CC BY
198
ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 912.43:913 (571.56)
А. Н. Горохов, В. С. Макаров, Н. Ф. Васильев, А. Н. Федоров
ОПЫТ КАРТОГРАФИРОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ ЮЖНОЙ ЯКУТИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ
Составлены экологические карты, характеризующие основные природные условия Южной Якутии: рельеф, растительность, ландшафтно-типологическое строение и почвы. На основе практического применения ГИС-технологий выявлены возможности для пространственного анализа.
Ключевые слова: географические информационные системы (ГИС), ГИС-технологии, цифровая модель рельефа (ЦМР), данные дистанционного зондирования (ДДЗ), природно-территориальный комплекс (ПТК).
А. N. Gorokhov, V S. Makarov, N. F. Vasiliev, A. N. Fedorov
Experience of natural condition mapping of South Yakutia with a usage of GIS-technologies
There are ecological maps made, that show main natural conditions in the South Yakutia: relief, vegetation, landscape-typological structure and soil. On the basis of practical application of GIS-technologies opportunities for spatial analysis are identified.
Key words: geographical information systems (GIS), GIS-technologies, digital elevation model (DEM), remote sensing data, natural-territorial complex (РТС).
ГОРОХОВ Алексей Николаевич - к. б. н., зав. лаб. экологического картографирования Научно-исследовательского института прикладной экологии Севера Северо-Восточного федерального университета им. М. К. Аммосова.
E-mail: [email protected]
МАКАРОВ Виктор Семенович - к. б. н., с. н. с. Научно-исследовательского института прикладной экологии Севера Северо-Восточного федерального университета им. М. К. Аммосова.
E-mail: [email protected]
ВАСИЛЬЕВ Николай Федорович - к. б. н., н. с. Научно-исследовательского института прикладной экологии Севера Северо-Восточного федерального университета им. М. К. Аммосова.
E-mail: [email protected]
ФЕДОРОВ Александр Николаевич - к. г. н., зав. лаб. криогенных ландшафтов Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова Сибирского отделения РАН.
E-mail: [email protected]
Географические информационные системы (ГИС), основанные на компьютерном вводе, обработке, визуализации и анализе пространственных и географически связанных данных, позволяют создавать качественные картографические материалы любой территории. Технологические возможности современных ГИС сделали доступными для исследователей многие виды анализа и моделирования. С помощью ГИС-технологий были составлены цифровые карты и проведен пространственный анализ основных характеристик ландшафтов, геокриологических и экологических условий Централь-но-Алданского золотоносного района, Нерюнгринского промышленного комплекса и Эльгинского угольного комплекса [1, 2, 3].
Между тем, для решения разнообразных задач в области экологии и природопользования (экологического сопровождения хозяйственной деятельности, экологического мониторинга и т. д.) возникает также
необходимость обеспечения картографическими материалами одного уровня и качества генерализации.
Поэтому для территории Южной Якутии нами было осуществлено среднемасштабное (1:500 000) картографирование основных природных экологических условий.
В качестве объекта исследований была принята территория Алдано-Тимптонского междуречья. Это регион наиболее длительного хозяйственного освоения на территории Якутии, где сочетаются как промышленно-преобразованные участки, так и слабоизмененные районы [4]. Кроме того, данная территория ранее рассматривалась в мерзлотном [5] и геолого-геоморфологическом аспектах [6].
Для оценки современного состояния ландшафтов Южной Якутии необходимо было изучить возможности применения ГИС в экологическом картографировании, составить цифровые карты и дать пространственный анализ.
Был подготовлен ГИС-проект с составлением цифровых карт основных природных экологических условий Южной Якутии. Общая площадь исследуемой территории составляет 102635 км2.
Карты рельефа, растительности, ландшафтно-
типологического строения и почв составлены в формате ArcView/ArcInfo в масштабе 1:500 000 и выполнены с использованием спектрозональных снимков LANDSAT 7 ЕТМ+ и цифровой модели рельефа (ЦМР) (рис.).
