« 80-летию института «Севкавгипроводхоз» ...»
Рис. 4. Плотина на р. Герхожан-Су (Северный Кавказ, Россия), построенная в 1987-1999 гг. и разрушенная селем через 2 месяца после окончания строительства
Под эгидой ассоциации идет работа над новым библиографическим указателем по селям и защите от них. Если в 1850-1967 гг. о селях вышло около 1700 публикаций на русском языке (Власов и Крашенинникова, 1969), то с 1968 по 2005 гг., по предварительным подсчетам А.Ю. Власова (устное сообщение, 2006), опубликовано более 3800 работ.
Проводится обновление нормативных руководств по изучению селей. Ассоциация начала дискуссию о необходимости создания государственной программы исследования селей и защиты от них, что позволило бы провести исследования селеопасных районов, подготовить и обучить квалифицированных специалистов, создать современные системы мониторинга и прогнозирования селей и обеспечить безопасность населения.
Ассоциация планирует организовать международную конференцию по селевым потокам и мерам защиты от них. Конференция пройдет в России на Кавказе в конце сентября 2008 г.
 |
Рис. 5. Группа участников заседания, на котором была учреждена Селевая ассоциация.
Пятигорск, Россия, 17 мая 2005 г. В правом верхнем углу - логотип ассоциации.
литература
1. Боголюбова И.В. Селевые потоки и их распространение на территории СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1957. 152 с.
2. Виноградов Ю.Б. Этюды о селевых потоках. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 144 с.
3. Власов А.Ю., Крашенинникова Н.В. Селевые явления в СССР и методы борьбы с ними. Библиогр. указатель. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1969. 215 с.
4. Всероссийская конференция по селям. Октябрь, 8-11, 2002 г. Тезисы. ВГИ, Нальчик, 2002.
5. Гомер. Илиада. СПб.: Белый город, 2003, 640 с.
6. Защита народнохозяйственных объектов от воздействия селевых потоков. (Материалы Международной конференции по селям, Пятигорск, 17-21 ноября 2003 г.). Вып. 2. Пятигорск, 2004. 175 с.
7. Леонардо да Винчи. Избранные естественнонаучные произведения. Ред., пер., ст. и комм. В.П. Зубова. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 1027 с.
8. Методическое руководство по комплексному изучению селей. Под ред. М.В. Чуринова и А.И. Шеко. М., Недра, 1971. 159 с.
9. Письма Плиния Младшего. М.: Наука, 1984. 408 с.
10. Плиний Старший. Естественная история. http://www.kolhida.ru/index.php3path=_sourcer&source=ps#76
11. Приключения нарта Сасрыквы и его девяноста девяти братьев. Сухуми: Алашара, 1988.
12. Руководство по изучению селевых потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 144 с.
13. Руставели Ш. Витязь в тигровой шкуре. Пер. Н.А. Заболоцкого. М.: Рипол классик, 2002. 368 c.
14. Сенека Л.А. Философские трактаты. СПб, Алетейя, 2001. 400 с.
15. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика. Издание официальное. М.: Государственный комитет СССР по делам строительства, 1983.
16. Статковский Б. И. Проект дороги через хребет Кавказских гор между урочищем Квишеты и станцией Коби. Журн. Гл. упр-я путей сообщ. и публичных зданий. 1859, т. 39, кн. 2-3, С. 249-282.
17. Статковский Б.И. О причинах происхождения Казбекского завала и о мерах для его предупреждения. Тифлис: 1877. 42 с.
18. Страбон. География. Пер. с греч., вступ. статья и комм. Г.А. Стратановского. М.: ОЛМА-ПРЕСС Инвест, 2004. 639 с.
19. Тезисы Всероссийской конференции по селям. 26-28 октября 2005 г. Нальчик, ВГИ, 2005. 156 с.
20. Флейшман С.М. Сели. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 312 с.
21. Черноморец С.С. Селевые очаги до и после катастроф. М.: Научный мир, 2005. 184 с.
22. Fabre J.A. (citoyen). Essai sure la theorize des torrents et des rivers. 1797. 482 p.
Surrel A. Etude sur les torrents des Hautes- Alpes. Paris, 1841. 284 p.
УДК 528.71 О.В. Тутубалина
МГУ географический факультет
ВОЗМОЖНОСТИ ВЫСОКОДЕТАЛЬНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ СЪЕМКИ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГИДРОТЕХНИЧЕСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
1. Введение
В современном высокотехнологичном мире космическая съемка играет особую роль. С появлением виртуальной модели Земли Google Earth (http://earth.google.com/) Интернет-пользователям стали доступны аэро- и космические снимки с детальностью от 15 до 0,5 м на всю поверхность суши Земли, и трехмерные модели рельефа с детальностью 30-1000 м. Эти материалы используются для познавательных целей - туризма и изучения географии нашей планеты, а также для экстренных действий при чрезвычайных ситуациях, например при борьбе с последствиями недавних землетрясений в Пакистане и ураганов в США в 2005 г.
У профессионалов в области кадастра, строительства и инженерных изысканий также появилось мощное средство информационного обеспечения - высоко детальные (1 м и лучше) космические съемки местности, которые выполняются под заказ с искусственных спутников Земли. По данным ГИС-Ассоциации (цит. по: Зайцев, 2005), в 2005 г. объемы использования материалов космического зондирования Земли в России (в денежном выражении) почти вдвое превысили объемы использования материалов аэрофотосъемки. В основном это происходит в результате активных закупок высоко детальных космических снимков. Сейчас съемка осуществляется в основном с трех спутников США (Ikonos, QuickBird, OrbView-3), а к 2008 г. ожидается запуск еще 15 аппаратов различных стран. Увеличение количества снимков и их удешевление в перспективе позволит в значительной мере заменить аэрофотосъемку более дешевой и организационно удобной космической съемкой.
Среди достоинств космической съемки - оперативность, обусловленная постоянным функционированием спутника на орбите, возможностью его перенацеливания для быстрой съемки требуемого объекта, и передачей снимка в цифровом виде с орбиты, а далее через Интернет заказчику. Кроме того, съемка с большой высоты (200-700 км) позволяет уменьшить искажения, связанные с рельефом земной поверхности, что упрощает создание карт по снимкам. При применении снимков следует отметить отсутствие отечественных систем высокодетальной цифровой космической съемки, а также пока сохраняющийся в России режим ограниченного использования любых космических снимков с детальностью лучше 2 м.
29 декабря 2005 г. по заказу института «Севкавгипроводхоз» была проведена космическая съемка участка 1-28 км Большого Ставропольского канала (БСК-1) в Карачаево-Черкесии, а также получены архивные снимки 31 октября 2005 г. на участки Усть-Джегутинского водохранилища и 1-8 км БСК-1, а также 22 сентября 2004 на участок Гижгит в Кабардино-Балкарии. Перечисленные снимки были выполнены спутником QuickBird, с детальностью 0,7 м (панхроматический режим) и 2,4 м (многозональная съемка). Были также заказаны и получены менее детальные снимки с других спутников, выполненные в 1971 и 2005 г. В феврале-марте 2006 г. проведена предварительная обработка приобретенных снимков и начата работа с ними. В статье освещаются основные результаты выполненных работ.
