Эколого-геоморфологическая оценка морфометрических особенностей рельефа Рязанской области

УДК 551;

ББК 26.823

Кочеткова Ю. О.

ЭКОЛОГО-ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МОРФОМЕТРИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ РЕЛЬЕФА РЯЗАНСКОЙ ОБЛАСТИ

Kochetkova J. O.

THE ECOLOGICAL AND GEOMORPHOLOGICAL ASSESSMENT OF MORPHOMETRIC FEATURES OF THE RYAZAN REGION RELIEF

Ключевые слова: кластерный анализ, бальная оценка, корреляционный анализ, эколого-геоморфологическое районирование, рельеф, оценка.

Keywords: clustered analyzing, points account, correlated analyzing, ecological-geomorphological zoning, relief, account.

Аннотация

Статья посвящена анализу и оценке морфометрических особенностей рельефа на территории Рязанской области. За географическую основу эколого-геоморфологической оценки были приняты геоморфологические местности, входящие в состав геоморфологических подрайонов, выделенных в пределах региональных морфологических комплексов (РМК). Оценка осуществлялась по экологогеоморфологическим показателям, с использованием методов математической статистики (корреляционный и кластерный анализ). Совместное использование этих методов позволило выявить зоны, отличающиеся комфортными и некомфортными условиями для проживания человека.

Abstract

This article is about analyzing and account of morphometric pecularity of conformation of Ryazan region. 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 ( correlated and clustered analyzing). Cooperative using of these methods let us find some zones which are comfortable and uncomfortable for living.

Человек живет на территориях с различным рельефом. Любые геоморфологические условия могут быть основой его среды обитания, если они отвечают требованиям, предъявляемым к данной местности (комфортности, безопасности и привлекательности для постоянного проживания). Рельеф, наряду с литологией горных пород, является «базовым элементом» природы. С ним, напрямую или опосредованно, тесно связаны все другие компоненты природы. Поэтому рельеф следует рассматривать как одно из условий, влияющих на формирование среды жизни человека. Вопросами анализа комфортности рельефа для жизни занимается экологическая геоморфология, которая в последние годы получила достаточно широкое развитие.

Ещё с древних времён выбор места под строительство населённых пунктов обуславливался геоморфологическими условиями территории. При этом внимание обращалось в первую очередь на абсолютную высоту территории и особенности её расчленения, иными словами на морфометрические характеристики рельефа территории. В связи с этим, эколого-геоморфологическую оценку рельефа следует проводить, в первую очередь, с учётом морфометрических особенностей местности.

Сама оценка проводилась в несколько этапов, неразрывно связанных между собой. Все вычисления в ходе исследования осуществлялись автоматически в компьютерной программе

IBM SPSS Statistics 19. Анализу не подвергались территории, являющиеся поймой рек, к таковым в области относятся 3 геоморфологические местности: Окско-Мокшинская (Б(1)-2б-1), Мокшинская (Б(1)-2б-2) и Окская (Б(2)-1д-1). Таким образом, при вычислениях объём выборки составил 125 геоморфологических местностей Рязанской области, далее объектов.

В своей работе при эколого-геоморфологической оценке территории мы использовали схему дробного геоморфологического районирования, предложенную Кривцовым В.А. и Комаровым М.М [6]. Анализ геоморфологических условий территории проводился с использованием данных, полученных вышеупомянутыми авторами [2-5, 9, 10], которые были несколько дополнены согласно требованиям исследования.

Первый этап эколого-геоморфологического анализа подразумевал выбор показателей, отражающих эколого-геоморфологические свойства рельефа, т.е. свойства рельефа, определяющие его роль в структуре и функционировании природных территориальных комплексов [7]. Среди них, как правило, выделяют [12]:

1) абсолютную высоту;

2) глубину вертикального расчленения;

3) горизонтальную расчлененность рельефа;

4) наклон поверхности междуречий.

При этом для показателей был определён тип шкалы, в котором они измерены. Тип шкалы определяет, во-первых, полноту учёта исходной информации, а во-вторых, доступность многих методов анализа данных, включая методы математической статистики. В нашем случае все показатели измерялись в метрической шкале.

На следующем 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 Рязанской области. Данная задача достигалась посредствам корреляционного анализа, который подразумевает проверку гипотез о связях между переменными с использованием коэффициентов корреляции (г-Пирсона, r-Спирмена и т -Кендалла). Коэффициент корреляции - это мера прямой или обратной пропорциональности между двумя переменными. Он чувствителен к связи только в том случае, если эта связь является монотонной - не меняет направления по мере увеличения значений одной из переменных. При этом основными показателями выступают: сила, направление и надежность (достоверность) связи. Сила связи определяется по абсолютной величине корреляции (меняется от 0 до 1). Направление связи находится по знаку корреляции: положительный -связь прямая, отрицательный - связь обратная. Надежность связи выявляется ^-уровнем статистической значимости (чем меньше р-уровень, тем выше статистическая значимость, достоверность связи) [1, 8].

