Практикум по гидрологии болот Предисловие
Гидрология болот - раздел гидрологии суши, занимающийся изучением физических процессов движения влаги в болотах и процессов влагообмена между болотами и окружающей средой. В связи с широким распространением болот и заболоченных земель в России и в целом на Земном шаре представляет несомненный интерес изучение особенностей формирования болот, их функционирования и возможных путей устранения неблагоприятных свойств заболоченных территорий. Болото – тип земной поверхности, постоянно или длительное время обильно увлажненной, покрытой специфической растительностью и характеризующейся соответственным почвообразовательным процессом. Болото может быть с торфом или без торфа. Болотные массивы представляют собой результат совместного взаимодействия таких процессов как избыточное увлажнение, произрастание специфичной болотной растительности и наличие процесса торфообразования. В таких условиях в болоте формируется не похожий на другие водные объекты водно-физический и тепловой режим, формируются болотные микроландшафты, меняющиеся при смене стадий развития болота, развивается болотная гидрографическая сеть. На болотах берут свое начало многие мелкие и крупные реки, а наличие на водосборе болотных массивов сказывается в условиях формирования стока и испарения. В связи с этим возникает необходимость детальных изучений свойств болот и процессов в них происходящих.
Для усвоения теоретических знаний в курс «Гидрология болот» включены следующие практические работы:
Построение типологического плана болотного массива на основе дешифрирования аэрофотоснимков (2 час).
Построение сетки линий стекания с болотного массива. (2 часа).
Расчет стока с болота методом фильтрационных характеристик (2 часа).
Работы выполняются с использованием данных стационарных наблюдений на болотных станциях, взятых из ежегодников, и аэрофотоснимков болотных массивов или их частей. Построение типологического плана и сетки линий стекания болота выполняется с использованием ГИС –технологий, например, программы MapInfo.
Задание № 1. Построение типологического плана болотного массива на основе дешифрирования аэрофотоснимков
Цель работы – построение топонимического плана болотного массива по материалам аэрофотосъемки.
Основные задачи:
ознакомиться с программой MapInfo;
дешифрировать аэрофотоснимок болотного массива;
графически отобразить расположение микроландшафтов на болотном массиве, используя программу MapInfo;
оформить топонимический план болотного массива.
Исходные данные. Аэро- или космоснимок болотного массива, компьютер с программным обеспечением MapInfo.
Содержание работы. Работа выполняется на основе дешифрирования аэро- и космоснимков болотных массивов. По характерным признакам (цвет, структура, ориентировка элементов и др.) в программе MapInfo создаются рабочие наборы файлов, содержащие карту-схему расположения болотных микроландшафтов и гидрографических объектов на территории массива, таблицу с характеристиками каждого микроландшафта и/или объекта и вспомогательные файлы. При отсутствии необходимого программного обеспечения работу можно выполнить с использованием кальки. Результатом работы является топонимический план болота или схема расположения микроландшафтов по его территории с легендой и перечнем выделенных микроландшафтов.
Теоретические положения.
Формирования болота происходит в течение длительного периода . Постепенно формируются особые свойства переувлажнения, влаголюбивая растительность, накапливается торф. В силу неоднородности распределения по территории болотного массива степени разложения торфа и скорости его накопления формируется болотный микрорельеф с произрастающей на нем характерной совокупностью болотных видов растений. Каждый микроландшафт характеризуется свойственными ему физическими и гидродинамическими параметрами, такими, как режим уровня грунтовых болотных вод, проточность и модуль проточности, толщина деятельного слоя, коэффициент фильтрации, водопроводимость, водоотдача и др. Выявление особенностей распределения болотных микроландшафтов по территории болота и их гидродинамических характеристик лежит в основе расчета стока с болотного массива. Таким образом, построение топонимического плана, отражающего структуру болотного массива, является основой для дальнейших расчетов балансовых характеристик.