2. Используемые материалы
2.1 Цифровые космические снимки QuickBird
Американский спутник QuickBird был запущен 18 октября 2001 г. на полярную солнечно-синхронную орбиту высотой 450 км и наклонением 97,2°. Двигаясь по орбите со скоростью 7,1 км в секунду, спутник облетает Землю за 93,5 минуты. На нисходящей орбите спутник пересекает линию экватора в 10,30 утра по Гринвичу. Он также смещается относительно поверхности Земли за счет вращения планеты, и таким образом имеет возможность наблюдать большую часть поверхности Земли. Современная многозональная цифровая камера на борту этого спутника обеспечивает наибольшую ширину полосы съемки, наибольшую емкость бортового накопителя памяти и высочайшую детальность из всех работающих в настоящее время коммерческих спутников (табл. 1.).
У компании-производителя (DigitalGlobe) имеется развитая сеть дистрибьюторов в России, приняты единые общемировые цены на снимки, и есть реальная возможность оперативного заказа архивных и новых съемок. При заказе можно очертить на топографической карте участок произвольной формы (так называемый «полигон съемки») и стоимость снимков рассчитывается исходя из площади полигона. Минимальная площадь заказа для снимков, имеющихся в архиве дистрибьютора, составляет 25 км2, а для новой съемки 64 км2.
Таблица 1.
Основные технические характеристики снимков QuickBird
(no QuickBird Imagery Products, 2006).
| Характеристика | Величина |
| Пространственное разрешение (детальность), м | Многозональный* сканер MS: от 2,44 м (съемка вертикально вниз) до 2,88 м (отклонение 25° от вертикали) Панхроматический* сканер Pan: от 0,61 м (съемка вертикально вниз) до 0,72 м (отклонение 25° от вертикали) |
| Спектральные зоны | голубая 450-540 нм зеленая 520-600 нм красная 630-690 нм ближняя инфракрасная 760-900 нм панхроматическая 450-900 нм |
| Радиометрическое разрешение (число уровней яркости, регистрируемых приемником) излучения) | 11 бит (2048 уровней яркости) |
| Ширина полосы съемки | 16,5 км при вертикальной съемке (больше при наклонной)** |
| Максимальная частота съемки | 1 раз в 1-3,5 дней в зависимости от широты (при отклонении угла съемки до 30°) |
| Погрешность географической привязки по орбитальным данным | до 23 м (в 90% случаев) |
* Многозональной называют одновременную съемку в нескольких узких зонах (областях) электромагнитного спектра, а панхроматической - съемку в одной широкой области спектра, охватывающей диапазон видимого света
(у QuickBird в эту область также попадает край ближней инфракрасной части спектра)
** Размер полигона заказа для одного снимка должен быть размером не более 14 км х 14 км
Новая съемка была заказана для института «Севкавгипроводхоз» во второй половине декабря 2005 г. и проведена 29 декабря 2005 г. в 8 ч. 26 мин. по Гринвичу (11 ч. 26 мин. местного времени), с отклонением от вертикали на 22.6°. Срок гарантированного проведения съемки с малой облачностью составляет до 90 дней. В данном случае от заказа до проведения съемки прошло менее двух недель. Необходимо отметить особенности зимней съемки: малая высота Солнца приводит к образованию длинных теней от деревьев, зданий, склонов и других объектов, на местности имеется частичный снежный покров. Все это, в целом, снижает качество снимков. В данном случае период съемки диктовался срочностью проведения проектных работ, однако по возможности на юге России следует проводить съемки для изыскательских работ весной или осенью. В это время высота стояния Солнца достаточна, отсутствует как снежный покров, так и густая зеленая растительность.
Полученная архивная съемка была проведена 31 октября 2005 г., в 8 ч. 18 мин. по Гринвичу (11 ч. 18 мин. по местному времени), с отклонением от вертикали на 17,3°.
Что касается сроков получения материалов съемки, следует отметить, что после съемки и оплаты заказа обычно 3-7 дней занимает обработка снимков компанией-поставщиком (ЗАО "Совзонд"), и, в случае заказа съемки детальнее 2 м, одна-две недели на доставку фельдегерской связью в первый отдел заказчика.
Космические снимки были заказаны в варианте QuickBird Standard Ortho-Ready (стандартный, подготовленный для ортотрансформирования). Ортотрансформирование (учет искажений, связанных с рельефом) не проводилось, поскольку отсутствовала прецизионная модель местности, соответствующая требованиям масштаба 1:2000. В поставку были включены снимки как многозонального, так и панхроматического сканера. Практически использовались цветные совмещенные изображения, в которых путем специальной обработки многозональные изображения были приведены к детальности панхроматических – 0,7 м. Совмещение осуществила компания-дистрибьютор, однако большинство пакетов программ по обработке космических снимков имеют такую функцию, в том числе использовавшийся нами пакет ERDAS Imagine 8.5. Компанией-дистрибьютором также выполнена первичная обработка данных космической съемки:
геометрическая и радиометрическая коррекции;
координатная привязка изображений к Универсальной поперечной проекции Меркатора (UTM) и Общеземной геодезической системе координат 1984 г. (WGS-84).
Необходимо обратить внимание на особенности лицензирования снимков QuickBird. Права собственности на переданные материалы космической съемки принадлежат компании DigitalGlobe. Материалы космической съемки передаются заказчику в соответствии с условиями передачи прав на результаты интеллектуальной деятельности компании DigitalGlobe. Заказчик обязуется, в частности, не публиковать космические снимки со спутника QuickBird без согласования с компанией-производителем и использовать их только для конкретных целей (в данном случае – проектирование и реконструкция гидротехнических сооружений).
2.2 Фотоснимки Corona KH-4B
Corona - это название серии, состоявшей из нескольких сот американских военных фотоспутников, которые вели съемку в 1960-70-е гг. В настоящее время материалы этих съемок рассекречены, их каталог размещен в сети Интернет, а сами снимки в сканированном виде доступны для заказа в Геологической съемке США. На район БСК-1 были заказаны два снимка, полученные панорамной фотокамерой высоко детальной съемки КН-4В. Они были выполнены 2 апреля 1971 г. в ходе миссии № 1114-2 (начало полета 24 марта 1971 г.), на орбите 138D (кадры 178 и 179). Точное время съемки не зафиксировано. На спутнике были установлены две камеры, направленные вперед и назад по направлению полета, однако в архиве были обнаружены только снимки с камеры, направленной назад (Aft). В таблице 2 приведены основные характеристики съемочной аппаратуры.
Таблица 2.
Основные технические характеристики снимков, пленки и камеры КН-4В
(по Declassified Satellite Imagery..., 2006)
| Характеристика | Величина |
| Название | КН-4В |
| Тип камеры | панорамная |
| Ширина пленки, мм | 70 мм |
| Примерный формат кадра (в дюймах) | 2.18x29.8 |
| Фокусное расстояние (в дюймах) | 24 |
| Наилучшая разрешающая способность пленки (приблизительно, в лин/мм | 160 |
| Оптимальное увеличение негатива для дешифрирования (раз) | 16 |
| Наилучшее наземное разрешение (примерно, в футах) | 6 (1.8 м) |
| Номинальная высота полета (морские мили) | 81 |
| Номинальный масштаб фотонегатива | 1:247,500 |
| Номинальный охват кадра на поверхности (в милях) | 8.6X117 |
| Номинальное разрешение просмотрового изображения в Интернет (футов/пиксел) | 430 |
Хотя наилучшее возможное разрешение снимков КН-4В составляет 1,8 м, копирование для потребителей осуществляется с дублей негативов, что в 1,5-2 раза ухудшает итоговую детальность. Дубль-негативы сканируются в Геологической съемке США с разрешением 7 мкм (3600 dpi), что вполне достаточно для сохранения всех деталей снимка. Итоговые оцифрованные снимки имеют разрешение 2-3 м в зависимости от качества негатива и части снимка. Для нашего района разрешение составило около 3 м.
