Предварительные этапы анализа рельефа речного бассейна
На основе исходной ЦМР (растрового слоя высоты земной поверхности) рассчитан растровый слой уклонов в % (т.е. в м/100 м, рис. 1а). Эти два слоя в совокупности дают информацию о важнейших геоморфологических характеристиках рельефа бассейна. Затем, в соответствии со стандартной ГИС-процедурой, выполнено выделение речной сети по пороговому значению площади водосбора 1 км2. Ранее выполненные исследования [6, 7] показали, что такое значение пороговой площади является адекватным в данных условиях. Это подтверждается и тем фактом, что полученная в результате оценка средней густоты речной сети равна 0.654 км/км2 и отличается от справочной характеристики для бассейна Буреи менее чем на 4%. На рис. 1б показана порядковая организация речной сети по классификации Хортона - Стралера, причем водотоки 1-го, 2-го и 3-го порядков не изображены, чтобы не перегружать картосхему. Старший порядок системы равен 8.
Для каждого элемента речной сети, также на основе стандартной процедурой, выделены частные водосборы. Особые возможности дает инструмент ZonalStatistics/ Range, который определяет диапазон высот (разность максимальной и минимальной отметок) в пределах частного водосбора. Его применение ко всем частным водосборам эквивалентно построению разности двух огибающих поверхностей, объемлющих реальное «тело» бассейна достаточно тесно, чтобы отобразить его форму. Поверхности проводятся по плотным сеткам локальных минимумов и максимумов рельефа в пределах частных водосборов. На рис. 1в приводится изображение трехмерной фигуры бассейна, представленной через диапазоны высот частных водосборов. Такая оценка наиболее точно, насколько позволяют имеющиеся данные, отображает полный эрозионный врез бассейна. Средневзвешенная его величина равна 231 м.
Используя разности средних высот частных водосборов и средних высот соответствующих тальвегов, и умножая их на площадь частных водосборов, получаем оценку объема экспонированного рельефа - пород, непосредственно вовлеченных в процесс эрозионного расчленения и всех видов экзогенной деструкции. Эта величина отображает современный объем горных пород, возвышающийся над уровнем ближайших тальвегов, и наиболее адекватна для оценки современного объема зоны активного водообмена. Такая оценка дает для бассейна Буреи в целом объем 6.46 тыс. км3 пород, что соответствует удельному объему 92.0 млн. м3/км2 или средней толщине бассейна 92 м.
Средства ГИС позволяют эффективно выполнять анализ с использованием как обычных, так и специфических пространственных координат. Для горного бассейна наиболее важными из них являются них высота местности и удаление от замыкающего створа. В бассейне Буреи были построены высотные зоны с шагом 100 м. В соответствии с данными ЦМР высотный диапазон бассейна составляет 89–2169 м, что несколько отличается от приведенных выше данных топографической карты. Эти ошибки являются следствием технической погрешности исходных данных SRTM, а также перепроектирования ЦМР и её пересчета в размер пиксела меньший, чем 3 арк.сек. Кроме того, возможны и ошибки определения отметок наиболее высоких, труднодоступных вершин Буреинского и других хребтов. Что касается расхождений в нижней отметке, то она находится в пределах совокупной погрешности топокарты и ЦМР.
Анализ участков бассейна с наивысшими отметками показал, что ЦМР незначительно сглаживает только вершины нескольких острых конусообразных пиков, крайне незначительных по площади. Лишь на одном из них, в центре хребта Дуссе-Алинь, наблюдается действительно существенное расхождение высот примерно на 150 м. В целом на распределение площади бассейна по высотным зонам эти сглаженные участки не оказывают никакого влияния, так как их совокупная площадь меньше, чем 0.001% от площади бассейна. Таким образом, в бассейне Буреи были выделены 22 стометровые высотные зоны. Для каждой высотной зоны были рассчитаны площадь, средний уклон поверхности, средний уклон речной сети и средний уклон водотоков 1-го порядка (рис. 2а).
Диаграмма на рис. 2а демонстрирует ярусность рельефа, которая проявляется в наличии выположенных участков графиков уклонов поверхности и речной сети. Это означает хорошую выдержанность уклонов в определенных диапазонах высот, что, согласно [8], указывает на формирование поверхностей динамического равновесия. Наивысшая ступень на графике, соответствующая отметкам 1800 м и более, наилучшим образом выражена, и совпадает с высотным интервалом отсутствия водотоков, которые почти исчезают к высотам 1500 и совершенно отсутствуют на высотах более 1700 м. Характерное падение уклонов для наиболее возвышенных частей бассейна (2000 и выше) отражает, по видимому, широкое распространение поверхностей выравнивания в гольцовом поясе хребтов, ограничивающих бассейн Буреи [14].
Удаленность от замыкающего створа представляет собой специфическую пространственную координату бассейна, которая раскрывает его функциональную структуру. Важной характеристикой бассейна является схема эквидистантных зон – участков бассейна, равноудаленных от замыкающего створа, причем расстояние везде измеряется вдоль линий тока, определяемых по рельефу. Ещё более информативной является схема изохрон добегания, используемая при разработке методов краткосрочных прогнозов стока [9]. Однако для её построения стандартных средств Arc Map недостаточно, требуется, фактически, привлечение какой-нибудь модели стекания (хотя бы в виде формулы Шези), что выходит за рамки данной работы. Для бассейна Буреи были построены эквидистантные зоны с шагом 40 км, что дает 21 зону при расстоянии от замыкающего створа до максимально удаленного водораздела 808.7 км. Для каждой зоны вычислены: доля площади бассейна, средняя высота и средний уклон поверхности (рис. 2б).
Графики на рис. 2б также демонстрирует ярусность рельефа - наличие выположенных участков графиков высот и отвечающего им спада уклонов поверхности водосбора в определенных диапазонах удаленности от замыкающего свора. Это означает, что на данных дистанциях осредненные характеристики рельефа определяются крупными межгорными котловинами, днища которых выровнены и приурочены к различным абсолютным отметкам. Распределение площади водосбора по удаленности от замыкающего створа показывает, что водосбор имеет наибольшую ширину в средней части, на дистанциях 400-600 км от устья, и в целом центр тяжести бассейна смещён к его верховьям. Схема эквидистантных зон бассейна Буреи представлена на рис. 3а.
На основе полученных параметров высотных и эквидистантных зон предварительно выделены высотные пояса рельефа. Дополнительно при их выделении выполнялся анализ распределений средних высот элементарных водотоков. Предположительно выделенные пояса различаются по ландшафтно-гидрологическим (в том числе гидроклиматическим) характеристикам. Это предположение должно быть подтверждено дальнейшим анализом, т.к. в горных условиях высотная поясность ландшафтов определяет основные закономерности процессов формирования половодья и должна быть учтена при разработке методов прогноза. Всего таких поясов выделено 7 (рис. 3б).