В болотных массивах выделается много различных микроландшафтов, название которым дается по видам произрастающей на них растительности. В определении названии растительной ассоциации на первое место ставится растение-эдификатор, на второе- доминанты, на третье – кондоминанты. Например, название микроландшафта сфагново-кустарничково-сосновым означает, что принципиальным его отличием от других является наличие сфагнового мха, основу микроландшафта при этом составляют кустарничковые виды растительности (клюква, голубика и др.), сочетающиеся с соснами. Далее все микроландшафты разбиваются на две большие группы по строению микрорельефа: 1) микроландшафты мозаичной, пятнистой и однородной структуры, обладающие, как правило, кочковатым микрорельефом; 2) комплексные микроландшафты, образованные комплексом различных растительных ассоциаций, например, грядово-мочажинный и грядово-озерковый комплекс.
Разнообразие и видовой состав растительности микроландшафтов зависит от района (природной зоны) расположения болота, его размеров, условий формирования, стадии развития и др. Поэтому для выделения того или иного микроландшафта необходимо учитывать общие сведения о районе, в котором находится исследуемый болотный массив. Выделение (дешифрирование) контуров микроландшафтов осуществляется по вешним, видимым на снимке, характеристикам цвета, формы, структуры растительности и др. Оптимальные масштабы плана – от 1: 10000 до 1: 50000.
Выполнение работы с использованием программ ГИС-технологий, например, MapInfo, дает большое преимущество при дальнейших необходимых расчетах и визуализации данных.
Работа по выделению микроландшафтов создает основу для выполнения последующих заданий, поэтому грамотное дешифрирование и определение типа микроландшафта позволит, в конечном итоге, получить достоверные результаты по стоку и испарению с болотного массива.
Используемые термины и определения
Болотный микроландшафт (фация)– часть болота, в пределах которой сохраняется одинаковая структура растительного покрова все связанные с ней другие физические компоненты среды (Иванов, 1975).
Болотный мезоландшафт (урочище) – изолированные болотные массивы, образующиеся из одного первичного очага заболачивания и обладающие на каждой стадии своего развития вполне определенными закономерностями размещения по их территории болотных микроландшафтов различных типов. Понятие болотного мезоландшафта эквивалентно болотному массиву.
Болотный макроландшафт - болотный ландшафт, образовавшийся путем слияния нескольких вначале изолированных болотных мезоландшафтов. Представляет собой систему слившихся болотных массивов. Болотные макроландшафты различают в зависимости от того, на какой стадии и ходу развития, сливаются болотные массивы.
Уровень грунтовых болотных вод
Болотный массив – часть земной поверхности, занятая болотом, границы которого в плане образуют замкнутый круг. При этом граница определяется по нулевой глубине торфяной залежи (Иванов, 1975).
Топонимический план болотного массива – построение структуры болотного массива. Структура болотного мезоландшафта (болотного массива) – закономерность размещения на его территории и типы составляющих его болотных микроландшафтов.
Микрорельеф болотного массива – положительные и отрицательные формы рельефа, выделяющиеся на территории болота, сформированные различными видами растений и неоднородной степени их разложения и накопления. К положительным формам относятся кочки различных форм и размеров, гряды; к отрицательным – западины и мочажины.
План выполнения работы
Отметить карандашом на аэро- или космоснимке болотного массива четыре метки в виде крестиков по углам снимка, отсканировать (рисунок 1).
Открыть файл с растровым изображением (отсканированным) снимка (меню «файл»-«открыть», указать файл с отсканированным изображением в формате jpg).
Выполнить плановую привязку снимка по предварительно отмеченным на нем крестикам. Для этого в меню «таблица» выбирается «растр» - «регистрация изображения». Указывается проекция (план-схема), единицы (метры или километры). Поочередно отмечаются точки границ снимка, помеченные крестиками, и указываются их координаты (например, точка 1 с координатами (0;10000), точка 2 – (10000;10000), точка 3 – (10000;0), точка 4 – (0;0)). Если действительный масштаб и размер аэроснимка не известен, можно воспользоваться условным.
Назначить количество слоев, с которыми предстоит работать, отображающие информацию об объектах. Рекомендуется создать два слоя: первый слой – гидрографические объекты болота, второй – микроландшафты болотного массива.