2.3 Цифровые космические снимки IRS LISS, IRS Pan
IRS - это серия индийских спутников наблюдения Земли. Нами использовались снимки на район БСК-1, полученные многозональным сканером LISS III и панхроматическим сканером PAN со спутника IRS 1-С 22 октября 2005 г. в 06 ч. 36 мин. по Гринвичу (9 ч. 36 мин местного времени). Фактически мы анализировали единое цветное изображение - результат совмещения данных LISS и PAN, приведенное к детальности 6 м. Прием снимков, их предварительную обработку, совмещение и географическую привязку провел инженерно-технологический центр «СканЭкс». (Москва). Основные параметры съемочных систем указаны в таблице 3.
Таблица 3.
Основные технические характеристики используемых снимков со спутника IRS 1-С (по Euromap..., 2006)
| Характеристика | Величина | |
| Название системы | Панхроматический сканер (PAN) | Многозональный сканер Linear Imaging Scanner (LISS III) |
| Пространственное разрешение (детальность), м | 5.8 | 23 |
| Спектральные зоны | 500-750 нм | зеленая 520-590 нм красная 620-680 нм ближняя инфракрасная 770-860 нм |
| Радиометрическое разрешение (число уровней яркости, регистрируемых приемником) излучения) | 6 бит (64 уровня яркости) | 7 бит (128 уровней яркости) |
| Ширина полосы съемки | 70 | 140 |
| Максимальная частота съемки | 1 раз в 5 дней (при отклонении угла съемки до ±26°) | 1 раз в 24 дня |
3. Методика работ
Работы выполнялись в 4 этапа: 1) дополнительная географическая привязка и геометрическая коррекция снимков и сканированных карт, 2) яркостная коррекция снимков для печати; 3) цветная печать снимков на фотобумаге в масштабах 1:2000 (QuickBird), 1:10000 (Corona КН-4В) 1:50000 (IRS LISS/PAN), 4) полевое дешифрирование отпечатанных снимков на участок БСК-1 совместно с сотрудниками института «Севкавгипроводхоз». Этапы 1-3 осуществлялись с помощью специализированного программного обеспечения для обработки снимков ERDAS Imagine 8,5.
Дополнительная географическая привязка требуется в связи с погрешностями орбитальной привязки снимков и необходимостью представить их в другой проекции. Для района БСК-1 привязка осуществлялась к сканированным топографическим картам, предварительно приведенным в систему 1963 г. Использовались уравнения полиномов 1-го порядка, рассчитанные по 6-12 опорным точкам. На основании уравнений проводилось трансформирование снимков в систему 1963 г. Среднеквадратические погрешности трансформирования составили менее 1 м для QuickBird и около 9 м для IRS LISS/Pan. Для снимков Corona KH-4B из-за искажений панорамной съемки погрешности достигают 16-26 м. Таким образом, трансформированные снимки QuickBird можно использовать для работы в масштабе 1:2000, IRS LISS/PAN - в масштабе 1:50000, a Corona KH-4B - для визуального дешифрирования, но без точных измерений, в масштабе от 1:10000 и мельче.
Для района Гижгит дополнительная привязка велась по цифровой съемочной основе, полученной полевыми съемками в масштабе 1:2000. Однако в связи с недостаточной точностью этой основы, привязку предстоит совершенствовать.
Яркостная коррекция состояла в интерактивном подборе оптимальной яркости и контраста для наглядного отображения всех объектов на земной поверхности, минимизации влияния теней и снежного покрова. Преимущество пакета ERDAS Imagine и его внутреннего формата цифровых снимков состоит в том, что параметры оптимизации записываются в специальную таблицу в заголовке снимка, а исходные значения яркости в файле снимка не изменяются. Для визуального дешифрирования по экрану это позволяет сохранить многовариантность цветовых характеристик снимка. Обычные программы графической редакции изображений, такие как Adobe PhotoShop, такой возможности не дают. В качестве материала для коррекции использовались совмещенные многозональные и панхроматические изображения снимков QuickBird, с детальностью около 0.7 м и сочетанием спектральных зон 4:2:1 (ближняя инфракрасная; красная; голубая). На полученных цветных синтезированных снимках растительность отображается красным и коричневым цветом, водоемы - цветами от сине-зеленого до черного, застройка - в основном серыми и голубыми цветами, снег - белым цветом.
Цветная фотопечать осуществлялась на струйном принтере Epson 1290C для участка БСК-1, с автоматической полистной разбивкой (всего 52 листа формата A3, рис 1). В том числе на участок 1-2 км канала было отпечатано 20 листов совмещенных цветных изображений QuickBird (детальность 0.7 м) за 31.10.2005 г. в масштабе 1:2000, 1 лист совмещенного изображения QuickBird за 29.12.2005 г. в масштабе 1:2000, 1 лист изображения Corona KH-4B за 02.04.1971 г. в масштабе 1:10000. На участок 13-14 км канала было отпечатано 27 листов совмещенных цветных изображений QuickBird за 29.12.2005 г. в масштабе 1:2000, 2 листа изображения Corona KH-4B за 02.04.1971 г. в масштабе 1:10000. Был также отпечатан совмещенный снимок IRS LISS/Pan (детальность 6 м) в масштабе 1:5 0000 на оба участка.
Полевое дешифрирование проводилось в районе головных сооружений и 13-14 км БСК-1, 28 февраля 2006 г. (рис. 2). В связи с крупным масштабом космических снимков было возможно непосредственное опознание объектов на местности. Нами осуществлялась консультативная помощь в распознавании объектов по форме и цвету на космических снимках.
Quickbird, 31.10/2005
 |
Corona KH-4B, 02.04.1971
 |
 |
Corona KH-4B, 02.04.1971
 |
 |
Quickbird, 29.12.2005
Рис. 2. Полевое дешифрирование космических снимков. 28 февраля 2006 г.
На заключительном камеральном этапе проведены краткое обучение сотрудников отдела гидрологии СКГВХ основным приемам дешифрирования и работы со снимками на компьютере, а также лекция о современных возможностях космической съемки.
4. Результаты
Наиболее важными для дальнейшего использования представляются результаты полевого дешифрирования высокодетальных космических снимков.
В качестве первого тестового участка для дешифрирования был выбран участок 1-2 км Большого Ставропольского канала, где вследствие фильтрации происходит подтопление подкомандной территории города Усть-Джегута. На снимках хорошо прослеживаются дренажные канавы, колодцы, участки поверхностных проявлений фильтрации. Отчетливо разделяются облицованные и необлицованные участки Большого Ставропольского канала (рис. 3). Благодаря использованию при съемке QuickBird ближней инфракрасной зоны спектра, четко отделяются поверхностные водные объекты. На территории города видны реки, ручьи, пруды и другие поверхностные водоемы (в том числе неглубокие). Пути подземной фильтрации прямо не отражаются на снимках, но по косвенным признакам можно наметить участки для детальных полевых проверок, обхода дворов, размещения контрольных скважин. Старые снимки со спутника Corona позволяют изучать изменения в размещении обводненных участков в городе (рис. 4). Снимки помогут отразить на съемочной основе современную застройку города и уточнить ее изменения по сравнению с ранее имевшимися топографическими материалами.
