Главная \ Наука \ Научные издания КФУ \ Ученые записки Казанского университета \ Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки \ Архив

Применение глобальной цифровой модели рельефа ASTER GDEM v.2 для выделения районов возможной активизации карстовых процессов на территории Архангельской области

Е.В. Полякова, Ю.Г. Кутинов, А.Л. Минеев, З.Б. Чистова, Т.Я. Беленович

Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. академика Н.П. Лаверова УрО РАН, г. Архангельск, 163000, Россия

ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ

Полный текст PDF

DOI: 10.26907/2542-064X.2021.2.302-319

Для цитирования: Полякова Е.В., Кутинов Ю.Г., Минеев А.Л., Чистова З.Б., Беленович Т.Я. Применение глобальной цифровой модели рельефа ASTER GDEM v.2 для выделения районов возможной активизации карстовых процессов на территории Архангельской области // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2021. – Т. 163, кн. 2. – С. 302–319. – doi: 10.26907/2542-064X.2021.2.302-319.

For citation: Polyakova E.V., Kutinov Y.G., Mineev A.L., Chistova Z.B., Belenovich T.Ya. Using the ASTER GDEM v.2 global digital elevation model to identify areas of possible activation of karst processes in the Arkhangelsk region (Russia). Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2021, vol. 163, no. 2, pp. 302–319. doi: 10.26907/2542-064X.2021.2.302-319. (In Russian)

Аннотация

В работе показана возможность применения метода обнаружения бессточных впадин, используемого при гидрологической коррекции цифровой модели рельефа для выявления областей вероятного проявления карстового процесса на территории Архангельской обл. Данный подход особенно актуален для лесопокрытых северных территорий с возрастающей антропогенной нагрузкой. Ошибки (впадины), устраняемые процедурой гидрологической коррекции, не всегда являются ложными. Они могут быть естественными элементами рельефа, особенно в карстовых областях. Проведена гидрологическая коррекция цифровой модели рельефа Архангельской обл. (на основе ASTER GDEM v.2), получен векторный слой впадин, рассчитана плотность бессточных впадин на единицу площади. Построенная карта плотности бессточных впадин сопоставлялась с распространением карстующихся пород на территории Архангельской обл. Установлено, что участки максимального развития открытого карста соответствуют невысокой плотности бессточных впадин. Наибольшая плотность бессточных впадин приходится на территории с развитием карбонатного покрытого и погребенного карста.

Ключевые слова: цифровая модель рельефа, гидрологическая коррекция, бессточная впадина, карст

Благодарности. Работа выполнена в ходе выполнения государственного задания ФГБУН ФИЦКИА РАН, № гос. регистрации АААА-А18-118012390305-7, а также при финансовой поддержке РФФИ (проект № 18-05-60024).

