ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2008, № 2, с. 141-151
ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОПРИРОДНЫЕ ^^^^^^^^^^ ПРОЦЕССЫ
УДК 551.248.2:551.4(234.853)
ОСОБЕННОСТИ НЕОДНОРОДНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ГОРНЫХ ПОРОД И ИХ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ДИНАМИКУ РАЗВИТИЯ МАЛЫХ ВОДОХРАНИЛИЩ ВОСТОЧНО-УРАЛЬСКОГО ПЛАТО
© 2008 г. Б. В. Георгиевский
Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН Поступила в редакцию 29.10.2007 г.
Особенности неотектонического режима развития Восточно-Уральского плато выявлены на основе комплексного анализа геоморфологического строения и динамического режима развития малых водохранилищ. Предполагается, что специфика современных геодинамических условий заключается в доменном характере деформирования среды, определяя при этом морфологическую структуру, с одной стороны, и характер и интенсивность протекающих гидрологических процессов - с другой. Синтез результатов дешифрирования данных дистанционного зондирования и морфометрических параметров рельефа позволил выявить закономерности в размещении зон с различным характером и соотношением элементов гидрографической сети. Установлено, что динамический режим развития водохранилища во многих случаях определяется наличием геодинамически активных зон разрывных нарушений, конфигурация которых соответствует региональной структуре и режиму новейшего деформирования Южного Урала. Вместе с тем выявленная зональная структура расположения водоемов с различной скоростью трансформации плановых очертаний подтверждает гипотезу о неоднородном и структурированном характере деформирования геологической среды.
ВВЕДЕНИЕ
Восточный склон Южного Урала - район распространения многочисленных малых водохранилищ, обустроенных, главным образом, с целью хозяйственно-питьевого водоснабжения. Район исследований - Восточно-Уральское плато - площадь, ограниченная р. Урал на западе, р. Уй - на севере и Западно-Сибирской низменностью на востоке; в политико-административном отношении занимает южную часть Челябинской и северную часть Оренбургской областей. На рассматриваемой территории расположены верховья многочисленных маловодных рек степной и лесостепной зоны. Главные водотоки, дренирующие данную территорию, - притоки р. Урал (Гум-бейка, Зингейка, Большая и Малая Караганка, Утяганка, Суундук и др.) и притоки р. Тобол (Са-нарка, Курасан, притоки - составляющие Тогуза-ка и Аята, Синташта, Берсаут и др.). Рельеф района работ низкогорный плосковершинный, в восточной части - полого холмистый, равнинный. Максимальная амплитуда высот составляет приблизительно 240 м.
Основная цель работы заключалась в характеристике динамического режима развития малых водохранилищ Восточно-Уральского плато, проявляющегося в изменении площади водной поверхности в течение времени, а также в интерпретации результатов наблюдения и их согласовании с региональным неотектоническим режимом развития всего Южного Урала.
ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
Основой для выполнения настоящей работы послужили многолетние полевые наблюдения и данные дистанционного зондирования. Полевые исследования проводились в рамках работ по геологическому картированию в масштабе 1:200 000 (ГДП-200) в составе геолого-съемочной партии геологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, в результате которых были, в частности, собраны материалы по геоморфологии, строению рыхлых (четвертичных) образований, а также по новейшей геодинамике региона.
Материалы дистанционных наблюдений представлены космическими снимками нескольких съемочных систем (Ьапёза! ТМ, Ьапёва! ЕТМ, Ьтёва! ЕТМ+, МК-4) и включают в себя съемку разных лет (таблица). В процессе дешифрирования водохранилищ материалы съемок Ьапёва! использовались в различных комбинациях каналов. В частности, наиболее информативными оказались комбинации каналов 3-2-1 и 4-5-3. В комбинации 3-2-1 используются каналы видимого диапазона, поэтому объекты на земной поверхности выглядят наиболее приближенно к их естественным цветам [19]. Комбинация ближнего, среднего инфракрасного и красного видимого каналов (45-3) позволяет более четко различить границу между водой и сушей [19] по сравнению с комбинациями каналов видимого спектра, особенно для водных объектов внутри суши. Материалы моза-
Снимки ЬаМза1:, использованные для анализа динамики развития малых водохранилищ Восточно-Уральского плато
Индекс Дата съемки Пространственное разрешение, м
p163r23_5t19860713 13 июля 1986 г. 30
p163r24_5t19860713 13 июля 1986 г. 30
p162r24_4t19890722 22 июля 1989 г. 30
p162r23_4t19890722 22 июля 1989 г. 30
p163r022_5t19870714 14 июля 1987 г. 30
p163r023_7t20000524 24 мая 2000 г. 30
p163r024_7t20000727 27 июля 2000 г. 30
p162r023_7t20000602 2 июня 2000 г. 30
p162r024_7t20000602 2 июня 2000 г. 30
N-40-50-1990 Landsat ETM+ (мозаика) Компоненты мозаики: от 29 мая 1986 г. до 27 июня 1995 г. 28.5
N-40-50-2000 Landsat ETM+ (мозаика) Компоненты мозаики: от 30 июня 1999 г. до 13 июля 2002 г. 14.25
ики Landsat представлены комбинацией каналов 7-4-2 - близкой к естественным цветам, но с большим разнообразием оттенков.
