Методика эколого-геоморфологической оценки рельефа на региональном уровне (на примере Рязанской области)

*УДК - 551

МЕТОДИКА ЭКОЛОГО-ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ РЕЛЬЕФА НА РЕГИОНАЛЬНОМ УРОВНЕ

Ю.О. Кочеткова

Статья посвящена методике анализа и оценки геоморфологических особенностей территории Рязанской области, позволяющих сформировать общее представление об её облике, внешних особенностях и визуальных отличиях, влияющих на комфорт жизни человека. За географическую основу эколого-геоморфологической оценки приняты геоморфологические местности, входящие в состав геоморфологических подрайонов, выделенных в пределах региональных морфологических комплексов (РМК). В методике оценка осуществлялась по экологогеоморфологическим показателям, с использованием методов математической статистики (анализ таблиц сопряженности, корреляционный и кластерный анализ). Совместное использование этих методов позволяет выявить территории, отличающиеся уровнем комфортности для проживания человека.

Ключевые слова: кластерный анализ, бальная оценка, корреляционный анализ, таблицы сопряженности, экологогеоморфологическое районирование, рельеф.

Эколого-геоморфологическая оценка рельефа территории на региональном уровне предполагает в первую очередь высокий уровень геоморфологической изученности территории исследования. Это связано с тем, что для получения более достоверной информации об условиях проживания человека необходимо в качестве географической основы оценки использовать наиболее дробные единицы районирования. Так, для оценки территориальных сочетаний природных условий и ресурсов чаще всего служили единицы физико-географического или экономико-географического районирования. В нашей работе за географическую основу эколого-геоморфологической оценки были приняты геоморфологические местности, входящие в состав геоморфологических подрайонов, выделенных в пределах региональных морфологических комплексов (далее - РМК). Под геоморфологической местностью понимается наименьшая единица геоморфологического районирования, выделяемая на основе сходства морфометрических показателей, литогенной основы и, как правило, однообразия развивающихся в их пределах рельефообразующих процессов [2, с.122].

Эколого-геоморфологическая оценка рельефа на региональном уровне проводилась в несколько этапов, неразрывно связанных между собой.

На первом этапе определялась эффективность исследования, то есть условия, при которых исследование имело смысл. В связи с этим, для достижения поставленной цели нами был выбран метод главной компоненты, согласно которому исследование считалось успешным, если условия территории исследования удовлетворяли некоторой системе ограничений [1, с.45]. В качестве таковых в нашей работе выступали: радиационный фон территории, не превышающий допустимой нормы (НРБ-99) (30 микрорентген/час) и расположение объекта исследования вне поймы реки. Соответственно, если условия территорий соответствовали требованиям, то исследование в их пределах было продолжено, в противном случае оно признавалось не эффективным и прекращалось.

Следующий этап анализа подразумевал выбор показателей, отражающих эколого-

геоморфологические свойства рельефа, т.е. свойства рельефа, определяющие его роль в структуре и функционировании природных территориальных комплексов [3, с.7], в их числе, как правило, выделяют:

1) абсолютную высоту;

2) глубину вертикального расчленения;

3) горизонтальную расчлененность рельефа;

4) наклон поверхности междуречий;

5) особенности эрозионной сети - структуру и рисунок;

6) форму поперечного профиля междуречий;

7) современные рельефообразуюшие процессы и др.

При этом все показатели были объединены в группы, согласно типу шкалы, в которых они измерены:

а) морфометрические особенности рельефа (метрическая) - показатели с первого по четвёртый;

б) морфологические особенности рельефа (номинативная) - остальные показатели.

От типа шкалы зависит во-первых полнота учёта исходной информации, а во-вторых, доступность многих методов анализа данных, включая методы математической статистики.

На третьем этапе из представленного выше списка показателей с использованием методов математической статистики выбирались те, которые оказывают наиболее существенное влияние на распределение населения (его плотность) на территории области.

