Опыт применения ГИС-технологий для оценки интенсивности разрушения археологических памятников в зоне влияния Куйбышевского водохранилища

Куйбышевское водохранилище – крупнейшее в системе Волжско-Камского каскада – образовано в результате перекрытия р. Волги 31 октября 1955 г.

плотиной Куйбышевского гидроузла в районе Самарской Луки. Нормального подпорного уровня в 53 м водохранилище достигло в половодье 1957 г. Среди искусственных водохранилищ России оно выделяется практически по всем показателям самыми высокими значениями переработки берегов, поэтому мониторинг и сбор информации о состоянии и тенденциях развития данного и других экзогенных процессов, представляющих реальную опасность, оказывается актуальной задачей ( Беспалый, Фирсенкова , 1991). Одним из последствий таких процессов является разрушение археологических памятников.

Примерно 36% берегов водохранилищ России сейчас активно разрушается, что приводит к необратимому изъятию из землепользования больших площадей ценных прибрежных территорий ( Рагозин , 1992). Берегоразрушительные процессы, наряду с наводнениями, обвалами, оползнями и землетрясениями, относятся к числу наиболее распространенных и опасных природных процессов в России.

Из эксплуатируемых на территории России 2260 водохранилищ объемом более 1 млн. м ³ 2008 (90%) расположены в Европейской части, причем преимущественно в пределах Волго-Камского и Невского речных бассейнов. На этих искусственных водоемах, имеющих, как правило, существенно меньшие размеры, чем моря, берегоразрушения наиболее активно проявляются в пределах крупных водохранилищ объемом более 10 млн. м ³ .

Берега Куйбышевского водохранилища характеризуются наибольшей по сравнению с другими водными объектами европейской части страны пораженностью и переработкой – 75%. На других равнинных водохранилищах России берегоразрушения обычно проявляются менее чем на 40% береговой линии, за исключением Волгоградского (72%), Саратовского (70%) и Горьковского (65%). По интенсивности переработки оно также характеризуется наибольшими значениями (табл. 1).

Таблица 1. Пораженность и среднемноголетняя интенсивность переработки берегов водохранилищ России (по: Рагозин, Бурова, 1995)

Водохранилища	Протяженность		Пораженность переработкой, %	Интенсивность
	береговой линии, км	разрушаемых берегов, км		м/год	га/год	п*10-2 га/ км* год
Рыбинское	2460	871	35	0,9	83,6	3,4
Горьковское	2170	1403	65	1,3	183,8	8,4
Камское	1166	591	51	1,2	70,9	6,0
Боткинское	972	378	38	1,1	42,3	4,4
Куйбышевское	2030	1530	75	2,4	379,4	18,7
Саратовское	962	676	70	2,2	151,4	15,7
Волгоградское	1416	1014	72	1,8	179,4	12,6
Цимлянское	912	165	18	1,6	27,0	3,0
Новосибирское	520	275	52	0,9	24,7	4,7
Красноярское	1415	1110	77	0,7	77,7	5,4
Братское Всего по	6013	2056	34	0,8	164,4	2,7
водохранилищам России	64100	23290	36	1,5	3493,0	5,4

Данные, представленные в таблице, говорят о высокой интенсивности переработки берегов водохранилищ, изъятии больших площадей из землепользования, а следовательно, о необходимости оценки опасности переработки берегов. Под опасностью переработки берегов водохранилищ (абразионной опасностью) понимают существующую или возможную в будущем угрозу разрушения определенных участков побережий, происходящего с установленной интенсивностью за заданный промежуток времени, но с неясными экономическими, социальными и экологическими последствиями ( Рагозин, Бурова , 1995). Другими словами, это опасный процесс, который оценивается вне конкретной привязки к ценности прибрежных территорий, а также населению и объектам экономики, находящимся в их пределах.

Создание водохранилища принципиально изменило весь ландшафтный облик днища долины Средней Волги. При создании водохранилища кроме русла Волги под водой оказались пойма Камы и низкие надпойменные террасы ниже ее устья. Разрушение берегов приводит к необратимому изъятию из землепользования прибрежных территорий, вследствие чего при создании водохранилища и его эксплуатации было разрушено и затоплено значительное количество объектов историко-культурного назначения, включая памятники археологии (рис. 1).

Нa территории Республики Татарстан (РТ) ныне выявленo, изучено и поставлено на yчeт oкoлo 4300 археологических объектов, из них на федеральную охрану – 22, на республиканскую (региональную) – 278, и на местную – 23 памятника. Большое их количество расположено в прибрежной зоне крупных рек, что связано с характером жизнедеятельности человека в прошлом. Многие из них были утрачены или находятся под угрозой уничтожения. На территории РТ в результате колебаний уровня Куйбышевского и Нижнекамского водохранилищ ежегодно подвержены разрушению около 800 памятников археологии.