Таким образом, показатель считался значимым только в том случае, если между его значениями (определяющая переменная) и значениями плотности населения (зависимая переменная) территории Рязанской области была установлена достоверно значимая связь.

Значение плотности населения на территории области для каждой

_В

геоморфологической местности были получены согласно выражению: р ~ ^, где B -

численность сельского населения, чел, S - площадь, км2.

Значение численности населения каждой геоморфологической местности определялось путём наложения на топографическую карту масштаба 1:100 000

значения [13].

Показатели площади местностей получены с использованием палетки (5х5 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 и составила

2 _|_ 1 г 2

4,4 км . Погрешность измерений составила в среднем —км .

Данные о численности и площади геоморфологических местностей использовались для нахождения плотности населения в их пределах, согласно выше представленному выражению. В целом можно отметить, что для территории области характерно в среднем очень слабое заселение (14 чел/км ).

Далее устанавливалась связь между значениями каждого экологогеоморфологического показателя и плотности населения по средствам коэффициентов корреляции. Их применение обусловлено особенностями связи между рассматриваемыми показателями. В ходе исследования было выявлено, что распределение значений рассматриваемых показателей не соответствует нормальному виду, и отличается «экстремальными» значениями, относительно средних величин. Проверка соответствия распределения значений показателей нормальному виду осуществлялась нами путём применения критериев асимметрии и эксцесса. При этом полученные данные показали, что абсолютные значения асимметрии и эксцесса не превышают свои стандартные ошибки лишь у одного эколого-геоморфологического показателя - густоты расчленения. Для остальных же показателей распределение значений не соответствует нормальному виду. По этой причине, в нашей работе корреляционный анализ проводился с использованием коэффициентов

r-Спирмена и t-Кендалла.

Ещё одно важно условие применения вышеназванных коэффициентов, которое необходимо было проверить, это монотонный характер связи переменных [1]. Для этого был проведён анализ диаграмм двумерного рассеивания. В нашей работе под диаграммой рассеивания мы понимаем график, одна ось которого соответствует значениям плотности населения, а другая - одному из метрических эколого-геоморфологических показателей, а каждый объект представляет собой точку. Также анализ диаграмм позволил в последующем определить градацию каждого показателя по степени комфортности для человека (рис. 1).

Итак, анализ графиков рассеивания показал, что характер связи рассмотренных выше метрических данных монотонный, с ярко выраженной асимметрией и выбросами, что, впрочем, не препятствует применению коэффициентов корреляции r-Спирмена или t-Кендалла. С целью повышения достоверности данных о типе связи корреляционный анализ проводился с применением обоих коэффициента корреляции.

Формулируя статистическое решение о наличии или отсутствии связи между рассматриваемыми метрическими показателями, мы придерживались традиционной интерпретации различных уровней значимости, исходя из a=0,05 (т.е. вероятность ошибки составляет 0,05) [1].

Так как в нашей работе объём выборки составил более 100 объектов, то порог отклонения Н0 был снижен до а=0,01, и решение о наличии связи (различий) принималось при p ^ 0,01.

Проведённые в среде IBM SPSS Statistics 19 вычисления показали, что действительно значимая связь с плотностью населения на территории Рязанской области установлена лишь у трёх из четырёх предполагаемых нами показателей оценки. Так, расчленение поверхности и её наклон оказывают более существенное влияние на размещение населения (связь обнаружена на высоком уровне значимости - p ^ 0,01), нежели абсолютная высота (статистически достоверная связь не обнаружена - p>0,1) (табл. 1).

Рис. 1. Диаграммы двумерного рассеивания показателей.

Таблица 1

Значение коэффициентов корреляции

Показатель ьСпирмена ^Кендалла

Коэффициент р-значимость Коэффициент р-значимость

Плотность населения

Абсолютная высота 0,03 0,36 0,01 0,38

Глубина расчленения 0,52 0,00 0,37 0,00

Г устота расчленения 0,41 0,00 0,29 0,00

Наклон поверхности 0,20 0,01 0,15 0,01

Таким образом, полученные результаты позволили определить перечень метрических показателей для проведения наиболее объективной эколого-

геоморфологической оценки. Так же, используя графики двумерного рассеивания, была определена градация каждого показателя по степени комфортности проживания на исследуемой территории (табл. 2).