Алдано-Тимптонское междуречье представлено
в основном средне- и низковысотными глыбовыми плоскогорьями и хребтами со средними высотами 800-1200 м над уровнем моря. В пределах рассматриваемой территории выделяются следующие геоморфологические области, соответствующие крупным морфоструктурам: Лено-Алданское плато, Алданское нагорье и структурно-денудационный Становой хребет [7,8].
Для обеспечения информацией о рельефе
необходимо было создать цифровую модель рельефа (ЦМР), которая была получена как путем интерполяции оцифрованных изолиний с топографических карт, так и на основе съемки SRTM 60-метрового разрешения.
Модули АгсИо позволяют вычислять производные от ЦМР и создавать модели углов наклона и экспозиции склонов, расстояния до водотоков (тальвегов) и т. п. По каждой из них или их комбинациям можно построить производные карты.
Например, на карте углов наклона выбрана следующая шкала, согласно которой если угол наклона склона менее 2о, то практически отсутствует перенос вещества, при значениях 2о-5о наблюдается умеренное движение, при 5о-12о быстрое, и при значениях более 12о начинают происходить обвалы и
осыпи. Такая карта служит основой при построении геоморфологической, ландшафтной и других прикладных карт.
Содержание карты типов рельефа территории Алдано-Тимптонского междуречья масштаба 1:500 000 разработано на основе ЦМР, литературных, фондовых и аэрофотографических материалов. Важным фактором создания цифровой карты рельефа является оцифровка полученной карты углов наклона ЦМР. Всего здесь было выделено 13 единиц картографирования по рельефу.
Пространственный анализ карты типов рельефа показал, что преобладающими геоморфологическими комплексами выступают склоны плоскогорий, горных хребтов и долин рек средней крутизны (5-12°) на архейских кристаллических породах (30,6 %), а
также крутые (>12°) и пологие склоны (2-5°) плоскогорий, горных хребтов и долин рек (по 18,5 %).
Актуальной задачей является оценка современного состояния растительного покрова. Классификация растительного покрова района исследования проведена по результатам обработки данных дистанционного зондирования (ДДЗ). В рассматриваемом регионе Алдано-Тимптонского междуречья было выделено 17 основных групп растительных ассоциаций, приуроченных к определенным элементам рельефа.
Как показала карта современного состояния растительности, наибольшую площадь на территории занимают лиственничные леса кустарничково-зеленомошные сыроватых и средневлажных местообитаний - 16,5 % и 15,2 % соответственно. Значительные площади занимают подгольцовые заросли кедрового стланика - 14 %. Кедрово-
стланиковые лиственничные леса кустарничково-моховые и лиственничные кедровостланиковые редины и редколесья кустарничково-зеленомошные занимают 11,7 % и 11,3 % соответственно.
При составлении ландшафтной карты за основу была принята разработанная нами методика картографирования мерзлотных ландшафтов [9, 10], основанная на известной таксономической схеме Ф. Н. Милькова [11].
Для картографирования в масштабе 1:500 000 наиболее приемлемыми единицами являются типы местности с отображением типов ландшафтов. Типы местности показывают геолого-геоморфологическую принадлежность природных комплексов, а типы ландшафтов - их биогидроклиматические особенности.
Для получения базовой ландшафтной карты необходимо было провести операцию наложения двух карт: карты типов местности и карты типов ландшафтов. Это так называемый оверлей векторных карт. Для этого составляются на одной
Рис. Экологические карты Алдано-Тимптонского междуречья а) карта типов рельефа; б) карта растительности; в) карта типов (подтипов) местности; г) карта типов ландшафта; д) карта природно-территориальных типов местности; е) почвенная карта
картографической основе две отдельные цифровые карты - типов местности и типов ландшафтов. В качестве критериев нами использованы мезорельеф и биогидроклиматические особенности.
Полученный в результате наложения новый слой является картой природно-территориальных комплексов (ПТК).
Предварительно были выделены основные типы местности: плакорный, склоновый, низкотеррасовый, мелкодолинный, горно-привершинный, плоскогорнопривершинный, плоскогорный слабодренированный, горно-склоновый и горно-долинный [9]. Ведущим фактором выделения типов местности является геолого-геоморфологические особенности. Критериями их выделения являются генетический тип отложений, иногда стратиграфо-генетический комплекс, в сочетании с положением в мезорельефе.
