Өзен бойындағы су басу аймақтарын геоақпараттық технологиялары негізінде үлгілеу

Мақалада Қарғалы өзені алабының гидрографиялық сипаттамаларын анықтау, су басу аймақтарын ГАЖ технологиясы негізінде үлгілеужұмыстарының нәтижелері келтірілген.Жұмыс барысында гидрологиялық зерттеулерде ГАЖ технологияларын, кеңістіктік анализ бен геоақпараттық картографиялау әдістеріне талдау жасалады. Гидрологиялық мәселелерді, су ресурстары мен олардың кеңістіктік-уақыттық таралуын кешенді зерттеу үшін картографиялық мәліметтер мен ГАЖ технологиялары кеңінен қолданылды.

Түйін сөздер: гидрография, ГАЖ технологиясы, гипсометриялық карта, үшөлшемді үлгілеу.

В статье представлены результаты определения гидрографических характеристик бассейна реки Каргалы, моделирования зон затопления на основе ГИС-технологий. В ходе работы анализируются ГИС-технологии, методы пространственного анализа и геоинформационного картографирования в гидрологических исследованиях. Картографические данные и ГИС-технологии широко использовались для комплексного изучения гидрологических проблем, водных ресурсов и их пространственно-временного распределения.

Ключевые слова: гидрография, ГИС-технологии, гипсометрическая карта, трехмерное моделирование.

The article presents the results of determining the hydrographic characteristics of the Kargaly river basin, modeling flood zones based on GIS technology. In the course of work, GIS technologies, spatial analysis and geoinformation mapping methods are analyzed in hydrological research. Cartographic data and GIS technologies were widely used for the comprehensive study of hydrological problems, water resources and their spatial-temporal distribution.

Keywords: hydrography, GIS technology, hypsometric map, three-dimensional modeling.

Кіріспе. Қарғалы өзені бастауын 3600 метр биіктіктегі аты жоқ мұздықтан алады. Мұздықтың ауданы 3,2 км². Таулы аймақтағы өзеннің ұзындығы 17,4 км, су жинау алабының ауданы 55 км². Өзен таулы аймақта 3 км-ге дейінгі ұзындықта бірнеше салаларды өзіне қосады. Қарғалы өзенінің гидрологиялық режимі Іле Алатауының солтүстік беткейінің өзендерімен сәйкес келеді. Олар мұздықтармен, қар, жер асты және өзен суларымен қоректенеді. Су шығынының көп бөлігі шілде-тамыз айларына сай келеді. Өзен бастауы биік таулы зонаның мұздық циркінде орналасқан.

Өзен арнасының ені 5–10 м, тереңдігі 0,3–0,5 м, су тасу кезінде 1 м-ге жетеді. Көп жылдық орташа су ағымы Чапаев ауылы тұсында 0,65 м3/с. Өзен жоғарғы ағысында тау шатқалымен ағады. Жаңатұрмыс ауылынан бастап өзен арнасы кеңейеді және жағалауы жарлауытты болып келеді. Көкөзек ауылынан бастап жағалауы жазық болып дала өзеніне айналады. Өзеннің өн бойында елді мекендер көп орналасқан. Алабы толығымен дерлік игерілген.

Қарғалы өзені алабы Іле Алатауы жотасының солтүстік баурайында, Кіші Алматы өзені алабынан батысқа қарай орналасқан. Оның шығарылым конусында Алматы қаласының батыс аудандарының бөлігі орналасқан. Бұл аймақта селдік ағындар 1921, 1950, 1966 жылдары орын алғаны белгілі болғандықтан, Қарғалы өзені алабын селге қауіпті аймақ ретінде қарастыруға болады. Колотилин классификациясы бойынша Қарғалы өзенінің апатты сел қалыптастыру ошақтары бар, сел қауіптілігі жағынан I категорияға жатады және шығарылымы 5 млн м³, ал шығыны — 1200 м³/с немесе одан көп болуы мүмкін. Селдік сипаттамаларды есептеу барысында сел гляциалдық, сондай-ақ нөсерлік қалыптасу бойынша қарастырылады. Түрі лайлы-тасты болып келеді. Селдік құбылыстардың барлығы жауын-шашынның көп мөлшерде түсуіне (жекелеген күндері) және қардың еруіне байланысты. 1-кестеде көрсетілгендей, Қарғалы өзені алабы селге қауіптіліктің 1-ші санатына жатқызылды (3 балдық шкала бойынша). Селдік ағындар жағдайының келесідей сипаттамалары алынды [1].

1-кесте

Қарғалы өзені алабының төменгі зонасында селден қорғау мақсатында 2003 жылы контрфорстық ұяшықты су бөгеті (биіктігі — 28,8 м, ұзындығы — 128,5 м, ені- 75 м, көлемі 1,2 млн м³ селдік ағынды қамтуға арналған) салынды.

Су басу деңгейінің анализі ЖСҮ негізінде жасалады. Ол үшін Terrain Analysis — Channels — Vertical Distance to Channel Network модулі қолданылады. Бастапқы берілетін параметрлер ретінде ЖСҮ мен ағынсулар желісі пайдаланылады, сондай-ақ гидрографиялық нысандар туралы ақпараттарды да қолдануға болады.

Ағынсулар желісінің (Қарғалы өзенінің shapefile форматындағы векторлық қабаты) растрлық үлгісін алдық. үлгілеу жұмысы нәтижесінде су кемеріне қатысты жер бедерінің өсімшелер растры құрастырылып, оны су басу аймағының анализі үшін қолдандық [2].

