Михайлов В
Работата е подкрепена от Българска фондация за фундаментални изследвания (Проект № 14-45-01606)
Традиционно морфометричният анализ е една от основите за изучаване на релефа на всяка територия, осигурявайки по-обективна и цялостна оценка за него. В същото време анализът на морфометричните характеристики на релефа изглежда изключително важен при комплексното проучване и картографиране на територията (включително ерозионни процеси, почвена покривка, растителност и др.), Прогнозиране и ландшафтно планиране. В рамките на такива изследвания използването на специализирани софтуерни системи, които елиминират трудоемката морфометрична работа, позволява да се пристъпи към изграждането на комплекс от морфометрични карти с различно съдържание, пространствен мащаб и сложност. В същото време действителната основа на изследването може да бъде, с някои ограничения, отворени сателитни изображения SRTM (Shuttle radar topographic mission), които представляват огромен масив от данни за морфологията на релефа на Земята. Възможността за такова изследване е извършена на примера на територията на полуостров Тарханкут (Крим) и е представена в тази статия.
Целта на статията е цялостен морфометричен анализ на полуостров Тарханкут с помощта на ГИС, базиран на данни от SRTM.
Полуостров Тарханкут, избран за обект на изследване, разположен в западната част на Кримския полуостров, като цяло съответства на геоморфологичните райони на структурната денудационна равнина на полуостров Тарханкут, а в далечния север - на лиманно-морската равнина Сиваш [1]. С тях съответстват физико-географските подрегиони на Тарханкутската планинска равнина и Кримския Сиваш [2]. Границите на тази територия за основната дължина съвпадат с брегаЧерно море, на изток и югоизток, минава по долината Чатирлик, а на юг - дерето Бараш-Джилгаси (Барановское) и брега на езерото Сасик-Сиваш. В релефа на тази територия се открояват паралелни ниски (до 178 m), като цяло намаляващи на изток, хребети (Бакалски, Северо-Тарханкутски, Южно-Тарханкутски, Евпатория), разделени от падини (Донузлавская, Джарилгачская, Караджинская). Хребетите се характеризират с широки изпъкнали вододели и леки склонове, интензивно разчленени от дерета и сухи реки. В северната и южната част се простират плоски крайбрежни низини (фиг. 1).
Фигура 1 - Хипсометрични нива (A) и географско местоположение (B) на полуостров Тарханкут.
Важен аспект от използването на SRTM данни е анализирането на точността на оригиналните данни. Многобройни работи, извършени в тази посока, показват достатъчната точност на тези данни [3, 5, 6]. Сравнението на SRTM с цифров релефен модел на базата на топографски карти в мащаб 1 : 50000, извършено за обект в западната част на полуостров Тарханкут, показа техните незначителни разлики (фиг. 2). Отбелязаните разлики очевидно нямат фундаментални разлики и позволяват използването на SRTM за широкомащабен морфометричен анализ.
За морфометрична работа и изграждане на окончателни карти е използван софтуерният пакет ArcGIS 9.3.
Традиционно основните морфометрични показатели са [7]:
1 - вертикална дисекция (дълбочина на дисекция), която се изчислява като превишение на върховете на положителните форми над дъното на отрицателните; приподробни проучвания определят относителната височина на вододелната точка над базовата точка на денудация, която лежи на линията на най-голямо наклона; при по-общи изследвания се използва методът на картограмите, който се състои в определяне на амплитудата на височината в рамките на изчислителната клетка;
2 - стръмността на земната повърхност, която може да се изрази в ъгъла на наклон (в градуси), който се приема в работата, и наклона (тангенс на ъгъла на наклон);
3 – повърхностно изложение;
4 - хоризонтална дисекция (плътност на дисекция) най-често се определя от степента на развитие на ерозионната мрежа, докато индикаторите могат да бъдат: дължината на талвегите на ерозионните форми (от различни порядки) на единица площ (km / km²) и разстоянието на върховете на водосборите от най-близките талвеги (в m).