Цифровые модели рельефа (ЦМР), использованные в работе, были построены на основе данных SRTM (Shuttle radar topographic mission) - радарной топографической съемки с пространственным разрешением 3''. Вся последующая обработка данных ЦМР была выполнена в программном комплексе ArcGIS (ESRI Inc.).
МЕТОДИКА РАБОТ
Обработка данных дистанционного зондирования и ЦМР выполнялась в два этапа. На первом этапе было выполнено дешифрирование космических снимков разных лет, с интервалом съемки 10-15 лет (см. таблицу). Было проанализировано более 280 искусственных водоемов. В процессе дешифрирования выявлены водохранилища с различной тенденцией изменения площади водной поверхности (величины водной массы) во времени. С этой целью для каждого малого водохранилища давалась качественная оценка изменения площади водной поверхности, т.е. фиксировался лишь сам факт увеличения, уменьшения либо отсутствия изменений во времени. При этом в первых двух случаях величины изменений размеров водохранилищ существенно превосходили пространственное разрешение космических снимков, используемых для дешифрирования. В результате на первом этапе была получена схема расположения водохранилищ с различной тенденцией изменения водной массы, выражающейся на космических снимках в изменении площади водной поверхности водохранилищ (рис. 1).
На втором этапе была построена схема, отражающая характер латеральной изменчивости соотношения размеров (площадей) существующих водных объектов (как искусственных прудов и водохранилищ, так и естественных озерных и долинных впадин) и величин естественной топографической увлажненности. Последняя выражается коэффициентом увлажненности или топографическим индексом и представляет собой комбинацию локальных значений площади дренажа и уклона местности, т.е. CTI = ln (A/tan(a)), где А - площадь дренажа в данной точке, a - локальный уклон местности [13]. Значение CTI широко используется в моделях описания рельефа [14] и естественно-научных исследованиях широкого профиля [17, 20]. Индекс увлажненности (CTI) представляет собой отношение коррелированных между собой величин общего стока и локального уклона территории, т.е. вне зависимости от абсолютных значений этих величин четко отражает морфологию поверхности и, в частности, отчетливо выявляет долинные впадины любого порядка. Исходя из этого можно предположить [15], что характер площадного распределения отношения площади водоема к величине CTI отражает характер площадной локальной изменчивости геодинамического режима развития территории.
Выявление водных объектов и определение их естественных границ выполнялись автоматически (в пакете Erdas Imagine (Erdas Inc.)). Была произведена обучаемая классификация на основе выборок по водоемам. Затем после верификации полученных образов и исключения особо малых объектов результаты дешифрирования были интегрированы в ГИС-проект (в среде ArcGis), в котором определялись геометрические параметры
водных объектов. Кроме того, на основе матрицы рельефа была вычислена матрица величин СТ1. Далее каждому площадному объекту присваивалось значение соответствующего ему индекса увлажненности СТ1. Причем так как размер ячейки цифровых моделей рельефа (в частности, матрицы топографического индекса) намного меньше, чем размеры водных объектов, выявленных в процессе классификации снимков, то в пределах каждого из объектов расположено множество ячеек матрицы СТ1 с различными значениями. Вследствие этого для построения конечной схемы каждый площадной объект был заменен точечным (каждая точка расположена в геометрическом центре соответствующего водоема), а значение отношения площади к величине СТ1 для каждой из точек рассчитывалось из площади водоема и максимального значения СТ1 какой-либо из ячеек, попадающей в пределы данного водоема. Далее была выполнена площадная интерполяция сплайн-методом и определен площадной характер изменчивости величин отношения площади водоема к величине СТ1 (рис. 2).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Результат проведенной обработки дистанционных материалов - создание двух карт: первая карта (см. рис. 1) отображает динамику изменения во времени площади водной поверхности 284 малых водохранилищ и запруд; вторая - карта площадной изменчивости величины отношения площади водоемов к топографическому индексу (СП) (см. рис. 2).
На карте динамики изменения площадей водохранилищ последние разделены на три категории: увеличившие площадь водной поверхности (наполнившиеся), уменьшившие (обмелевшие или разрушенные) и оставшиеся без изменений. Водохранилища с различной динамикой изменения водности расположены не хаотично, а в виде некоторых кластеров, группируясь в массивы. Расположение областей со схожими по динамическому режиму развития водохранилищами, как правило, не ограничивается локальными водоразделами, а эти области объединяют отрезки рядом расположенных долин. Кроме того, отсутствует зависимость расположения таких областей от удаленности от верховых областей водотоков, абсолютных высот, геологического строения
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.