Первоначально определялась плотность населения на территории области в пределах отдельных

гоморфологических местностей. Для каждой местности были получены данные о её численности и площади.

Значение численности населения каждой геоморфологической местности определялось путём наложения на топографическую карту масштаба 1:100 000 (в 1 см - 1 км) карт административного и геоморфологического деления. После чего её общая величина складывалась из численности населения всех сельских населённых пунктов, входящих в состав местности. С целью избежания смещения значений плотности под действием социально-экономических причин, численность населения городов не учитывалась.

Показатели площади местностей были получены с использованием палетки (5x5 мм) и топографической карты масштаба 1:420 000 (в 1 см - 4,2 км). При этом средняя площадь находилась как среднеарифметическое из нескольких вычисленных значений. Погрешность измерений при этом + 1,5 2

составила в среднем ’ км .

При корреляционном анализе значения плотности населения представлялись в метрической шкале, при работе с таблицами сопряженности - в номинативной. Для этого метрические данные переводились в номинативную шкалу. Для получения более достоверных результатов были разработаны две шкалы с разным шагом: одна с шагом в 10 единиц, другая - в 20 (табл. 1).

На следующем, 4-ом, этапе устанавливалась связь между значениями каждого экологогеоморфологического показателя и плотности населения.

Таблица 1

Перевод показателей плотности из метрической шкалы в номинативную

№ Плотность Шаг шкалирования

п/п населения, чел/км2 10 единиц 20 единиц

1 1-10 очаговое заселение очень слабое заселение

2 10-20 очень слабое заселение

3 20-30 слабое заселение слабое заселение

4 30-40 слабо-умеренное заселение

5 40-50 умеренное заселение умеренное заселение

6 50-60 интенсивное заселение

7 60-70 сильное заселение плотное заселение

8 70-80 плотное заселение

9 80-90 густое заселение густое заселение

10 90-100 сплошное заселение

При этом, показатель считался значимым только в том случае, если между его значениями (определяющая переменная) и значениями плотности населения (зависимая переменная) исследуемой территории была установлена достоверно значимая связь, иными словами определялся ^-уровень значимости показателя. Все вычисления в ходе исследования проводились автоматически в компьютерной программе IBM SPSS Statistics 19.

Для достижения поставленной цели для метрических данных проводился корреляционный анализ посредством коэффициентов корреляции. В ходе исследования было выявлено, что наиболее распространёнными из них являются коэффициенты г-Пирсона, r-Спирмена пли 7 -Кендалла. Их выбор обусловлен особенностями связи между рассматриваемыми показателями. Определение коэффициента корреляции проходило в два этапа:

1) определение соответствия распределения значений показателей оценки нормальному виду путём применения критериев асимметрии и эксцесса. При этом распределение соответствовало нормальному в том случае, если абсолютные значения асимметрии и эксцесса не превышали свои стандартные ошибки [4, с.60];

2) анализ характера связи между эколого-геоморфологическими показателями и плотностью населения по средствам диаграмм двумерного рассеивания.

Также анализ диаграмм позволил определить градацию каждого показателя по степени комфортности для человека на несколько групп.

Таким образом, проведение корреляционного анализа позволило не только выявить особенности связи между показателями, но и определить условия более благоприятные для жизни человека, то есть определить зависимость между проявлением оцениваемого признака и плотностью населения. Это достигается за счёт анализа

Для номинативных данных в работе проводился анализ таблиц сопряжённости, с последующим вычислением критерия х2-Пирсона и формулированием статистического вывода на основании определения ^-уровня значимости. Для каждого объекта выборки была определена его принадлежность к одной из категорий морфологических показателей и плотности населения, градации которых больше двух. Далее проводился сам анализ таблиц сопряженности, представляющих собой совместное

распределение частот двух номинативных признаков, измеренных на одной группе объектов [4, с.] Строки таблицы соответствовали градациям плотности населения, столбцы - морфологических показателей.

