Введение 2
1 Обзор предметной области по вопросам оценки гидрологического режима рек 6
1.1 Гидрологический режим рек 6
1.2 Исходные данные для создания геоинформационной системы 8
2 Используемые программные обеспечения 9
2.1 ГИС ArcGIS 9
2.2 Программное обеспечение Global Mapper 11
2.3 Программа для работы с таблицами MS Excel 13
3 Создание слоёв и атрибутивных таблиц данных 15
3.1 Получение и обработка данных в программе Global Mapper 15
3.2 Создание слоёв рек и их бассейнов в формате шейп-файлов 15
3.3 Проведение анализа рельефа в программе ArcGIS 19
4. Анализ трендов температур по бассейнам 31
Заключение 37
Список использованных источников 38
Происходящие и ожидаемые изменения климата в первой половине XXI века являются причиной изменения водохозяйственной обстановки. В ряде регионов России эти изменения носят позитивный характер, например, в отношении величины возобновляемых водных ресурсов, разбавляющей способности водных потоков, более поздних сроков замерзания рек и уменьшения продолжительности ледостава и т.п. Одновременно возникает риск опасных гидрологических процессов, обусловленных изменением составляющих водного баланса речных бассейнов: происходит увеличение экстремальных расходов и уровней воды, водоносности рек. Особенное значение таких рисков приобретает в Сибирском регионе в связи с мощными амплитудами колебаний температуры воздуха и количества атмосферных осадков, вызывающих значительные колебания уровня рек региона [1].
Предупреждение риска опасных гидрологических процессов требует научного обоснования соответствующих методов защиты, разработки надежных систем и методов анализа, расчета и прогноза элементов гидрологического режима водоемов суши. Одним из важных факторов обеспечения устойчивого развития регионов России является анализ изменчивости гидрологического режима рек. В формировании гидрологического режима рек исследуемого региона участвует сложный комплекс физико-географических условий. К числу основных факторов, определяющих особенности структуры водного баланса и гидрологического режима территории, относятся климат, рельеф и почвенно-растительный покров. Эти факторы тесно связаны между собой и воздействуют не только непосредственно, но и через другие факторы. Изучение закономерностей формирования водных ресурсов территории требует учета всего комплекса локальных географических и метеорологических условий. Одним из наиболее важных факторов является рельеф. Рельеф - совокупность неровностей земной поверхности, образующихся в результате экзогенных и эндогенных процессов на Земле. Сочетание близких по облику и происхождению форм рельефа образует разнообразные типы рельефа (равнинный, холмистый, горный и др.). Самыми распространенными типами рельефа являются следующие.
Равнина - участок земной поверхности, характеризующийся незначительными уклонами и колебаниями высот. В совокупности равнины занимают большую часть поверхности Земли и являются важнейшим элементом рельефа.
Плоскогорье - обширный участок земной поверхности, представляющий собой горную равнину, характеризующуюся значительным эрозионным расчленением.
Гора - возвышенность на участке суши земной поверхности, куполообразной или конической формы, со склонами значительной крутизны.
По всем этим типам рельефа протекают реки. Реки, текущие по равнинной местности, имеют медленное течение. Объясняется это тем, что истоки равнинных рек находятся на небольшой высоте, а местность, по которой они текут, имеет малый уклон. Истоки горных рек расположены высоко в горах. Их воды несутся по разрезающим горы долинам с огромной скоростью, бурлят, пенятся. Выйдя на равнину, река становится спокойной. Горные реки, как правило, текут в узких, скалистых долинах с крутыми склонами. Десятки и даже сотни тысяч лет уходят на то, чтобы река прорезала в горах долину. Узкие долины называют ущельями. Долины равнинных рек, в противоположность горным, широкие. Большое влияние рельеф оказывает на отдельные элементы водного баланса речных бассейнов: осадки, инфильтрацию влаги в почво-грунты и испарение. Это влияние рельефа проявляется различно в зависимости от крупности его форм. Особенно значительно оно в горах, где с высотой местности увеличивается годовая сумма осадков, снижается температура воздуха, следствием чего является уменьшение испарения и соответственно увеличение стока. С высотой, как правило, увеличивается доля твердых осадков, что приводит к увеличению коэффициента стока, а, следовательно, и величины стока, а также к существенному изменению водного режима, наиболее выраженному на высокогорных реках с ледниковым питанием. В горах происходит перераспределение твердых осадков в речном бассейне. В горных котловинах, глубоких ущельях, у подножия горных склонов в результате схода снежных лавин и ветровой миграции скапливаются большие массы снега, талые воды которых служат источником питания горных рек в летний период [1].
На территории Сибирского региона находится большое количество рек, которые играют огромную роль в большинстве отраслей экономики региона. И поэтому необходимость анализа и контроля изменчивости гидрологического режима водных объектов становиться все более актуальной задачей в последнее время. Решение данной проблемы позволит снизить вероятность возникновения чрезвычайных ситуаций, связанных с осенне-весенними половодьями, позволит прогнозировать появление опасных гидрологических процессов, способных причинить ущерб экономике региона, и разработать мероприятия по предотвращению неблагоприятных последствий и минимизации ущерба на водных объектах [1].
Анализ изменчивости гидрологического режима рек Сибирского региона должен опираться на информационные и программные средства, включающие в себя базу данных наблюдений и программное обеспечение для применения методов статистического анализа [1].
Наиболее перспективным направлением информационного обеспечения экологической деятельности является разработка тематических геоинформационних систем (ГИС), в основе которых лежит картографирование. Геоинформационные системы с каждым годом применяются все более часто, в том числе и в области инженерной гидрологии [1].
Цель работы: разработка ГИС технологии для анализа рельефа, влияющего на режим реки.
Задачи:
- получить цифровые модели рельефа исследуемых рек;
- определить параметры рельефа (экспозиция и крутизна склонов) с помощью программного обеспечения ArcGIS;
- провести анализ влияния рельефа на режим рек.
В результате проделанной работы создана ГИС, в которой можно проводить анализ влияния рельефа на гидрологическим режим рек Сибирского региона. Был отработан метод получения цифровых моделей рельефа с помощью программы Global Mapper. Была составлена карта бассейнов некоторых рек Сибирского региона. Были получены такие характеристика бассейнов, как экспозиции, уклон и высота над уровнем моря. Был проанализирован тренд температур за 1914-2006 годы.
В ходе работы проанализированы территориальные особенности между группами рек исследуемых региона. Разработана технология использования ГИС ArcGIS для проведения анализа изменчивости гидрологического режима рек региона. В результате сформированы цифровые карты по одиннадцати рекам Сибирского региона.
Особенностью разработанного инструмента для анализа гидрологического режима рек является его универсальность и простота использования. В дальнейшем предусмотрена возможность расширения границ применения разработанного инструмента. В случае поступления информации о почвенно-растительном составе местности исследуемого региона, возможно проведение углубленного анализа изменчивости гидрологического режима рек, поскольку почвенный покров играет большую роль в формировании водного баланса региона.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
