную и суглинисто-глинистую фракции. Причем пески, несмотря на меньшее по сравнению 'с глинами и суглинками содержание гумуса, имели меньшее значение СКЯ ввиду более высокой степени покрытия частиц гумусовыми веществами. Полученные результаты хорошо согласуются с экспериментальными данными Ю. С. Толчельникова,которые были получены-им при работе с образцами других типов почв.После растирания почвенных образцов до однородного мелкодисперсного состояния (рис. 4-5) за счет увеличения поверхности минеральных частиц почвы и уменьшения относительной поверхности, прокрашенной гумусом, произошло повышение СКЯ всех исследуемых почв. В частности, у песков - на 25% по сравнению с СКЯ естественных образцов.

Данные, обработанные на ЭВМ с использованием программ'! "й1я!из-р]о1",пок.азапи,что влияние соединения яелоза на СКЯ дерно-

г

40

30

20 10

0 1 2 3 4 5 6 7 РеД7.

Рис.1. Влияние соединений железа ( Ре403) на спектральный

коэффициент яркости ( Я. ^) образцов почв, находящихся в естественном состоянии, при Л =560 нм

Условные обозначения на рис. 1-3 : ♦ - песок; о - легкий суглинок; о - средний суглинок; • - тяжелый суглинок; ■ - легкая глина

Ял. X

50

40 30

20

• о

» •

о

0 I 2 3.4 5 6 7 к,% Рис. 2. Влияние гумуса ( А- ) на спектральный коэффициент яркости (Ид) образцов почв, находящихся в естественном состоянии, при А =560 нм •

а

<

К л, */. 50

40 30

20 10

0 I 2 3 4 5 6 7 8 а^ОД'/,

Рис. 3. Влияние суммарного содержания железа и гумуса (Ь + Гег03) на спектральный коэффициент яркости образцоп почв (йХ), находящихся в естественном состоянии, при X = 56П нм.

70 60 50 40 30

Рис.4. Влияние гумуса (10 на спектральный коэффициент

яркости (НО образцов почв, растертых до однородного мелкодисперсного • состояния, при X » 560 нм.

а а

г

«

■ «

п

йоЛ

90

во

70 60 50

40

3°-2 О 2 4 6 8 10 12 (Я^еД),'/.

Рис. 5. Влияние суммарного содержания железа и гумуса . (11 + Ре2 03 ) на спектральный коэффициент яркости образцов почв (Ш. растертых до однородного мелкодисперсного состояния, при X = -560 нм

во-подзолистой почвы оказалось незначимым по сравнении, с гумусом (коэффициент регрессии составил г = 0,286). Гумус оказывает более существенное воздействие на изменение СКЯ дерново-подзолистой почвы (г = 0,858), чем суммарное содержание гумуса и ¡келеза (г -0,695). Полученные зависимости можно описать уравнениями:

т-1-1---1-1--г

О

о

о

л_1_и_1_I_I.

у = 60.95 - 6, 76х + 0, 48хг

(1)

где х - содержание гумуса в дерново-подзолистой почве (Ь); у - спектральный коэффициент яркости почвы на длине волны X = 560 нм (ИХ.);

у = 61 - 4,5х + 0. 29хг . (2)

где х - суммарное содержание соединений железа и гумуса (Кёг03 +1-1):

. 'у - спектральный коэффициент яркости почвы на длине волны X. = 560 нм №Х).

Результаты исследований, полученные в лаборатории, будут существенно' отличаться от таковых, полученных в поле, что связано с большими различиями . в условиях измерения спектральной яркости почв (время суток в момент измерений, облачность и т.п.). Поэтому на сельскохозяйственных угодьях осушительных систем юга Ленинградской области на 3-х опытных участках был заложен полевой опыт в пяти повторностях по изучению влияния на СКЯ почв влаги и гумуса. имеющими очень важное практическое значение для оценки мелиоративного состояния и плодородия почв.

