Спутниковая диагностика расхода воды на реках снежно-ледового питания на примере реки Каш [КНР]

Расход воды в трансграничных реках в условиях климатического недостатка увлажнения является важной гидрологической характеристикой необходимой для прогноза объёма стока и планирования хозяйственного водопользования на территории вододефицитного бассейна. Поэтому, методики оценки расхода воды в речных руслах, основанные на данных спутникового мониторинга представляют значительный интерес. Горные реки снежно-ледового питания характеризуются существенной сезонной вариабельностью. Объём стока в летний период может более чем в 10 раз превышать сток холодного периода. Речной водоток рек снежно-ледового питания в условиях среднегорья на пологих аллювиальных склонах часто реализуется через систему приблизительно параллельных русел, положение которых меняется во времени, что препятствует развитию растительности. В этих условиях речное русло занимает большую площадь, и вариации объёма речного водотока, даже относительно небольших рек, могут быть зарегистрированы с помощью ДДЗ с разрешением 30 м.
Крупнейшая реки юго-востока Казахстана - река Иле (расход воды 480 м3/сек), имеет трансграничный бассейн, относящийся к территориям КНР (верховья) и Казахстана. В настоящей работе рассмотрен расположенный в Китае крупнейший приток реки Иле - река Каш, с длиной 350 км и расходом воды 125 м3/сек. Примерно 20 километровый участок её русла перед впадением в р. Иле течет по слабо наклоненной равнине, что может быть использовано в задаче спутниковой диагностики мощности речного водотока. Для отработки методики мониторинга расхода воды в низовьях реки Каш привлекался архив наземных данных по среднемесячному расходу воды и 55 снимков КА LANDSAT 5,7 периода 1989-2003 годов. Выбор временного интервала 1989-2003 гг. определялся двумя факторами, наличием спутниковой съёмки (с 1989 года) и отсутствием гидротехнических объектов, регулирующих сток (до 2003 года).
Автоматическая классификация (ISODATA) позволяла на снимке тестового 20 километровом участке русла реки Каш выделять территориальный комплекс, связанный с водным объектом. В зависимости от расхода воды выделяемый объект имел размер от 3 до 6 тысяч пикселей. Выделяемые пиксели относились, как к водной поверхности, так и к увлажненным грунтам окрестностей русел. Для калибровки спутниковых данных привлекались среднемесячные данные по расходу воды, регистрируемые на водомерном пункте в нижней части реки Каш. В качестве калибровочной кривой использовалась линейная функция, (R2=0.96), которая строилась по 11 наземным значениям расхода воды. Эти значения отбирались в периоды наиболее стабильных объёмов водотока, которые мало изменялись в течение нескольких месяцев, что важно для уменьшения влияния различий между временными масштабами сравниваемых величин. Среднемесячные наземные значения расхода воды против мгновенных спутниковых оценок. Размах значений расхода воды в калибровочной кривой составил 50-250 м3/сек. После пересчёта, с помощью калибровочного эмпирического уравнения, массив всех 55 спутниковых оценок соотносился к среднемесячным наземными значениями расхода воды с R2=0.79. Подобный результат представляется хорошим, поскольку мгновенные значения расхода воды в реке естественным образом отличаются и не могут в точности соответствовать её среднемесячным величинам.
Таким образом, разработана методика оценки расхода воды в низовьях реки Каш (КНР) по данным LANDSAT, что дает возможность проводить мониторинг современного состояния стока и оценивать влияние регулирования стока.
Работа выполнена при финансовой поддержке грантов МОН РК № 2308/ГФ3, № 0115РК00548.