CC BY
40УДК: 556.51(470.56)
МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РЕЧНЫХ ВОДОСБОРОВ СТЕПНОЙ ЗОНЫ ОРЕНБУРЖЬЯ
Ю.А. Падалко
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт степи Уральского отделения Российской академии наук 460000, Россия, Оренбург, ул. Пионерская, 11, [email protected]
В статье рассматривается морфометрический анализ речных водосборов степной зоны Оренбургской области. Представлена методика построения гидрологических моделей водосборов для морфометрического анализа с помощью ГИС. Дана характеристика морфометрических особенностей речных бассейнов области.
In the article the morphometric analysis of river basins of the steppe zone of the Orenburg region are considered. We represent the methodology of constructing models of hydrological catchment areas for morphometric analysis using GIS software. The morphometric peculiarities of the river basins of Orenburg region are characterizing.
Речные системы и их водосборы первоначально сформировались под действием тектонических процессов. В последующем развитии основная роль принадлежит экзогенным процессам, в том числе и преобразующей силе самих водотоков, которые создают флювиальный рельеф. При этом климат определяет приходную часть водного баланса и сезонный режим водотоков.
Рельеф бассейна и структура речной сети способствуют перераспределению в пространстве и во времени поступающих осадков. Таким образом, морфометрические особенности речных водосборов влияют на режим и естественный расход (инфильтрацию и испарение) в степной зоне. Морфометрическая характеристика включает геометрические параметры водосбора и речной сети, высотные и экспозиционные параметры рельефа бассейна. Л.М. Корытный классифицирует морфометрические параметры водосборов на следующие классы и группы [3]:
1. Простейшие
a) Элементарные (длина, ширина водотоков и бассейна, площадь и др.);
b) Формы (периметр и коэффициент развития водораздельной линии т.д.);
c) Физико-географические (коэффициент озёрности, заболоченности, лесистости и др.).
2. Структурные
a) Удельные (плотность, густота речной сети, гидроморфологический коэффициент);
b) Составные (коэффициент бифуркации и соотношение длин каждого порядка и
др.
c) Системно-структурные (топология речной сети);
3. Экспозиционно-симметрийные
a) Ориентационные (ориентация главных водоразделов, долины главной реки, коэффициент распределения площади речного бассейна по ориентации);
b) Симметрийные (симметрия водоразделов и др.).
Морфометрическая характеристика водосборов и речной сети учитывается при любых гидрологических и геоморфологических расчетах. На ряду с этим бассейновый подход даёт возможность рассмотреть распределение территории области по элементарным геосистемам суши и определить в какие круговороты веществ и энергии они вовлечены.
Для определения морфометрических характеристик и оконтуривания водоразделов водосборных территорий используют топографические карты и гидрографические справочники. В настоящие время, с появлением геоинформационного программного обеспечения для компьютеров и данных трехмерной спутниковой съемки, процесс расчета морфометрических характеристик упростился.
Определение морфометрических параметров в геоинформационных программах производится на основе цифровой модели рельефа (ЦМР) исследуемой территории. Цифровая модель рельефа строится на базе SRTM (Shuttle radar topographic mission) -выполненной радарной съёмки в феврале 2000 г. с борта космического корабля многоразового использования «Шаттл» радарная интерферометрическая съемка поверхности земного шара. В работе использованные данные SRTM 3 с разрешением три угловых секунды или примерно 90 м [2].
Наиболее актуальными при географических исследованиях программными продуктами является коммерческие ArcGIS, MapInfo с приложением Vertical Mapper, Global Mapper и свободное некоммерческое программа SAGA GIS. Построение ЦМР и гидрологической модели территории позволяют осуществить только ArcGIS и SAGA GIS, а конвертация пространственных данных в различные программные среды делается по средствам Global Mapper.
Для создания гидрологической модели территории (ГМТ) Оренбуржья нами использовалась некоммерческое программа SAGA GIS. Основным фактором выбора данного геоинформационного программного обеспечения является бесплатность использования и многофункциональность. Аналогичное построение ГМТ можно провести в среде ArcGIS (таблица 1).
Таблица 1.
