Анализ ежедневных площадей заливания районов дельты Волги в половодье с использованием спутниковых данных

В работе исследованы половодья разной водности в дельте Волги (ДВ). ДВ имеет большое хозяйственное значение, активно используется сельским, рыбным, коммунальным хозяйствами, водным транспортом. ДВ является высокопродуктивным нерестилищем. Важная особенность водного режима ДВ – сильное заливание в период половодья. Исследования площадей заливания ДВ (Fобщ) в половодье необходимы для оптимального управления водным режимом ДВ, планирования водохозяйственных и гидротехнических мероприятий, предупреждения и защиты от наводнений и маловодий.

Цель и задачи данного исследования: с использованием новых технологий и большого количества спутниковых данных рассчитать с высокой точностью ежедневные Fобщ районов ДВ за половодья разной водности; сравнить характеристики хода ежедневных Fобщ районов ДВ у половодий разной водности и у разных районов ДВ.

ДВ поделена на 16 районов (Р) по ландшафтным и гидрографическим особенностям (Полонский, 2003). В работе сделан расчет ежедневных Fобщ Р 1, 7, 11. Эти районы охватывают верхнюю и среднюю зоны ДВ, по ним имеется большое количество спутниковых данных. Расчет ежедневных Fобщ Р 1, 7, 11 сделан за половодья (П) разной водности (многоводное (МН), маловодное (МЛ), средневодное (СР)) 2013, 2014, 2015, 2016 годов, которые принадлежат к разным классам водности (МН П: 2013 и 2016, МЛ П: 2015, СР П: 2014). Исходным материалом для расчета ежедневных Fобщ Р 1, 7, 11 являются: космоснимки высокого разрешения спутников Landsat-7 (30 м), Landsat-8 (30 м), Sentinel-2 (20 м) Р 1, 7, 11 ДВ (взяты с сайтов https://earthexplorer.usgs.gov/ и https://www.copernicus.eu/en); данные по среднесуточным уровням воды на гидрологических постах (г/п) в водотоках (Нр) Р 1, 7, 11, взятые из Государственного водного кадастра. Fобщ Р 1, 7, 11 рассчитывались по спектральному алгоритму для выделения покрытых водой участков на космоснимках (Xu, 2006) с помощью программы ENVI 5.3 (ENVI..., 2009). Этот алгоритм основан на различии оптических свойств воды и суши. По алгоритму (Xu, 2006) в данной работе Fобщ рассчитывались за 104 даты П в ДВ (было использовано 104 космоснимка). Петли половодья (П) для каждого года по каждому району (Р) строились методом В.Ф. Полонского и Л.П. Остроумовой (2005) (если космическая съемка охватила все основные изменения хода каждой фазы П, дату пика П, дату выхода воды за пределы русел водотоков) и методом Н.С. Зилитинкевич (2024) (если космическая съемка не охватила все основные изменения хода каждой фазы П, дату пика П, дату выхода воды за пределы русел водотоков) с использованием графиков зависимости Fобщ от Нр: Fобщ = f(Нр). Ежедневные Fобщ рассчитывались методом В.Ф. Полонского и Л.П. Остроумовой (2005). В уравнение каждой интерполяционной линии петли П в Р ДВ на графике: Fобщ = f(Нр) подставлялись ежедневные Нр на г/п Р ДВ. Так рассчитывались ежедневные Fобщ Р за П и за фазу межени.

Высокоточный расчет ежедневных площадей заливания (Fобщ) районов (Р) 1, 7, 11 за половодья (П) разной водности позволил провести впервые высокоточный сравнительный анализ хода ежедневных Fобщ Р ДВ у П разной водности и у разных Р по характеристикам П. Сравнительный анализ хода ежедневных Fобщ Р 1 в П МН 2013, МН 2016, СР 2014, МЛ 2015, Р 7 в П МН 2013, МН 2016, СР 2014, МЛ 2015, Р 11 в П МН 2013, МН 2016, СР 2014, МЛ 2015 выполнен по следующим характеристикам П: сроки П, Fобщ максимальная, продолжительность П, продолжительность полки П, продолжительность подъема П, продолжительность спада П, разница продолжительности спада П и подъема П, Нр максимальный. Сравнительный анализ хода ежедневных Fобщ Р 1, 7, 11 в МЛ П 2015, Р 1, 7, 11 в СР П 2014, Р 1, 7, 11 в МН П 2013, Р 1, 7, 11 в МН П 2016 выполнен по следующим характеристикам П: сроки П, Fобщ максимальная, продолжительность П, продолжительность полки П, продолжительность подъема П, продолжительность спада П, разница продолжительности спада П и подъема П, Нр максимальный.

Рассчитаны впервые высокоточные ежедневные площади заливания (Fобщ) районов (Р) 1, 7, 11 дельты Волги (ДВ) за четыре половодья (П) разной водности (два многоводных, одно маловодное, одно средневодное) периода 2013 - 2016 гг. Выполнен впервые высокоточный сравнительный анализ хода ежедневных Fобщ Р 1, 7, 11 ДВ за четыре П разной водности по характеристикам П. Сравнивался ход ежедневных Fобщ Р и у П разной водности, и у разных Р. Точность метода расчетов оценена как высокая с применением статистического анализа в работе Н.С. Зилитинкевич (2024). Выявлены в Р 1, 7, 11 ДВ пространственно-временные закономерности и отличительные особенности П разной водности периода 2013 - 2016 по характеристикам хода ежедневных Fобщ: сроки прохождения П, продолжительность фаз П: полки, подъема, спада, Fобщ Р максимальная, среднесуточный уровень воды на г/п (Нр) максимальный. Ежедневные Fобщ Р ДВ являются входными данными модели водного баланса ДВ В.Ф. Полонского и Л.П. Остроумовой (2005).