Формулируя статистическое решение о наличии или отсутствии связи между экологогеоморфологическими показателями и плотностью населения, мы придерживались традиционной интерпретации различных уровней значимости, исходя из а=0,05 (т.е. вероятность ошибки составляет

0,05), приведённой в таблице 2. При этом, чем меньше значение ^-уровня, тем выше экологогеоморфологическая значимость показателя.

Результатом проведения корреляционного анализа и анализа таблиц сопряженности стал перечень показателей, оказывающих наиболее существенное влияние на размещение населения в пределах исследуемой территории. Полученные показатели в последующем ранжировались в зависимости от степени комфортности условий для проживания человека.

Таблица 2

Традиционная интерпретация уровней значимости при а=0,05

Уровень значимости Решение Возможный статистический вывод

p>0,1 принимается Н0 статистически достоверные различия / связи не обнаружены

<о VI сомнения в истинности Но, неопределенность различия / связи обнаружены на уровне статистической тенденции

p ^ 0,05 значимость, отклонение Н0 обнаружены статистически достоверные (значимые) различия / связи

p ^ 0,01 высокая значимость, отклонение Н0 различия / связи обнаружены на высоком уровне статистической значимости

На следующем этапе, после определения перечня действительно значимых показателей проводился комплексный эколого-геоморфологический анализ территории Рязанской области и её последующая оценка.

В связи с тем, что полученные данные были представлены в различных измерительных шкалах и, соответственно, имели разную размерность и интервал значений, возникла необходимость приведения их к единой системе измерения.

В нашей работе для этих целей использована шкала отношений. Её особенностью является наличие твердо фиксированного нуля, который означает полное отсутствие или экстремальное проявление какого-либо свойства или признака. Главное понятие этой шкалы - интервал, который можно определить как долю или часть измеряемого свойства между двумя соседними позициями на шкале. Размер интервала - величина фиксированная и постоянная на всех участках шкалы. В нашем случае взят интервал [0;1]. Таким образом, комфортным условиям соответствовали средние значения рассматриваемых показателей.

Необходимо отметить, что придавая балловые значения «свойствам» рассматриваемых показателей, мы, в дальнейшем, оценивали не сами показатели как таковые, а лишь их влияние на человека, их роль в определении комфорта проживания.

В результате преобразованные значения, непосредственно выражались в одном интервале значений - [0;1], что дало возможность сравнения уровня выраженности разных признаков у того или иного объекта (в пределах той или иной геоморфологической местности). Приведение данных к единой системе исчисления также позволило в последующем применить кластерный анализ.

Следовательно, на 6-ом этапе проводился кластерный анализ, результатом которого стала группировка местностей по совокупности условий, влияющих на размещение населения. Графически этот процесс представляется в виде дендрограммы.

В нашей работе для построения дендрограммы использован метод средней связи (Average Linkage) или межгрупповой связи (Between Groups Linkage). Он выбран не случайно, это связано с тем, что в условиях большого (более 100) объёма выборки он даёт более точные результаты классификации, чем иные методы. В качестве меры различия выступало Евклидово расстояние, которое считается наиболее подходящим для данных представленных в шкале интервалов [4, с.333].

Анализ дендрограмм проходил в два этапа: сначала определялся шаг, на котором происходило появление второго кластера, т.е. первое изменение значения коэффициента объединения. После этого находилось оптимальное число кластеров, которому соответствовала разность между числом объектов и порядковым номером шага, на котором обнаружен перепад различий коэффициентов объединения между кластерами.

По итогам дендрограмм были построены картосхемы группировки местностей по морфологическим, морфометрическим и всем эколого-геоморфологическим показателям, отражающим

Наиболее благоприятные для человека районы.

