Михайлов В
Роботу виконано за підтримки українського фонду фундаментальних досліджень (проект № 14-45-01606)
Традиційно, морфометричний аналіз є однією з основ вивчення рельєфу будь-якої території, забезпечуючи більш об'єктивну та комплексну його оцінку. У той же час, аналіз морфометричних характеристик рельєфу є надзвичайно важливим при комплексному вивченні та картографуванні території (в т.ч. ерозійних процесів, ґрунтового покриву, рослинності тощо), прогнозуванні та ландшафтному плануванні. В рамках таких досліджень використання спеціалізованих програмних комплексів, що позбавляють трудомістких морфометричних робіт, дозволяє перейти до побудови комплексу морфометричних карт різного змісту, просторового масштабу та складності. При цьому фактичною базою дослідження можуть бути, з деякими обмеженнями, відкриті дані супутникової зйомки SRTM (Shuttle radar topographic mission), що є величезним масивом даних про морфологію рельєфу Землі. Можливість такого дослідження була здійснена на прикладі території Тарханкутського півострова (Крим) і представлена в даній роботі.
Метою статті є комплексний морфометричний аналіз Тарханкутського півострова за допомогою ГІС, на основі даних SRTM.
Вибраний як об'єкт дослідження Тарханкутський півострів, розташований у західній частині Кримського півострова, загалом відповідає геоморфологічним районам структурно-денудаційної рівнини Тарханкутського півострова, а на крайній півночі – Присиваської лиманно-морської рівнини [1]. З ними співвідносяться фізико-географічні підобласті Тарханкутської піднесеної рівнини та Кримського Присивашшя [2]. Межі цієї території здебільшого збігаються з узбережжямЧорного моря, на сході та південному сході проходять по долині Чатирлик, а на півдні – балці Бараш-Джилгаси (Баранівській) та узбережжі озера Сасик-Сиваш. У рельєфі цієї території виділяються паралельно невисокі (до 178 м), що протягуються, загалом знижуються на схід, вали (Бакальський, Північнотарханкутський, Южнотарханкутський, Євпаторійський), розділені улоговинами (Донузлавська, Джарилгацька, Караджинська). Для увалів характерні широкі опуклі вододіли та пологі схили, інтенсивно розчленовані балками та сухорічами. У північній та південній частинах простягаються плоскі приморські низовини (рис. 1).
Малюнок 1 – Гіпсометричні рівні (А) та географічне положення (Б) Тарханкутського півострова.
p align="justify"> Важливим аспектом використання даних SRTM є аналіз точності вихідних даних. Численні роботи, проведені у цьому напрямі, вказують на достатню точність цих даних [3, 5, 6]. Порівняння SRTM з цифровою моделлю рельєфу, побудованою на основі топографічних карт масштабу 1:50000, виконане для ділянки в західній частині Тарханкутського півострова, показало незначні відмінності (рис. 2). Зазначені відмінності, зрозуміло, немає принципових відмінностей і дозволяють використовувати SRTM для морфометричного аналізу великого масштабу.
Для морфометричних робіт та побудови підсумкових карт використовувався програмний комплекс ArcGIS 9.3
Традиційно основними морфометричними показниками є [7]:
1 - вертикальне розчленування (глибина розчленування), яке розраховується як перевищення вершин позитивних форм над дном негативних; придетальних дослідженнях визначається відносна висота точки вододілу над точкою базису денудації, що лежить на лінії найбільшого падіння схилу; при більш загальних дослідженнях використовується спосіб картограм, що полягає у визначенні амплітуди висот у межах розрахункового осередку;
2 – крутість земної поверхні, яка може бути виражена у вугіллі нахилу (у градусах), який прийнятий у роботі, та ухилі (тангенс кута нахилу);
3 – експозиція поверхні;
4 – горизонтальне розчленування (густота розчленування) найчастіше визначається ступенем розвитку ерозійної мережі, причому показниками можуть бути: довжина тальвегів ерозійних форм (різного порядку) на одиницю площі (км/км²) і віддаленість вершин вододілів від найближчих тальвегів (м).
