Составление разномасштабных карт паводковой ситуации в бассейне Р. Обь по данным дистанционного зондирования

УДК 528.4

О.Г. Новгородцева

ИВЭП СО РАН, Барнаул

СОСТАВЛЕНИЕ РАЗНОМАСШТАБНЫХ КАРТ ПАВОДКОВОЙ СИТУАЦИИ В БАССЕЙНЕ Р. ОБЬ ПО ДАННЫМ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

O.G. Novgorodtseva IWEP SB RAS, Barnaul

CONSTRUCTION OF DIFFERENT-SCALED FLOOD MAPS REPRESENTING POTENTIALLY DANGEROUS FLOODED ZONES IN THE OB BASIN FROM REMOTE SENSING DATA

To carry out monitoring and predicting aimed at damage reduction from spring high water in the Ob basin, the construction of different-scaled flood maps using remote sensing data is made. The emphasis is given to risks of settlements impoundment. The paper presents the technological stages and elements of proceeding space images as well as the content of special maps representing current flood situations.

Как правило, на территории верхней части бассейна р. Обь ежегодно проходит две волны паводка. Первая волна начинается в начале апреля. Это период активного снеготаяния в степной зоне, вскрытия рек, в первую очередь - в южных районах, преимущественно в Алтайском крае. Во второй декаде апреля на реках края обычно начинается ледоход. Основную опасность на этом этапе представляют водные потоки склоновых поверхностей, подтопления пониженных участков местности, переполнение прудов, водоемов-накопителей, размывы дорог и дамб, мощные заторы на реках.

Вторая волна паводка, как правило, проходит в конце мая - начале июня, когда начинается активное снеготаяние в предгорных и горных районах Республики Алтай. Здесь основная опасность периода - подъем уровня воды в реках выше критических отметок, что ведет к подтоплению населенных пунктов и индустриальных объектов, а также сельхозугодий, расположенных в низменных участках местности.

Для проведения аварийно-спасательных и других неотложных работ в зоне возможного подтопления в числе различных мероприятий ведется разработка разномасштабных оперативных карт паводковой ситуации. Особое внимание уделяется населенным пунктам, которые находятся в зоне потенциального затопления.

Одним из источников информации для составления карт являются данные дистанционного зондирования. Осуществляемый мониторинг опирается на ежедневные оперативные наблюдения за состоянием воды в русле и пойме р. Обь. Русло реки и его комплексы слишком велики, чтобы при наземном изучении находиться в едином поле зрения наблюдателя, и не могут изучаться сразу по всей площади распространения потенциальной

зоны затопления. Большая обзорность и выраженность русла и долины реки в фотоизображении делают реальным картирование выходов воды из берегов рек, основанное лишь на объективных данных дешифрирования.

Космические снимки (КС) не заменяют ни крупномасштабных аэроснимков, ни, тем более, наземных наблюдений. Использование КС в определении разлива реки, во-первых, позволяет при помощи современных ГИС-технологий картографировать паводковую обстановку интересующих участков рек; во-вторых, легко выполнять количественную оценку площади затопления.

Мониторинг паводковой ситуации ведется с помощью спутника Terra/MODIS космической системы EOS. Специализированный модуль на основе ГИС-пакета ENVI 4.4 и методика обработки многоспектральных данных датчика MODIS, используемые в настоящее время, были разработаны к.т.н. В.В. Голомолзиным. Принципиальная схема технологии обработки ДДЗ основана на использовании различии характеристик параметров пространственного разрешения и спектральных диапазонов (таблица).

Таблица. Каналы датчика MODIS для оценки паводковой обстановки

№ канала Пространственное разрешение, м Спектральные диапазоны, мкм Полоса обзора, км

1 250 0.620 - 0.670

2 250 0.841 - 0.876 2 330

20 1 000 3.660 - 3.840

31 1 000 10.780 - 11.280

В связи с тем, что спутник Terra является оптическим, то мониторинг паводковой ситуации ограничен световым днем и требует безоблачных погодных условий. В качестве информации используются данные формата PDS.