№ Описание действий ГИС среда и последовательность команд
1 Построение ЦМР: Конвертация файлов SRTM в формат *.dem GlobalMapper 11 File Menu / Export DEM Command
Создание гидрологической модели: SAGA GIS ArcGIS (набор инструментов Spatial Analyst Tools)
2 заполнение замкнутых понижений в рельефе Terrain Analysis -Preprocessing / Sink Removal Hydrology / Fill
3 определение направления стока Terrain Analysis -Hydrology / Catchment Area (Parallel) 1) Hydrology / FlowDirection 2) Hydrology / FlowA ccumulation
4 идентифиция водотоков (прорисовка звеньев эрозионной сети) и присвоения порядка Terrain analysis -Channels / Channel Network 1) Hydrology / StreamLink 2) Hydrology / StreamOrder
5 определение площади для каждого звена, оконтуривание водосборных (дренажных) бассейнов Terrain analysis -Channels / Watershed Basins (Extended) Hydrology / Watershed
Территория Оренбургской области в водосборной организации поделена между бассейнами рек Урала, Волги, Тобола и бессточной областью (рисунок 1). В речных бассейнах нами выделяются 32 подбассейна притоков 1-го и 2-го порядка главной реки площадью более 500 км2 [1]. К наибольшим по площади речным бассейнам области, за исключением полирегиональных рек, относятся водосборы рек Бол. Кумак, Салмыш, Бол. Кинель, Бузулук и Чаган. По преобладанию форм водосборов, речные бассейны Урала имеют отличия. Так в бассейне р. Волги большинства водотоков имеют вытянутую форму водосбора с прямоугольным типом речной системы, а в бассейне р. Урал овальную с древовидной типом сети.
Рисунок 1. Карта-схема речных водосборов Оренбургской области
В исследовании основной упор сделан на геоморфологической основе, а именно на высотной характеристиках рельефа и площадных параметрах бассейнов.
По высотным характеристикам реки области значительной частью равнинные за исключением востока и севера центральной части области, где преобладает низкогорный ландшафт. Но при этом амплитуда высот характеризует неоднородность в расчлененности рельефа области (рисунок 2).
600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 О
ШИН
I Амплитуда высот бассейна
Средняя высота бассейна
Рисунок 2. Амплитуда высот и средняя высота речных бассейнов.
Средня крутизна склонов по бассейнам рек соотносится с горными и равнинными территориями области. Но необходимо отметить, что на равнинной части крутизна склонов в бассейне р. Волги выше, чем на водосборах р. Урал.
Рисунок 2. Средний уклон склонов
Особенности морфометрических характеристик речных бассейнов степной зоны Оренбуржья оказывают влияние на формирование чрезвычайных ситуаций связанных маловодьем и засухой, а так же с весенним половодьем. Так форма и тип речной сети оказывает влияние на продолжительность и форму волны половодья. Средняя высота и амплитуда высот бассейна характеризуют возможность аккумуляции осадков в холодный период года и высотную зональность водосбора. Крутизна склонов влияет на скорость добегания осадков до замыкающего створа и развитие водной эрозии на территории бассейна. Учёт морфометрических параметров водосборов играет важную роль в решение задач по устойчивому использованию природных ресурсов степной зоны Оренбуржья и минимизации последствий чрезвычайных ситуаций
Работа выполнена при поддержке: инновационного гранта для молодых ученых УРО РАН 13-5-ИП-603 «Разработка регионального геоинформационного комплекса для исследования и управления водными ресурсами в бассейнах рек»; Интеграционного проекта с СО и ДВО РАН «Трансграничные речные бассейны в азиатской части России: комплексный анализ состояния природно-антропогенной среды и перспективы межрегиональных взаимодействий».
Список литературы
1. Падалко Ю.А. Разработка электронного каталога водных объектов Оренбургской области // «Информационная школа молодого ученого»: сб. научных трудов / ЦНБ УрО РАН; отв. ред. П.П. Трескова; сост. О.А. Оганова, Т.В. Пирожок. Екатеринбург, 2011. С158-163
2. Геоинформационное моделирование речного бассейна по данным спутниковой съемки SRTM (на примере бассейна р. Терешки) / А. Н. Павлова // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Науки о Земле : СГУ. - 2 009. - Том 9, Вып. 1. - С. 39-44
3. Корытный Л. М. Бассейновая концепция в природопользовании / Л. М. Корытный. -Иркутск : Изд-во Института географии СО РАН, 2001. - 163 с.