Для аналізу просторового розподілу даних характеристик у межах Тарханкутського півострова використовувалася сітка розрахункових квадратів площею 4 км², котрим розраховувалися чи яким присвоювалися конкретні значення морфометричних показників. Всього в межах півострова налічується 1348 цілих квадратів і 288 їх фрагментів; виділи площею менше 0.5 км² приєднувалися до сусідніх контурів.
Розрахунок вертикального розчленування, за способом картограм, виконувався за допомогою інструменту Зональної статистки шляхом обчислення амплітуди (в метрах) значень ЦМР у межах розрахункових осередків (рис. 3, А). Найбільші значення вертикального розчленування, понад 60 м, виявлено у західній частині Тарханкутського півострова, особливо на схилах Південно-Тарханкутського увалів, а найменші – у північній приморській частині (менше 10 м).
Для аналізу крутості земної поверхні будуваласявихідна карта кутів нахилу земної поверхні (за допомогою інструмента Ухил модуля Spatial Analist, рис. 3, Б). За допомогою інструмента Зональна статистика для розрахункових осередків було визначено середнє нахилу. Найбільший нахил відзначається для схилів увалів (особливо Північно-Тарханкутського, 5-20 º) у західній частині півострова, найменший – у крайній південній та північній частинах (менше 1 º). Для розрахункових осередків, нахил яких перевищує 3º, було визначено переважну експозицію схилів. Для цього за допомогою інструмента Експозиція побудовано відповідний растровий шар, на базі якого за допомогою інструменту Зональна статистика для розрахункових квадратів обчислено середнє експозиції в градусах.
Для розрахунку горизонтального розчленовування використовувався комплекс інструментів Гідрологія модуля Spatial Analyst, що дозволяє відновити всі ланки ерозійної мережі. Виділення ерозійної мережі проводилося у наступній послідовності [8, 9]: заповнення некоректних знижень рельєфу (інструмент Заповнення); класифікація напрямків стоку по румбах (інструмент Напрям стоку) та на основі цього – побудова растрового шару сумарного стоку (інструмент Сумарний стік). Для ідентифікації осередків водотоку необхідно підібрати значення сумарного стоку, що позначають перехід площинного стоку лінійний: порівнюючи значення сумарного стоку з топографічною картою підібрано його кількісне значення (1000). Комірки з такими значеннями сумарного стоку вибрали за допомогою функції Калькулятор растру з відповідного шару. З отриманого растру за допомогою інструментів Ідентифікації водотоків та Порядок водотоків був отриманий растровий шар водотоків-ланок, з визначенням їхнього порядку за Стралером-Філософовим. На заключній стадії було створено векторний шар ланокерозійної мережі (у вигляді поліліній), який після простого візуального аналізу та порівняння з малюнком горизонталів зажадали деякого доопрацювання, у тому числі видалення замкнутих циклів. Підсумкова карта ланок ерозійної мережі 1-6 порядку представлена малюнку 4, А.
Карта ерозійної мережі стала основою розрахунку горизонтального розчленування. У зв'язку з тим, що на цій території переважають широкі водороздільні простори, часто без чітко вираженої вершинної лінії, як показник горизонтального розчленування використовувалася довжина тальвегів ерозійних форм на одиниці площі (км/км²). Для цього полілінії ерозійної мережі були розбиті відповідно до розрахункових квадратами, та отримані відрізки, з обчисленою довжиною, приєднані до таблиці атрибутивних даних векторного шару розрахункових осередків. За цими даними та відомою площею комірки за допомогою функції Калькулятор поля обчислено значення горизонтального розчленування (рис. 4, Б).
Малюнок 4 – Відновлена ЦМР ерозійна мережа (А) та розраховане на її основі горизонтальне розчленування (Б) Тарханкутського півострова.
Аналіз карти показує, що суворої просторової закономірності в горизонтальному розчленуванні немає, проте найбільші його значення відзначаються на схилах увалів переважно південних експозицій, а найменші – їх водороздільних поверхонь.
