Использование инструментов гидрологического анализа в карстологическом прогнозе

Характерной особенностью поверхностных карстовых форм в Пермском крае является развитие кустарниковой растительности на бортах, склонах и днищах карстовых воронок, что накладывает существенные трудности на оценку поверхностной закарстованности в результате выделения бессточных впадин при гидрологической коррекции бесплатных глобальных цифровых моделей рельефа (ALOS-DEM, SRTM), применение которой на закарстованных территориях с успехом реализовано рядом отечественных и зарубежных авторов [2–4]. Процент пространственного совпадения бессточных впадин с зарегистрированными воронками на изучаемом участке, расположенном в 5 км севернее Мыса Стрелка – слияния рек Чусовая и Кама, в Добрянском районе Пермского края, для SRTM составляет 0%, для ALOS-DEM – 18%. Поэтому в оценке поверхностной закарстованности методом гидрологической коррекции ЦМР на детальном уровне проведено дешифрирование карстовых воронок с применением высокоточной ЦМР – LiDAR-based digital terrain model (DTM), исключающей влияние растительности на результат анализа. Процент пространственного совпадения бессточных впадин с зарегистрированными воронками в таком случае составил более 60%.
Кроме поиска бессточных впадин, с использованием инструментов гидрологического анализа в рамках комплексной оценки карстоопасности был проведен анализ неотектонической активности территории посредством построения базисных морфометрических поверхностей, представляющих собой цифровую модель рельефа (ЦМР) местности в определенный этап неотектонического развития территории [1].
С использованием ЦМР сначала формировался слой водотоков различных порядков. Порядок водотоков определялся по методу Страхлера: всем сегментам водотоков, не имеющим притоков, присваивалась единица (водотоки первого порядка). При пересечении водотоков с одинаковым порядком, последний увеличивался на единицу [5]. В результате была смоделирована овражно-балочная и речная сети водотоков от первого до четвертого порядков. Далее вершины сегментов – водотоков различных порядков – переводились в точки, в которые затем извлекались значения абсолютных отметок с ЦМР. Базовые поверхности для 1–3 порядков строились интерполяцией значений между соответствующими точками. Водотоки четвертого порядка в силу ограниченного распространения в построении базисных поверхностей не участвовали.
При сравнение базисных поверхностей разных порядков с ЦМР посредством алгебраического выражения растровых моделей были выделены положительные (поднятия) и отрицательные (опускания) неотектонические структуры. Было отмечено, что карстовые воронки на изучаемой территории тяготеют к положительным структурам. Интересно, что это явно проявляется при сравнении относительно древней базисной поверхности, наиболее полно отражающей контуры крупных неотектонических структур [1], с современной, когда наблюдается отрицательный эксцесс, большая разбросанность частот ряда с ярко выраженной асимметрией в сторону положительных значений и слабо выраженная бимодальность кривой распределения.