В программе MapInfo создать новую таблицу, включающую в себя ряд полей для характеристики микроландшафтов (таблица 1.1): «файл» - «новая таблица», пометить «добавить к карте» - «создать…» - «добавить поле», далее указывается имя поля, его тип и количество знаков в поле. Выбор типа поля делается исходя их тех сведений, которые будут записаны в столбце характеристик объекта. Если предполагается создание различных слоев карты, то для каждого слоя следует создать свою таблицу. Таблицу сохранить (меню «файл» - «сохранить таблицу»)!
Таблица 1.1.
Описание параметров полей при оформлении таблицы в программе и примерный список полей таблицы микроландшафтов
Описание поля |
|||
Короткое целое |
Символьное (30 знаков) |
Символьное (30 знаков) |
Вещественное/Десятичное (10 знаков, 2 –после запятой) |
|
|
|
|
Номер объекта |
Название микроландшафта |
Характеристика микрорельефа |
Площадь микроландшафта, кв.м |
1 |
Сосново-сфагновый |
кочковатый |
345,5 |
2 |
Грядово-мочажинный |
Ориентированные гряды |
563,2 |
3… |
|
|
|
Указать проекцию, в которой будем работать. Это выполняется одновременно с открытием новой таблицы: «Проекция», далее указать в окне «Категория» план-схему, в окне «Проекция» - план-схема (метры) или (километры).
В окне «управление слоями» сделать доступным для редактирования слой с микроландшафтами.
На основе дешифровочных признаков (таблица 1.2) определиться по снимку, где и как проводить границы между микроландшафтами.
Указать в меню «Пенал» стили линий, точечных и площадных объектов.
Оцифровать границы микроландшафтов, продолжая работать в необходимом «слое», каждый микроландшафт выделить отдельным цветом или структурой (рисунком).
Выделяя тот или иной микроландшафт, не забывать проверять в таблице его нумерацию, и заносить его название и необходимые характеристики.
В таблице можно выполнить некоторые операции с введением параметров объектов в строку записи. Например, программа позволяет получать площади контурных объектов. Для этого необходимо воспользоваться меню «Таблица» - «Обновить колонку». В диалоговом окне указать колонку, в которую следует записать искомую площадь объекта и в окошке «значение» войти в диалоговое окно «составить…» и указать выражение функции (Area(obj,”sq m”)). Аналогично можно получить длины линейных и др. объектов и пополнить таблицу.
Создать второй слой гидрографических объектов болотного массива. Для этого выполняем пункты 5-12 только для другого слоя и соответствующей ему таблице.
Создать легенду типологического плана болота. Для этого в меню «карта» указать «создать легенду», проверить разделы легенды (там должны быть указаны названия таблиц – слоев, которые необходимо нанести на топонимический план), указать стиль шрифта заголовков, указать графу таблиц, содержимое которых будет являться подписями объектов (лучше выбрать столбец с названием микроландшафта) и нажать кнопку «завершить».
Сохранить рабочий набор с файлами. Всего должно быть 6 файлов с расширениями tab, dat, id, ind, map, wor. Файл с расширением ind появляетсн в том случае, если в таблице сделана пометка «индекс» на определенном поле, что позволяет выполнять быстрый поиск объекта и выполнение SQL-запросов. Файл с расширением wor является рабочим набором, позволяющим открыть совокупность необходимых файлов и таблиц для работы. Каждый слой (таблица) имеет свой набор пяти файлов. Поэтому для рабочего набора из двух косметических слоев (например, «микроландшафты» и «гидрография») общее количество файлов составляет 11 шт. (или 9 шт. – без индексов).
Вывести на печать типологический план болотного массива (рисунок 2) и таблиц с их характеристиками.
Рабочий набор с файлами и распечатанный вариант плана и таблиц является отчетным материалом по данному заданию.
Если работа выполнялась без использования ГИС-программ, то типологический план с легендой представляется на кальке, прикрепленной к аэрофотоснимку.
Рис. 1. Исходный аэрофотоснимок болотного массива
Рис.2. Типологический план болотного массива