Литература

Кошелева Т.М. Проблема использования карстовых ландшафтов при размещении полигонов твердых бытовых отходов в Нижегородской области // Изв. Сам. науч. центра РАН. – 2009. – Т. 11, № 1. – С. 219–222.
Опасные экзогенные процессы / Под ред. В.И. Осипова. – М.: ГЕОС, 1999. – 290 с.
Полякова Е.В., Кутинов Ю.Г., Минеев А.Л., Чистова З.Б. Цифровое моделирование рельефа в оценке вероятности развития эрозионных процессов в северных регионах страны // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2019. – Т. 16, № 1. – С. 95–104. – doi: 10.21046/2070-7401-2019-16-1-95-104.
Шаврина Е.В. Современное развитие подземного и поверхностного карста юго-востока Беломорско-Кулойского плато // Вопр. географии. – 2018. – № 147. – С. 88–106.
Полякова Е.В. Геоморфометрический подход в геоэкологических исследованиях северных территорий страны // Усп. соврем. естествознания. – 2018. – № 3. – С. 117–122. – doi: 10.17513/use.36712.
Carvalho Júnior O.A de., Guimarães R.F., Montgomery D.R., Gillespie A.R., Gomes R.A.T., Martins É.d.S., Silva N.C. Karst depression detection using ASTER, ALOS/PRISM and SRTM-derived digital elevation models in the Bambuí Group, Brazil // Remote Sens. – 2014. – V. 6. – P. 330–351. – doi: 10.3390/rs6010330.
Токарев С.В. К методике карстолого-геоморфологического картирования посред-ством использования спутниковых данных о рельефе Земли // Учен. зап. Тавр. нац. ун-та им. В.И. Вернадского. Сер. «География». – 2011. – Т. 24, № 3. – С. 185–193.
Шаврина Е.В., Малков В.Н., Гуркало Е.И. Особенности развития и распространения карста Архангельской области // Геоморфология. – 2007. – № 2. – С. 90–101.
Структура и динамика природных компонентов Пинежского заповедника (Северная тайга ЕТР, Архангельская область): биоразнообразие и георазнообразие в карстовых областях / Отв. ред. Л.В. Пучнина, С.В. Горячкин, А.М. Рыков, М.В. Глазов. – Архангельск: СОЛТИ, 2000. – 267 с.
Кутинов Ю.Г., Чистова З.Б., Полякова Е.В., Минеев А.Л. Применение цифровых моделей рельефа (ЦМР) для выделения тектонических структур древних платформ (на примере северо-запада Русской плиты). – Пенза: Социосфера, 2020. – 378 с.
Минеев А.Л., Кутинов Ю.Г. Чистова З.Б., Полякова Е.В. Подготовка цифровой модели рельефа для исследования экзогенных процессов северных территорий Российской Федерации // Пространство и время. – 2015. – № 3. – С. 278–291.
Минеев А.Л., Полякова Е.В., Кутинов Ю.Г., Чистова З.Б. Методические аспекты создания цифровой модели рельефа Архангельской области на основе ASTER GDEM V. 2 // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2. – URL: www.science-education.ru/129-21949.
Кутинов Ю.Г., Минеев А.Л., Полякова Е.В., Чистова З.Б. Выбор базовой цифровой модели рельефа (ЦМР) равнинных территорий Севера Евразии и её подготовка для геологического районирования (на примере Архангельской области). – Пенза: Социосфера, 2019. – 176 с.
Минеев А.Л., Полякова Е.В., Кутинов Ю.Г., Чистова З.Б. Надёжность цифровой модели рельефа Архангельской области для проведения геоэкологических исследований // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2018. – Т. 15, № 4. – С. 58–67. – doi: 10.21046/2070-7401-2018-15-4-58-67.
Mark D.M. Automatic detection of drainage networks from digital elevation models // Cartographica. – 1984. – V. 21. – Р. 168–178. – doi: 10.3138/10LM-4435-6310-251R.
Wang L., Liu H. An efficient method for identifying and filling surface depressions in digital elevation models for hydrologic analysis and modeling // Int. J. Geogr. Inf. Sci. – 2006. – V. 20. – No 2. – Р. 193–213. – doi: 10.1080/13658810500433453.
Lindsay J.B., Creed I.F. Sensitivity of digital landscapes to artifact depressions in remotely-sensed DEMs // Photogramm. Eng. Remote Sens. – 2005. – V. 71, No 9. – P. 1029–1036. – doi: 10.14358/PERS.71.9.1029.
Oksanen J., Sarjakoski T. Error propagation analysis of DEM-based drainage basin delineation // Int. J. Remote Sens. – 2005. – V. 26, No 14. – P. 3085–3102. – doi: 10.1080/01431160500057947.
Fisher P., Tate N. Causes and consequences of error in digital elevation models // Progr. Phys. Geogr. – 2006. – V. 30, No 4. – P. 467–489. – doi: 10.1191/0309133306pp492ra.
Grimaldi S., Nardi F., Di Benedetto F., Instanbulluoglu E., Bras R.L. A physically based method for removing pits in digital elevation models // Adv. Water Resour. – 2007. – V. 30, No 10. – P. 2115–2158. – doi: 10.1016/j.advwatres.2006.11.016.
Arnold N. A new approach for dealing with depressions in digital elevation models when calculating flow accumulation values // Prog. Phys. Geogr. – 2010. – V. 34, No 6. – P. 781–809. – doi: 10.1177/0309133310384542.