Инженерно-геологические изыскания, связанные с переработкой берегов Куйбышевского водохранилища, начались еще в 1930-е гг., в самый начальный период его проектирования, однако они проводились эпизодически и носили в основном описательный характер. Наиболее созидательными и значительными были работы, выполненные Заволжской экспедицией Всесоюзного гидрогеологического треста и геологического факультета МГУ в 1952–1955 гг. В общую задачу этих работ входило изучение всего комплекса инженерно-геологических явлений, которые могут возникнуть в зоне влияния водохранилища, с прогнозом их развития в пространстве и во времени.

С 1957 по 1961 г. геологическим факультетом МГУ были организованы 23 наблюдательных участка, на которых выполнена инженерно-геологическая съемка в масштабе 1:500 и 1:10 000 и начаты наблюдения по 55 створам. В результате этих исследований были выявлены основные факторы переработки берегов водохранилища и некоторые ее закономерности в первые годы эксплуатации. По результатам наблюдений первых шести лет была выполнена предварительная проверка 10-летних прогнозов переработки берегов по 30 створам.

S ’О

S Ц

^ 'sD

PC ^

s

стан

В 1973 г. по указанию Министерства геологии РСФСР Центральная инженерно-геологическая и гидрогеологическая экспедиция (ЦИГГЭ) при Мин-гео РСФСР приступила к проведению инженерно-геологических работ по изучению формирования берегов водохранилища с целью составления дальнейших прогнозов этого процесса.

За период с 1973 по 1978 г. проведено инженерно-геологическое обследование 48 населенных пунктов, выполнены наземные и подводные промеры по створам и инженерно-геологическое обследование по периметру водохранилища в масштабе 1:100 000. В результате выполненных работ составлены прогнозы переработки берегов по 35 населенным пунктам и по береговой линии водохранилища протяженностью 1500 км на сроки до 1985 и до 1995 гг.

С 1979 г. ЦИГГЭ Мингео РСФСР начала стационарные исследования экзогенных геологических процессов (ЭГП) в прибрежной полосе водохранилища и, в первую очередь, процессов формирования новых берегов, которые продолжаются и в настоящее время. Данные наблюдения проводятся ТРГГП «Татар-стангеология».

Наблюдательная сеть, по которой данная организация отслеживает процесс переработки берегов водохранилища, включает следующие стационарные участки, привязка которых дается по расположенным вблизи них населенным пунктам: 1) Аракчино, 2) Атабаево, 3) Лаишево, 4) Рыбная Слобода, 5) Троицкий Урай, 6) Камское Устье, 7) Шуран, 8) Масловка, 9) Тетюши, 10) Балымеры, 11) Полянки, 12) Именьково, 13) Боровое Матюшино, 14) Нижний Услон, 15) Нариман, 16) Сюкеево, 17) Измери, 18) Коминтерн, 19) Красно-видово.

Нам в связи с этим важно то, что практически у каждого пункта находятся объекты культурного наследия, что позволит в дальнейшем использовать полученные данные для расчета динамики разрушения памятников археологии.

Одновременно с инженерно-геологическими изысканиями, связанными с переработкой берегов Куйбышевского водохранилища, проводились работы по выявлению и изучению археологических памятников в зоне будущего строительства. Эти работы начинались еще в середине 1930-x гг. под руководством А. П. Смирнова – осматривались памятники в районе приустьевой части Камы и левобережья Волги. Результаты исследований были обобщены А. П. Смирновым в ряде работ (см., напр.: Смирнов , 1939), которые и поныне не потеряли своего научного значения.

Археологические исследования зоны будущего Куйбышевского водохранилища, прерванные в годы Великой Отечественной войны, возобновились в 1950 г. B Татарии работали три отряда Куйбышевской археологической экспедиции ИИMK AH CCCP под общим руководством того же A. П. Смирнова. Возглавляемый им головной отряд проводил широкое изучение археологических объектов в нижней затопляемой части Болгарского городища (Смирнов, 1962). Казанский отряд под руководством H. Ф. Калинина и A. X. Xa-ликoвa исследовал значительную зону по Волге – от Зеленодольска до устья Камы (Калинин, Халиков, 1958), а также район с. Именьково (Калинин, Халиков, 1954). Проводилась археологическая разведка и в других частях зоны затопления. Так, H. Д. Meц были осмотрены отдельные археологические памятники в Maмaдышcкoм и Чиcтoпoльcкoм районах, а M. З. Пaнич-кина (1953) вела поиски палеолитических памятников по Волге и в низовьях Камы.