Хорошо видны также изменения зеркала Усть-Джегутинского водохранилища (рис. 5). Сравнение снимков 1971 и 2005 гг. позволяет сделать вывод о сокращении площади водохранилища, преимущественно в верхней по течению (южной) его части. На снимках можно разграничить участки, отличающиеся разной глубиной, что позволит более точно интерпретировать результаты промерных работ.
Рис. 3. Разрешение снимка QuickBird позволяет дешифрировать участки фильтрации (1), колодцы (2), дренажные канавы (3), наличие (4) и отсутствие (5) облицовки канала и другие объекты.
Исходные данные: О 2006 DigitalGlobe, Inc., все права защищены.
В качестве второго тестового объекта был выбран участок 14 км Большого Ставропольского канала, где намечено проведение противооползневых мероприятий. При дешифрировании были использованы космические снимки QuickBird (29 декабря 2005 г.), Corona (2 апреля 1971 г.), а также аэрофотоснимки 1975 г. и начала 1990-х гг.
Дешифрирование позволило определить границу зоны активизации оползней на склоне, примыкающем к каналу с юга. Свежие стенки отрыва оползней фиксируются по характерной вытянутой поперек склона форме. Линия отрыва состоит из нескольких плавных дуг (рис. 6). В северной части оползневого участка прослеживаются кулисообразно расходящиеся трещины, отражающие начало активизации оползневого процесса. Участки подвижного склона выделяются по пятнистому фототону, заметному даже на участках распашки. Также на снимках фиксируются участки, где после строительства канала вырос новый лес (рис. 7).
Рис. 4. Изменения подкомандной территории БСК-1 - города Усть-Джегута. Слева-снимок QuickBird 2005г. (© 2006 DigitalGlobe, Inc., все права защищены), справа - снимок Corona KH-4B 1971 г.(источник -Геологическая съемка США, 2006).
Рис. 5. Изменения Усть-Джегутинского водохранилища за 34 года. Слева - снимок QuickBird 2005 г.
(© 2006 DigitalGlobe, Inc., все права защищены), справа -снимок Corona KH-4B 1971 г.
(источник г -Геологическая съемка США, 2006).
Рис. 6. Динамика активизации оползней на участке 14 км канала. Слева -снимок QuickBird 2005 г. (© 2006 DigitalGlobe, Inc., все права защищены), справа - снимок Corona KH-4B 1971 г. (источник - Геологическая съемка США, 2006).
Рис. 7. Верхняя граница оползня фиксируется стенкой, к которой приурочен "пьяный лес". Деревья наклонены в сторону стенки отрыва. 14-й км БСК-1.
Космические снимки помогут впоследствии разместить контрольные скважины для анализа мощности оползневых отложений, отразить на планах современное состояние оползневого склона и уточнить его изменение по сравнению с ранее имевшимися топографическими материалами.
Снимки IRS LISS/Pan с максимальной детальностью 6 м не подходят для крупномасштабных работ. Они могут быть использованы лишь как наглядная обзорная фотокарта всего изучаемого участка БСК-1 (рис.8).
Рис. 8. Снимок IRS LISS/PAN на участок БСК-1. 22 октября 2005 г.
Исходные данные: © 2006 ANTRIX, Space Imaging Inc., ИТЦ "СканЭкс", все права защищены.
5. Обсуждение и выводы
Полевое дешифрирование показало большую наглядность цветных высокодетальных космических снимков QuickBird и обоснованность их использования в проектном масштабе 1:2000, как альтернативы материалам современной аэросъемки.
Возникает закономерный вопрос - как интегрировать цифровые космические снимки в процедуры компьютерной обработки данных, выполняемые современным проектировщиком? Очевидно, что использование снимков как своеобразной «подложки» при составлении цифровых топографических планов позволило бы рационализировать съемочные работы и обогатить содержание планов, нанести на них дополнительные характеристики, требуемые по проекту.
Следует отметить, что исторически обработка космических снимков и проектировочные работы развивались обособленно. Снимки использовались для мелкомасштабных и среднемасштабных работ, в основном природноресурсного направления. Непосредственно проектировочные работы велись в крупных масштабах, для которых детальность космических снимков была недостаточна. В результате в эпоху научно-технической и компьютерной революции наблюдалось параллельное развитие двух типов пакетов прикладных программ -геоинформационные системы (ГИС) и системы автоматизированного проектирования (САПР). Снимки обрабатываются в специализированных программах ГИС-типа. Существовали проблемы обмена данными и совместного использования ГИС и САПР-программ. В настоящее время наблюдается интеграция ГИС и САПР-направлений, но еще не все достигнуто.
Например, при работе по участку Гижгит, в пакет ERDAS Imagine 8,5 импортировалась цифровая съемочная основа из широко используемого в институте «Севкавгипроводхоз» пакета Autodesk AutoCAD. Хотя сам импорт был возможен, при этом происходило объединение различных слоев и потеря их тематических атрибутов.
Необходимо учесть тенденции развития программ компании Autodesk, которые широко используются проектировщиками института. Новые продукты компании, в том числе Autodesk
Map, позволяют генерировать данные, совместимые с основными ГИС-программами. Компания предлагает приложение Autodesk Raster Design, специально для работы с растровыми изображениями, в том числе с космическими снимками. Однако сложные операции, например, геометрическое трансформирование снимка по многим опорным точкам полиномами нужного порядка, пока не воплощены. Представляется целесообразным обучение 1-2 специалистов института работе в специализированных программах обработки снимков и детальная проработка вопроса интеграции космических снимков в рабочие процедуры проектирования в программах Autodesk.
Еще одним перспективным направлением является изучение возможности применения для проектировочных нужд панхроматических снимков, имеющих детальность 2 м, например с израильского спутника EROS А. Их привлекательность заключается в оперативности съемки, возможности приема на наземные станции в России, стоимости в 5 раз дешевле QuickBird и отсутствии режимных ограничений на использование. Последнее обстоятельство может сократить срок поставки снимков с нескольких недель до нескольких дней после съемки.
Автор выражает благодарность Э.В. Запорожченко, Н.Л. Запорожченко, К.В.Корикову и А.А.Ширяеву за поддержку и помощь С.С. Черноморцу в редактировании статьи.
Литература
Зайцев А.. Им сверху видно всё... // PCWeek/RE, №47/2005, 21 декабря 2005 г.
http://www.pcweek.ru/?ID=504899
Declassified Satellite Imagery - 1 (1996). http://eros.usgs.gov/displ.htm 1 февраля 2006 г.
Euromap, IRS-1C. Key Parameters of the IRS-1C Sensors. http://www.euromap.de/docs/doc_002.html. 7 мая 2006 г.
QuickBird Imagery Products. Product Guide. Revision 4.7. Release date: 3 February 2006. Longmont: Digital Globe Inc. 78 pp.
УДК 551.577 Гнездилов Ю.А.
ОАО «Севкавгипроводхоз»
ПОГОДА ИНТЕРЕСУЕТ ВСЕХ
(Исследование периодичности осадков)
Изучению атмосферных осадков посвящена обширная научная литература, библиография которой может занять десятки или даже сотни страниц. Такой интерес к изучению осадков объясняется их жизненно важной необходимостью. Они являются источником воды на земле и первопричиной многих геофизических природных катастроф.
В работе использованы в основном данные наблюдений за суточными осадками двух метеорологических станций – Пятигорск и Кисловодск, частично Шаджатмаз (табл. 1). В выборках присутствуют и нулевые осадки. Это те случаи, когда осадки смачивают поверхность измерительного прибора, но их недостаточно, чтобы человек почувствовал себя промокшим. Остается открытым вопрос: исключать их при подсчете дождливых дней или нет. В этой связи учет дождливых дней, представленных в таблице 1, выполнен для двух случаев: в числителе нулевые осадки приняты за дождливый день, в знаменателе – как за сухой.