На заключительном этапе эколого-геоморфологической оценки для отображения динамики развития исследуемой территории и выявления зон возможного ухудшения условий для проживания человека на полученную картосхему наносились зоны развития геоморфологических процессов. Иными словами, выделялись зоны неблагоприятных эколого-геоморфологических ситуаций, сложившихся на территории Рязанской области под действием современных экзогенных процессов. Так как их протекание носит циклический характер (активизация - затухание), то и эколого-геоморфологические ситуации также подвержены изменению от экстремальных до почти стабильных.

Таким образом, эколого-геоморфологическая оценка рельефа территории на региональном уровне это сложный и ёмкий процесс, предполагающий высокий уровень геоморфологической изученности территории исследования. В нашей работе, для получения наиболее достоверной информации о влиянии рельефа на размещение населения на территории Рязанской области за географическую основу экологогеоморфологической оценки были приняты геоморфологические местности.

Эколого-геоморфологическую оценку рельефа на региональном уровне следует проводить в несколько этапов:

а) определить эффективность исследования, то есть условия, при которых исследование имеет

смысл;

б) рассчитать плотность населения согласно единицам районирования взятым за географическую основу исследования;

в) сформировать перечень показателей оценки, оказывающих наиболее существенное влияние на распределение населения на исследуемой территории по средством методов математической статистики. Провести ранжирование эколого-геоморфологических показателей в интервале [0;1] в зависимости от их влияния на комфортность проживания человека. Для этого установить связь между значениями каждого эколого-геоморфологического показателя оценки и плотностью населения: для данных, представленных в метрической шкале, провести корреляционный анализ посредством коэффициентов корреляции fr-Пирсона, r-Спирмена или 7 -Кендалла), для номинативных - анализ таблиц сопряженности;

г) провести комплексный эколого-геоморфологический анализ территории;

д) привести полученные данные к единой системе измерения в интервале [0;1], согласно ранжированию показателей, и оценить территорию по определённому перечню показателей.

е) применить кластерный анализ с целью группировки местностей по совокупности условий, влияющих на размещение населения и выделить территории различающиеся степенью комфортности проживания в их пределах;

ж) выделить зоны неблагоприятных эколого-геоморфологических ситуаций, сложившихся в пределах исследуемой территории под действием современных экзогенных процессов.

В целом, если на этапе прогнозирования известна лишь общая картина условий проживания людей на территории области, то в результате применения предложенной методики можно не только определить различия между местностями, но и выявить потенциальные участки ухудшения условий жизни человека.

This article is devoted to methods of analysis and evaluation of geomorphological pecularities of conformation of Ryazan region, which let us form general picture of territory, its external pecularities and visual differences, that influence on good people's living. Geomorphological districts were taken like geographical foundation of ecological-geomorphological account, which were part of geomorphological subdistricts pointed out in limits of regional morphological assemblage (RMA). The account was made by ecological - geomorphological factors using some methods of mathematical statistics (analyzing table of contingence, correlated and clustered analyzing). Cooperative using of these methods let us find some zones which are comfortable and uncomfortable for living.

The key words: clustered analyzing, points account, correlated analyzing, table of contingence, ecological-geomorphological zoning, reliej.

Список литературы:

1. Босс В. Лекции по математике. Т.4: Вероятность, информация, статистика. М.: КомКнига, 2005,

216 с.

2. Комаров М.М., Кривцов В.А. Дробное геоморфологическое районирование территории Рязанской области. // Вопросы региональной географии и геоэкологии: Межвузовский сборник научных трудов. 2010. № 10. С. 120-145.

3. Кружалин В.И., Симонов Ю.Г., Симонова Т.Ю. Человек, общество, рельеф: Основы социально-экономической геоморфологии. М.: Диалог культур, 2004. 120 с.

4. Наследов, А.Д. Математические методы психологического исследования. Анализ и интерпретация данных [Текст] : Учеб. Пособие. 3-е изд., стереотип. СПб.: Речь, 2007. 392 с.

Кочеткова Ю.О. - аспирант Рязанского государственного университета имени С.А. Есенина (РГУ имени С.А. Есенина), vu.kochetkova@rsu.edu.ru.