С 1961 г. поиски и изучение археологических памятников на всей территории республики приобрели еще более целенаправленный характер в связи с научной проблематикой сектора археологии ИЯЛИ КФАН СССР. Начались систематические наблюдения за береговой зоной и образовавшимся абразионным уступом Kyйбышeвcкoгo водохранилища. B результате этих работ удалось выявить более 600 размытых и полуразмытых водохранилищем разнообразных археологических памятников от эпохи палеолита до позднего средневековья ( Смирнов , 1962).

1970-е гг. связаны с проведением широких охранных археологических работ в зонах водохранилищ Нижнекамской и Куйбышевской ГЭС. С 1968 г. начались работы в зоне готовящегося Hижнeкaмcкoгo водохранилища. Они велись на протяжении более чем 10 лет под руководством A. X. Xaликoвa, П. H. Старостина и, особенно активно, E. П. Казакова. B результате произведенных исследований в РТ была создана надежная источниковая база для написания обобщающих работ по ряду проблем археологии.

За прошедшее время большинство памятников археологии, находящихся в зоне затопления, было утрачено или оказалось под угрозой уничтожения. В этих условиях мы предполагаем оценить интенсивность разрушения археологических памятников, применяя методику изучения экзодинамических процессов в зоне воздействия крупных равнинных водохранилищ, использованную сотрудниками кафедры ландшафтной экологии факультета географии и экологии при обследовании динамики береговой линии Куйбышевского водохранилища.

Организация такой оценки включает в себя следующие этапы:

• 1)    выбор приоритетных участков, наиболее подверженных разрушению или опасности оного;

• 2)    сбор информации (литературные, картографические источники, архивные данные, аэро- и космоснимки и т. д.). Изучение данных дистанционного зондирования (ДДЗ) на исследуемую территорию, выбор ключевых участков;

• 3)    полевой этап, основной задачей которого являются изучение эволюции берегов с целью выявления общих закономерностей переформирования, определение количественных значений влияния различных факторов на размер, форму и скорость переработки берегов и уточнение краткосрочных прогнозов и методов прогноза берегообрушения. Также он включает в себя работы по инвентаризации состояния памятников с использованием методики производства археологических разведок и раскопок, топосъемки местности и береговой линии;

• 4)    камеральная обработка (построение карт, пополнение реестра памятников), дешифрирование разновременных снимков (береговая линия, экзогенные процессы) с целью выявления опасности разрушения памятников;

• 5)    создание региональной археологической ГИС, включающей в себя разработку СУБД и программную оболочку, обеспечивающую работу с данными по памятникам археологии Республики Татарстан.

Одной из приоритетных задач, которую можно решить с помощью рассматриваемой геоинформационной системы, представляется оценка интенсивности разрушения памятников археологии вследствие переработки берегов Куйбышевского водохранилища. Основной мерой опасности переработки является ее разрушительная сила, которую достаточно полно характеризует интенсивность процесса, установленная в виде среднемноголетних линейных, площадных или объемных скоростей берегоразрушений за единицу времени (м/год, га/год, м ³ /м*год и т. п.) с учетом общей пораженности ими береговой линии (табл. 1). В рассматриваемом случае берег представляется одновременно и носителем (источником), и объектом опасности. Поэтому ежегодные физические (вещественные) потери прибрежных территорий, определяемые скоростью разрушения берегов, являются мерой опасности процесса и риска физических потерь от его негативных проявлений ( Рагозин, Бурова , 1995).

Наиболее наглядной характеристикой интенсивности переработки берегов морей и водохранилищ является линейная скорость отступания береговой линии. Средняя скорость отступания берегов по всем размываемым участкам крупных водохранилищ России на первой стадии развития процесса составляет примерно 5 м/год, а на второй стадии – 1,5 м/год.

Превышение этих скоростей в определенный промежуток времени и на отдельных побережьях указывает на ситуацию, которая может быть отнесена к категории опасных. Данное положение послужило основой для ранжирования берегов водохранилищ по степени опасности их разрушения. По установленным среднемноголетним значениям линейной скорости переработки берегов легко рассчитываются соответствующие площадные потери прибрежных территорий. Указанные среднемноголетние линейные и площадные скорости определяют допустимый (приемлемый) уровень потерь от рассматриваемого процесса, превышение которого требует принятия мер по предотвращению ущерба.

В качестве примера использования описанных методов для оценки интенсивности разрушения археологических памятников авторами данной публикации были выбраны фрагменты береговой линии Куйбышевского водохранилища. Интерес в изучении данной территории представляют как процессы переработки берегов, так и достаточно высокая плотность археологических объектов на относительно небольшой по площади территории (рис. 2).

