Геоэкологическое районирование и типизация эрозионных процессов на территории Архангельской области с использованием цифровых моделей рельефа и ГИС-технологий

Цель данного исследования - проведение геоэкологического районирования на основе анализа протекания современных эрозионных и аккумуляционных процессов территории Архангельской области с использованием современных цифровых моделей рельефа и ГИС-технологий.
Обычно, изучение рельефообразующих процессов в большинстве работ связано, в основном, с хозяйственным освоением территорий, и лишь небольшое количество работ посвящено проявлению эрозионных процессов в практически не затронутых антропогенной деятельностью северотаежных ландшафтах. Учитывая площадь лесного покрова исследуемого региона (29540,9 тыс. га, 65 % территории) и ожидаемое освоение территории, вопрос этот имеет приоритетное значение. Считается, что в естественных северотаежных ландшафтах Севера Русской плиты, эрозионные процессы протекают достаточно медленно и находят слабое отражение в формах рельефа. Однако ситуация коренным образом меняется при нарушении целостности растительного покрова в результате хозяйственного освоения территорий. Кроме того, глобальные изменения температуры, особенно ярко проявляющихся в высоких широтах, зачастую могут являться первопричиной или триггером развития различных генетически связанных эрозионных процессов.
Архангельская область, с учетом ее площади (413,1 тыс. кв. км, удельный вес территории в общей территории РФ – 2.4 %, без Ненецкого автономного округа), протяженности, природных богатств, климатических особенностей и ряда других факторов, является уникальной территорией России. Занимая практически весь Европейский Север страны, она протягивается с запада на восток от Карелии до Уральских гор и с юга на север - от среднеевропейской полосы до самой северной точки России - Земли Франца Иосифа, охватывая практически все основные геолого-географические и биоклиматические типы формирования природных комплексов во всем их многообразии от типичной тундры до типичных ландшафтов средней полосы России.
Разнообразие природных зон, большие лесные массивы, речные системы (в среднем 0.53 км на 1 кв. км площади), болота (14.28% ее площади) арктическое побережье дают возможность для проведения широкомасштабных сопоставительных исследований, результаты которых могут быть с достаточной достоверностью распространены на территорию большей части России.
Принципы геоэкологического районирования и авторское определение геоэкологических структур достаточно подробно изложены авторами в [2].
Выбор цифровой модели рельефа (ЦМР), программных средств для их обработки (SAGA GIS), методики подготовки гидрологически корректной ЦМР на основе ASTER GDEM v.2. и расчета геоморфометрических параметров рельефа детально изложены в одной из работ авторов[3].
В силу того, что цифровая модель рельефа территории Архангельской области имеет довольно большую плотность ячеек (например, при размере ячейки около 90×90 м общее количество ячеек составляет 38353232), любые выделяемые с помощью кластерного анализа зоны, характеризующиеся порядком значений того или иного геоморфометрического параметра, имеют прерывистые или даже сильно «раздробленные контуры».
Геоэкологическое районирование территории на основе кластерного анализа углов наклона, LS-фактора, индекса расчлененности рельефа и индекса влажности выполнялось в 6 этапов:
- на первом этапе был проведен кластерный анализ значений трех параметров (угол наклона, LS-фактор, индекс расчлененности) с использованием трех кластеров по каждому из параметров и были получены контуры, разделяющие область исследования на три части: максимальные, средние и минимальные значения каждого из параметров.
Второй этап заключался в нахождении общих границ контуров, соответствующих максимальным, средним и минимальным кластерам значений параметров.
На третьем этапе зона объединенных контуров минимальных значений параметров делилась на две части по степени увлажнения. Для этого сначала были посчитаны 5 кластеров значений индекса влажности. В результате анализа были выделены две основных области: 1) предрасположенные к подтоплению территории во время паводков, 2) склонные к заболачиванию.
На четвертом этапе с помощью кластерного анализа значений плотности бессточных впадин была выделена секущая зона, совпадающая с областью распространения карстующихся пород. Эта зона выделяется по кластеру повышенной плотности впадин.
На пятом этапе по каждой из полученных зон районирования были посчитаны средние значения различных геоморфометрических параметров для того, чтобы можно было дать характеристику протекающих в каждой из зон процессов.
На шестом этапе полученная карта районирования сопоставлялась с геоморфологической картой Архангельской области.
Следует отметить, что данные полученные в результате геоморфометрического анализа позволяют дать характеристики региона с несколько иных позиций, чем при геоморфологическом районировании [1]. Полученная карта геоэкологического районирования (на основе расчета геоморфометрических параметров рельефа) позволяет в отличие от геоморфологической карты дать характеристики не только рельефа, но и предрасположенности выделенных районов к развитию тех или иных эрозионных процессов.
Выводы:
- на основе составленной корректной цифровой модели рельефа и разработанного алгоритма расчета геоморфометрических параметров рельефа получен комплект монофакторных геоэкологических карт, позволяющих выделить зоны сноса и накопления осадочного материала, дать количественные характеристики процессам эрозии и аккумуляции и оценить потенциальную устойчивость и/или склонность к эрозии различных участков исследованной территории;
- создана карта геоэкологического районирование территории Архангельской области на основе кластерного анализа значений углов наклона, потенциала плоскостной эрозии (LS-фактор), индекса расчлененности рельефа и индекса влажности, позволяющая разделить всю исследуемую территорию на участки с различным типом происходящих процессов и выделить области предрасположенные: к подтоплению во время паводков, к заболачиванию, к процессам плоскостного смыва, к развитию карста и т.п.;
- данные полученные в результате геоморфометрического анализа позволяют дать характеристики региона с несколько иных позиций, чем при геоморфологическом районировании . Полученная карта геоэкологического районирования (на основе расчета геоморфометрических параметров рельефа) позволяет в отличие от геоморфологической карты дать характеристики не только рельефа, но и предрасположенности выделенных районов к развитию тех или иных эрозионных процессов;
- результаты проведенных исследований могут быть использованы при прогнозировании опасных природных явлений, разработке мероприятий по их предотвращению и ликвидации их последствий, а также при народно-хозяйственном освоении приарктических регионов.