На. рис.6 отображено влияние влажности на изменение СКЯ дерново-подзолистой почвы на двух длинах, воли (X. = 560 нм, X = 760 нм). Эти зависимости могут быть описаны уравнениями:

•у = 19,972 - 0,543х + 0,007х? (3)

где х - влажность почвы

у - спектральный коэффициент яркости дерново^подзолистой почвы на длине волны X = 560 нм (йХ);

у = 23.37 - 0.437Х + О, 004хг (4)

где х - влажность почвы (йве-с _%);

у - спектральный коэффициент яркости- дерново-поДзолистои ■ почвы на длине волны X = 760 нм (Ш. Коэффициенты регрессии составили соответственно 1' - 0.846; г = 0,85 е-

Рис.6. Влияние влажности на спектральные коэффициенты яркости дерново-подзолистой почвы: 1 - на длине волны X = 760 нм; ?; - на длине волны X = 560 нм

Результаты полевых измерений спектральной яркости почв и определение содержания в них влаги и гумуса.обработанные'двухфак-торным дисперсионным анализом, показаны в табл. 1-4. При проведении расчетов оказалось, что различие в отражательной способности почв прибором СФП-2 фиксируются ' при относительно широком интервале значений оцениваемых факторов. Для влажности почв величина таких интервалов составила 11-12%. для гумуса - 0,4-0,6% (табл.1-2). При анализе материалов таблиц видно, что при увеличении содержания влаги на 10-12% яркость почв в полевых условиях падает примерно на 25%, тогда как наблюдавшееся на участке изменение содержания гумуса от 3.5 до 5,8 достоверно не сказывается на спектральной яркости почв.

Результаты двухфакторного дисперсионного анализа отображены в табл. 3-4. В нашем случае действие и взаимодействие изучаемых Факторов (гумуса и влажности) значимо на 5% уровне (Гф > Г05) на обеих длинах волн I = 560 ни. I = 760 им.

Итак, анализ спектральной яркости почв показал, что по материалам аэрофотосъемки достоверно различие между отдельными контурами почв можно выявить с.топ случае, когда они различаются по влажности поверхности более чем на 11-12%. Практика ранее проводимых работ показала, что на аэрофотоснимках часто видны различия в контурах почв и при меньших градациях влажности. Внсокогумусные же почвы юга Ленинградской области при- одинаковой высокой влажности не позволяют о;ищиь достоверных различий в изображении на аэрофотоснимках.

Таблица 1

Спектральные коэффициенты яркости ИХ при X = 560 нм в двухфакторном опыте

Гумус, % Влажность, % Повторности Суммы. V Средние

I II III IV V

3,5-3,9 12-24 25-35 36-48 0.120 0.104 0,088 0.102 0,072 0,072 0.102 0,090 0, 081 0, 129 0,094 0, 080 0.125 0,074 0,059 0.578 0,434 0. 380 0.1156 0, 0868 0, 0760

4,3-4,7 1-2-24 25-35 36-48 0,107 0,073 0,090 0, 098 0,079 0.095 0,100 0,091 0,085 0, 110 0, 091 0,088 0,108 0,091 0,078 0,523 0, 425 . 0. 436 0, 1046 0, 0850 0, 0872

5, 2-5, 8 12-24 25-35 36-48 0,112 0.093 0,074 0, 110 0, 076 0, 072 0.113 0,091 0,077 0. 100 0, 090 0, 080 0,120 ■0,095 0,071 0,555 0,445 0, 374 0, 1110 0, 0890 0, 0748

Общая сумм.а ■ 4,15= 0.092=

=1Х =Х

Таблица 2

Спектральные коэффициенты яркости ИХ при X = 760 нм в двухфакторном опыте

Гумус, % Влажность, % Повторности Суммы, V Средние

I II III IV V

3,5-3.9 12-24 25-35 36-48 0,206 0,152 0.164 0,209 0.125 0,168 0,205 0,130 0,082 0,223 0. 152 0,106 0,'239 0, 157 0,130 1,082 0,716 0.65 0.2164 0.1432 0. 1300