Цифровые данные формата PDS проходят калибровку. Затем, используя модули ГИС-пакета ENVI 4.4, трансформируются в картографическую проекцию, здесь же дополнительно рассчитывается нормализованный вегетационный индекс (NDVI), после чего запускается окончательный расчет в модуле классификации. Полученная классификация многоспектральных данных позволяет выделить на реках, озерах и водохранилищах: лед, заснеженный лед, разрушенный лед, воду, землю, мокрую траву, облака. Результаты классификации в виде shp-файлов экспортируются в ArcGIS 9.3, где совмещаются с картографической основой.

В качестве картографической основы для отображения паводковой обстановки принимают цифровые карты масштаба 1 : 100 000. Такие карты выполнены с использованием ГИС ArcView 3.2a по данным снимков американского спутника Landsat. Карты составлены с учетом основных требований создания цифровых карт, а именно:

1. Пространственная локализация объектов. Согласно этому требованию линейные объекты оцифровываются по оси симметрии, площадные - по контуру объекта, а точечные - по центру объекта.

2. Пространственная информация. Включает в себя геометрическую информацию (размеры, форма объектов и т. д.) и топологическую (взаимное расположение объектов).

3. Непространственная информация. Описывает семантические свойства объектов.

Общегеографическое содержание карт паводковой обстановки представлено: гидрографией, населенными пунктами, рельефом, путями сообщения, растительностью и грунтами, границами.

Гидрография показана реками как с постоянным течением, так и пересыхающими, каналами озерами, водохранилищами. На всех картах реки отображаются традиционно - способом линейных знаков. Линейный знак локализован по оси объекта в натуре. Озера и водохранилища показаны способом относительных ареалов, потому что водоемы не имеют строгих границ в силу изменений уровня воды. Вся гидрография окрашена традиционно оттенками синего цвета на всех картах.

Населенные пункты классифицированы по типу поселения. К площадным элементам относятся города, окрашенные серым цветом. К точечным элементам относятся районные центры и поселения сельского типа коричневого цвета большего и меньшего размера пунсона соответственно. Населенные пункты оцифрованы двумя способами отображения: способом ареалов (города) и точечным способом (районные центры и поселения сельского типа).

Рельеф представлен горизонталями темно серого цвета. Горизонтали оцифрованы способом изолиний.

Транспортная сеть представлена железными и автомобильными дорогами. Они переданы способом линейных знаков. Железные дороги на картах преимущественно даны сплошной линией черного цвета. Автомобильные дороги даны линией коричневого цвета.

Все элементы растительности переданы способом относительных ареалов, так как ареал охватывает область более интенсивного проявления изображаемого явления или выделяет пределы распределения определенных свойств явления. На всех картах леса, показаны заливкой зеленого цвета; болота даны традиционно горизонтальной штриховкой синего цвета; солончаки показаны вертикальной штриховкой синего цвета.

Границы представлены областными границами и районными. Все границы переданы способом линейных знаков. Областные границы даны синей пунктирной линией с двумя точками, а районные границы переданы аналогичным стилем линии, но с одной точкой.

При составлении карт принимаются во внимание некоторые особенности повторяющихся ситуаций. Например, учитывается тот факт, что ежегодно в зону возможного подтопления в весенне-летний период попадают некоторые населенные пункты. Одним из таких населенных пунктов является город Камень-на-Оби. Город расположен на левом берегу реки Оби в приобской ландшафтной провинции в пределах лесостепной зоны. У города

река сужается до 3-х км, глубоко врезаясь в рыхлые породы. Рельеф увалистый с большим числом оврагов и балок.

Уже имеющиеся знания о подобных населенных пунктах и условиях их подтопления вызывают необходимость более подробного отображения некоторых элементов содержания карт. В первую очередь это касается населенных пунктов. В целях большей детальности в качестве основного источника для оцифровки квартальной сетки города используются снимки спутника SPOT-2. Оцифровка выполняется в ГИС ArcGIS 9.3. с помощью специальных наборов инструментов.

Электронные карты паводковой обстановки, составленные по данным дистанционного зондирования с использованием специализированного модуля, отвечают основным требованиям составления оперативных карт специального содержания - наглядностью, в достаточной степени информативностью и разгруженностью элементов содержания.

Карты являются одним из основных источников информации для служб МЧС не только для оценки оперативной паводковой ситуации, но и как элементы прогнозирования риска возможного подтопления территорий.

© О.Г. Новгородцева, 2009