КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЛЬЕФА УЧАСТКА РАСЧИСТКИ РУСЛА РЕКИ МЕДВЕДИЦЫ, НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ

Ошкин М.И.¹, Писарев А.В.², Полозова И.А.³, Желтобрюхов В.Ф⁴.

¹Аспирант; ³кандидат технических наук, доцент; ⁴доктор технических наук, профессор, Волгоградский государственный технический университет; ²кандидат физико-математических наук, доцент, Волгоградский государственный университет

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЛЬЕФА УЧАСТКА РАСЧИСТКИ РУСЛА РЕКИ МЕДВЕДИЦЫ, НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ

Аннотация

Построена цифровая модель рельефа участка расчистки русла реки Медведицы на основе методов дистанционного зондирования. Благодаря этой модели значительно облегчен поиск решений для широкого круга различных гидродинамических задач на произвольных территориях Проанализирована необходимость проведения ежегодной расчистки русла реки Медведицы.

Ключевые слова: цифровая модель, дистанционное зондирование, гидрогеология реки, инженерно-геологические исследования, расчистка русла реки.

Oshkin M.I.¹, Pisarev A.V.², Polozova I.A.³, Zheltobryukhov V.F.⁴

¹Postgraduate student; ³PhD in Technical sciences, associate professor; ⁴Doctor of Technical Sciences, Professor, Volgograd State Technical University; ²PhD in Physics and mathematics sciences, associate professor, Volgograd State University

COMPUTER MODELING OF THE RELIEF AREA OF SEDIMENTARY CONTROL ON THE  MEDVEDIZA RIVER BASED ON REMOTE SENSING

Abstract

The construction of a digital elevation model of sedimentary control on the  Medvediza river. Due to this model is much easier to find solutions to a wide range of different hydrodynamic problems on arbitrary territories.Analyzed the need for annual of sedimentary control on the Medvediza river.

Keywords: digital model, remote sensing, hydrogeology of the river, geotechnical investigations, sedimentary control on the river.

Река Медведица в Волгоградской области является источником местного водоснабжения города Михайловки. Выполненная в 2009 году топографическая съемка показала, что участок реки в месте расположения водозаборных сооружений города Михайловки и промышленного предприятия ОАО «Себряковцемент»  постепенно превращается в перекат из донных отложений, что вызовет изменения конфигурации русла, ухудшит экологическое состояние Медведицы, а также воспрепятствует бесперебойной работе водозабора.

Эксплуатация водозабора выявила, что водовод и водоприемное устройство подвержены отрицательному воздействию образовавшихся песчаных гряд, и проектные условия их функционирования не соблюдаются, что, в свою очередь, затрудняет круглогодичную подачу воды для питьевого водоснабжения города и производственных нужд ОАО «Себряковцемент» и создает дополнительные экологические проблемы в регионе в результате постоянных изменений не только русла реки, ее водотока, количества и состава донных отложений, но и, как следствие, изменение флоры, и фауны реки и прибрежных земель в целом [4].

На основании изученных литературных данных [1] и в результате проведенного комплексного исследования нами был предложен метод решения поставленной задачи, который заключается в расчистке существующего русла реки Медведицы непосредственно в районе водозабора на участке протяженностью около 2 км. Данный метод позволяет не только улучшить экологическое состояние реки, но и обладает инновационно-инвестиционной привлекательностью [2].

Для проведения расчетов, позволяющих обосновать необходимость применение данного проекта ежегодно, необходимо построить цифровую модель рельефа, участка расчистки русла реки Медведицы, на основе методов дистанционного зондирования Земли.

Важнейшим компонентом компьютерной модели для изучения динамики поверхностных вод на заданной территории является цифровая модель рельефа (ЦМР), которая во многом определяет характер затопления местности [3]. Рассмотрим алгоритм построения ЦМР на примере участка расчистки русла реки Медведицы в районе водозабора ОАО «Себряковцемент». Протяженность участка примерно 2 км. Примерная площадь территории 3 км².

В работе использованы данные проектов Landsat, SRTM, GeoEye [5].

На первом этапе строим рельеф территории с низким разрешением по данным SRTM (Shuttle radar topographic mission), погрешность которых составляет 90 метров по горизонтали и 16 метров по высоте. Построенная таким образом матрица высот является базовой для ЦМР. После векторизации растровых данных получаем векторный слой изолиний высот. Данный этап является базовым для дальнейшего более точного построения рельефа.

На следующем этапе мы дополняем векторные данные точечными, линейными и площадными объектами с использованием данных GeoEye-1 с разрешением до 1 метра. В частности, создаем тематические слои «Населенные пункты», «Автодороги», «Протоки», «Тип растительности», «Озера» и т.д.  На данном этапе мы можем наблюдать ближайшие к руслу объекты и проанализировать возможные варианты их затопления. Хотя для более точного ответа на вопрос о затоплении и для актуализации местности используем данные Landsat, которые дополнительно дают возможность отслеживать характерные изменения в затоплении территории во время весеннего паводка в процессе реализации проекта «Ежегодной расчистки русла реки медведицы в районе водозабора ОАО «Себряковцемент»».

На заключительном этапе получения итоговой векторной карты проводим совмещение всех спутниковых данных при помощи геоинформационной системы «ГИС Карта 2011» (рис. 1).

Рисунок 1 - Слева - фрагмент карты по данным SRTM, справа – результат построения ЦМР после синтеза данных

Построенная модель цифрового рельефа местности использовалась при проведении численного моделирования весенних паводковых явлений для участка расчистки русла реки Медведицы и для изучения антропогенного воздействия на участок расчистки. Результаты численных экспериментов хорошо согласуются с данными наблюдений и промеров русла реки Медведицы.

На основании всех полученных данных, нами было выдано техническое  задание для продолжения, проектирования ежегодной эксплуатационной расчистки русла реки Медведицы, на вышеуказанном участке как метода решения экологических проблем, предотвращения отложений наносов на водозаборном устройстве и эффективного направления рационального природопользования.