В физико-географическом отношении исследуемая территория относится к 5 провинциям Северо-Восточной Сибири: Олекмо-Алданской
увалистой, Олекмо-Тимпонской плоскогорной, Чуль-манской плоскогорной, Тимптоно-Учурской среднегорной и Становой низкогорной [10].
В пределах этих провинций развиты ПТК, представляющие сочетания следующих типов ландшафтов - горно-тундрового, подгольцового, горно-редколесного, горно-таежного, интразонального водораздельно-маревого, интразонального долинного горнотаежного, среднетаежного и интразонального долинного среднетаежного [9, 10].
Нами была несколько видоизменена классификация типов местности. В первую очередь необходимо отметить, что на склонах мы стали подразделять три типа местности, в основном по генетическим типам отложений - коллювиальным, делювиально-коллювиальным и делювиально-солифлюкционным. Остальные типы отложений были присоединены к одному из этих трех типов местности. То же самое относится и к горно-склоновому типу местности.
Кроме того, для дальнейшей детализации типов местности были использованы геологические карты. Геологическая разнородность территории позволяет выделить карбонатный и кристаллический подтипы местности в плакорном и склоновом типах местности, карбонатный, терригенный и кристаллический подтипы местности в горно-привершинном и плоскогорно-привершинном, а также в горно-склоновом типах местности.
На территории Алдано-Тимптонского междуречья нами выделено 27 типов (подтипов) местности, распределение которых в пространственном отношении следующее: значительные территории заняты
кристаллическими подтипами горно-склоновых типов местности - делювиально-коллювиального, коллювиального и делювиально-солифлюкционного
(23,9; 17,6 и 11,7 %% от общей территории
соответственно). Достаточно большие площади занимают плоскогорно-привершинный (кристаллический) и горно-склоновый делювиально-соли-флюкционный (терригенный) типы местности (7 и 4,6 %% соответственно).
Высотные пояса здесь имеют следующий спектр - горные тундры и пустыни, подгольцовые кустарниковые заросли, горные редколесья и горная тайга. Также выделяются интразональные долинные и приводораздельно-маревые ландшафты. Для северной части рассматриваемой территории характерен среднетаежный региональный
ландшафтный широтно-зональный комплекс. Нами всего здесь выделено 10 типов (подтипов) ландшафтов: горноредколесные ландшафты доминируют
и занимают 33,1 %, горнотаежные на многолетнемерзлых породах - 25,3 %. Значительные площади имеют подгольцовый, горнотаежный на талых породах и среднетаежный на многолетнемерзлых породах типы ландшафтов (9,4; 8,7 и 7,9 %%
соответственно).
На карте масштаба 1:500 000, составленной по наложению мезорельефа и биогидроклиматических особенностей, всего выделено 1656 объектов (отдельных полигонов), которые были классифицированы на 75 типов ПТК.
Анализ базовой ландшафтной карты показывает, что наибольшую площадь на исследованной территории занимают склоны долин рек, плоскогорий и горных хребтов средней крутизны (5-120) на архейских кристаллических породах с горными редколесьями - 12,7 %. Кроме того, распространены следующие ПТК: склоны долин рек, плоскогорий и горных хребтов средней крутизны (5-120) горнотаежные на мерзлых архейских кристаллических породах (7,3 %) и крутые склоны долин рек и горных хребтов (>120) горноредколесные на архейских кристаллических породах (7,2 %), а также пологие склоны долин рек, плоскогорий и горных хребтов (2-50) на архейских кристаллических породах с горными редколесьями и мерзлой горной тайгой (5,3 и 5,4 %% соответственно).
Наиболее весомое пространственное значение имеют следующие равнинные ПТК: пологие склоны (2-5о) долин рек и плато среднетаежные на карбонатных мерзлых породах (3,2 %), плакоры среднетаежные на карбонатных талых породах (2,7 %) и склоны (5-12о) долин рек и плато средней крутизны среднетаежные на карбонатных мерзлых породах (2,4 %).