Для проведения работы использовались материалы аэрофотосъемки залета 1958 г. масштаба 1:17 000 (N-39-17-В-г) и топографическая карта масштаба 1:50 000, а также космический цифровой снимок сверхвысокого разрешения 2005 г., полученный с геосервиса «Google.Earth». Таким образом, авторами рассматривался временной промежуток в 47 лет. На начальном этапе работы проводилась координатная привязка пяти аэроснимков, покрывающих исследуемую территорию, в программе PCI Geomatica V9.1., при этом за рабочую основу был принят цифровой космический снимок, полученный с сервиса «Google». Путем сопоставления снимков за разные годы выявлялись реперные объекты, напри-

Рис. 2. Наблюдательный участок береговой линии у с. Речное. Остолоповское городище мер церковь, жилые строения, квартальная сетка населенных пунктов, для которых с цифрового снимка брались пространственные координаты. В результате обработки получены трансформированные геокодированные аэроснимки, собранные в единое изображение.

Дальнейшая работа осуществлялась в программе MapInfo Professional, где снимки разных лет были открыты в виде слоев и проводилось дешифрирование береговой линии с одновременным созданием электронных слоев береговой линии на разных временных отрезках. На следующем этапе определялись величины отступания береговой линии с целью количественной оценки его динамики.

Для оценки интенсивности разрушения археологических памятников авторами данной публикации был выбран фрагмент береговой линии Куйбышевского водохранилища от с. Речное до устья р. Шентала Алексеевского района РТ. На исследуемой территории располагаются Остолоповское городище, Остоло-повский могильник и Остолоповские селища I и II. Ниже приводится описание, как нам кажется, наиболее интересных участков.

Участок 1. Остолоповское городище (рис. 2) датируется булгарским домонгольским периодом (X–XI вв.). Расположено к северо-западу от с. Речное, на мысу, образованном высокой террасой и оврагом с крутыми склонами. С запада городище ограничено дугообразным валом и рвом. Поверхность площадки распахана. Культурные остатки в виде скоплений прокала, угля и керамики

Рис. 3. Наблюдательный участок береговой линии у с. Речное. Остолоповское селище I обнаружены лишь близ края террасы. Городище, вероятно, использовалось как наблюдательный пункт на камском водном пути. Смещения береговой линии здесь незначительны, в среднем на 8–10 м. Скорость переформирования 0,2 м/год. Овраг также достаточно стабилен, скорее всего, он превращается в балку.

Участок 2. Здесь идет интенсивное разрушение уникального памятника археологии – Остолоповского селища булгарского домонгольского периода, занимающего полуостров близ устья р. Шанталы (рис. 3).

Сборами на поверхности и в обнажениях, а также раскопами 1969 г., получен обширный материал, вскрыты полуземляночное жилище и несколько хозяйственных ям. Вещевой комплекс и керамика позволяют датировать селище X–XI вв.

Разрушение берега происходит под воздействием целого ряда факторов, прежде всего ветрового волнения, колебания уровня водоема; кроме того, берег данного участка низкий, сложенный малоустойчивыми к размыву четвертичными суглинками. Максимальная величина отступания 66,8 м, минимальная – 35,4 м. Соответственно скорость колеблется в пределах от 0,75 до 1,4 м/год. По нашим подсчетам, площадь острова в 1958 г. составляла 52 710 м ² , тогда как в 2005 г. – всего 25 310 м ² , т. е. за эти десятилетия уничтожена площадь 27 400 м ² . Следует предположить, что примерно через 45 лет, если не принять мер по укреплению берега, этот археологический памятник исчезнет.

Выводы и результаты

• 1.    Проведенная коллективом работа, включавшая использование современных ГИС-технологий и данных дистанционного зондирования, показала достаточно высокую интенсивность береговых процессов в зоне размещения исследованных памятников.

• 2.    С созданием региональной археологической ГИС возможно осуществление систематизации данных по археологическим объектам, в том числе по состоянию памятников в зонах интенсивных берегоформирующих процессов.

• 3.    Использование материалов разновременной аэрофотосъемки существенно облегчает работу по количественной и качественной оценке развития береговых процессов и оценке состояния памятников археологии. Наличие материалов аэрофотосъемки за разные годы позволило провести сплошное обследование береговой полосы на выбранных участках и получить тем самым сведения об интенсивности процессов переформирования берегов до начала проводимых с 2002 г. работ по обследованию береговой полосы Куйбышевского водохранилища. Применение данных подходов в дальнейшем, с использованием материалов дистанционного зондирования последних годов залета, поможет в проведении обоснованных полевых археологических охранно-спасательных работ.

• 4.    Мониторинговые исследования объектов культурного наследия с учетом методов, используемых в ландшафтной экологии, позволят насыщать АГИС новыми данными и проводить оценку наносимого ущерба и интенсивности разрушения археологических памятников, анализируя скорость разрушения берега. Результатом нашего исследования мы видим оптимизацию работы археологов, создание единой информационной системы состояния памятников археологии и формирование обоснованной единой системы проведения археологических изысканий.