Таблица 2

Градация показателей эколого-геоморфологической оценки рельефа в условных баллах

№ Характеристика Оценка в баллах

Глубина расчленения, м: а) 10-25 (наиболее благоприятные территории); 1,0

1 б) 25-50 (благоприятные территории); 0,75

в) 50-75 (малоблагоприятные территории). 0,5

г) менее 10 (не благоприятные территории). 0,25

Густота расчленения, км/км : а) более 1 (наиболее благоприятные территории); 1,0

2 б) 0,5-1,0 (благоприятные территории); 0,75

в) 0,25-0,5 (малоблагоприятные территории); 0,5

г) менее 0,25 (не благоприятные территории). 0,25

Наклон поверхности междуречий, град: а) 0,5-1 (наиболее благоприятные территории); 1,0

3 б) 1,0-2,0 (благоприятные территории); 0,75

в) 0-0,5 (малоблагоприятные территории); 0,5

г) более 2,0 (не благоприятные территории). 0,25

На следующем этапе, после определения перечня действительно значимых показателей проводился комплексный эколого-геоморфологический анализ морфометрических особенностей современного рельефа территории Рязанской области и его последующая оценка.

В связи с тем, что данные по выбранным показателям имели разную размерность и интервал значений, возникла необходимость приведения их в единую систему измерения. Для этих целей градациям каждого показателя придавалось определённое значение в интервале [0;1], после чего значения по всем геоморфологическим местностям были переведены в балловую шкалу, что позволило провести кластерный анализ. Его результаты дали важную информацию для оценки степени сходства геоморфологических местностей по комфортности проживания на территории Рязанской области по морфометрическим условиям рельефа, а также предоставили возможность создания классификации геоморфологических местностей.

Сначала по полученным данным была составлена дендрограмма, отражающая классификацию геоморфологических местностей по морфометрическим экологогеоморфологическим показателям в зависимости от комфортности проживания в их пределах.

Затем строилась диаграмма коэффициентов объединения по шагам, позволившая определить шаг, на котором происходит появление первого кластера а также различить резкий скачок в значении коэффициента объединения, на котором объединение отдельных местностей сменяется объединением их групп (121-122 шаги). Это дало возможность определить оптимальное число кластеров - три. На более низком иерархическом уровне они делятся на две и более групп, при этом наибольшее количество ступеней выделяется в пределах первого кластера.

Таким образом, совместный анализ морфометрических эколого-геоморфологических показателей позволил выделить по степени комфортности 3 группы местностей (рис. 2).

Благоприятные - мелко и средне по глубине, умеренно и дробно расчленённые по густоте почти плоские и пологие поверхности: основная часть геоморфологических местностей области Среднерусской возвышенности и подобласти Окско-Донской равнины, а также пять местностей подобласти Волжско-Окской низменности - Колпь-Гусинская, Сынтульская, местности Ковров-Касимовского подрайона;

Малоблагоприятные - мелко, средне и глубоко по глубине, редко, умеренно и дробно расчленённые по густоте плоские и пологонаклонные поверхности: геоморфологические

местности Верхнедонского района Среднерусской возвышенности - Пронская, Ясменско-Волосовская, Табольская, Милославская, Донская, Осетринская, Верхневожская, Радбищинско-Каминкская, Истьинская; Окско-Воронежского района Окско-Донской равнины - Кораблинская, Раново-Вердинская, Малохуптинская, Ряжская, Пронско-Истьинское междуречье, «Красный холм», Лесновская, Парская (Пара-Пронского и Верхнепарского подрайонов), Раново-Мостьинское междуречье, Верхнехуптинско-Лесноворонежская, Вердская, Верхневердицкая, Шацско-Азская, Унгорско-Кулымирская, Шацско-Цнинская, Вобшинско-Верхнетырницкая, Петско-Пителенская, Ежачкинская, Чучковско-Петская, Кокшинско-Вянкская, местности Выша-Цнинского подрайона; подобласти Волжско-Окской низменности - Тумско-Нармская, Мурминская, Спасская, Сынтульско-Ксегжская;

Неблагоприятные - очень мелко по глубине, очень редко, редко и умеренно расчленённые по густоте плоские поверхности: геоморфологические местности

подобласти Окско-Донской равнины - Бурминкская, Окско-Ташинкская, «Мыс Доброй Надежды», Примокшинские бугры, Окско-Ташинкская; района Мещерской низины Волжско-Окской низменности, кроме Тумско-Нармской, Колпь-Гусинской, Мурминской, Спасской, местностей Сынтульского и Ковров-Касимовского подрайонов.

В целом 5,6 % населения Рязанской области проживает на территориях с неблагоприятными морфометрическими условиями, занимающих 16,3 % площади всей области и сконцентрированых в пределах Мещерской низменности.

