Введение 3
ГЛАВА 1. Общие сведения о целях и существующих методах выделения речных водосборов 5
1.1 Краткая характеристика методов выделения речных водосборов 5
1.1.1 Выделение речных водосборов по топографическим картам в среде
ГИС 6
1.1.2 Автоматическое выделение речных водосборов с применением
цифровых моделей рельефа в среде ГИС 8
ГЛАВА 2. Краткая орогидрографическая характеристика территории исследования 10
ГЛАВА 3. Исходные материалы и методы их обработки 16
3.1 Краткая характеристика существующих цифровых моделей рельефа 16
3.2 Обоснование выбора цифровой модели рельефа для целей настоящего
исследования 20
Глава 4. Оценка точности выделения границ речных водосборов с применением цифровых моделей рельефа высокого пространственного разрешения 23
Заключение 34
Литература 36
Разделение территорий на бассейны рек - одна из наиболее классических операций в экологических и гидрологических исследованиях. Бассейны рек могут служить в качестве основной территориальной единицы при районировании территорий, оценке интенсивности эрозионных процессов и др. Применение бассейнового подхода экологически и географически обосновано.
Речной бассейн - это часть суши, с которой поверхностные воды поступают в русло реки. Эрозия любой формы имеет свой водосбор или бассейн стока поверхностных вод. Водосборы различных рек ограничены друг от друга водоразделами [Чалов, 2004].
Гидрологические исследования сложно представить без использования картографических материалов для комплексного изучения водных ресурсов и их пространственно-временного распределения. Для определения основных гидрографических характеристик рек и их бассейнов, морфометрических характеристик озер и водохранилищ, визуальной оценки территории используются топографические и тематические карты разных масштабов [Шихов, Черепанова, Пономарчук, 2014].
Геоинформационные системы нашли широкое применение в гидрологии, поскольку большинство гидрологических задач носят ярко выраженный пространственный характер. Методика автоматического выделения бассейнов рек стала доступной с середины 80-х годов и была введена в различные программные пакеты ГИС и специализированное программное обеспечение. Моделирование речных бассейнов выполняется на базе цифровых моделей рельефа (ЦМР), которые обеспечивают информацией о рельефе местности. Внедрение геоинформационных технологий, использование цифровых картографических материалов и ЦМР значительно упрощает и повышает точность расчетов гидрографических характеристик, а также существенно расширяет возможности использования картографической информации [Калинин, Пьянков, 2010].
Цель выпускной квалификационной работы - оценка точности выделения границ речных водосборов с применением цифровых моделей рельефа высокого пространственного разрешения.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• ознакомиться с целями выделения речных водосборов, областями их применения и назначения;
• описать методы выделения речных водосборов;
• дать обоснование выбора цифровых моделей рельефа для целей настоящего исследования;
• изучить методику выделения речных водосборов с применением цифровых моделей рельефа и топографических карт;
• оценить точность выделения границ речных водосборов с применением цифровых моделей рельефа SRTM3' и ASTER GDEM.
Территория исследования - бассейны рек Дон, Неман, Аракс, Северная Двина и Днестр.
В работе была осуществлена оценка точности выделения границ речных водосборов с применением топографических карт масштаба 1:100000, данных цифровых моделей рельефа Shuttle Radar Topographic Mission SRTM с разрешением 3 угловые секунды и ASTER GDEM [Консорциум по ...,2004].
Теоретическую основу исследования составили труды отечественных и зарубежных авторов, а также интернет ресурсы.
В ходе работы были использованы программные пакеты ArcMap v10.1, Mapinfo v12., Microsoft office 2010, Statistica 7.
Выделение речных водосборов является неотъемлемой частью при гидролого-геоморфологическом моделировании, решении множества задач оценки водных ресурсов твердого и жидкого стока рек. Гидрологические характеристики в полной мере описывают водную среду и дают достаточно полное представление о формах, размерах, протяженности водных объектов их водосборов. Вследствие этого, гидрологические исследования сложно представить без использования картографических материалов.
В выпускной квалификационной работе были рассмотрены цели выделения речных водосборов, области их применения и назначения. Так, основной целью выделения речных водосборов, является морфометрическая характеристика реки, ее длины и площади, которая, в свою очередь, необходима для целей совокупного использования, улучшения и рекультивации земель водосбора для спроса землепользователей.
С целью выделения речных водосборов используются два метод. Традиционный метод, или его еще называют ручным, более трудоемок, так как выделение речных водосборов на обширных территориях проводится с помощью топографических карт разного масштаба, и занимает массу времени и средств.
Менее трудоемким можно считать автоматический метод выделения речных водосборов. Объяснимо это, возможностью использования современных информационных технологий, доступностью цифрового рельефа и базовых гидрометеорологических параметров для всей территории планеты. Все это дает возможность исследовать природные процессы и явления на различных уровнях генерализации с использованием геоинформационных систем (ГИС).
В ходе работы использовалось пять водосборов рек, таких как Северная Двина, Дон, Днестр, Неман и Аракс. Каждая из этих рек протекает на разных территориях. Северная Двина и Дон протекают в европейской части России, Днестр и Неман в Восточной Европе, Аракс в Закавказье.
Последняя глава выпускной квалификационной работы посвящена сравнению критериев и анализу построенных гистограмм, характеризующих оценку точности выделения границ речных водосборов.
В ходе проделанной работы, было показано, что ошибки, при выделении границ водосборов автоматизированным методом с применением цифровых моделей рельефа высокого пространственного разрешения, в большинстве случаях не превышали 5%.
Можно отметить, что на расхождения между методами векторизации границ водосборов влияют как антропогенные, так и природные факторы, а в некоторых случаях расхождения являются лишь особенностью цифровых моделей рельефа.
Исходя из этого, приходим к выводу, что оценка достоверности выделения границ речных водосборов, с помощью автоматизированной методики, по сравнению с традиционным (ручным) методом показала ее высокую точность.