Үлгілеу нәтижелері ArcGIS бағдарламасында талдау жасалды. Жұмыс барысында алынған нәтижелерді жүйелеп, карта бетінде бейнелеу мақсатында бірқатар бағдарламалық өнімдер мен ЖҚЗ мәліметтері қолданылды. SAGA бағдарламасында ЖСҮ арқылы анықталған Қарғалы өзенінің әр түрлі деңгейдегі су басу аймақтарын карта бетінде көрнекі бейнелеу мақсатында Қарғалы өзені маңындағы елді-мекендердің, жекелеген үйлердің және жолдардың векторлық қабаттары OpenStreetMap (OSM) ресурсынан алынып, толықтырылды.

Жердің сандық үлгісін ArcGIS бағдарламасының Hydrology модулі арқылы өңдеу барысында үлгілеу нысаны ретінде Қарғалы өзені орналасқан аймақтың SRTM (30 метр) Жердің сандық үлгісі таңдап алынды. Алынған үлгілерді ArcMap-қа шақырып, қажетті аймақты қамтитын екі үлгі біріктіріліп, мозайка жасалды.

Нысанға айналған ағынсуларды сұратым жасау арқылы бейнелеу нәтижесінде ағынсулар желісін қамтитын векторлық қабат пайда болды.

Spatial Analyst Tools→ Hydrology→ Basin су жинау алабын анықталды және ArcToolbox→ Conversion Tools→ From Raster→ Raster to Polygon бойынша анықталған су жинау алабының шекарасына түзетулер енгізілді (1- сурет).

Cурет 1. Қарғалы өзенінің ЖСҮ арқылы анықталған бассейн шекарасы

Зерттеу аймағының жалпы көрінісі үшін көлеңкелі отмывка әдісімен жер бедері бейнеленген Қарғалы аймағының гипсометриялық картасы жасалды (2, а-сурет). SAGA бағдарламасы арқылы алынған Қарғалы өзені су деңгейінің 0,5м-ге, 1м-ге және 2 м-ге көтерілу жағдайындағы су басу аймақтарын ArcMap-та өңдеу үшін SAGA арқылы сақталған қабаттарды карта негізі болып саналатын жердің сандық үлгісімен бірдей проекцияға келтіру қажет, оны ArcCatalog арқылы жасауға болады. Нәтижесінде алынған Қарғалы өзенінің әр түрлі су деңгейі бойынша мүмкін болатын су басу аймақтары бейнеленген карта 2,б-суретте көрсетілген.

Қосымша ақпараттылық үшін ArcScene бағдарламасы арқылы зерттелген аймақтың үшөлшемді бейнелері жасалды (2, в-сурет). Қарғалы алабының су басу аймақтарын үшөлшемді үлгілеу үшін негіз ретінде ЖСҮ қолданылды [4].

Осылайша, зерттеу нысаны болып табылатын Қарғалы өзені алабы орналасқан аймақтың сандық үлгісі қолданылды. ArcGIS кеңістіктік анализ модульдерін пайдаланып, толық гидрологиялық анализ жасалды. SAGA ашық бағдарламалық кешенін пайдаланып, Қарғалы өзенінің су деңгейі 0.5м, 1м және 2 м-ге көтерілген жағдайдағы мүмкін болатын су басу аймақтары анықталды. Жұмыс барысында гидрологиялық зерттеулерде ГАЖ технологияларын, кеңістіктік анализ бен геоақпараттық картографиялау әдістеріне талдау жасалды.

Қорытынды. Су және сел тасқыны кезінде су басқан аймақтарда қалған тұрғын үйлер мен өнеркәсіптік ғимараттар айтарлықтай материалдық шығынға ұшыратуы мүмкін. Осыған байланысты мүмкін болатын су басу аймақтары мен сол аймаққа кіретін нысандарды анықтауда геоақпараттық технологиялар мен жердің сандық үлгісін қолдану бұл процесті автоматтандырады. Су басу аймақтары шекараларын анықтау қазіргі кездегі ГАЖ шешетін стандартты қолданбалы гидрологиялық мәселелердің біріне жатады. Гидрологиялық мәселелерді, су ресурстары мен олардың кеңістіктік-уақыттық таралуын кешенді зерттеу үшін сандық картографиялық мәліметтермен ғарыштық суреттерді кеңінен қолданылуға болады деп нық айта аламыз.

Зерттеу Қазақстан Республикасы Ғылым және жоғары білім министрлігі Ғылым комитетінің (ГФ ИРН № АР23489372) қаржылық қолдауымен жүзеге асырылды.

Әдебиет:

1. Шихов А. Н., Геоинформационные системы: применение ГИС-технологий при решении гидрологических задач: практикум: учеб.пособие / А. Н. Шихов, Е. С. Черепанова, А. И. Пономарчук; Перм. гос. нац. иссл ед. ун-т. — Пермь, 2014. — 91 с.
2. Ямбаев Х. К. Геодезическое инструментоведение: Учебник для вузов. — М.: Академический Проект; Гаудеамус, 2018. — 583 с.
3. Краткий отчет «Гляциальный селевой поток в бассейне р.Каргалинка 23.07.2015г»., ТОО «Институт географии», Алматы 2015. 14–19 б.
4. Журнал Геоматика № 3'2015, 78–82 б.