ГИДРОЛОГО-ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОЙМЫ РЕКИ ОБИ В ШЕГАРСКОМ РАЙОНЕ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ
|
Введение 6
1. Теоретические аспекты гидролого-геоморфологического анализа речных
пойм 9
1.1 Возникновение и развитие гидролого-геоморфологического направления.... 9
1.2 Основы гидроморфологического анализа 17
1.2.1 Методика оценки скорости деформаций речных русел и пойм 18
1.2.2 Схема выполнения гидроморфологического анализа 19
1.2.3 Связь гидрологических и геоморфологических характеристик 21
1.3 Основные понятия и классификации 23
1.3.1 Классификации типов речных русел 24
1.3.2 Механизм формирования и рельеф пойм 29
1.3.3 Гидрологический режим поймы 34
2. Природные условия поймы р. Оби в Шегарском районе Томской области... 37
2.1 Географическое положение 37
2.2 Геологическое строение 39
2.3 Геоморфологическое строение 45
2.3.1 Характеристика русла 46
2.3.2 Характеристика поймы 49
2.3.3 Процессы рельефообразования 51
2.4 Климатические условия 56
2.5 Поверхностные и подземные воды 58
2.6 Почвы и растительность 60
3. Гидролого-геоморфологический анализ поймы Оби в Шегарском районе
Томской области 64
3.1 Гидрологические характеристики поймы 64
3.1.1 Сток воды и водный режим 64
3.1.2 Сток наносов 70
3.2 Геоинформационное картографирование рельефа поймы 72
3.2.1 Исходные данные и источники для геоинформационного
картографирования 73
3.2.2 Методика проведения работ 75
3.2.3 Анализ рельефа поймы 82
3.3 Динамика рельефа поймы 89
3.3.1 Природные факторы 89
3.3.2 Антропогенные факторы 97
3.4 Картографирование зон затопления в населенных пунктах при
максимальных уровнях воды разной процентной обеспеченности 104
Заключение 110
Список использованной литературы и источников 111
Приложение А. Дневник геоморфологической съемки с помощью нивелира 117
1. Теоретические аспекты гидролого-геоморфологического анализа речных
пойм 9
1.1 Возникновение и развитие гидролого-геоморфологического направления.... 9
1.2 Основы гидроморфологического анализа 17
1.2.1 Методика оценки скорости деформаций речных русел и пойм 18
1.2.2 Схема выполнения гидроморфологического анализа 19
1.2.3 Связь гидрологических и геоморфологических характеристик 21
1.3 Основные понятия и классификации 23
1.3.1 Классификации типов речных русел 24
1.3.2 Механизм формирования и рельеф пойм 29
1.3.3 Гидрологический режим поймы 34
2. Природные условия поймы р. Оби в Шегарском районе Томской области... 37
2.1 Географическое положение 37
2.2 Геологическое строение 39
2.3 Геоморфологическое строение 45
2.3.1 Характеристика русла 46
2.3.2 Характеристика поймы 49
2.3.3 Процессы рельефообразования 51
2.4 Климатические условия 56
2.5 Поверхностные и подземные воды 58
2.6 Почвы и растительность 60
3. Гидролого-геоморфологический анализ поймы Оби в Шегарском районе
Томской области 64
3.1 Гидрологические характеристики поймы 64
3.1.1 Сток воды и водный режим 64
3.1.2 Сток наносов 70
3.2 Геоинформационное картографирование рельефа поймы 72
3.2.1 Исходные данные и источники для геоинформационного
картографирования 73
3.2.2 Методика проведения работ 75
3.2.3 Анализ рельефа поймы 82
3.3 Динамика рельефа поймы 89
3.3.1 Природные факторы 89
3.3.2 Антропогенные факторы 97
3.4 Картографирование зон затопления в населенных пунктах при
максимальных уровнях воды разной процентной обеспеченности 104
Заключение 110
Список использованной литературы и источников 111
Приложение А. Дневник геоморфологической съемки с помощью нивелира 117
Актуальность. Река Обь является одной из крупнейших рек мира. Обоснование необходимости исследования Оби, в частности ее поймы, заключается в определении гидролого-геоморфологических рисков для жителей населенных пунктов, расположенных на берегах реки. Прогнозирование зон затопления является одной из ключевых задач при обеспечении безопасности жизнедеятельности населения. Для достижения данной цели возникает необходимость во всестороннем анализе и геоинформационном картографировании территории поймы вблизи населённых пунктов.
