В статье авторами предпринята попытка определения уровня воды озер по косвенным данным, в частности, по длине береговой линии, полученной при помощи дистанционного зондирования Земли.
Ключевые слова: ДЗЗ, спутник, озеро, морфометрия.
Практическое использование водоемов предопределяет необходимость знания различных их параметров и характеристик, основными из которых являются уровни воды и морфометрические характеристики, т. е. размеры озер, форма котловины, площади водной поверхности и водосбора. Обычно последние характеристики определяются по картам [1, с. 185]. Но в настоящее время подробные полевые исследования с целью уточнения картографической информации и публикации новых карт практически не производятся. Также является проблемой, что все наблюдения и измерения привязаны к определенным уровням воды в водоеме, что не всегда соблюдается и не дает единой и четкой картины.
Таким образом, применение дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) может быть актуальным решением, когда невозможно производить по ряду причин, например, географических (труднодоступные зоны) или экономических (отсутствие финансирования для обеспечения работ), постоянные наблюдения и контроль состояния на различных водных объектах.
В качестве объектов исследования были выбраны 6 озер Северо-Запада России, расположение которых представлено на рисунке 1.
Рис. 1. Географическое положение исследуемых озер.
Для выполнения задачи был собран массив данных для определения зависимости между уровнем воды и длиной береговой линии. Были использованы материалы космического спутника Landsat 8 [2], а также уровни воды озера на конкретную дату, взятые с сайта Автоматизированной информационной системы государственного мониторинга водных объектов (АИС ГМВО) [3].
В первой части данной работы описана методика применения дистанционного зондирования Земли для определения морфометрических характеристик водоемов, в частности, выполнена попытка определения длины береговой линии озер.
Обработка данных, полученных со спутниковых снимков, производилась в программе ArcGIS. При комбинации необходимых каналов были получены снимки, приближенные к естественным цветам, позволяющие анализировать состояние атмосферы и поверхности земли. Растительность отображается в оттенках темно и светло зеленого, урбанизированные территории выглядят белыми, зелено-голубыми и малиновыми, почвы, песок и минералы могут быть очень разных цветов. Практически полное поглощение излечения в среднем ИК-диапазоне водой, снегом и льдом позволяет очень четко выделять береговую линию и подчеркнуть водные объекты на снимке. Для создания обучающей выборки выделялись эталонные участки, разбитые на определенные группы, такие как водная поверхность, растительность, урбанизированные территории, облачность. Дальнейшая обработка растровых изображений заключается в преобразовании их в полигоны с последующим определением длины береговой линии. В общей сложности было обработано более 250 снимок со спутника Landsat 8 [4].
Таким образом, были получены значения длины береговой линии озер за конкретные даты, которые соответствовали датам спутниковых снимков.
На следующем этапе работы была предпринята попытка увязать полученные данные со значениями уровня воды в озерах на те же даты. Были составлены таблицы полученных значений, а полученные данные выражены в графическом виде. Полученные зависимости представлены на рисунке 2.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2. Зависимость уровня воды озер от длины береговой линии: а — оз. Пелено — д. Спасское; б — оз. Сяберо — с. Сяберо; в — оз. Тулмозеро — д. Колатсельга; г — оз. Лендерское — пос. Лендеры; д — оз. Суоярви — г. Суоярви; е — оз. Ведлозеро — с. Ведлозеро.
Как видно из полученных зависимостей, надежной связи между исследуемыми характеристиками не наблюдается. Это может быть связано как с характеристиками спутниковых снимков (размер снимка Landsat 8 составляет 185 х 180 км с пространственным разрешением 30 метров) и искажением масштаба снимков при удалении исследуемых объектов от средней линии снимка. Помимо этого, на качество спутниковых снимков может влиять облачность, поскольку облака довольно хорошо отражают видимый и инфракрасный свет, то есть свет не может проникнуть в облако на пути вниз к земле, не говоря уже о том, чтобы проникнуть в облако на обратном пути [5].
Таким образом, несмотря на то, что были получены значения длины береговой линии озер, их нельзя рекомендовать для целей инженерных расчетов или проектирования. Необходимо найти более устойчивые характеристики озер, которые можно определять с помощью дистанционного зондирования Земли.
Литература:
1. Догановский, А. М. Сборник практических задач по определению основных характеристик водных объектов суши (практикум по гидрологии) / А. М. Догановский, В. Г. Орлов. — Санкт-Петербург: РГГМУ, 2011. — 315 c. — Текст: непосредственный.
2. EarthExplorer [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://earthexplorer.usgs.gov/. — Дата доступа: 14.05.2022.
3. Автоматизированная информационная система государственного мониторинга водных объектов (АИС ГМВО) [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://gmvo.skniivh.ru/. — Дата доступа: 14.05.2022.
4. GIS-Lab [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://gis-lab.info/. — Дата доступа: 19.05.2022.
5. Геометрические искажения и геометрическая коррекция спутниковых снимков / Д. С. Ергалиев, А. Д. Тулегулов, Ж. С. Мусагулова, А. Б. Нысанбаева // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». — 2013. — Т. 1. — С. 359–361