Составление почвенной карты на ландшафтной основе предполагает разработку параллельной сравниваемой схемы типологических единиц ландшафтного районирования и типологических
единиц структуры почвенного покрова. На основе этой схемы в атрибутивную таблицу добавляются данные по почвам и строится почвенная карта.
В районе исследований выделяются следующие почвы: мерзлотные слаборазвитые (примитивные),
мерзлотные подбуры, мерзлотные подзолистые типичные, мерзлотные подзолистые иллювиальногумусовые, мерзлотные дерново- и перегнойнокарбонатные, мерзлотные дерново-подзолистые остаточно-карбонатные, мерзлотные палево-бурые, мерзлотные торфяные низинные и верховые и мерзлотные аллювиальные дерновые. Всего выделено на территории Алдано-Тимптонского междуречья 9 типов почв и их сочетаний, приуроченные к определенным элементам рельефа. Из анализа почвенной карты следует, что значительную часть территории исследования занимают мерзлотные подбуры в сочетании со слаборазвитыми (примитивными) каменистыми почвами - 21,8 % и
мерзлотные палево-бурые почвы в сочетании с торфяными верховыми почвами - 24,8 %. Чуть меньшую часть территории занимают подзолистые и карбонатные почвы, и совсем незначительную часть - интразональные почвы.
Таким образом, сформированный ГИС-проект позволил провести с помощью современных информационных технологий количественный анализ ландшафтной структуры крупного региона и выявить закономерности пространственной организации основных природных экологических условий.
В работе осуществлена попытка подойти к решению ландшафтно-экологических задач с позиции геоинформационного подхода, позволяющего создавать модели ландшафтов в среде ГИС. Это послужит основой для картографирования других характеристик ландшафтов, экологических последствий и устойчивости природной среды к антропогенному воздействию.
Следует отметить, что рассмотренные нами картографические модели, созданные на основе современных геоинформационных технологий, хотя
и не исчерпывают всего многообразия средств и методов оценки экологического состояния природной среды, но значительно облегчают работу по планированию природоохранных мероприятий.
Л и т е р а т у р а
1. Федоров А. Н., Горохов А. Н., Макаров В. С., Васильев Н. Ф. Ландшафтное картографирование Центрально-Алданского золотоносного района с использованием ГИС-технологий // Проблемы региональной экологии. - 2008. -№ 2. - С. 128-131.
2. Горохов А. Н., Макаров В. С., Васильев Н. Ф., Федоров
A. Н. Методические подходы к составлению ландшафтной карты на основе ГИС технологий (на примере Нерюнгрин-ского промышленного комплекса Якутии) // Проблемы региональной экологии. - 2009. - № 3. - С. 15-19.
3. Варламов С. П., Васильев И. С., Торговкин Я. И. Особенности ландшафтной структуры района строительства Эльгинского угольного комплекса и прилегающей территории // Наука и образование. - 2011. - № 4 (64). - С. 21-24.
4. Природно-техногенные экосистемы Южной Якутии /
B. В. Иванов и др. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2006. -186 с.
5. Южная Якутия / под ред. В. А. Кудрявцева. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1975. - 444 с.
6. Экзогенные геологические процессы и явления (Южная Якутия) / Е. Н. Оспенников и др. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1980. - 227 с.
7. Якутия. - М.: Наука, 1965. - 167 с.
8. Геоморфология Восточной Якутии / Б. С. Русанов и др. - Якутск: Кн. изд-во, 1967. - 376 с.
9. Мерзлотные ландшафты Якутии (Пояснительная записка к Мерзлотно-ландшафтной карте Якутской АССР масштаба 1:2 500 000) / А. Н. Федоров и др. - Новосибирск: ГУГК, 1989. - 170 с.
10. Мерзлотно-ландшафтная карта Якутской АССР. М-б 1:2 500 000 / отв. ред. П. И. Мельников. - М.: ГУГК, 1991. - 2 л.
11. Мильков Ф. Н. Ландшафтная сфера Земли / Ф. Н. Мильков. - М.: Мысль, 1970. - 207 с.
