Фотограмметричне та картографічне забезпечення оцінки стану ерозійних процесів (на прикладі Волинського Опілля)

Abstract

Обґрунтовано доцільність використання багаторівневого підходу в дослідженні ерозійно-небезпечних земель на різномасштабних рівнях (детальний, локальний, регіональний). Запропоновано використовувати наземну стереофотограмметричну зйомку і методи растрової електронної мікроскопії (РЕМ-мікроскопії) для дослідження площинного змиву грунту на різних рівнях його організації. Запропоновано нетрадиційну методику визначення обсягів змитою грунту через суперпозицію субмоделей-факторів на основі R-функцій. Розроблена, реалізована і верифікована ґрунтознавчо-гранулометрична модель водної ерозії грунтів, яка адаптована до умов Волинської височини. Розроблено програмний модуль побудови анаморфованих картографічних зображень. Обґрунтовано доцільність і ефективність застосування тематичних анаморфорованних карт для забезпечення моніторингових досліджень ерозійно- небезпечних земель південних районів Волинської області. Вперше запропоновано здійснювати виділення ерозійно-небезпечних територій із застосуванням карт пластики рельєфу. Проведено теоретичне обгрунтування і вдосконалені алгоритми побудови карт пластики рельєфу. Проведенный анализ и классификация математических моделей и методов исследования водной эрозии, установленные доминирующие факторы их проявления, установлены критические тенденции динамики плоскостной эрозии почвенного покрова для конкретных региональных условий юга Волыни. Обоснована целесообразность использования многоуровневого подхода в исследовании эрозионно-опасных земель на разномасштабных уровнях (детальный, локальный, региональный). Предложено использовать наземную стереофотограмметрическую съемку и методы растровой электронной микроскопии (РЭМ-микроскопии) для исследования плоскостного смыва почвы на разных уровнях его организации. Обоснована целесообразность использования фотограмметрических методов исследования плоскостной эрозии и свойств почв как оперативного аналога соответствующих классических исследований (короткобазисна фотограмметрия - стоковые площадки, РЭМ-микроскопия - почвоведческих исследования). Предложена оригинальная методика определения параметров математического уравнения смыва через суперпозицию субмоделей-факторов на основе R-функций. Поиск неизвестных параметров R-функций предложено осуществлять путем использования натурных наблюдений, полученных методом короткобазисной фотограмметрии. Компьютерная интерпретация предложенных алгоритмов положена в основу созданного программного модуля "EROSION". Достоверность определения параметров R-функций ( j j j j j a ,a ,b ,c ,d ) в пределах 5-8%. Разработана методика изучения порового пространства эрозионно податливых почв средствами РЭМ-микроскопии. В результате растрово-электронно-микроскопических и лабораторных исследований получены конкретные уравнения регрессий и корреляционных зависимостей общей пористости типичных почв Волынского Ополья: черноземов и дерново-подзолистых почв. На основе полученных параметров (коэффициент порового пространства, площадь и периметр пор) разработана, реализована и верифицирована почвоведческо-гранулометрическая модель водной эрозии почв, адаптированная к условиям Волынской возвышенности. Результаты проведенных исследований подтвердили важность морфологических характеристик грунтов. Точность верификации модели порядка 85%. Разработано теоретическое, алгоритмическое и программное обоснования современного метода исследования эрозии почвы с помощью РЭМ - программа морфологоспектрального анализа. Это позволяет в автоматическом режиме определять наиболее подверженную твердую фазу скелета грунта (частота Найквиста). В нашем случае это частицы с диаметрами 81 мкм, собственно почвы с низкой и сильно изменяемой прочностью связей, которое приводит к равновероятному нарушению структурных элементов практически любого уровня организации (черноземы и дерново-подзолистые почвы). Впервые предложено осуществлять выделение эрозионно-опасных территорий с применением карт пластики рельефа. Проведено теоретическое обоснование и усовершенствованы алгоритмы построения целой серии тематических карт (3 разнотипных по морфометрической структуре картографические модели), которые по своей сути являются пионерскими в отечественной тематической картографии. Разноплановая практическая апробация теоретико-экспериментальных исследований осуществлена на опытном полигоне - комплексном региональном геостационаре площадью 450 га. Разработан программный модуль построения анаморфированных картографических изображений. Обоснована целесообразность и эффективность применения тематических анаморфированных карт для обеспечения мониторинговых исследований эрозионно-опасных земель южных районов Волынской области. Предложено использовать разработанный программный модуль построения анаморфированных картографических изображений интегрирован в среду геоинформационной системы ArcGІS. Разработан алгоритм использования предложенных в диссертации методов при разработке рекомендаций к внедрению комплексных противоэрозионных мероприятий. Предложенная современная концепция поэтапных модификаций по подбору коэффициентов позволяет оперативно реагировать на изменения интенсивности смыва, с высокой вероятностью прогнозировать (около 90%) и, соответственно, спрогнозировать развитие деградации почвенного покрова, значительно улучшив экологическое состояние окружающей среды на региональном уровне. Предложенный комплексный подход позволяет формировать экологически сбалансированные агроландшафты на региональном уровне. It was established the expediency of using a layered approach to study erosiondangerous lands at the different levels (detailed, local, regional). It was suggested to use terrestrial stereophotogrametical removal and methods of raster electronic microscopy (REM-microscopy) for research planar flushing the soil at different levels of its organization. It was offered unconventional methodology of determination of volumes of the washed off soil is offered through superposition of submodels-factors on the basis of Rfunctions. It was developed, the grain-size for soil science model of water erosion of soils, which is adapted to the terms of Volyn sublimity, is realized and verified. It was developed the programmatic module of construction of anamorphic cartographic images is worked out. Expediency and efficiency of application of thematic anamorphic maps are reasonable for providing of monitoring researches of erosivedangerous earth of south districts of the Volyn region. It was first suggested to carry out the selection of erosive-dangerous territories with application of maps of the plastic relief arts. A theoretical ground was conducted and the algorithms of construction of maps of the plastic relief arts were worked out.