Введение к работе
Обострение многих водно-ресурсных проблем современности связано с нерациональным природопользованием. Особенно это характерно для Сибири, где интенсивное освоение ресурсов нередко приводит к противоречиям между природой и человеком, сдерживает темпы экономического развития, создает очаги экологической напряженности.
Решение задач устойчивого развития страны невозможно без активизации природно-ресурсных, в том числе водно-ресурсных исследований. Одним из мощных средств изучения природы, анализа свойственной ей взаимосвязей и природно-антропогенных взаимоотношений является развиваемый в работе дистанционно-картографтгческий метод, базирующийся на концепции системного подхода к получению, обработке и использованию контактной, дистанционной и картографической информации.
В гидрологических исследованиях широко применяются аэрокосмические методы. Новая гидрологическая информация, получаемая по каналам дистанционного зондирования Земли, существенно дополняет предсташіения о системных свойствах природных комплексов: их целостности, компонентной, территориальной и временной организации, иерархичности связей. С другой стороны, учет геосистемных отношений, выражающихся в природных закономерностях, служит базой для гидрологической интерпретации аэрокосмических снимков.
Эффективным способом систематизации и обобщения дистанционных данных является картографический. Дистанционный (наземно-дистанционный) и картографический методы все чаще комплексируются. Они представляют собой неразрывную цепь, системный аппарат географического анализа - дистанционно-картографический метод изучения природы. Такое объединение не исключает необходимость развития контактного, дистанционного и картографического методов как самостоятельных, что важно для решения многих специальных, в том числе гидрологических задач.
Актуальность темы. Среди компонентов природы в силу своей, особой роли выделяется ее водная составляющая - "энергетическое начало и необходимое условие физико-географического процесса" (В. Б. Сочава). В диссертационной работе воды суши рассматриваются в двух взаимосвязанных аспектах - как объект изучения при создании первичных (как правило, крупномасштабных -1:10000-1:25000) топографических карт и как объект изучения при решении конкретных региональных водно-ресурсных проблем Сибири. Разработки базируются на системных представлениях как важнейших принципах диалектики - соотношении части и целого, взаимосвязи и взаимозависимости явлений и процессов.
Воды детально показываются на топографических картах -главных картах государства. Водные системы характеризуются региональными различиями гидрологического режима, степенью антропогенной перестройки и другими параметрами, оказывающими влияние на их "внешний облик". Однако многие особенности гидрографии не находят отражения на топографических картах как в связи с устаревшими стандартами картографирования, так и в связи с неразработанностью методик, позволяющих реализовывать в картографической модели современные представления о режиме функционирования водных систем. Поэтому совершенствование принципов изображения гидрографической сети на карте, обеспечивающих высокую степень достоверности картографической передачи действительности и высокий уровень соответствия "образу местности" (Т.В. Верещака) - актуальная научная задача, рассматриваемая в работе.
Многие региональные водно-ресурсные проблемы - это совокупность сложных задач, решение которых зависит как от уровня повышения знаний о природной среде, так и от учета требований рационального использования ресурсов, оптимального соотношения экономических и экологических критериев природопользования. Возникающие конфликтные ситуации между человеком и природой все чаще "привязываются" к речным бассейнам и указывают на все возрастающую широкоаспектностных водно-ресурсных исследо
ваний.
Важным достоинством дистанционно-картографического метода является оперативность, объективность и разноплановость получаемых результатов при резком сокращении трудоемких полевых работ, что имеет большое значение для слабо-изученных в гидрологическом отношении горных и северных регионов Сибири.
Многие гидрологические явления и процессы невозможно изучать изолированно от других компонентов среды, поскольку они являются результатом взаимодействия комплекса природных и антропогенных факторов. С этим связана необходимость дальнейшего развития теоретической базы дистанционно-картографического метода исследований, выявления комплексных (косвенных, индикационных, ландшафтных) признаков гидрологической интерпретации космической информации на основе учета геосистемных отношений. Поэтому совершенствование имеющихся и разработка новых методик и технологий дистанционно-картографических исследований вод в широком диапазоне направлений (водно-ресурсное, гляциологическое, гидроэкологическое и др.) и их апробация на локальном и региональном уровнях имеет большое научное и практическое значение.