Цель работы - анализ морфометрических и гидрологических параметров поймы р. Обь в Шегарском районе Томской области.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Провести аналитический обзор литературных, картографических источников и данных дистанционного зондирования (ДДЗ).
2. Рассмотреть теоретические аспекты гидролого-геоморфологического анализа.
3. Дать характеристику физико-географических условий района.
4. Провести полевые геоморфологические исследования.
5. Провести геоинформационное картографирование рельефа поймы р. Обь.
6. Проанализировать изменения русла р. Обь и пойменных озёр, а также рассмотреть особенности эрозионно-аккумулятивной деятельности реки на основе разновременных карт и ДДЗ.
7. Сделать прогноз зон затопления при максимальных уровнях воды разной процентной обеспеченности на основе рассчитанных гидрологических характеристик и цифровой модели рельефа (ЦМР).
Объектом исследования является пойма р. Оби в Шегарском районе Томской области. Предмет исследования - морфометрические и гидрологические характеристики поймы р. Оби.
Теоретическая и методологическая основа исследования базируется на трудах в области исследования и систематизации геоморфологии речных пойм Р.А. Еленевского (1936), Н.И. Маккавеева (1955), И.В. Попова (1969), Р.С. Чалова (1985), А.В. Чернова (1983), В.С. Хромых (1975) и др. Геоинформационное картографирование осуществлялось по методике О.В. Хромых, В.В. Хромых (2007, 2011).
Информационная база исследования. При геоинформационном картографировании использовались топографические карты 1:25 000, составленные в 1986 г., космические снимки со спутника «Landsat» за период с 1984 по 2018 гг., цифровые модели местности и ортофотопланы, полученные в результате высокодетальных съемок с БПЛА «ГЕОСКАН 201» (разрешение съемки 0,04-0,05 м), гидрологические расчеты и результаты ГИС- моделирования. Также были использованы данные, полученные во время прохождения производственной практики на предприятии ЗАО «Томскгипрозем» с 11.06.2018 по 28.07.2018 и материалы полевых исследований в Шегарском районе в сентябре 2018 г. и апреле 2019 г.
Методы исследования. В работе применялись: методы геоморфологических исследований, включая полевые (морфографические, морфометрические) и дистанционные; методы геоинформационного картографирования; сравнительно-картографические методы - при выявлении динамики берега Оби; математические методы моделирования - при построении графиков зависимостей высоты затопления поймы и подъема уровней воды; при обработке результатов были использованы статистические методы.
Для создания ГИС использовались полнофункциональный программный комплекс ArcGIS 10.3 с дополнительными модулями ArcGIS 3DAnalyst и Spatial Analyst (ESRI Inc.); программа-векторизатор Easy Trace 8.3, программа для обработки данных с БПЛА Agisoft PhotoScan (Geoscan), комплекс QGIS; геосервисы SAS Planet и Google Earth.
Научная новизна:
1. Впервые выполнено крупномасштабное геоинформационное картографирование рельефа поймы р. Оби в пределах Шегарского района Томской области.
2. Исследована динамика береговой линии р. Оби на основе разновременных карт и данных дистанционного зондирования за период 1984-2018 гг.
3. Выполнен гидролого-геоморфологический анализ поймы р. Оби.
4. Построены карты границ зон затопления для населенных пунктов п. Победа, д. Оськино, д. Старая Шегарка при максимальных уровнях воды разной процентной обеспеченности.
Положения, выносимые на защиту:
1. В геоморфологической структуре поймы р. Обь в Шегарском районе выделяется пять разновидностей, которые характеризуются определенным строением, высотными уровнями, процессами рельефообразования и степенью затопляемости.
2. Детальный гидролого-геоморфологический анализ на основе геоинформационного картографирования позволяет выделить зоны затопления при максимальных уровнях воды разной процентной обеспеченности.
Публикация и апробация работы. Результаты работы нашли отражение в статье «Геоинформационное картографирование зон затопления в населённых пунктах Томской области на р. Обь на основе данных съёмок БПЛА и цифровых моделей рельефа» (в соавторстве), которая принята к публикации в сборник IV Международной научно-практической конференции «Антропогенная трансформация геопространства: природа, хозяйство, общество» (Волгоград, 1-4 октября 2019 г.).