Количество дождливых дней Таблица 1
| Метеорологичес- кая станция | Высота, м | Период наблюде- ний, год | Объем выборки, сутки | Количество дождливых дней | |||
| VI | VII | VIII | за период VI-VIII | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Пятигорск | 532 | 1936-60 | 2238 | 416 390 | 338 236 | 337 234 | 1091 789 |
| Кисловодск | 890 | 1936-60 | 2238 | 436 371 | 372 308 | 355 274 | 1163 953 |
| Шатжатмаз | 2060 | 1957-86 | 2668 | 553 | 543 | 487 | 1583 |
Анализ таблицы показывает, что количество дождливых дней увеличивается с высотой местности. Располагая количеством дождливых дней можно вычислить вероятность дождливого дня. Так для Пятигорска вероятность того, что любой из дней летнего периода окажется дождливым будет равна =1091/2238=0,35, соответственно =0,43 для Кисловодска. Приведенные значения вероятностей могут быть названы финальными. Ниже будет показано, что вероятности дождливых дней зависят от предшествующего состояния погоды.
По выборке можно рассчитать количество случаев, когда за днем без осадков отмечался дождливый день. Для Пятигорска таких случаев за летний период оказалось 354 (табл. 2). Теперь можно вычислить количество дождливых дней следующих за днем с дождем 789-354=435 (здесь и ниже дни с нулевыми осадками приняты как сухие дни).
Вероятность того, что за сухим днем, последует день с дождем, равна:
PSД=Po=354/ (2238-789)=0,24
Вероятность того, что за днем с дождем, последует также дождливый день равна
РДД=Р1=435/789=0,55.
Количество переходов от сухого дня к дождливому по месяцам летнего сезона приведено в таблице 2.
Таблица 2
| Метеостанция | Месяц | Сезон | ||
| VI | VII | VIII | VI-VIII | |
| Новопятигорск | 125 | 124 | 115 | 354 |
| Кисловодск | 131 | 121 | 116 | 368 |
По определению, вероятность того, что за одним сухим днем в Пятигорске последует другой сухой день равна: Pss=1-Р0=0,76. Вероятность того, что за дождливым днем наступит сухой день равна: PDS=1-Р1=0,45
Атмосферные осадки можно рассматривать как дискретную случайную последовательность, у которой случайная функция х(t) и аргумент времени t дискретны. Случайный процесс называется марковским, если для любого момента ti вероятностные характеристики процесса в будущем зависят только от его настоящего состояния в момент tо. Они не зависят от того, когда и как случайный процесс оказался в этом состоянии, т.е. в случайном марковском процессе «будущее зависит от прошлого только через настоящее» [1].
Простая цель Маркова называется однородной по времени, если вероятности перехода из состояния q в состояние q1 за промежуток времени от ti-1 до ti зависят от длины промежутка =ti-1-ti и не зависят от начала отчета ti. Вероятности перехода за интервал времени можно свести в так называемую матрицу перехода Г():
Г()=
В математической статистике [2] доказывается, что простая однородная цепь Маркова определяется вектором вероятностей Р(to) состояний в начальный момент to и матрицей перехода Г(t)
Р(ti)=P(to) x Гi(), (1)
где: Гi() – i-я степень матрицы перехода.
Из равенства (1) следует, что закон распределения ординаты х(t), (вектора вероятностей (ti) для любого момента времени ti(i=1,2…, m), полностью определяется вектором (tо) и матрицей Г().В нашем случае четыре вероятности перехода от дождливого или сухого предыдущего дня к последующему дождливому или сухому дню можно обозначить как PDD=0,55; РДС=0,45; PSD=0,24; PSS=0,76, (индексы означают: ДД – дождливый день следует за дождливым, ДS – дождливый день сменяется сухим и т.д. Можно образовать следующую матрицу перехода Г():
Г()= 
Обозначив Д – дождь, S – сухо, можно представить вектор вероятностей в начальный момент Р(to) в виде диагональной матрицы
Р(to)=
Подставляя полученные матрицы в (1), получим расчетную формулу для простой однородной цепи вероятностей Маркова
Р(ti)=
(2)
Если в Пятигорске дождь, то можно утверждать с вероятностью 0,55, что завтра тоже будет дождь. Утверждать можно, но лучше воздержаться, так как вероятность 0,55 почти на порядок ближе к 0,5, чем к единице. Вероятность 0,55 в большей степени утверждает, что однодневный дождь и в Пятигорске, и в Кисловодске (тем более) является очень неустойчивым природным явлением. С вероятной точки зрения будет ли следующий день после первого дня с дождем тоже дождливым или нет – почти полная неопределенность. К счастью Госкомгидромет вероятностной моделью в подобных прогнозах не пользуется.
Модель простой однородной цепи Маркова с двумя переходами можно по Г. Самнер [3] отобразить графом, рис. 1.
Вероятность того, что через два дня после дождя будет опять дождливый день, вычисляем по формуле (2)
Р(2)=
Используя матрицу обозначений 
, видим, что искомая вероятность равна 0,41, а вероятность того, что через два дня после сухой погоды, пойдет дождь, равна 0,31. Влияние первоначального состояния погоды (дождь или сухо) с удалением от него уменьшается, приближаясь асимптотически к финальной вероятности 0,35 (рис. 2).
Рис. 2. Марковские вероятности: 1- дождливые дни после дня с дождем;
2 – дождливые дни после дня без осадков.
Финальная вероятность (=0,35) может быть истолкована как среднее относительное время пребывания системы в каждом из состояний [-1]. Наличие финальной вероятности является достаточным условием эргодичности простой однородной цепи Маркова.
Дождливый период представляет собой день с дождем следующий за дождливым днем и т.д. Он прерывается сухим днем, следующим за дождливым днем. Поэтому вероятность, например, 2 - дневного дождливого периода, можно определить так:
РD2=РDD РDS = РDD(1-РDD)
Вероятность 3- дневного периода
РD3=РDD РDD РDS = РDD РDD (1-РDD)
Вероятность n-дневного дождевого периода равна РDN=Р
(1-РDD) Принимая во внимание, что РDD=Р1, полученную формулу запишем в виде:
Рpn=Р
(1-Р1) (3)
В нашем случае для Пятигорска вероятность однодневного дождевого периода равна: РD1=Р
(1-Р1)=(1-0,55)=0,45
Рассуждая аналогично, получим формулу бездождливых периодов:
Рsn=Ро(1-Ро)n-1 (4)
Сравним марковские вероятности дождливых и сухих периодов с равным количеством дней, (таблица 3). Для г. Пятигорска Р1=0,55; Ро=0,24
Таблица 3
Марковские вероятности сухих и дождливых периодов в г. Пятигорске
| Количество дней в периоде | Вероятность периода | |
| сухого | дождливого | |
| 1 | 0,24 | 0,45 |
| 2 | 0,18 | 0,25 |
| 3 | 0,14 | 0,14 |
| 4 | 0,11 | 0,07 |
| 5 | 0,08 | 0,04 |
| 6 | 0,06 | 0,02 |
| 7 | 0,05 | 0,01 |
Из таблицы 3 видно, что сухие периоды более трех дней преобладают по сравнению с дождливыми периодами такой же продолжительности, а трехдневные сухие и дождливые периоды равновероятны. Город Пятигорск, находясь в зоне предгорья (переходной зоне от засушливых степей к горной), характеризуется неустойчивым увлажнением. Преобладают однодневные дожди и ливни конвективного характера. Согласно выборке за 25–летний период (1936-1960 гг.) доля однодневных периодов осадков составляет 42% и 11% относительно суммарного количества дождевых дней летнего периода. Количество дождевых периодов более 5 дней встречается очень редко, их появление составляет 1% и менее. Из 789 дождливых дней лишь один раз наблюдался 11-дневный дождливый период (I-II/VI.37 г.). При этом 9-и и 10-дневные дождевые периоды не были отмечены ни разу. По количеству суммарных дней в периодах преобладают двухдневные дожди.