За анализ на пространственото разпределение на тези характеристики в рамките на полуостров Тарханкут е използвана решетка от изчислени квадрати с площ от 4 km², за които са изчислени или присвоени специфични стойности на морфометричните показатели. Общо в рамките на полуострова има 1348 цели квадрата и 288 техни фрагмента; Единици с площ по-малка от 0,5 km² бяха прикрепени към съседни контури.
Изчисляването на вертикалното деление, съгласно метода на картограмите, беше извършено с помощта на инструмента за зонална статистика, чрез изчисляване на амплитудата (в метри) на стойностите на DEM в рамките на изчислените клетки (фиг. 3, A). Най-високата стойност на вертикалната дисекция, повече от 60 m, е установена в западната част на полуостров Тарханкут, особено по склоновете на хребетите на Южен Тарханкут, а най-ниската стойност е установена в северната крайбрежна част (по-малко от 10 m).
За да се анализира стръмността на земната повърхност, aоригиналната карта на ъглите на наклона на земната повърхност (с помощта на инструмента Slope на модула Spatial Analyst, фиг. 3, B). С помощта на инструмента за зонална статистика за изчислените клетки беше определена средната стойност на наклона. Най-големият наклон се отбелязва за склоновете на хребетите (особено Северен Тарханкут, 5-20º) в западната част на полуострова, най-малкият - в крайните южни и северни части (по-малко от 1º). За изчислителните клетки, чийто наклон надвишава 3º, е определена преобладаващата експозиция на наклона. За целта с помощта на инструмента Exposure е изграден съответният растерен слой, на базата на който е изчислена средната стойност на експозицията в градуси с помощта на инструмента Zonal Statistics за изчислените квадрати.
За изчисляване на хоризонталната дисекция е използван инструментариумът Hydrology на модула Spatial Analyst, който позволява възстановяване на всички връзки на ерозионната мрежа. Идентифицирането на ерозионната мрежа е извършено в следната последователност [8, 9]: запълване на неправилни релефни вдлъбнатини (Инструмент за запълване); класификация на посоките на оттока по точки (инструментът Runoff Direction) и въз основа на това изграждане на растерен слой на общия отток (инструмент Total runoff). За да се идентифицират клетките на водния поток, е необходимо да се изберат стойностите на общия отток, които показват прехода от плосък отток към линеен отток: чрез сравняване на стойността на общия отток с топографска карта е избрана неговата количествена стойност (1000). Клетките с такива общи стойности на потока бяха избрани с помощта на функцията Raster Calculator от съответния слой. От получения растер, с помощта на инструментите Идентификация на водни течения и ред на водни течения, беше получен растерен слой от водни течения-връзки, с дефиниране на техния ред според Strahler-Filosofov. На последния етап беше създаден векторен слой от връзкиерозионна мрежа (под формата на полилинии), която след прост визуален анализ и сравнение с контурния модел изисква известно усъвършенстване, включително премахване на затворени контури. Окончателната карта на връзките на ерозионната мрежа от 1-ви-6-ти ред е показана на фигура 4, А.
Картата на ерозионната мрежа беше основа за изчисляване на хоризонталното разчленяване. Поради факта, че тази територия е доминирана от широки вододелни пространства, често без ясно дефинирана пикова линия, дължината на талвегите на ерозионните форми на единица площ (km/km²) се използва като индикатор за хоризонтална дисекция. Въз основа на тези данни и известната площ на клетката, стойностите на хоризонталното подразделение бяха изчислени с помощта на функцията Field Calculator (фиг. 4, B).
Фигура 4 - Ерозионната мрежа, реконструирана от DEM (A) и хоризонталното подразделение, изчислено въз основа на нея (B) на полуостров Тарханкут.
Анализът на картата показва, че няма строга пространствена закономерност в хоризонталното разчленение, но най-високите му стойности се отбелязват по склоновете на хребети с преобладаващо южно изложение, а най-ниските за техните вододелни повърхности.