4,3-4.7 12-24 ' 25-35 36-48 0, 198 0, 133 0. 137 0,190 0,137 0.126 0,201 0, 141 0.136 0.202 0,153 0.133 0,198 0. 146 0. 124 0.989 0. 710 0,656 0,1978 0, 1420 0,1312

5,2-5,8 12-24 25-35 33-48 0,168 0, 148 0, 133 0,172 0.151 0,135 0.181 0.157 0, 137 0.173 0.147 0.139 0, 169 0. 148 0. 137 0.863 0,751 0,681 0.1726 0,1502 0,1362

Общая с V п м а 7,098= 0,1577=

•7.Х -X

Таблица 3

Результата дисперсионного анализа двухфакторного опыта (СКЯ при X = 560 нм)

Дисперсия Сумма . квадратов Степени свободы Средний квадрат Рф ■ ^0 5

Общая 0,01140 44 _ • - _

Гумуса А 0,00004 2 0.00002 61.43 3.27

Влажности В 0,00790 0 0.00395 61,43 3.27

Взаимодействие АВ 0,00066 4 0,00017 41 13.81

Остаток (ошибка) 0,00280 36 0,00008 - -

Таблица 4

Результаты дисперсионного анализа двухфакторного опыта (СКЯ при X = 760 нм)

Дисперсия Сумма квадратов Степени свободы Средний квадрат РФ ^0 5

Общая 0. 0446 44 _ - -

Гумуса А 0.00078 2 0,00039 128,7 3.27

Влажности В ■ 0.0335 2 0,01675 128,7 3.27

Взаимодействие АВ 0.0043 4 0,00108 86 2.65

Остаток (ошибка) 0,0060 36 0,00017 - -

В четвертой главе приводятся результаты дешифрирования аэрофотоснимков- с изображением дренажных систем, полученных при аэрофотосъемке, проводимой синхронно с начемными наблюдениями. Прослежена динамика влажности поверхности почвы во времени, получившая адекватное отображение на аэрофотоснимках. В частности, было установлено, что весной в динамике влажности наддренных участков могут различаться три последовательных этапа: 1 - сброс первых порций талых вод в закрытые -дрены по морозный трещинам в начале снеготаяния; 2 - интенсивное влагонакопление в дренажной засыпке в начале оттаивания почвы, когда глубина оттаивания еще не дос-

гигла глубины заложения дрен; 3 - влагоразгрузка надаренной толщи, происходящая опережающим темпом по сравнению с междренными участками. В результате этого на первом этапе работы дренажа он проявляется на аэрофотоснимках в виде светлых полос над дренами ввиду того, что здесь происходит иссушение поверхности почвы. На протяжении второго этапа работы дренажа происходит влагозагрузка дренажной траншеи, имеющей в качестве засыпки грунт более легкого механического состава. Это приводит к инверсии изображения дренажа на аэроснимке: он изображается темными линиями. Данное явление носит локальный характер и проявляется не всегда, поэтому на одном снимке иногда можно видеть нормальное и 'инверсионное изображение дренажа. На третьем этапе, характеризующимся интенсивным функционированием дренажной системы, происходит иссушение поч-во-грунта дренажной траншеи, вследствие этого почва над дреной становится более светлой, увеличиваются контрасты яркости надд-ренных и междренных участков, и дренажная сеть в этот период изображается с максимальной четкостью в виде светлых полос.

По результатам аэросъемочных работ на осушаемых массивах можно судить лишь о влажности на поверхности почвы. Практический интерес представляет' связь между влажностью поверхности почвы и влажностью пахотного и корнеобитаемого слоев. Приведем некоторые результаты исследований, проводимых в этом направлении. Характерные особенности в распределении влаги по профилю почв, занятых под различные сельскохозяйственные угодья, ■ показаны на рис. 7,8,9. На рис. 7 приводится распределение влах'и по профилю почв с обнаженной поверхностью. На рис. 8 - распределение влаги по профиля почв, занятых озимой ровдо. На рис. 9 - распределение влаги по

