Морфодинамическое картографирование типов берегов ангарских водохранилищ по материалам дистанционного зондирования Земли

пород. Методы лабораторных исследований. Л.: Недра, 1990. 327 с.

5. Рященко Т.Г. Версии формирования просадочности лессовых пород Приангарья и Забайкалья // Инженерная геология массивов лессовых пород. М.: Изд-во МГУ, 2004. С. 66-67.

6. Рященко Т.Г. Типизация геологической среды г. Эрдэнэта (Монголия) при оценке сейсмического риска территории: материалы 1-го Уральского междунар. эколог. конгресса. Т. I. Геология. Инженерная геология. Екатеринбург: СОООО - МАНЭБ, 2007. С. 211-216.

7. Рященко Т.Г. Региональное грунтоведение (Восточная Сибирь). Иркутск: Изд-во ИЗК СО РАН, 2010. 287 с.

8. Рященко Т.Г., Акулова В.В., Соколов В.Н. [и др.]. Анализ микроструктуры лессов из района Северного лессового плато Китая // Геоэкология, 2000. № 3. С. 234-240.

9. Рященко Т.Г., Ухова Н.Н., Штельмах С.И. [и др.]. Гипотезы формирования бурых суглинков Приморья: ретроспектива и новый взгляд (Дальний Восток России) // Тихоокеанская

геология. 2011. Т. 30. № 3. С. 80-92.

10. Рященко Т.Г., Хмелевская И.М., Ухова Н.Н. [и др.]. Комплексные исследования состава, микроструктуры и свойств тиксотропных глин (площадка нефтегазоносной скважины в районе г. Биробиджана) // Геология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований. Вып. 2. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2002. С. 80-85.

11. Ухова Н.Н., Рященко Т.Г. Микроструктура, химический состав и физико-химические свойства донных осадков оз. Байкал (хребет Академический) // Геология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований. Вып. 4. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2004. С. 156-181.

12. Ryashchenko T.G., Akulova V.V, Erbaeva M.A. Loessial soils of Priangaria, Transbaikalie, Mongolia and northwestern China // Quaternary International. 2008. № 179. P. 90-95.

13. Yang T., Gong S. Microscopic analysis of the engineering geological behavior of soft clay in Shanghai, China // Bull. Eng. Geol. Environ. 2010. V. 69. № 4. P. 607-615.

УДК 528.88

МОРФОДИНАМИЧЕСКОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ТИПОВ БЕРЕГОВ АНГАРСКИХ ВОДОХРАНИЛИЩ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ

В.П. Ступин1, Л.А. Пластинин2

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Рассмотрена сущность и назначение морфодинамического картографирования. Охарактеризованы принципы выделения элементов земной поверхности и построения морфодинамических карт. На примере Ангарского гид-роэнергетичекого каскада показаны особенности морфодинамического картографирования берегов водохрани-ищ. Предложены классификация типов берегов и методика картографирования подзон и поясов зоны их влияния, разработанные авторами на основе концепции морфосистем. Ил. 7. Библиогр. 4 назв.

Ключевые слова: картографирование морфосистем; динамика берегов водохранилищ.

MORPHODYNAMIC MAPPING OF TYPES OF ANGARA RESERVOIR SHORES BY EARTH REMOTE SENSING DATA

V.P. Stupin, L.A. Plastinin

National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.

The essence and purpose of morphodynamic mapping is considered. The identification principles for the elements of the earth surface and creating morphodynamic maps are characterized. On the example of the Angara hydropower engineering cascade the article demonstrates the features of morphodynamic mapping of reservoir shores. The authors propose a classification of types of shores and methods of mapping the subzones and zones of their influence that were developed on the basis of the concept of the morphosystem. 7 figures. 4 sources.

Key words: morphosystem mapping; dynamics of reservoir banks.