Данное исследование было проведено в рамках НИР «Геоинформационное картографирование границ зон затопления и подтопления на р. Обь в населённых пунктах Томской области» по договору № 14979/278-18 между ТГУ и ЗАО «Томскгипрозем».
Результаты исследования используются в модуле «Паводок» Геопортала Томской области, создаваемого в ТГУ по заказу Администрации Томской области, а также сотрудниками МЧС при мониторинге «паводковой» ситуации в период весеннего половодья 2019 г. на р. Обь.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения. Основной текст изложен на 117 страницах и включает 9 таблиц, 67 рисунков, 1 приложение. Список литературы содержит 74 источника.
Цель работы - анализ морфометрических и гидрологических параметров поймы р. Обь в Шегарском районе Томской области.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Провести аналитический обзор литературных, картографических источников и данных дистанционного зондирования (ДДЗ).
2. Рассмотреть теоретические аспекты гидролого-геоморфологического анализа.
3. Дать характеристику физико-географических условий района.
4. Провести полевые геоморфологические исследования.
5. Провести геоинформационное картографирование рельефа поймы р. Обь.
6. Проанализировать изменения русла р. Обь и пойменных озёр, а также рассмотреть особенности эрозионно-аккумулятивной деятельности реки на основе разновременных карт и ДДЗ.
7. Сделать прогноз зон затопления при максимальных уровнях воды разной процентной обеспеченности на основе рассчитанных гидрологических характеристик и цифровой модели рельефа (ЦМР).
Объектом исследования является пойма р. Оби в Шегарском районе Томской области. Предмет исследования - морфометрические и гидрологические характеристики поймы р. Оби.
Теоретическая и методологическая основа исследования базируется на трудах в области исследования и систематизации геоморфологии речных пойм Р.А. Еленевского (1936), Н.И. Маккавеева (1955), И.В. Попова (1969), Р.С. Чалова (1985), А.В. Чернова (1983), В.С. Хромых (1975) и др. Геоинформационное картографирование осуществлялось по методике О.В. Хромых, В.В. Хромых (2007, 2011).
Информационная база исследования. При геоинформационном картографировании использовались топографические карты 1:25 000, составленные в 1986 г., космические снимки со спутника «Landsat» за период с 1984 по 2018 гг., цифровые модели местности и ортофотопланы, полученные в результате высокодетальных съемок с БПЛА «ГЕОСКАН 201» (разрешение съемки 0,04-0,05 м), гидрологические расчеты и результаты ГИС- моделирования. Также были использованы данные, полученные во время прохождения производственной практики на предприятии ЗАО «Томскгипрозем» с 11.06.2018 по 28.07.2018 и материалы полевых исследований в Шегарском районе в сентябре 2018 г. и апреле 2019 г.
Методы исследования. В работе применялись: методы геоморфологических исследований, включая полевые (морфографические, морфометрические) и дистанционные; методы геоинформационного картографирования; сравнительно-картографические методы - при выявлении динамики берега Оби; математические методы моделирования - при построении графиков зависимостей высоты затопления поймы и подъема уровней воды; при обработке результатов были использованы статистические методы.
Для создания ГИС использовались полнофункциональный программный комплекс ArcGIS 10.3 с дополнительными модулями ArcGIS 3DAnalyst и Spatial Analyst (ESRI Inc.); программа-векторизатор Easy Trace 8.3, программа для обработки данных с БПЛА Agisoft PhotoScan (Geoscan), комплекс QGIS; геосервисы SAS Planet и Google Earth.
Научная новизна:
1. Впервые выполнено крупномасштабное геоинформационное картографирование рельефа поймы р. Оби в пределах Шегарского района Томской области.
2. Исследована динамика береговой линии р. Оби на основе разновременных карт и данных дистанционного зондирования за период 1984-2018 гг.
3. Выполнен гидролого-геоморфологический анализ поймы р. Оби.
4. Построены карты границ зон затопления для населенных пунктов п. Победа, д. Оськино, д. Старая Шегарка при максимальных уровнях воды разной процентной обеспеченности.
Положения, выносимые на защиту:
1. В геоморфологической структуре поймы р. Обь в Шегарском районе выделяется пять разновидностей, которые характеризуются определенным строением, высотными уровнями, процессами рельефообразования и степенью затопляемости.
2. Детальный гидролого-геоморфологический анализ на основе геоинформационного картографирования позволяет выделить зоны затопления при максимальных уровнях воды разной процентной обеспеченности.