Тези показатели доста пълно отразяват морфометричните характеристики на територията. А. И. Спиридонов (1975) посочва, че всеки от трите количествени показателя на релефа (стръмност на повърхността, хоризонтална и вертикална разчлененост) е функция на другите два. Изчисляването на коефициента на двойна корелация за 1636 изчислителни клетки показа, че като цяло за полуостров Тарханкут връзката между тезипоказателят е двусмислен: вертикално разчленение - наклон r = 0,04, вертикално разчленение - хоризонтално разчленение r = 0,85, хоризонтално разчленение - наклон r = 0,01. Поради това може да се постигне по-пълна морфометрична характеристика на територията с помощта на комплексни показатели. Най-удобно е да се получи такава характеристика, когато се използва точкова скала, както например беше направено от Ф. С. Геворкян [10]. Такъв индикатор може да характеризира степента на ерозионна дисекция, потенциала за проява на съвременни процеси на формиране на релеф, ерозия на почвата за всяка територия.
За цялостна точкова морфометрична оценка на полуостров Тарханкут бяха използвани четири първоначални индикатора. В съответствие с техните стойности бяха избрани градации, с които бяха сравнени стойностите в точки (Таблица 1). Поради като цяло малката стръмност на повърхността на полуострова, наклонът е оценен само на шест точки. В резултат на това ролята на разликите в експозицията в естеството на ерозионните процеси изглежда незначителна, поради което се оценява на 2 точки. Комплексен морфометричен показател се получава чрез сумиране на всички точки.
Таблица 1 - Оценка на морфометричните параметри в точки.
| Наклон | хоризонтално разчленяване | Вертикално разчленяване | Излагане на наклон (с наклон>8º) | ||||
| степен | точки | км/км² | точки | м | точки | експозиция | точки |
| 0-1 | 1 | 0 - 0,5 | 1 | 0-10 | 1 | СЪС | 0 |
| 1-2 | 2 | 0,5 - 1 | 2 | 10-20 | 2 | SW | 0 |
| 2-3 | 3 | 1 -1.5 | 3 | 20-30 | 3 | IN | 1 |
| 3-5 | 4 | 1,5 - 2 | 4 | 30-40 | 4 | SE | 1 |
| 5-7 | 5 | 2 - 2,5 | 5 | 40-50 | 5 | Ю | 2 |
| 7-10 | 6 | 2,5 - 3 | 6 | 50-60 | 6 | SW | 1 |
| 3 - 3,5 | 7 | 60-70 | 7 | У | 1 | ||
| 70-80 | 8 | NW | 0 | ||||
| 80-90 | 9 | ||||||
| 90-100 | 10 | ||||||
| Максимален брой точки | 25 |
Преобразуването на специфични стойности на морфометричните показатели в точки за изчислените клетки и тяхното сумиране направи възможно изграждането на окончателната карта на комплексните морфометрични характеристики на територията на полуостров Тарханкут (фиг. 5). Анализът на картата показва, че комплексният морфометричен индекс има най-високи стойности в западната част на полуострова, по-специално по стръмните склонове на хребетите Южен и Северен Тарханкут, както и в някои райони в източната част на полуострова. Минималните стойности на показателя са характерни за много части на полуострова на изток от линията езеро Донузлав - Бакалска коса, но главно в ниско разположените периферни райони.
Фигура 5 - Цялостен морфометричен индекс и морфометрични региони на полуостров Тарханкут
Значителни разлики в пространственото разпределение на комплексния морфометричен индекс позволяват да се идентифицират пет морфометрични района в рамките на полуостров Тарханкут, които като цяло не съвпадат пространствено с идентифицираните морфоструктури.
ТакаПо този начин комплексният морфометричен анализ на територията с помощта на ГИС, базиран на данните от радарното интерферометрично топографско изследване SRTM, ви позволява бързо и ефективно да оцените критичните свойства на релефа, вкл. за целите на прогнозирането и ландшафтното планиране. Изчерпателният морфометричен анализ на полуостров Тарханкут даде възможност да се идентифицират области с различни видове ерозионна дисекция и да се идентифицират съответните области.