Сущность и назначение морфодинамического картографирования. Морфодинамическая карта содержит элементы рельефа, выделенные по их по-

ложению в поле силы тяжести Земли, что, собственно, и определяет морфодинамические характеристики земной поверхности, поскольку именно вследствие

1 Ступин Владимир Павлович, кандидат географических наук, доцент кафедры макшейдерского дела и инженерной геодезии, тел.: 89647482242, e-mail: Stupinigu@mail.ru

Stupin Vladimir, Candidate of Geography, Associate Professor of the Department of Mine Surveying and Engineering Geodesy, tel.: 89647482242, e-mail: Stupinigu@mail.ru

2Пластинин Леонид Александрович, доктор технических наук, профессор кафедры макшейдерского дела и инженерной геодезии, тел. 89148811808, e-mail: irkplast@mail.ru

Plastinin Leonid, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Mine Surveying and Engineering Geodesy, tel. 89148811808, e-mail: irkplast@mail.ru.

нахождения неровностей земной поверхности в гравитационном поле они и становятся рельефом в географическом смысле этого слова - у форм рельефа появляются «верх» и «низ», склоны приобретают высоту и уклон, определяются направление и скорость лито-динамических потоков. Наконец, сами структурные линии рельефа обретают статус гребневых (водоразделы) и килевых (тальвеги) линий, выпуклых (бровки) и вогнутых (подошвы) перегибов.

Целью построения морфодинамической карты является анализ пространственных, а через них и всех других (функциональных, возрастных, генетических, динамических и т.д.) свойств и соотношений элементов рельефа между собой. Морфодинамическая карта содержит первичные данные о рельефе и является основой для любых последующих интерпретаций. По ней можно выполнять историко-генетические, литоди-намические, морфотектонические и прочие заключения, а также определять характеристики конкретных морфосистем - группировок выделенных элементов, отношения и связи которых подчинены законам строения земной поверхности. На основе этой карты можно лучше понять закономерности и особенности происхождения и развития выделенных на ней элементов, а также динамики рельефообразующих процессов. Карта может использоваться как для анализа ее собственной информации, так и для последующего соотнесения с дополнительными данными. Таким образом, морфодинамическая карта первична, универсальна и имеет общегеографическое значение в процессе познания рельефа земной поверхности и размещенных на ней геосистем.

Исходные материалы для морфодинамиче-ского картографирования. Материалы, содержащие исходную информацию о земной поверхности, должны обеспечивать строгую и однозначную фиксацию морфологических элементов, т.е., желательно, быть первичными. Прежде всего, это материалы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) - аэро- и космофотоснимки, а также их монтажи. Вторичные материалы представлены разновозрастными и разномасштабными топографическими и другими картами, составление которых в результате интерполяций и изолинейного отображения положения рельефа в трехмерном пространстве приводит к существенной континуализации земной поверхности - затушевыванию естественной делимости путем сглаживания границ и различий в заключенных между ними частях поверхности. Сюда же можно отнести и цифровые модели рельефа, на которых высоты хотя и представлены дискретно, но получены в результате осреднения или интерполяции.

Выделение элементов земной поверхности. Проще всего выделение элементов земной поверхности произвести по топографическим изолинейным картам, масштабы которых должны превышать масштаб выходных карт в несколько раз, так как для достоверного выделения структурных линий рельефа требуется малое заложение и сечение горизонталей.

Гребневые и килевые структурные линии проводят, учитывая, что по отношению к преобладающим

простираниям форм рельефа они могут лежать как продольно, соответствуя направлению коррелируемых форм, так и поперечно или под углом к ним. Продольные линии трассируются по длинным осям линейных и вытянутых замкнутых и незамкнутых горизонталей (выступы, лощины, долины разного генезиса) и разделяющим эти формы седловинам. Поперечные линии, обычно отражающие менее уверенную корреляцию, соединяют согласованные изгибы смежных горизонталей. Эти изгибы и изменения выражаются в замыкании горизонталей, а также в сужении и расширении форм в плане. При пересечении продольных и поперечных одноименных структурных линий образуются вершинные и донные точки, а при пересечении разноименных линий - седловинные. Коррелируют между собой также цепочки положительных и отрицательных форм рельефа.