Однодневные сухие периоды также как и дождевые случаются наиболее часто. Одинаково часто распределены 3 - дневные сухие и дождливые периоды. По количеству суммарных сухих дней в группировках преобладают трехдневные периоды. С 11 по 29 июля 1959 г. наблюдался самый продолжительный в выборке 19-дневный засушливый период, 15-дневный засушливый период наблюдался 3 раза, а 14-и, 16-и, 17-и, 18-дневные периоды в выборке отсутствуют. Количество дней в периодах и их частота появления находятся в обратной зависимости.
Чередование дождливых и сухих периодов представляют собой дискретный случайный процесс с непрерывным временем. Их законы распределения продолжительности периодов с количеством i дней (i=1, 2, 3… к) представлены в табл. 4.
Таблица 4
Вероятности продолжительности дождливых и сухих периодов в г. Пятигорске
| Количество дней (хi) в дождливом или сухом периоде | Дождливый период | Сухой период | ||
| число наблюден- ных периодов | вероятность периода, РD,i | число наблюден- ных периодов | вероятность периода, РS,i | |
| 1 | 86 | 0,417 | 65 | 0,298 |
| 2 | 62 | 0,300 | 43 | 0,197 |
| 3 | 34 | 0,165 | 35 | 0,161 |
| 4 | 15 | 0,072 | 17 | 0,077 |
| 5 | 4 | 0,028 | 15 | 0,069 |
| 6 | 1 | 0,005 | 14 | 0,064 |
| 7 | 2 | 0,010 | 11 | 0,052 |
| 8-11 | 2 | 0,010 | 5 | 0,023 |
| 8-19 | - | - | 13 | 0,059 |
| Сумма | 206 | 1,00 | 218 | 1,00 |
При использовании марковских случайных процессов имеется возможность в простых случаях представить результаты исследования в виде аналитических формул. В случае, когда получение аналитических формул затруднительно, используется универсальный метод статистического моделирования - метод Монте-Карло [1].
В нашем случае моделирование чередования сухих и дождливых периодов (розыгрыш методом Монте-Карло) можно выполнить, используя случайную величину, равномерно распределенную на отрезке (0,1), и законы распределения их продолжительности, приведенные в табл. 4.
Наглядной иллюстрацией процедуры моделирования является использование метода обратной функции [4]. На рис. 3. отображен частный способ метода обратной функции. Цифрами справа обозначены случайная величина количества дней в дождливом периоде () и сухом периоде (б). Слева от каждой оси и б суммированы отрезки функции распределения (интегральный закон распределения) дискретной случайной величины (в нашем случае числа дней в периодах). Функция распределения полностью характеризует случайную величину с вероятной точки зрения.
Для дискретной случайной величины Х, которая может принимать значения Х1, Х2, …Хn функция распределения дискретной случайной величины имеет вид F(X)=
(х=хi)
Розыгрыш (статистическое моделирование) осуществляется следующими процедурами:
1. Из таблицы равномерно распределительных цифр (например из [2]) по заранее заданному для себя правилу выбираются случайные трехзначные числа (0,865; 0,159; 0,079; 0,566; 0,155; 0,664; 0,345; 0,655; 0,8121; 0,332 и т.д.);
2. Смотрим, в какой интервал оси у (рис. 3.) попадает первая и последующие выбранные случайные числа;
3. Сравнение производим поочередно на осях дождливых () и сухих (б) периодов;
4. Каждому интервалу на осях соответствует число дней в дождливом или сухом периоде.
Делая запись, или отображая графически полученные поочередно значения количества дней в дождливом и сухом периодах, получим фрагмент цепи случайных чередований дождливых и сухих периодов (рис. 4).
|
Рис.4. Фрагмент цепи чередований засушливых и дождливых дней в летнем сезоне
Для моделирования на ЭВМ для подобных случаев приведена в [4] блок-схема алгоритма моделирования.
Литература
1. Венцель Е.С. Исследование операций. Серия математика и кибернетика. Изд. «Знание» М., 1976, С. 45-49.
2. Иванова В.М., Калинина В.Н., Нешумова Л.А., Решетникова И.О. Математическая статистика. Изд. «Высшая школа» М., 1975, С. 342-345.
3. Самнер Г. Математика для географов. Перевод с англ. Изд. «Прогресс» М., 1981, с. 168.
4. Соболь И.М. Метод Монте-Карло. 4-ое издание «Наука», М., 1985, 61 с.
УДК 627.157 Никулин А.С.,
Земцев В.П.
ОАО «Севкавгипроводхоз»
ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОРОД СЕЛЕВЫХ ОЧАГОВ
В БАССЕЙНЕ Р.БАКСАН
Гранулометрический состав грунтов селевых очагов является основным параметром при определении расчетных характеристик селевых потоков, критических условий селеобразования. Условия обводнения, критические углы наклона селевых очагов и гранулометрический состав пород определяет возможность развития того или иного типа селевого процесса.
Изучение гранулометрического состава грунтов селевых очагов в институте «Севкавгипроводхоз» проводилось достаточно длительное время к обоснованию различных объектов селезащиты, а также целенаправленно для научно-практических целей. Район исследований охватывает верховье р. Баксан, наиболее подверженное негативному воздействию селевых потоков.
При изучении гранулометрического состава грунтов в полевых условиях, производстве лабораторных анализов – придерживались общепринятых стандартов и методов. Полученные таким образом данные достаточно репрезентативны, сопоставимы и однородны. Результаты анализов были систематизированы по очагам и руслам, приуроченным к различным селевым бассейнам (табл. 1).
Обобщены данные по грансоставу заполнителя (фракции грунта диаметром менее 40 мм) и данные по грансоставу валовых проб.
По результатам статистической обработки выделены осредненные кривые, верхняя и нижняя огибающие грансостава грунтов селевых очагов (рис.1.)
Обобщены и систематизированы также данные по гранулометрическому составу грунтов на селевых конусах выноса (рис. 2.)
Проведенный анализ показывает, что, несмотря на различные типы очагов (очаги рассредоточенного селеобразования, селевые врезы и т.д.), слагающие их грунты достаточно однородны. Отклонения от осредненного состава отдельных фракций не превышают 15-20% (рис. 1, 2.)