Публикация и апробация работы. Результаты работы нашли отражение в статье «Геоинформационное картографирование зон затопления в населённых пунктах Томской области на р. Обь на основе данных съёмок БПЛА и цифровых моделей рельефа» (в соавторстве), которая принята к публикации в сборник IV Международной научно-практической конференции «Антропогенная трансформация геопространства: природа, хозяйство, общество» (Волгоград, 1-4 октября 2019 г.).
Данное исследование было проведено в рамках НИР «Геоинформационное картографирование границ зон затопления и подтопления на р. Обь в населённых пунктах Томской области» по договору № 14979/278-18 между ТГУ и ЗАО «Томскгипрозем».
Результаты исследования используются в модуле «Паводок» Геопортала Томской области, создаваемого в ТГУ по заказу Администрации Томской области, а также сотрудниками МЧС при мониторинге «паводковой» ситуации в период весеннего половодья 2019 г. на р. Обь.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения. Основной текст изложен на 117 страницах и включает 9 таблиц, 67 рисунков, 1 приложение. Список литературы содержит 74 источника.
В ходе проведенного анализа морфометрических и гидрологических параметров поймы р. Обь в Шегарском районе Томской области были решены поставленные задачи, а именно:
1. Проведен аналитический обзор литературных, картографических источников и ДДЗ.
2. Рассмотрены теоретические аспекты гидролого-геоморфологического анализа.
3. Дана характеристика физико-географических условий района.
4. Проведены полевые геоморфологические исследования, в ходе которых было был исследован рельеф поймы р. Оби в Шегарском районе Томской области.
5. Создана база геоданных и проведено геоинформационное картографирование рельефа поймы р. Обь; создана серия тематических карт границ зон затопления территории района.
6. Проанализирована динамика русла р. Обь и пойменных озёр; охарактеризованы особенности эрозионно-аккумулятивной деятельности реки на основе разновременных карт и ДДЗ.
7. Сделан прогноз зон затопления при максимальных уровнях воды разной процентной обеспеченности на основе рассчитанных гидрологических характеристик и цифровой модели рельефа (ЦМР).
Получены основные выводы:
1. В геоморфологической структуре поймы Оби в Шегарском районе выделяется пять разновидностей, которые характеризуются определенным строением, высотными уровнями, процессами рельефообразования и степенью затопляемости.
2. Формирование морфологического облика поймы и его динамика обусловлены воздействием увеличения объема стока воды и его внутригодовым распределением; тенденцией поймы к аккумуляции твердого стока; болотообразования; русловых деформаций; новейших тектонических движений; антропогенной нагрузки.
3. Выделены зоны затопления территории при максимальных уровнях воды разной процентной обеспеченности на основе детального гидролого-геоморфологического анализа и геоинформационного картографирования.
1. Проведен аналитический обзор литературных, картографических источников и ДДЗ.
2. Рассмотрены теоретические аспекты гидролого-геоморфологического анализа.
3. Дана характеристика физико-географических условий района.
4. Проведены полевые геоморфологические исследования, в ходе которых было был исследован рельеф поймы р. Оби в Шегарском районе Томской области.
5. Создана база геоданных и проведено геоинформационное картографирование рельефа поймы р. Обь; создана серия тематических карт границ зон затопления территории района.
6. Проанализирована динамика русла р. Обь и пойменных озёр; охарактеризованы особенности эрозионно-аккумулятивной деятельности реки на основе разновременных карт и ДДЗ.
7. Сделан прогноз зон затопления при максимальных уровнях воды разной процентной обеспеченности на основе рассчитанных гидрологических характеристик и цифровой модели рельефа (ЦМР).
Получены основные выводы:
1. В геоморфологической структуре поймы Оби в Шегарском районе выделяется пять разновидностей, которые характеризуются определенным строением, высотными уровнями, процессами рельефообразования и степенью затопляемости.
2. Формирование морфологического облика поймы и его динамика обусловлены воздействием увеличения объема стока воды и его внутригодовым распределением; тенденцией поймы к аккумуляции твердого стока; болотообразования; русловых деформаций; новейших тектонических движений; антропогенной нагрузки.
3. Выделены зоны затопления территории при максимальных уровнях воды разной процентной обеспеченности на основе детального гидролого-геоморфологического анализа и геоинформационного картографирования.