В пределах изометричных форм, там, где уклон земной поверхности вдоль структурной линии превышает уклон в поперечном направлении, тальвеги и водоразделы провести труднее, например на центро-клинальных и периклинальных окончаниях форм рельефа. Но на практике такие случаи встречаются достаточно редко.

Выделение линий выпуклого и вогнутого перегиба по картам не вызывает затруднений при их относительно неизменном положении по высоте. Однако нередки случаи, когда это положение существенно меняется.

Для выявления латеральной делимости земной поверхности проводят морфоизографы - линии, разграничивающие выпуклые и вогнутые в плане склоны. Их положение фиксируют по нулевым значениям горизонтальной кривизны земной поверхности. При переходе через морфоизографы выпуклые, вогнутые или прямолинейные в плане участки склона сменяют друг друга. Для определения этих линий проводят касательные к горизонталям.

Использование стереоскопических моделей, построенных по материалам ДЗЗ, существенно облегчает построение морфодинамических карт. В стереоре-жиме выделяют сеть структурных линий и характерных точек, в том числе важнейших из них - вершин изометричных положительных и отрицательных форм рельефа. Далее выявляют заключенные между ними элементарные поверхности с отнесением каждой из них к определенным категориям по форме в профиле и плане, а также положению по вертикали и крутизне.

Построение морфодинамических карт. Морфодинамическая карта жестко фиксирует элементы рельефа и предоставляет материал для морфодина-мического анализа. Она устанавливает взаимные пространственные связи элементов земной поверхности, а также их сложные целостные образования - конкретные морфосистемы. Эти связи можно фиксировать как с помощью структурных линий, так и с помощью линий тока. Обе эти системы дополняют друг друга, отражают дискретно-континуальную природу земной поверхности, а также связи между ее элементами в гравитационном поле.

Структурные линии отражают дискретность рельефа и его делимость на элементарные литодинамиче-ские поверхности. Они также фиксируют связи между смежными площадными элементами (склонами). Совокупность этих линий выступает в роли каркаса, жесткой основы строения земной поверхности.

Линии (векторы) тока направлены по наибольшим уклонам элементарной поверхности рельефа, к которой принадлежат. Они отражают форму земной поверхности в плане, ее континуальность, а также направление и напряженность внутри- и межсистемных литодинамических потоков. Схождение линий тока указывает на вогнутую в плане поверхность, расхождение - на выпуклую. Плотность линий указывает на потенциальную энергию денудации склона. На прямых скатах векторные линии прямолинейны и параллельны. Форма и положение элементарных поверхностей в вертикальном профиле является признаком для их отнесения к разным категориям: верхним (вершинным, привершинным, вдольгребневым), склоновым, нижним (донным, вдолькилевым) и сквозным. По относительной крутизне склоновые площадные элементы разделяют на фасы, уступы, площадки и подножия.

Зафиксированная на карте морфодинамическая основа позволяет нанести последующую нагрузку, что обеспечивает возможность использования карты в качестве непосредственной основы или «подложки» при построении базирующихся на ней других специальных и комплексных карт, в частности, морфодина-мических карт водохранилищ.

Особенности картографирования водохранилищ. Создание карт морфодинамики водохрани-

лищ является примером целевого приложения метода морфодинамического картографирования к конкретным антропогенным морфосистемам [2-4]. Основными особенностями данных систем являются наличие в их составе водной массы и необходимость определения зоны влияния водохранилищ на рельеф как для определения границ картографируемых ареалов, так и для организации мониторинга водохранилищ. Для выполнения типизации берегов и выявления специфики их развития требуется, помимо материалов ДЗЗ и топографических карт, привлечение дополнительных материалов - ведомственных, литературно-справочных и т.п.

