Застосування геоінформаційних технологій для оцінки і картографування ерозійної небезпеки земель

Якісно новий рівень як велико-, так і середньомасштабної оцінки і картографування ерозійної небезпеки земель забезпечують геоінформаційні (ГІС) технології – комп'ютерні технології введення, збереження, обробки, аналізу і подання просторово розподілених даних. Практично всі фактори ерозійного процесу, у першу чергу рельєфні, грунтові і агротехнічні, характеризуються високою просторовою мінливістю, що вимагає при традиційному профільному підході для більш-менш точної оцінки ерозійної небезпеки великих територій збільшення розрахункових профілів до практично нереальної великої кількості. Крім цього, при профільному підході неможливо врахувати поперечну концентрацію схилових потоків, здатну істотно змінювати просторову картину просторового розподілу ерозійної небезпеки і, таким чином, суттєво спотворити її загальну оцінку.

Саме геоінформаційні технології є тим сучасним інструментом, який дозволяє дати детальний опис будови поверхні оцінюваної території, особливостей грунтового покриву і використання земель, створює реальні передумови для адекватного відображення просторової варіації факторів ерозійних процесів.

Крім можливості подання вхідних даних у просторово розподіленому вигляді, геоінформаційні технології вирішують завдання автоматизації підготовки та введення вхідних даних із практично необмеженим ступенем просторового дозволу, а також просторово розподіленого виведення результатів розрахунку у вигляді високоякісних карт, тобто, завдання суцільного картографування території.

Результатом застосування геоінформаційних технологій для оцінки ерозійної небезпеки земель є карти потенційного змиву грунту і таблиці розподілу земель за визначеними градаціями інтенсивності змиву, середні для всієї території або її якоїсь частини (господарства, сівозмінної ділянки, поля сівозміни тощо) значення модуля змиву грунту в т/га/рік, а також карта ареалів з різним ступенем ерозійної небезпеки з відповідними табличними даними, що характеризують розподіл території за ступенем ерозійної небезпеки. При цьому розподіл земель як за градаціями потенційного змиву грунту, так і за ступенем ерозійної небезпеки визначається з урахуванням розрахункових значень у кожній комірці растра. Зважаючи на те, що растр, як правило, містить десятки або сотні тисяч елементів (комірок), отримані оцінки з високою точністю характеризують просторовий розподіл ерозійної небезпеки в межах території, що досліджується.

На рис. 5.4 наведений фрагмент комп'ютерної карти потенційного змиву грунту в басейні р. Балай (Одеська область). Розміри ділянки близько 7,5х5,5 км, площа – близько 4 тис. га. Грунтовий покрив на схилах представлений чорноземами звичайними малопотужними малогумусовими на лесах різного ступеню змитості (до сильнозмитих включно), у днищах балок і річкової долини – лучно-чорноземними грунтами. Розрахунок виконаний з використанням просторово реалізованої програмними і мовними засобами ГІС-пакета PCRaster (PCRaster manual, 1998) моделі змиву грунту (5.18)-(5.23). Загальна площа розглянутої території 20 477 га. Ухили поверхні змінюються від 1-2° (на привододільних ділянках схилів) до 7-10° (у їхній нижній частині). Унаслідок того, що площа крутосхилів порівняно невелика, середній ухил, визначений програмними засобами ГІС-пакета на основі цифрової моделі рельєфу з розміром комірки растра 50 х 50 м, становить 1,48°.

Рис. 5.4. Фрагмент компьютерної карти норми потенційного змиву грунту (т/га/год) для ділянки розміром 7,5х5,5 км (басейн р. Балай, Одеська область)

Результати виконаних розрахунків потенційного змиву грунту для всієї розглянутої території (площею 20 477 га) наведені в табл. 5.12. Аналіз цих даних та рис. 5.4 показує, що якщо виходити зі шкали ерозійної небезпеки, поданої в табл. 5.11, ерозійно безпечними є лише вододільні простори і привододільні частини схилів, площа яких становить менше чверті загальної площі розглянутої території (23,3%). Ще 21,7% загальної площі займають умовно ерозійно-небезпечні землі, потенційний змив в яких 0,5-2 т/га/рік. У сумі ерозійно-безпечні та умовно ерозійно-безпечні землі займають 45% загальної площі. Інші 55% є різною мірою ерозійно-небезпечними. При цьому на 11% території потенційна ерозійна небезпека характеризується як дуже сильна.

Оцінка потенційного змиву та ерозійної небезпеки за допомогою просторово реалізованих математичних моделей змиву на відміну від описаних вище «профільних» моделей грунтується на суцільному урахуванні особливостей рельєфу і грунтового покриву і дає можливість одержання відповідних оцінних характеристик для будь-якої точки розглянутої території. При цьому можливості сучасних ЕОМ дозволяють при розмірі комірки растра 50x50 м (що є оптимальним для фонової оцінки ерозійної небезпеки досить великих територій) одночасно виконувати розрахунки для території площею в кілька тисяч квадратних кілометрів.

Питання і завдання для самоконтролю

1. Що таке ерозійна небезпека земель, і які існують методи її оцінки?
2. Дайте характеристику бальних методів оцінки ерозійної небезпеки земель.
3. У чому полягають переваги і недоліки методів оцінки ерозійної небезпеки земель, засновані на математичних моделях змиву грунту?
4. Дайте загальну характеристику методів математичного моделювання і прогнозу змиву грунту.
5. Охарактеризуйте емпіричні формально-статистичні моделі змиву грунту.
6. Які ви знаєте емпіричні фізико-статистичні моделі змиву грунту?
7. Які можливості і перспективи застосування теоретичних моделей водної ерозії для оцінки ерозійної небезпеки земель?
8. Дайте характеристику методики великомасштабної оцінки ерозійної небезпеки земель.
9. У чому полягають основні проблеми середньо- та дрібномасштабної оцінки ерозійної небезпеки земель і які підходи застосовуються для їх вирішення?
10. Які можливості геоінформаційних технологій з оцінки і картографування ерозійної небезпеки земель?