4 пая II мая

5 10 15 20 25 V/. "¿о

10

5 10 15 20 25

21 к 35

см

16 мая

23 мая

Рис.7 ; Распределение влаги по профилю дерново-подзолистой почвы с обнаженной поверхностью на осушаемых массивах в разные сроки наблюдения (1,5 - шурфы, заложенные над дренами; 2,3,4 - на междренье)

10 20 30 40 20 30 40 50 60 70 ; 80 90-

Н, I см

II М8.Я

О 10 20 30

10 20 30

10 2С 30 40 50 60 70

80 ■ Н, ' ск

23 йен

10 20 30 40 50 60 70 80 Н,

см

16 мая

10 2.0 30 40 %

31 К8Л

Рис. 8. Распределение влага по профилю дерноЕо-подзолистой почвы, занятой оэикой рожьг, не. осушаемых массивах б разные сроки наблюдений П,Ь - иурйы, заложенные над дренажи; 2,3,4 - на уетлренье)

о

10

20

30

40

50

60

70

80 Н,

-23 -

20 30 40 50 60 \-/Д

см

0

10

20

30

40

50

60

70

60 Н,

15 20 2Ь 30 35 40 ЧХ

см

5 мая

II мая

15 20 . 25 30 35 ^ Ж

О 10 20 30

40

50

60 70 80

Н, см 15 мая

15 20 25 30 35

22 мая

Рис. 9. Распределение влаги по профилю пернсво-подэолистой почвы; занятой многолетними тряЕаки, на осушаемых массивах в разные сроки наблюдений

профилю почв, занятых многолетними травами. Из рис. 7,8 видна общая тенденция увеличения влажности почвы с глубиной. Однако на глубине Н = 80 см влажность несколько меньше ■ чем в пахотном горизонте, уплотненная "плужная подошва" .которого препятствует отеканию влаги в нижележащий слой. Различия во влажности (Л) поверхности почвы и нижележащего пахотного слоя составляют: в диапазоне влажности поверхностного слоя почвы ИН«„_1С1, = 1,9-5,2% - порядка 23%; в диапазоне Ю„,0_1С1| = 7,3-16,6% - порядка 18%; в диапазоне мн = о-1сн = 21.2 - 25% - в - среднем 3%; в диапазоне №н=0.1с1| 26,7-38% - около 4%. Это означает, что с увеличением влажности поверхностного слоя почвы различия во влажности на поверхности и в пахотном горизонте уменьшаются. Иное распределение влаги по профилю наблюдается в почвах, ' занятых . под многолетние травы (рис.9). Наличие густой прошлогодней стерни ранней весной, связной дернины и достаточно сомкнутого травостоя в поздне-весенний и летний периоды, создают условия для защиты влаги слоя Н = 0-5 см от испарения, тогда как обильно пронизанные корнями средний и нижний елок.пахотного горизонта интенсивно иссушаются вследствие, десукции. Кроме того, оструктуренный корнеобитаемый слой почвы не задерживает в себе гравитационную влагу, и она стекает ниже в' подпахотный горизонт, где -частично аккумулируется. Итак, в распределении влаги по профилю тяжелых дерново-подзолистых почв, занятых многолетними травами, ' наблюдается тенденция снижения влажности с глубиной, что особенно отчетливо проявляется при высокой влажности поверхностного слоя. Так в диапазоне влажности поверхностного слоя У/Я„0.1С|| « 47,6+58.0% это .различие составляет порядка 22,9%, тогда как в диапазонах Ии„0МС1| = 32,5+43,.4% - 11,7%; кн-о-1см = 22.5+32.3 - 3.955; <= 14,7+22,2% - (-1,44%), т. е.

в последнем случае влажность на глубине Н = '¿0-30 см несколько больше влажности поверхностного слоя почвы.

