Районування території міста Чернівці за ступенем зсувонебезпечності на основі аналізу цифрової моделі рельєфу

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

В сучасних умовах господарювання, що спричиняють значні зміни у навколишньому природному середовищі актуальним є питання ефективного попередження небезпечних динамічних процесів у верхній зоні геологічного середовища. Серед усіх можливих геологічних процесів природного і природно-техногенного походження зсуви є найбільш небезпечними. Вони виникають переважно на територіях населених пунктів, тим самим створюючи загрозу життєдіяльності населення, інфраструктурі та території в цілому. Для дослідження умов і чинників формування зсувних процесів і районування території за ступенем зсувонебезпечності необхідне комплексне вивчення ЕГП, з урахуванням просторово-часового прогнозу. Наразі, з цією метою використовують ГІС. Однак складові процесу ЕГП, особливо просторові, мають різну динаміку та різні фактори, тому побудова узагальнених просторових карт дасть можливість комплексно досліджувати зсувонебезпечні процеси.

Районування зсувонебезпеки за останні три десятиліття було проведено в різних частинах світу. Деякі методи були розроблені для ймовірнісної оцінки, детермінованого підходу, статистичного аналізу та багатокритеріальних методів прийняття рішень. Кращими є підходи, засновані на статистичному аналізі геоекологічних факторів. Зокрема, найбільш об'єктивним методом оцінки небезпеки зсувів виявився багатофакторний підхід.

Серед вітчизняних вчених вагомим внеском є дослідження Д.В. Касіянчука, які є основою для удосконалення існуючих ГІС прогнозування ЕГП, в тому числі з урахуванням впливу глобальних змін клімату (потепління, збільшення кількості і нерівномірності опадів тощо). Побудовані ним схематичні карти ймовірності зсувної, карстової, селевої небезпек дали змогу відзначити існування значної відмінності складових, які сприяють розвиткові й активізації екзогенних геологічних процесів.

Аналіз, комплексна оцінка та інтерпретація різнорідної інформації для прогнозу поширення небезпечних геологічних процесів інструментально забезпечується застосуванням ГІС-технологій, оскільки більшість методів потребують обробки значних обсягів даних. Зокрема, актуальним питанням є використання ЦМР та програмного забезпечення, що дозволяє автоматизувати процес аналізу, прогнозування й прийняття рішень.

Районування зсувонебезпеки є процесом ранжирування різних частин області відповідно до ступеня фактичної або потенційної небезпеки зсувів. Подібні дослідження можуть стати основою для створення комплексного підходу районування території за рівнем зсувонебезпечності на основі ЦМР та дистанційних методів дослідження території.

В якості основи для аналізу була застосована цифрова модель вистот (ЦМВ) території м. Чернівці, яка була отримана з каталогу CGIAR-CSI. Дана ЦМВ результат співпраці Національного управління США з аеронавтики та досліджень космічного простору, Лабораторії реактивного руху NASA, Національних космічних агентств Німеччини та Італії та інших міжнародних організацій. Її визначальною особливістю є оперативне оновлення інформації, що надається користувачам. Для отримання ЦМР території міста вхідні дані «обрізалися» відповідно до «території інтересу» за полігоном, створеним на основі топографічної карти з відповідною географічною прив'язкою (рис. 1).

геологічний зсув небезпека

Рис. 1. Отримання ЦМВ досліджуваної території: а) ЦМВ з каталогу CGIAR-CSI, б) листи топографічної карти Генштабу М-35-136 та М-35-124, в) територія м. Чернівці

Описана вище та всі наступні операції аналізу проводились з використанням відкритої настільної геоінформаційної системи SAGA (4.0.0).

На основі аналізу літературних даних, встановлено, що одними з основних природних факторів виникнення зсувів є ЕГП. Зокрема, були виділені наступні геоморфометричні параметри, що мають найбільший вплив на інтенсивність прояв зсувних процесів: показник ухилу поверхні, експозиції поверхні, планової, профільної та загальної кривизни (рис. 2).