Pan F., Stieglitz M., Mckane R. An algorithm for treating flat areas and depressions in digital elevation models using linear interpolation // Water Resour. Res. – 2012. – V. 48, No 6. – Art. W00L10, P. 1–13. – doi: 10.1029/2011WR010735.
Fernandeza А., Adamowskib J., Petroselli A. Analysis of the behavior of three digital elevation model correction methods on critical natural scenarios // J. Hydrol.: Reg. Stud. – 2016. – V. 8. – P. 304–315 –doi: 10.1016/j.ejrh.2016.09.009.
Enyedi P., Pap M., Kovács Z., Takács-Szilágyi L., Szabó S. Efficiency of local minima and GLM techniques in sinkhole extraction from a LiDAR-based terrain model // Int. J. Digital Earth. – 2019. – V. 12, No 9. – P. 1067–1082. – doi: 10.1080/17538947.2018.1501107.
Garbrecht J., Martz L.W. Digital elevation model issues in water resources modeling // Hydrologic and Hydraulic Modeling Support with Geographic Information Systems. – 2000. – URL: https://proceedings.esri.com/library/userconf/proc99/proceed/papers/ pap866/p866.htm/.
Mackay D.S., Band L.E. Extraction and representation of nested catchment areas from digital elevation models in lake-dominated topography // Water Resour. Res. – 1998. – V. 34, No 4. – P. 897–901. – doi: 10.1029/98WR00094.
Lindsay J.B. Efficient hybrid breaching-filling sink removal methods for flow path enforcement in digital elevation models // Hydrol. Processes. – 2016. – V. 30, No 6. – Р. 846–857. – doi: 10.1002/hyp.10648.
Pardo-Iguzquiza E., Pulido-Bosch A., Lopez-Chicano M., Duran J.J. Morphometric analysis of karst depressions on a Mediterranean karst massif // Geografis. Ann.: Ser. A, Phys. Geogr. – 2016. – V. 98. – P. 247–263. – doi: 10.1111/geoa.12135.
Hofierka J., Gallay M., Bandura P., Šašak J. Identification of karst sinkholes in a forested karst landscape using airborne laser scanning data and water flow analysis // Geomorphology. – 2018. – V. 308. – P. 265–277. – doi: 10.1016/j.geomorph.2018.02.004.
Zumpano V., Pisano L., Parise M. An integrated framework to identify and analyze karst sinkholes // Geomorphology. – 2019. – V. 332. – P. 213–225. – doi: 10.1016/j.geomorph.2019.02.013
Климчук А.Б., Амеличев Г.Н., Науменко В.Г., Токарев С.В. Оценка мощности эпикарстовой зоны по распределению глубин воронок // Спелеология и карстология. – 2009. – № 3. – С. 26–38.
Полякова Е.В., Кутинов Ю.Г., Минеев А.Л., Чистова З.Б. Анализ возможности применения цифровых моделей рельефа ASTER GDEM v2 и ArcticDEM для исследований арктических территорий России // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2020. – Т. 17, № 7. – С. 117–127. – doi: 10.21046/2070-7401-2020-17-7-117-127.
Polyakova E., Gofarov M., Kutinov Yu., Beljaev V., Chistova Z., Neverov N., Staritsyn V., Mineev A., Durynin S. Erosion processes in karst landscapes of the Russian plain northern taiga, based on digital elevation modelling // J. Mt. Sci. – 2016. – V. 13, No 4. – P. 569–580. – doi: 10.1007/s11629-015-3642-3.
Чикишев А.Г. Карст Русской равнины. – М.: Наука, 1978. – 192 с.
Полякова Е.В., Кутинов Ю.Г., Минеев А.Л., Чистова З.Б. Геоэкологическая оценка вероятности активизации карстовых процессов на основе цифрового моделирования рельефа // Анализ, прогноз и управление природными рисками с учетом глобального изменения климата «ГЕОРИСК – 2018»: Материалы X Междунар. науч.-практ. конф.: в 2 т. – М.: РУДН, 2018. – Т. 2. –С. 221–225.
Торсуев Н.П., Левин С.А. Географические аспекты изучения равнинного карста. – Казань: Изд-во Казан. ун-та, 1980. – 208 с.
Neverov N.A., Belyaev V.V., Chistova Z.B., Kutinov Y.G., Staritsyn V.V., Polyakova E.V., Mineev A.L. Effects of geo-ecological conditions on larch wood variations in the North European part of Russia (Arkhangelsk region) // J. For. Sci. – 2017. – V. 63, No 4. – P. 192–197. – doi: 10.17221/102/2015-JFS.
Губайдуллин М.Г. Геоэкологические условия освоения минерально-сырьевых ресурсов Европейского Севера России. – Архангельск: Помор. гос. ун-т, 2002. – 310 с.
Полякова Е.В. Учет геоморфометрических параметров рельефа при ведении хозяйственной деятельности на территории Архангельской области // Евразийский союз ученых. – 2019. – № 3-2. – С. 33–37. – doi: 10.31618/ESU.2413-9335.2019.2.60.33-37.
Полякова Е.В., Кутинов Ю.Г., Минеев А.Л., Чистова З.Б. Применение геоморфометрического анализа рельефа при осуществлении хозяйственной деятельности на территории Архангельской области // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. – 2021. – № 2. – С. 86–95 – doi: 10.31857/S0869780921020065.

Поступила в редакцию

21.04.2021

Полякова Елена Викторовна, кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник

Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. академика Н.П. Лаверова УрО РАН