Итак, учитывая такое распределение влаги по профилю почв, занятых под различные сельскохозяйственные угодья, по значениям яркости поверхностного слоя почвы можно оценить влажность в пахотном и корнеобитаемом слоях. Например, зная, что значению К760 1&% соответствует влажность на поверхности дерново-подзолистой почвы, занятой многолетними травами. №н,0_,сн = 25%, а также имея данные о том, что в диапазоне влажности поверхностного слоя почвы ИИ-оме*'" 22,5-32,3% Л = 3.9%, можно определить,что в данный момент времени влажность пахотного горизонта на глубине 20-30 см составляет Мн.го.3осм = 2555 + 3,9% = 28,9%.

В пятой главе приводится методика изучения состояния дренажных систем по материалам аэрофотосъемки, которая охватывает такие вопросы, как физические и физико-географические основы изображения дренажных систем, методику проведения аэросъемки,' методику дешифрирования мелиоративного состояния осушаемых почв и оценку эффективности работы дренажных систем по материалам аэросьемки. Дается описание дешифровочных признаков почв разной степени увлажнения, .элементов закрытой дренажной- сети, гидротехнических сооружений, открытых водотоков, дорог разных категорий.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ!!

Результаты экспериментальных данных, полученных в лабораторных условиях, и полевых исследований, проведенных на опытно-экспериментальных участках, позволили установить следующее:

1.Основой дешифрирования почв на аэрофотоснимках являются их

оптические свойства, на которые в первую очередь оказывают влияние такие факторы как дисперсность, механический состав почв, содержание железа и гумуса, влажность. Для анализа зависимостей спектральных'коэффициентов яркости (СКЯ) дерново-подзолистой почвы от вышеназванных факторов достаточно двух зон видимой области спектра: X = 550 нм, X = 760 нм.

2. Наиболее существенное влияние на изменение СКЯ дерново-подзолистой почвы, по сравнению с другими элементами вещественного состава, оказывает гумус, а именно, при повышении содержания гумуса от 0,21% до 7,62% яркость почв снижается с 70% до 33%. Зависимость, отображающая влияние гумуса (х) на изменение спек-тралынх коэффициентов яркости дерново-подзолистой почвы (у), имеет вид:

на длине волны X = 560 нм

у = 60, 95 - 6,76х + 0,48хг-:

на длине волны X = 760 нм ,

у = 77,24 - 6.55X + 0, 403хг.

Дерново-подзолистая почва иесчаиого механического состава в естественном состоянии,' несмотря на малое содержание в ней гумуса, имеет меньшие' значения СКЯ по сравнению с суглинисто-гли-нистыми почвами ввиду более.высокой степени покрытия частиц гумусовыми веществами.

3. Растирание почвенных образцов до однородного мелкодисперс ного состояния привело . к резкому увеличению их СКЯ, особенно у малогумусной песчаной почвы, у которой СКЯ возросли более чем на

25% за счет увеличения поверхности минеральных частиц и уменьшения относительной поверхности, прокрашенной гумусом.

4. Зависимость спектральных коэффициентов яркости дерново-подзолистой почвы от суммарного содержания в ней гумуса и железа, выражается таким образом:

на длине волны X = 560 нм

у = 61 - 4,5х -г

на длине волны X = 760 нм

У = 75,862 - 1.764Х + 0,004х2 .

5. Влияние влажности (х) на СКЯ дерново-подзолистой почва (у) может быть описано уравнениями:

на длине волны X = 560 нм

у = 60,95 - 6,76х + 0,48хг ;

на длине' волны X = 760 нм

У = 61 - 4. 5х + 0,29хг

По материалам аэрофотосъемки принципиально возможно выявить различия между отдельными контурами высокогумусированных почв, различающимися между собой по степени увлажнения поверхности более чем на 11-12%.

При высоком содержании гумуса последний не оказывает влияния на изменение СКЯ почв, одинаково увлажненных, и в этих условиях достоверных различий на аэрофотоснимках ожидать не следует;

6. При оценке состояния дренажных систем по аэрофотоснимкам необходимо учитывать природно-климатические условия исследуемого региона, которые могут оказывать влияние на изображение дренажа, делая его инверсионным, что вовсе не означает того, что дрена® не работает. По материалам аэрофотосъемки можно оценить техническое состояние гидротехнических и других инженерных сооружений, что также является критерием работоспособности осушительной системы.