Детальность создаваемой карты зависит от ее масштаба. Тонкости выполняемой генерализации могут уточняться, но в любом случае карта должна отражать, кроме чисто морфодинамического содержания, ряд специфических компонентов, к которым относятся:

- пояса зоны влияния водохранилища на мор-фосистемы своего ложа и берегов;

- типы берегов, определяемые их фоновыми закономерностями;

- различные процессы и явления на побережье, определяемые его осложняющими особенностями.

Рассмотрим принципы и методику картирования этих составляющих карты морфодинамики водохранилищ подробнее.

Картографирование поясов зоны влияния водохранилищ. В зоне влияния водохранилищ на свое ложе и берега выделяется ряд подзон и поясов, отличающихся по своей морфодинамической обстановке (рис. 1).

Прежде всего, выделяются две подзоны:

- подзона затопленных субаквальных морфосистем, включающая пояс вне волнового воздействия на дно водохранилища и пояс в пределах волнового воздействия;

- подзона субаэральных морфосистем, включающая пояс непосредственного волнового воздействия на берег (пояс береговых склонов, собственно берег), пояс подтопления и пояс опосредованных прибрежных склонов, опирающихся на береговые клифы и пляжи.

Кроме того, выделяется переходный пояс осушки, который периодически переходит из субаквального в субаэральный режим. Мощность этого пояса определяется разностью между форсированным подпорным уровнем (ФПУ) и уровнем мертвого объема (УМО), который, например, для Братского водохранилища составляет 10 м.

Глубина волнового воздействия приблизительно определяется в половину длины штормовой волны, которая зависит от длины разгона волн, силы ветра и рельефа берегов. Так, в Братском водохранилище максимальные длины волн определяются в 20 м в озеровидных расширениях и 10 м на остальной акватории. Поэтому здесь глубина волнового воздействия принята нами соответственно в 10 и 5 м ниже УМО.

Пояс подтопления характерен для низких, отме-лых и пологих берегов ингрессионных заливов, где подпор грунтовых вод вызывает их подъем и заболачивание берегов.

Пояс прибрежных склонов выделяется и картируется приемами морфодинамического картографирования, описанными выше, и включает те прибрежные склоны, линии тока которых открываются непосредственно на склоны пояса берегового склона.

Картографирование типов берегов водохранилищ. На карте отображены четыре основные типа берегов, отличающиеся друг от друга балансом абразии и аккумуляции:

- абразионные (абразия больше аккумуляции);

- абразионно-аккумулятивные (абразия и аккумуляция приблизительно равны);

- аккумулятивные (аккумуляция преобладает);

- стабильные (абразия и аккумуляция крайне незначительны).

Строгая дефиниция рассмотренных типов берегов требует больших объемов работ по определению их литодинамического баланса, поэтому нами применялся упрощенный способ, основанный на анализе морфологии берегов - наличию или отсутствию клифа и пляжа на момент достижения водохранилищем своего нормального подпорного уровня. Так:

- при наличии клифа, отсутствии или зачаточном состоянии пляжа берег относился к абразионному типу;

- при наличии клифа и пляжа - к абразионно-аккумулятивному типу;

- при отсутствии или зачаточном состоянии клифа и развитом пляже - к аккумулятивному типу;

- при отсутствии или слабом развитии и клифа, и пляжа - к стабильному типу.

Рассмотренный способ позволяет выделять типы берегов по имеющемся в свободном доступе в Internet космическим снимкам крупного и среднего масштабов.

Картографирование осложняющих элементов. Осложняющие особенности морфодинамики берегов обычно обусловлены их литологией, особенностями микроклимата, растительностью и т.п. При этом возникают различные специфические процессы экзогенного морфогенеза, проявляющиеся в появлении особых форм рельефа. К таковым специфическим формам, обычно отражаемым на карте способом значков, относятся: тела обвалов и оползней; блоки отседания; карстовые блюдца, воронки и провалы; береговые промоины и овраги; различные эоловые формы, крупные водно-аккумулятивные формы (косы, пересыпи) и т.п.