Содержание пылеватых и глинистых частиц, определяющих реологические свойства селевой массы, колеблется от 0,5 до 2%. В составе заполнителя (фракция < 40 мм) их содержание изменяется от 0,5 до 7%.
 |
 |
| Таблица 1 ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОРОД СЕЛЕВЫХ ВОДОСБОРОВ | ||||||||||||||||||||
| Число | Размеры фракций в мм; содержание в % | |||||||||||||||||||
| Река | проб | 900 | 500 | 300 | 200 | 150 | 120 | 80 | 40 | 20 | 10 | 5 | 2 | 1 | 0,5 | 0,25 | 0,1 | 0,05 | 0,01 | <0,005 |
| 500 | 300 | 200 | 150 | 120 | 80 | 40 | 20 | 10 | 5 | 2 | 1 | 0,5 | 0,25 | 0,1 | 0,05 | 0,01 | 0,005 | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | |
| 1.Заполнитель | ||||||||||||||||||||
| Гарабаши | 10 | 8,88 | 17,62 | 22,42 | 20,30 | 9,70 | 3,20 | 4,88 | 6,46 | 4,28 | 1,86 | 0,20 | 0,20 | |||||||
| Ксюсюрюлген | 20 | 8,60 | 11,37 | 11,23 | 16,80 | 13,97 | 5,87 | 9,67 | 9,50 | 7,90 | 4,43 | 0,40 | 0,27 | |||||||
| Губасанты-Су | 21 | 11,70 | 14,00 | 22,90 | 21,80 | 3,00 | 5,70 | 6,70 | 3,50 | 6,30 | 4,00 | 0,40 | ||||||||
| Сагаевский | 49 | 6,63 | 16,91 | 17,13 | 18,73 | 9,50 | 4,53 | 6,60 | 5,19 | 7,03 | 4,74 | 1,19 | 1,84 | |||||||
| Сылтран-Су | 9 | 4,65 | 18,37 | 34,15 | 12,72 | 5,25 | 6,61 | 7,00 | 4,12 | 3,93 | 1,27 | 1,93 | ||||||||
| Джугуртау | 23 | 1,31 | 9,13 | 11,80 | 15,23 | 12,78 | 7,98 | 13,97 | 16,43 | 6,33 | 3,50 | 0,60 | 0,92 | |||||||
| Гитче-Арты-Кол | 10 | 5,18 | 9,25 | 13,93 | 16,50 | 8,98 | 4,95 | 9,25 | 16,35 | 8,25 | 4,20 | 1,53 | 1,62 | |||||||
| Суллукол-Су | 5 | 3,59 | 13,30 | 10,90 | 15,30 | 14,70 | 6,28 | 11,43 | 11,00 | 10,93 | 2,07 | 0,26 | 0,20 | |||||||
| Джаловчат | 6 | 17,10 | 17,95 | 13,67 | 15,02 | 9,87 | 3,63 | 5,97 | 6,33 | 7,92 | 2,23 | 0,20 | 0,12 | |||||||
| Адыл-Су( притоки) б/н ) | 6 | 9,9 | 12,32 | 11,68 | 16,73 | 12,57 | 5,33 | 8,5 | 9,22 | 10,15 | 3,48 | 0,07 | 0,05 | |||||||
| Камык-Су | 10 | 12,33 | 11,45 | 13,4 | 14,33 | 8,45 | 4,48 | 8,57 | 6,18 | 5,9 | 7,75 | 3 | 4,18 | |||||||
| Герхожан-Су | 86 | 13,78 | 11,78 | 17,38 | 6,32 | 9,86 | 8,37 | 13,32 | 6,8 | 6,86 | 1,59 | 3,93 | ||||||||
| 2.Породы селевых очагов | ||||||||||||||||||||
| Гарабаши | 2 | 13,6 | 7 | 8 | 6 | 11 | 8 | 9,5 | 5,3 | 7,9 | 5,8 | 5,5 | 3,3 | 3,4 | 2,5 | 2,1 | 1,3 | 0,8 | ||
| Ксюсюрюлген | 2 | 12,6 | 9 | 8 | 18 | 7,4 | 9,9 | 4,1 | 3 | 2,9 | 5,5 | 3,2 | 2,6 | 3,4 | 3,8 | 3,2 | 2,4 | 0,3 | 0,7 | |
| Сагаевский | 2 | 0,6 | 4,4 | 6,15 | 6,65 | 7,85 | 6,25 | 7,5 | 9,35 | 11,4 | 10,3 | 10,9 | 4,4 | 2,85 | 2,35 | 3 | 2,35 | 2 | 0,3 | 1,4 |
| Сылтран-Су | 2 | 7 | 8,3 | 9,2 | 13,1 | 10,9 | 11,4 | 6,3 | 6,2 | 5,6 | 5,4 | 4,5 | 3,2 | 2,6 | 2,3 | 1,6 | 1,2 | 0,7 | 0,5 | |
| Джугур-Тау | 2 | 11 | 14,1 | 12,1 | 9,1 | 10,1 | 10,3 | 5,3 | 5,2 | 5,25 | 3,95 | 4 | 3,35 | 2,2 | 1,75 | 1,25 | 0,55 | 0,25 | 0,15 | 0,15 |
| Гитче-Арты-Кол | 2 | 11,3 | 29 | 15,15 | 9,2 | 9,7 | 7,45 | 7,6 | 4,8 | 3,5 | 3,3 | 3,25 | 1,7 | 1,35 | 1,35 | 1,55 | 0,45 | 0,4 | 0,4 | 0,4 |
| Камык-Су | 3 | 3,15 | 8,1 | 7 | 6,8 | 7,96 | 8,2 | 10,6 | 5,3 | 4,3 | 4,3 | 6,5 | 3,55 | 5,05 | 5,3 | 3,5 | 3,05 | 3,89 | 1,65 | 1,8 |
| Б.Мукулан | 11,28 | 4,92 | 4,8 | 4,6 | 12,4 | 14,7 | 9,88 | 9,28 | 6,8 | 2,2 | 1,2 | 1,88 | 2,8 | 4 | 5,43 | 2,2 | 1,63 | |||
| М.Мукулан | ||||||||||||||||||||
| 3.Селевые отложения конусов выноса | ||||||||||||||||||||
| Гарабаши | 3 | 10,4 | 6,8 | 9,23 | 13,83 | 16,13 | 8,13 | 7,77 | 6,59 | 5,92 | 6,4 | 5,77 | 3,73 | 2,8 | 2,23 | 2,2 | 1,6 | 0,87 | ||
| Ксюсюрюлген | 2 | 31,2 | 30 | 29,4 | 20,9 | 5 | 5,25 | 3,05 | 4,3 | 2,1 | 2,8 | 0,95 | 0,85 | 1,1 | 1,65 | 1,35 | 1,5 | 0,2 | 0,6 | |
| Губасанты-Су | 7 | 20,0 | 16,4 | 11,8 | 10,84 | 10,38 | 14,5 | 9,48 | 3,69 | 3,99 | 3,56 | 3,66 | 1,95 | 2,65 | 2,59 | 1,24 | 1,39 | 0,8 | 1,05 | |
| Сагаевский | 6 | 11 | 5,78 | 5,08 | 5,1 | 4,03 | 10,12 | 14,4 | 10,42 | 7,1 | 6,62 | 7,42 | 3,47 | 2,37 | 3,62 | 4,4 | 3,15 | 3,33 | 1,22 | 2,43 |
| Кыртык | 4 | 3,3 | 7,7 | 14,5 | 12,7 | 9,9 | 6,1 | 6,65 | 7,3 | 4,85 | 5,8 | 6,1 | 5,05 | 3,85 | 3,95 | 3,2 | 0,4 | 1,95 | 0,4 | |
| Камык-Су | 3 | 8,9 | 12,53 | 9,32 | 9,25 | 7,7 | 10,2 | 8,3 | 5,9 | 5,87 | 7,12 | 3,67 | 2,63 | 3,9 | 1,4 | 0,9 | 1,03 | 0,6 | 0,8 | |
| Б.Мукулан | 3 | 2 | 9,28 | 4,85 | 4 | 4,5 | 12,4 | 14,7 | 9,88 | 9,28 | 6,8 | 2,2 | 1,2 | 2,88 | 2,8 | 4 | 5,43 | 2,2 | 1,63 | |
| М.Мукулан | 3 | 2,5 | 8,97 | 16 | 14,6 | 10,93 | 12,1 | 7,77 | 5,43 | 3 | 3 | 1,2 | 0,87 | 2,17 | 1,63 | 2,37 | 4 | 1,9 | 1,37 | |
Отмечается увеличение средней крупности селевых отложений на конусе выноса по отношению по породам селевых очагов, Это увеличение объясняется вовлечением в поток русловой самоотмостки, материала слагающего борта селевых врезов и русел.