Дані показники досить повно відбивають морфометричні особливості території. А.И.Спиридонов (1975) показує, кожен із трьох кількісних показників рельєфу (крутість поверхні, горизонтальне і вертикальне розчленування) є функцією двох інших. Розрахунок коефіцієнта парної кореляції по 1636 р. розрахунковим осередкам показала, що в цілому для Тарханкутського півострова зв'язок між цимипоказника неоднозначна: вертикальне розчленування – нахил r = 0.04, вертикальне розчленування – горизонтальне розчленування r = 0.85, горизонтальне розчленування – нахил r = 0.01. Тому більш повна морфометрична характеристика території може бути досягнута при використанні комплексних показників. Отримати таку характеристику найбільш зручно при використанні бальної шкали, як це зроблено Ф. С. Геворкяном [10]. Такий показник може характеризувати ступінь ерозійної розчленованості, потенціал прояву сучасних рельєфоутворюючих процесів, ерозії ґрунтів на будь-якій території.
Для комплексної бальної морфометричної оцінки Тарханкутського півострова використовувалися чотири вихідні показники. Відповідно до їх величин були обрані градації, з якими зіставлені значення в балах (табл. 1). У зв'язку із загалом невеликою крутістю поверхні півострова, нахил оцінювався всього шістьма балами. Внаслідок цього роль експозиційних відмінностей у характері ерозійних процесів є незначною, тому оцінюється в 2 бали. Комплексний морфометричний показник вийдуть додаванням всіх балів.
Таблиця 1 - Оцінка морфометричних показників у балах.
| Нахил | Горизонтальне розчленування | Вертикальне розчленування | Експозиція схилів (при ухилі >8º) | ||||
| градус | бали | км/км² | бали | м | бали | експозиція | бали |
| 0-1 | 1 | 0 – 0.5 | 1 | 0-10 | 1 | З | 0 |
| 1-2 | 2 | 0.5 – 1 | 2 | 10-20 | 2 | СВ | 0 |
| 2-3 | 3 | 1 –1.5 | 3 | 20-30 | 3 | У | 1 |
| 3-5 | 4 | 1.5 – 2 | 4 | 30-40 | 4 | ЮВ | 1 |
| 5-7 | 5 | 2 – 2.5 | 5 | 40-50 | 5 | Ю | 2 |
| 7-10 | 6 | 2.5 – 3 | 6 | 50-60 | 6 | ЮЗ | 1 |
| 3 – 3.5 | 7 | 60-70 | 7 | З | 1 | ||
| 70-80 | 8 | СЗ | 0 | ||||
| 80-90 | 9 | ||||||
| 90-100 | 10 | ||||||
| Максимальна кількість балів | 25 |
Переклад для розрахункових осередків конкретних значень морфометричних показників до балів та їх підсумовування дозволило побудувати підсумкову карту комплексної морфометричної характеристики території Тарханкутського півострова (рис. 5). Аналіз карти показує, що найбільші значення комплексний морфометричний показник має у західній частині півострова, зокрема на крутих схилах Південно- та Північно-Тарханкутського увалів, та в окремих ділянках у східній частині півострова. Мінімальні значення показника притаманні багатьом частинам півострова на схід від лінії озеро Донузлав – Бакальська коса, але переважно на низинних периферійних ділянках.
Малюнок 5 – Комплексний морфометричний показник та морфометричні райони Тарханкутського півострова
Значні відмінності в просторовому розподілі комплексного морфометричного показника дозволяє виділити в межах Тарханкутського півострова п'ять морфометричних районів, що загалом просторово не збігаються з морфоструктурами, що виділяються.
ТакимТаким чином, комплексний морфометричний аналіз території за допомогою ГІС на основі даних радарної інтерферометричної топографічної зйомки SRTM дозволяє швидко та ефективно оцінювати критичні властивості рельєфу, в т.ч. з метою прогнозування та ландшафтного планування. Комплексний морфометричний аналіз Тарханкутського півострова дозволив визначити області з різним характером ерозійного розчленування та виділити відповідні райони.