Наличие таких форм на карте позволяет произвести более детальную классификацию основных типов берегов, например, выделить группу денудационно-абразионных берегов - абразионно-оползневых, абра-зионно-карстовых, абразионно-эрозионных и пр.

Кроме того, на карте в пределах отображаемого побережья схематично показываются антропогенные объекты - застроенные территории, крупные гидротехнические объекты, сельскохозяйственные угодья, вырубки и т.п.

На рис. 2-6 приведены образцы разномасштабных снимков и морфодинамических карт, составленных по описанной методике на два типичных участка береговой зоны Иркутского водохранилища и приплотинный участок Братского водохранилища.

На рис. 7 представлена легенда морфодинамических карт, разработанная применительно к картографированию морфосистем зоны влияния водохранилищ Ангарского каскада. Обращаем внимание, что на картах 3, 5 и 6 грунты показаны только для зоны осушки.

Морфосистемы зоны влияния водохранилища: подзона постоянно затопленных (субаквальных) морфосистем: 1 - пояс глубже волнового воздействия; 2 - пояс волнового воздействия; 3 - переходный периодически затопляемый пояс (пояс осушки); подзона субаэральных морфосистем; 4 - пояс подпора грунтовых вод; 5 - пояс прибрежных склонов; непосредственно опирающихся на береговые клифы и пляжи.

Типы берегов: 6 - абразионные; 7 - аккумулятивные; 8 - абразионно-аккумулятивные; 9 - стабильные.

Морфодинамические элементы рельефа: 10 -гребневые линии (водоразделы) четкие; 11 - гребневые линии сглаженные; 12 - килевые линии (тальвеги) четкие; 13 - килевые линии сглаженные; 14 - бровки (выпуклые перегибы склонов); 15 - подошвы (вогнутые перегибы склонов); 16 - бровки клифов; 17 - вершинные точки; 18 - донные точки; 19 - линии тока (векторы литодинамических потоков).

Характер грунта: 20 - скальный; 21 - глыбово-щебнистый; 22 - песчаный; 23 - глинистый; 24 - илистый; 25 - искусственный (насыпной).

Прочие обозначения: 26 - затопленная береговая линия; 27 - застроенные территории; 28 - плотина ГЭС; 29 - оползни; 30 - карст; 30 - эоловые формы.

Рис. 3. Морфодинамическая карта участка, приведенного на рис. 2.

Рис. 4. Абразионно-аккумулятивный берег в районе поселка Новоразводная

Рис. 5. Морфодинамическая карта участка, приведенного на рис. 4.

Рис. 6. Морфодинамическая карта приплотинной части Братского водохранилища

Следует отметить, что рассмотренную методику можно применять не только при изучении и картировании морфодинамики действующих водохранилищ, но и при создании прогнозных карт проектируемых и заполняемых искусственных водоемов; такая работа,

например, выполнена нами в интересах анализа размыва берегов Богучанского водохранилища. Кроме того, рассмотренный подход вполне применим при изучении и картографировании природных водоемов -озер, морей и т.п.

Библиографический список

1. Ласточкин А.Н. Морфодинамический анализ. Л.: Недра, 1987. 256 с.

2. Ступин В.П. Выявление и дефиниция морфосистемы в интересах картографирования рельефа // Геодезия и картография. 2009. № 9. С. 30-38.

3. Ступин В.П. Горнопромышленные морфосистемы При-

байкалья // Вестник ИрГТУ. 2010. № 1. С. 188-190. 4. Ступин В.П. Морфодинамический анализ и картографирование рельефа зоны влияния водохранилищ Ангарского каскада на основе концепции морфосистем // Известия вузов. Горный журнал. 2010. № 5. С. 115-120.