На конусе выноса также происходит увеличение содержания пылеватых и глинистых частиц до 4-6%, при их содержании в очагах не более 0,5-1,5%. Это явление было отмечено в работах [1, 2] и связывалось с процессом перемалывания, измельчения пород селевым потоком.
Приведенные выше осредненные кривые гранулометрического состава селевых очагов можно использовать для приближенных, оценочных расчетов характеристик селевых потоков, неизученных водотоков на начальных стадиях проектирования противоселевых сооружений, в прогнозах схода селевых потоков.
Литература
1. Вардугин В.Н. Основные физико-механические свойства селеформирующих
грунтов и селевых отложений в бассейне р. Чемолган. - «Селевые потоки»,
1976, сб. 1, С. 25-35.
2. Вардугин В.Н. Гранулометрический состав рыхлообломочных пород в селевых
очагах и на конусах выноса. - «Селевые потоки», 1977, сб. 2, С. 94-106.
УДК 627.83: 628.1 З.Х. Тамбиев,
А.З. Тамбиев
ОАО «Гидрогеология»
КЧР
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ САМОТЕЧНЫХ ВОДОЗАБОРОВ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
ПИТЬЕВОЙ ПОДЗЕМНОЙ ВОДОЙ НАСЕЛЕНИЯ КАРАЧАЕВО-ЧЕРКЕССКОЙ РЕСПУБЛИКИ
Обеспечение населения КЧР качественной питьевой водой является одной из основных проблем, решение которой необходимо для сохранения здоровья и повышения уровня жизни людей.
Согласно статистическим данным по обеспеченности населения питьевой водой и ее качеству Карачаево-Черкесия занимает одно из последних мест среди регионов Российской Федерации. Это объясняется тем, что основным источником (93 %) питьевого водоснабжения являются поверхностные воды. В связи с нерегулярным электроснабжением и частыми разрушениями водозаборных сооружений паводками, вода подается с перебоями, некачественная, иногда прямо из реки.
По данным поисково-оценочных работ, в аллювиальных отложениях переуглубленных долин горных рек Центрального Кавказа, в пределах КЧР, сосредоточены огромные запасы (2,4 млн. м/сут) пресных подземных вод. Однако до сих пор эти запасы почти не используются, т.к. считалось, что они расположены далеко от водопотребителя, поэтому целесообразней строить на месте водозаборные и очистные сооружения или делать в поймах рек локальные водозаборы подрусловых вод для отдельных населенных пунктов и объектов. Но многолетний опыт эксплуатации этих сооружений показал, что локальные водозаборы быстро кальматируются или разрушаются рекой, а водозаборные и очистные сооружения групповых водопроводов требуют дорогостоящего ежегодного ремонта и больших эксплуатационных затрат.
Абсолютные отметки поверхности земли участков месторождений варьируют в пределах 700-950 м, что позволяет самотеком сифонным методом из водозаборных скважин обеспечить подачу качественной питьевой воды почти во все населенные пункты Карачаево-Черкесии и, частично, Ставропольского и Краснодарского краев, испытывающих острый дефицит в качественных хозяйственно-питьевых водах.
Для этого в горной зоне региона вдоль русел рек Кубань, Теберда, Аксаут, Маруха, Большой Зеленчук и Большая Лаба необходимо пробурить линейный ряд скважин глубиной 20-30 м, через 80-100 м. Скважины соединяются общим коллектором, заглубленным на 3-3,5 м. Количество скважин зависит от потребности в питьевой воде населенных пунктов, расположенных ниже по долине реки.
Водозаборы такого типа не боятся никаких паводков, так как все скважины закреплены стальными трубами до глубины 10 м, а коллектор залегает ниже глубины эрозионного размыва валунно-галечникового комплекса, поэтому его можно прокладывать в пойме и под руслом реки. Скважины бурятся ударно-канатным способом диаметром 377 мм. Фильтр скважин длиной 10-15 м изготавливается из полиэтиленовой трубы диаметром 215-250x20 мм, отверстия диаметром 6-8 мм сверлятся снизу вверх под углом 45 градусов, скважность 10-15 %. Перед спуском фильтр обматывается нержавеющей сеткой с ячейками 2x2 мм (рис.1). Такая конструкция фильтра разработана и внедрена ОАО «Гидрогеоэкология». Преимуществом его служит то, что он не ржавеет, не пескуется, не требует электрохимической защиты и долговечно работает при эксплуатации.
Всасывающая труба диаметром 127-168 мм (диаметр зависит от дебита скважины) герметично соединяется с коллектором и опускается почти до забоя скважины, во избежание ее заиливания. Вследствие большого перепада высоты (>10 м на 1 км протяженности водопровода) система будет работать как сифон с понижением воды в скважинах 6-8 м. Учитывая, что удельный дебит скважины в аналогичных условиях равен в среднем 3-5 л/с, расчетный дебит каждой скважины составит около 20 л/с.
Разработанная система самотечного водоснабжения позволит обеспечить чистой водой нижележащие по долинам рек населенные пункты с минимальными эксплуатационными затратами.
Гидродинамическое моделирование работы сифонного водозабора – это основа для обоснования проектных работ, для выполнения которой необходимы определенные денежные средства и привлечение компетентных специалистов из научно-исследовательских институтов.
В региональной программе «Обеспечение населения КЧР питьевой водой» обосновывается строительство межрегионального Тебердинского водопровода, которое, согласно концепции федеральной целевой программы «Обеспечение населения России питьевой водой» от 06.03.1998г. №292, должно полностью финансироваться из федерального бюджета, как уникальный водозабор межрегионального значения. Этим проектом предусматривается забор воды в количестве 200 тыс. м/сут из скважин, расположенных выше Карачаевского водозабора, и самотечная подача ее по двум веткам из железобетонных труб диаметром 1,0 м в города Усть-Джегута, Черкесск, Невинномысск, станицы Кочубеевская, Ивановская и др.
Для гашения скорости в водопроводах можно будет установить малые ГЭС, через каждые 10-15 км. И это будет экологически безвредная, экономически выгодная и социально полезная добывающая промышленность Карачаево-Черкесской Республики.
Кроме того, обосновывается вариант подсчета и утверждения эксплуатационных запасов по промышленным категориям по данным эксплуатационной разведки, после строительства и годичного цикла эксплуатации водозабора, без выполнения дорогостоящих и длительных по времени предварительных и детальных разведочных работ.
[1] Русский текст доклада, представленного на первой Международной конференции «Селевые и высокоплотные потоки: мониторинг, моделирование, защита и ликвидация последствий» (Fist International Conference on Monitoring, Simiiational, Prevention and of Dense and Debris Flows) ( Родос, Греция, 7-9 июня 2006г.).