Для остальной территории области характерны в целом благоприятные и малоблагоприятные морфометрические условия. При этом территории первого типа преобладают как по площади (52,5 % против 31,2 %), так и по общей численности населения, проживающего в её пределах (60,5 % против 33,9 %).

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

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

а) рассчитать плотность населения согласно единицам районирования, взятым за географическую основу исследования. В нашей работе плотность населения на территории области рассчитывалась для каждой геоморфологической местности путём наложения на топографическую карту масштаба 1:100 000 (в 1 см - 1 км) карт административного и геоморфологического деления и составила в среднем 14 чел/км2;

б) сформировать перечень морфометрических показателей оценки, оказывающих наиболее существенное влияние на распределение населения на исследуемой территории по средством корреляционного анализа. Провести ранжирование экологогеоморфологических показателей в интервале [0;1] в зависимости от их влияния на комфортность проживания человека;

в) провести комплексный эколого-геоморфологический анализ современных морфометрических особенностей рельефа территории области;

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

Рис. 2. Морфометрические типы геоморфологических местностей.

1 - индексы подрайонов: Орловско-Тульская подобласть Среднерусской

возвышенности (А(1)): А(1)-1а - Пронско-Донской, А(1)-1б - Михайлово-Зарайский, А(1)-1в - Михайлово-Рязанский, А(1)-1г - Пронско-Рязанский, А(1)-2а - Вожский, А(1)-2б -Константиновский. Подобласть Окско-Донской равнины (Б(1)): Б(1)-1а - Раново-Пронский, Б(1)-1б - Нижне-Пронский, Б(1)-1в - Пара-Пронский, Б(1)-1г - Хупта-Пара-Воронежский, Б(1)-1д - Верхнепарский, Б(1)-1е - Пара-Цнинский, Б(1)-1ж - Окско-Цнинский, Б(1)-2а - Ермишинский, Б(1)-2б - Окско-Мокшинский, Б(1)-2в - Цнинско-Мокшинский, Б(1)-2г - Выша-Цнинский. Подобласть Волжско-Окской низменности (Б(2)): Б(2)-1а - Клепиковский (Поозёрный), Б(2)-1б - Тумско-Куршинский, Б(2)-1в -Пранско-Приокский, Б(2)-1г - Ижевский, Б(2)-1д - Окский, Б(2)-2а - Сынтульский, Б(2)-2б - Ковров-Касимовский; 2 - номера местностей; 3 -местности и территории, не подлежащие оценке. Типы местностей: 4 - благоприятные, 5 - малоблагоприятные, 6 -

неблагоприятные.

Библиографический список

1. Босс В. Лекции по математике. Т.4: Вероятность, информация, статистика. - М.: КомКнига, 2005. - 216 с.

2. Геоморфологическая карта территории Рязанской области. Масштаб 1:200000. / Составители: рукописный макет В.А. Кривцов, электронная версия А.В. Водорезова. -Рязань: РГПУ-РГУ, 1998-2006.

3. Комаров М.М. Структура региональных геоморфологических комплексов (на примере территории Рязанской области). 25.00.25. - геоморфология и эволюционная география: Дис. на соискание учёной степени канд. географ. наук. - Рязань, 2009. - 180 с.

4. Кривцов В.А. Рельеф Рязанской области (региональный геоморфологический

анализ): Монография. - Рязань: Изд-во РГПУ, 1998. - 195 с.

5. Кривцов В.А., Водорезов А.В. Особенности строения и формирования рельефа на территории Рязанской области. - Рязань: РГУ им. С.А. Есенина, 2006. - 279 с.

6. Кривцов В.А., Комаров М.М. Дробное геоморфологическое районирование территории Рязанской области // Вестник Рязанского государственного университета имени

С.А. Есенина. Рязань: РГУ им. С.А. Есенина. - 2011. - №2(31). - С. 93-109.

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

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

9. Природа Рязанского края: Монография / В.А. Кривцов и др. / Под. ред. В.А. Кривцова. - Рязань: РГУ им. С.А. Есенина, 2004. - 257 с.

10. Природа Рязанской области: Монография / В.А. Кривцов и др. / Под. ред. В.А. Кривцова. - Рязань: РГУ им. С.А. Есенина, 2008. - 407 с.

11. Рельеф среды жизни человека (экологическая геоморфология) Том 1 / Отв. ред. Э.А. Лихачёва, Д.А. Тимофеев. - М.: Медиа-ПРЕСС, 2002. - 350 с.

12. Рельеф среды жизни человека (экологическая геоморфология) Том 2 / Отв. ред.

Э.А. Лихачёва, Д.А. Тимофеев. - М.: Медиа-ПРЕСС, 2002. - 290 с.

13. Рязанская область. Административно-территориальное деление. Справочник. -Рязань: Новое время, 1997. - 304 с.