По влажности поверхностного слоя почвы представляется возможным оценить влажность пахотного и корнеобитаемого слоев почв различных сельскохозяйственных угодий, что является важным критерием в оценке состояния осушительных систем:

Сроками аэрофотосъемки, • в которые дренаж проявляется с максимальной четкостью, являются' третья декада апреля, первая декада мая согласно методики проведения специальной аэрофотосъемки.

Г.'ЯЖКАЦКИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИЙ

. Изучение спектральной яркости почв: Тезисы докладов научно-технической конференции молодых ученых и специалистов. М.: Союзгипроводхоз. 1989. 1 с.

2. Дистанционные' метода оценки работоспособности дренажа е условиях Ленинградской области: Тезисы докладов научно-технической конференции молодых ученых и специалистов. Л.: Ленгипровод-хоз, 1989. 1 с.

3. Опыт применения дистанционных методов в оценке работоспособности дренаиа в Ленинградской области:. Сборник научных трудов. Л.: Ленгипроводхоз, 1989. 7 с.

4. Аэроспектрический метод выявления переувлажненных участ-

ков на осушаемых культурных пастбищах: Тезисы докладов IX конференции "Картография и научно-технический прогресс". Барнаул. 1990. 1 с. (в соавторстве).

5. Использование спектрофотометрической информации в системе эколого-мелиоративного мониторинга: Тезисы докладов IX конференции "Картография и научно-технический прогресс". Барнаул,'1990. 1 с. (в соавторстве).

6. Изображение инженерных сооружений и устройств закрытых дренажных систем на материалах аэросъемки: Сборник научных трудов. М.: ВО "Союзводпроект", 1990. 3 с. (в соавторстве).

7. Динамика . влажности поверхности почв, осушаемых закрытый дренажем: Тезисы докладов IX областной научно-технической конференции. Иваново: Иванов, инж.-строит, ин-т, 1991. 1 с. (в соавторстве).

• 8. Распределение- влаги по профилю почв на участках осушительных систем Ленинградской области: Тезисы докладов IX областной научно-технической конференции. Иваново: Иванов.инж.-строит, ин-т. 1991. 1 с. (в соавторстве)

9. Влияние гранулометрического состава на отражательную способность почв: Тезисы докладов X областной научно-технической конференции. Иваново: Иванов.инж.-строит.ин-т.' 1992. 1 с. (в соавторстве) .

10. Природные факторы, влияющие на а'эрофотоизображение дренажной сети: Тезисы докладов XI научно-технической конференции. Иваново: Иванов.инж.-строит.ин-т. 1993., 1 с. (в соавторстве).

11. Дешифрирование местонахождения гидротехнических сооружений дренажных систем с помощью материалов аэрофотосъемки: Тезисы докладов XI научно-технической конференции. Иваново: Ива-

нов.инж.-строит.ин-т, 1993. 1 с. (В соавторстве).

12. Некоторые особенности в оценке влияния гумуса и влажности на отражательные свойства почв,, выявленные при полевых замерах: Сборник научно-информационных статей ИИСИ, вып. 1. Иваново: Иванов. инж. -строит, ин-т, 1994. 1 с.

13. Дешифровочные признаки, используемые для опознания элементов осушительных систем: Сборник научно-информационных статей ИИСИ, вып. 1. Иваново: Иванов, инж.-строит, ин-т, 1994. 1 с. (в соавторстве) .

14. Оптические основы изучения отражательных свойств грунтов: Сборник научных трудов. Иваново: Иванов, шт.-строит, ин-т, 1995. 6 ,с. (в соавторстве^

Подписано в печать-26. 05.95 г. Формат бумаги ¡50x84 1/16. Печ. л. 2. Усл. п. л. 1,86. Тираж юо' экз. Заказ 1460/р.

Типография Главного управления по комплектованию и подготовке кадров Министерства топлива и энергетики РФ !53025, Иваново, ул. Ермака, 41