Рис. 2. Основні геоморфометричні параметри: а) ухил поверхні, б) експозиція поверхні, в) загальна кривизна, г) горизонтальна кривизна, д) вертикальна кривизна, е) водозбірна площа

Наступним етапом дослідження стало створення синтетичної карти, що дає цілісне уявлення про досліджуване явище на основі інтегрального показника. Синтетичні карти зазвичайстворюють шляхом інтеграції даних, що відображені в серіях вхідних аналітичних карт. Це можна зробити вручну (у випадку невеликої кількості показників) або використовуючи методи математичного моделювання. В данному випадку нами були використані багатокритеріальні методи прийняття рішень. Для їх застосування необхідно встановити внесок окремих факторних характеристик у процес активізації зсувів. Зокрема це можна здійснити на основі визначення вагових коефіцієнтів. Багатокритеріальний підхід надає інструменти для визначення ваги на основі попарного порівняння.

В даній роботі для отримання синтетичних карт застосовувались багатокритеріальні методи прийняття рішень. А саме, наступні типи згорток:

- лінійна:

- максимінна:

- мультиплікативна:

(3)

Рішення а* є найкращим, якщо виконується умова: Загальний алгоритм формування інтегральної карти подано на рисунку 3.

Рис. 3

Оскільки, значення досліджуваних показників є різнорозмірними для їх включення в єдину математичну модель попередньо проводилась процедура нормування, тобто ділення кожного елементу масиву на середнє квадратитичне відхилення.

Застосування мультиплікативної згортки, як результуючого правила, в даному випадку виявилось неможливим, оскільки, в результаті реалізації алгоритму Zevenbergen-Thorne (1987) в SAGA для обрахунку параметрів кривизни, опуклі ділянки характеризуються додатними значеннями, а увігнуті -- від'ємними. Надалі, алгоритм мультиплікативної згортки може передбачати піднесення до непарного степеня від'ємних чисел, в результаті чого отримуються комплексні числа, що не можуть бути представлені у вигляді картографічної інформації. Одним з методів перевірки адекватності отриманих результатів є встановлення їх стійкості у випадку отримання різними методами. В даному випадку, синтетичні карти отримані на основі методів лінійної та максимінної згорток демонструють максимальну подібність (рис. 4 а, б). Узгодженість даних типів згорток була перевірена шляхом підрахунку коефіцієнта варіації для кожного пікселя. У разі коли даний показник не перевищує 0,2 оцінки вважають узгодженими. В нашому випадку, така розбіжність спостерігалась лише у 19% випадків (рис. 4 в).

Рис. 4. Карти зсувонебезпечності, побудовані на основі різних результуючих правил: а) лінійна згортка, б) максимінна згортка, в) узгодженість даних згорток

Для більш наочного представлення результатів дослідження були підібрані індивідуальні шкали в залежності характеру (частоти) розподілу вздовж осі результуючого показника. В даному дослідженні для зручного представлення ми виділили 5 градацій: дуже високий, високий, середній, низький та дуже низький рівень зсувонебезпеки.

В зв'язку з постійно зростаючим впливом антропогенних факторів на навколишнє середовище надзвичайної актуальності набуває створення нових підходів та методів, що дозволять констатувати, аналізувати та прогнозувати явища в природних системах.

Таким чином, в роботі показано ефективність запропонованого методу аналізу цифрових моделей рельєфу для визначення ступеня зсувонебезпечності, на основі аналізу ряду геоморфометричних параметрів досліджуваної території та застосування багатокритеріальних методів прийняття рішень. На основі даного алгоритму була побудована синтетична карта, що відображає районування території м. Чернівці за рівнем зсувонебезпечності. Загалом, районування зсувонебезпечності є одним з основних компонентів в процесі управління зсувами.

Размещено на Allbest.ru