Цель и задачи исследования. Цель исследования - дальнейшая разработка и практическая реализация теоретико-методологической базы системного изучения поверхностных вод Сибирского региона дистанционно-картографическим методом. Для достижения этой цели потребовалось:
развить основные положения дистанционно-картографического метода природных исследований и реализовать его при водных изысканиях в ряде регионов Сибири, характеризующихся недостаточной гидрологической изученностью, обострением водно-ресурсных и водно-экологических проблем;
исследовать пространственно-временную структуру водного режима гидрографических систем Сибири в теплое время года (в период открытого русла) и использовать выявленные закономерности для совершенствова
ния методики изображения гидрографической сети на государственных топографических картах - документальных источниках общей гидрологической информации для широкого круга потребителей;
разработать методологические положения и приемы региональной адаптации общих принципов гидрологической интерпретации материалов дистанционной фотоинформации при реализации программ комплексного изучения и картографирования природных условий и ресурсов районов перспективного освоения Сибири;
разработать методику сопряженного анализа и использования аэрокосмических и картографических материалов при изучении гляциальных и палеогляциальных геосистем в горных и северных регионах Сибири с учетом климатических, орографических, геолого-структурных, мерзлотно-гидрогеологических и других природных факторов;
провести цикл экспериментальных исследований с целью отработки методик эколого-географического мониторинга водных систем Сибири на основе космической информации.
Объекты исследований, исходный материал, методы. В основу работы положены результаты многолетних (1970-1996 гг.) полевых и лабораторных водно-ресурсных исследований автора на территории Сибири. Материалы получены по бассейнам крупнейших речных систем Оби, Енисея, Лены и рек Забайкалья в ходе личных и коллективных изысканий в составе подразделений Иркутского государственного университета и Красноярского филиала Госцентра "Природа" Федеральной службы геодезии и картографии России. Работы проводились по теме "Аэрокосмические исследования природных ресурсов Сибири и Дальнего Востока" 35.41/3.6.5 № 72048470 и разделу Ol.lO.H Общесоюзной научно-технической программы 0.74.0-"Космос".
Автор широко использовал идеи, сформулированные в трудах В. Г. Глушкова (географо-гидрологический метод иссле
дований), Б. В. Сочавы (геосистемный анализ природных связей), К. А. Салищева, А. М. Берлянта (картографический метод исследований), С. П. Альтера (ландшафтный методдешиф-рирования снимков), а также теоретические обобщения, содержащиеся в работах ведущих специалистов по гидрологии рек, гляциологии, физической географии, картографии и дистанционным методам исследований- Б. А. Апполова, С. Л. Вендрова, Б. Д. Зайкова, М. И.Львовича, П. С. Кузина, И. В. Попова, О. Н. Толстихина, Б. Л. Соколова, В. Р. Алексеева, Д. А.Арманда, Н. А. Гвоздецкого, В. И. Кравцовой, И. П. Заруц-кой и др.
Полевые исследования проводились наряде гидрологических полигонов: Байкальском, Нижне-Ангарском, Путоранс-ком, Хантайском, Оленекском. Проанализированы и использованы литературные источники, фондовые материалы различных организаций, топографические и тематические карты, аэрокосмические снимки. Применены экспериментальные, геодезические, картографические, дистанционные, индикационные, ландшафтные и другие методы исследований.
Научная новизна заключается в разработке теоретических и методических положений, определяющих содержание, возможности и специфику водно-ресурсных исследований дистанционно-картографическим методом, а также в обобщениях, полученных по результатам этих исследований, дополняющих гидрологическую изученность Сибири. Впервые автором обоснованы и предложены:
понятие о комплексном дистанционно-картографическом методе гидрологических (более широко - географических) исследований как системно-ориентированной концепции научного познания;
понятие о базовом (картографическом) уровне воды рек и озер при их изображении на топографических картах; летние меженные уровни воды входят в группу картографических как часть;
методика определения базового (картографического) уровня воды, основанная на учете географических закономерностей гидрологического режима рек с естествен
ным и зарегулированным стоком;
методика водно-ресурсных исследований по программе КИПР (комплексного изучения природных ресурсов на основе космической информации), адаптированная к природным условиям Красноярского края;
методика оценки ресурсов естественных наледных геосистем региональной размерности с использованием аэрокосмического информационного модуля;
ряд методических приемов дистанционно-картографической оценки экологических ситуаций на водных объектах и водосборных бассейнах, находящихся под интенсивным антропогенным воздействием.
Практическая значимость работы.
-
На основе анализа пространственных и временных закономерностей формирования стока и особенностей водного режима рек с различным типом питания уточнен базовый уровень рек и озер при их изображении на топографических картах. Это обеспечивает возможность количественной характеристики рек по всей их длине относительно жестко установленной уровенной поверхности, что позволит более полно отображать на картах региональные особенности гидрографии.
-
Составлена карта оптимальных сроков дистанционной съемки рек Сибири в картографических целях. Ее использование позволит повысить качество гидрологической информации, получаемой с аэрокосмических материалов.
