Цифровая модель рельефа Красноярска как основа для проведения эколого-геоморфологических исследований

Изучение объектов познания на основе моделирования их свойств – один из исследовательских методов географии. Моделирование – метод исследования сложных объектов, явлений и процессов путём их упрощённого имитирования [Реймерс, 1990]. Возможности современной компьютерной техники позволяют создавать трёхмерные пространственные объекты и насыщать их свойствами непосредственно в виртуальном пространстве компьютера. Для географических исследований такой подход осуществляется на основе географических информационных систем (ГИС). Моделирование проводится для различных целей различных наук. В рамках геоморфологических исследований большое практическое значение имеет моделирование рельефа, оно позволяет получить ряд показателей, определяющих особенности многих физико-географических процессов, протекающих на какой-либо территории. Основной интерес при этом вызывает составление карт углов наклона, экспозиции склонов, вертикальной расчленённости. Такие карты позволят охарактеризовать рельеф как распределитель вещества и энергии по земной поверхности, что может найти применение во многих исследованиях, так или иначе затрагивающих рельеф и его экологические функции. Наиболее точная их разработка невозможна без создания цифровой модели рельефа (ЦМР), позволяющей математическими методами вычислить вышеуказанные величины. Морфометрические параметры территории определяют её эколого-геоморфологические условия, которые выражаются через экологическую, инженерную, простанственно-заселенческую, эстетическую и рекреационную стороны взаимодействия человека и рельефа.

Разработка ЦМР для г. Красноярска позволит создать базу для изучения взаимосвязи элементов системы «рельеф – хозяйство – население», а морфометрические параметры рельефа позволят описать некоторые эколого-геоморфологические свойства рельефа, что и определяет цель и задачи. Целью работы является создание ряда карт геоморфологической направленности для проведения дальнейших эколого-геоморфологических исследований. Для этого ставились следующие задачи: разработать и создать ЦМР; на основе ЦМР провести анализ некоторых морфометрических параметров (экспозиция, углы наклона, вертикальная расчленённость) территории.

Создание цифровой модели рельефа (ЦМР) Красноярска (рис. 1) в программном комплексе MapInfo 9.5.1 и с использованием дополнительного модуля Vertical Mapper 3.1 позволило провести расчёт основных морфометрических показателей: экспозиции, крутизны склонов и вертикальной расчленённости территории.

Рис. 1. Рельеф, водные объекты и административные границы г. Красноярска

Модель создавалась на основе оцифровки данных о рельефе, представленных изолиниями с сечением высот 10 и 20 м на топографических картах масштабом 1:100000 и 1:25000, с последующим её уточнением по структурным линиям на космических снимках, масштабом 1:7000 (в 1рх 5,7 м) и при полевых наблюдениях. Для увеличения точности модели использовалась методика построения рельефа, предложенная О.В. Рыжковым [Рыжков, 2007]. Результатом является составление ряда карт, представленных на рис. 2, 3, 4.

Знание экспозиционных параметров рельефа позволяет судить о некоторых физико-географических особенностях природно-территориальных комплексов, определяемых через степень их инсоляции, распределения тепла и влаги. Город Красноярск, большая часть его, располагается на широкой долине реки Енисей, восьми террасах. На севере – на возвышенной Красноярской равнине, с юго-востока и юго-запада город окружён отрогами Восточного Саяна. Данные об экспозициях склонов исследуемой территории представлены на рис. 2.

Рис. 2. Экспозиции склонов территории г. Красноярска и его окрестностей:

1 – склоны с уклоном менее 1°; 2 – южные склоны; 3 – юго-западные и юго-восточные склоны; 4 – западные и восточные склоны; 5 – северо-восточные и северо-западные склоны; 6 – северные склоны; 7 – административные границы г. Красноярска

При составлении анализировались поверхности с уклоном более 1°. В результате было определено, что для всей исследуемой территории характерно преобладание северных, северо-восточных и восточных склонов, в диапазонах азимута 0–90° и 270–360°, что определяет их большую протяжённость по сравнению с противоположными. Освещённость склонов определяет особенности микроклимата территории. Следует отметить, что «тёплыми» экспозициями является: восточные, юго-восточные, юго-западные. А «холодными» – западная, северо-западная, северная, северо-восточная [Макаров и др., 2002].

Информация об углах наклона территории Красноярска и его окрестностей представлена на рис. 3.

Рис. 3. Углы наклона территории г. Красноярска и его окрестностей: 1–0–3°; 2–3–6°; 3–6–12; 4–12–20°; 5–20–30°; 6–30–45°; 7–45–90°; 8 – административные границы г. Красноярска

При её анализе прослеживается взаимосвязь между экспозицией склонов и их крутизной. Так, склоны северных экспозиций ввиду повышенной влажности и наличия более плотного растительного покрова являются более пологими, чем склоны южных экспозиций. Остальная часть территории города и окрестностей представлена комплексом террас, кое-где вскрытых древними логами и балками. Для площадок террас характерны углы наклона 0–1,6°. Межтеррасовые склоны, как и склоны древних логов и балок, в среднем имеют уклоны от 2,5 до 21°. При этом для склонов более освещённых экспозиций характерны углы наклона 10–21°, а для менее освещённых – 2,5–10°.

Данные о вертикальной расчленённости территории представлены на рис. 4, где показана амплитуда вертикального расчленения в квадрате площадью 1 км2.

Рис. 4. Вертикальное расчленение территории г. Красноярска и его окрестностей (м / км2):

1 – амплитуда вертикального расчленения 2–25 м / км2; 2–25–35 м / км2; 3–35–60 м / км2; 4–60– 120 м / км2; 5–120–200 м / км2; 5–200–372 м / км2; 6 – административные границы г. Красноярска

Величина наибольшего расчленения характерна для горно-таёжных территорий Восточного Саяна, где она в среднем составляет: 95–300 м / км2. Для степной и лесостепной территорий террасового комплекса Енисея характерны величины от 2 до 90 км2, с максимумом до 135 м / км2. Наименьшим вертикальным расчленением характеризуются площадки приближенных к Енисею низких террас и фрагменты террас левобережья Енисея (2–30м на м / км2).

Разработанная ЦМР Красноярска является основой для проведения дальнейших эколого-геоморфологических исследований территории. Впоследствии она будет насыщаться геологическими, гидрогеологическими, инфраструктурными, экзодинамическими данными, на основе чего будет выполнена общая экологогеоморфологическая оценка.