-
Разработано и внедрено "Практическое руководство по отображению динамики гидрографической сети на топографических картах" (М.: ЦНИИГАиК, 1988).
-
Составлена многолистная карта водных ресурсов масштаба 1:500000 на территорию формирующегося Нижне-Ангарского ТПК (в составе коллектива авторов).
-
Впервые исследован один из крупнейших в Сибири Путоранский наледный регион: составлена карта наледей, оценены ресурсы льда и гидрологическая роль на
ледных геосистем. Это имеет значение для уточнения ресурсов подземных вод, состава и строения криолито-зоны, геолого-структурных и сейсмотектонических характеристик северной части Среднесибирского плоскогорья.
6. Выполнен цикл экспериментальных водно-экологических исследований на реках и водохранилищах Ангаро-Енисейского бассейна с составлением ряда карт, в том числе экологической карты Красноярского края (в составе коллектива авторов).
Результаты исследования включены в спецкурсы "Гидрография и водные ресурсы" и "Дешифрирование и фотограмметрия", прочитанных автором в 1988 - 1990 гг. в Красноярском государственном университете.
Апробация работы. Материалы исследования докладывались и обсуждались на: Первом научном совещании по климату и гидрографии Забайкалья (Чита, 1972); Всесоюзном симпозиуме по аэрогидрометрии (Ленинград, 1973); Научно-технических семинарах в производственных организациях системы ГУГК СССР (1974-1980); Научно-технической конференции по проблемам формирования ТПК Восточной Сибири (Иркутск, 1982); Всесоюзной научно-практической конференции по проблемам БАМа (Иркутск, 1984); Всесоюзном гидрологическом симпозиуме (Тбилиси, 1988); Региональной научно-технической конференции по тематическому картографированию (Иркутск, 1989); Научно-практической конференции "Аэрокосмическая информация в народном хозяйстве Красноярского края и сопредельных регионов" (Красноярск, 1989); Всесоюзном совещании по проблемам гидрометеорологического обеспечения народного хозяйства Сибири (Красноярск, 1989); X Всесоюзной конференции по тематическому картографированию (Ленинград, 1991); Научно-технической конференции в Сибирской государственной геодезической академии (Новосибирск, 1996) и других.
Основные теоретические положения и выводы диссертации изложены в 50 публикациях, в числе которых одна моно
графия и "Практическое руководство".
Структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и списка использованной литературы.
Во введении сформулированы цель и задачи исследования, защищаемые положения, дается общая характеристика работы.
В первой главе раскрывается системная сущность дистанционно-картографического метода географических (втом числе гидрологических) исследований. Рассмотрены принципы и приемы анализа пространственно-временных состояний геосистем, внутрисистемных отношений, их интерпретация по материалам дистанционного зондирования и в процессе картографического моделирования. Приводятся примеры гидрологического дешифрирования аэрокосмической информации с позиций системной методологии.
Во второй главе исследуются закономерности уровенного режима крупнейших речных систем Сибири - Оби, Енисея и Лены с целью выработки подходов к совершенствованию способов изображения гидрографии на государственных топографических картах. Обосновывается методика определения базовой уровенной поверхности речных систем через гидрологический параметр, обусловленный характером протекающих в бассейне физико-географических и гидрологических процессов.
В третьей главе освещаются новые подходы к отображению на картах региональных особенностей и динамики рек, озер и водохранилищ.
В четвертой главе описывается разработанная методика водно-ресурсных исследований при комплексном изучении и картографировании природной среды Красноярского края по материалам космических съемок, адаптированная к природным условиям Нижнего Приангарья. .
В пятой главе излагается методика гляциологических исследований малоизученных территорий Сибири дистанционно-картографическим методом. Описаны особенности использования материалов разновременной дистанционной съемки, приемы картографирования и оценки ресурсов Путоранской
наледной геосистемы.
Шестая глава содержит методические разработки по сопряженному анализу и применению крупномасштабных дистанционных и картографических материалов при детальных па-леогляциологических исследованиях в горах Забайкалья.
В седьмой главе рассмотрены проблемы географо-экологи-ческого мониторинга водных систем Ангаро-Енисейского бассейна на основе дистанционной информации, приводятся результаты экспериментальных работ по оценке экологического состояния бассейнов рек и водохранилищ. Описывается методика оценки поверхностных вод при разработке среднемас-штабной экологической карты Красноярского края.
В заключении подведены основные итоги проведенных работ, показаны возможности практического использования выполненных научных разработок, намечены перспективы дальнейших исследований.
Работа содержит 351 страницу печатного текста. Иллюстраций -108,таблиц- 26, список литературы включает 281 наименование. Иллюстративный материал, не имеющий ссылок на источник, выполнен автором.