Прибрежные территории всегда будут являться притягательными для размещения объектов строительства и хозяйственных комплексов, поэтому применение современных технологий, направленных на снижение риска и предотвращение ущерба от наводнений, является одним из актуальных направлений в геоэкологии.

Цель работы состоит в разработке методики моделирования затопления территории по космическим снимкам в сочетании с данными об уровнях воды, определяемых на гидропостах, и оценки риска затопления в периоды половодий.

Основные задачи исследования:

1.

Проанализировать опыт применения методов дистанционного зондирования Земли и ГИС-технологий для мониторинга половодий.

2. Провести экспериментальные исследования по оперативному космическому мониторингу территории Нижегородской области в периоды половодий.

3. Разработать методику моделирования затопления территории по космическим снимкам.

4. Разработать методику оценки риска затопления территории в периоды половодий.

5. Составить карты опасности, экономической уязвимости и экономического риска затопления территории на тестовых участках в Нижегородской агломерации.

Объектом исследования являются территории, подверженные сезонным затоплениям.

Предмет исследования – применение космических снимков и ГИС-технологий для мониторинга половодий и оценки риска затопления территории.

Методы исследования: методы геоинформационного анализа данных дистанционного зондирования Земли из космоса, автоматизированной обработки данных и картографирования результатов, анализа и обобщения материалов на основе теории риска и ее применения для оценки риска затопления территории в периоды половодий.

Научная новизна. Разработана методика моделирования затопления прирусловых территорий крупных и средних рек по архивным космическим снимкам высокого пространственного разрешения в сочетании с данными об уровнях воды, определяемых на гидропостах. Разработана методика оценки риска затопления земель в периоды половодий, позволяющая оценивать и прогнозировать экономический ущерб для урбанизированных территорий.

Результаты исследования, выносимые на защиту:

1.

Методика моделирования затопления территории по космическим снимкам высокого пространственного разрешения в сочетании с данными об уровнях воды, определяемых на гидропостах.

2. Методика оценки риска затопления территории в периоды половодий.

3. Результаты апробации разработанных методик моделирования затопления территории по космическим снимкам высокого пространственного разрешения в сочетании с данными об уровнях воды, определяемых на гидропостах, и оценки риска затопления территории в периоды половодий.

Практическая значимость работы. Исследования, положенные в основу диссертационной работы, выполнялись автором в рамках ряда НИР по заказу Главного управления МЧС России по Нижегородской области, а также по Государственным контрактам по теме: РИ-111.0/003/127 «Применение геоинформационных технологий на основе данных дистанционного зондирования Земли с целью оценки и снижения рисков ущерба в период половодий» в рамках ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 годы и в рамках проекта «Разработка научных основ и технологий защиты урбанизированных территорий от природных и антропогенных катастроф и негативных воздействий» аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)».

Результаты работы внедрены при подготовке необходимых планово-картографических материалов в рамках подраздела «Организационная и научная деятельность в бассейне Волги» плана работы Операционного центра ЮНЕСКО при ННГАСУ; при проверке на тестовом участке гидродинамической модели реки Волги, разработанной в рамках проекта «Моделирование Волжско-камского каскада водохранилищ» российско-германской научно-исследовательской программы «Волга-Рейн»; при разработке Схемы территориального планирования Балахнинского района Нижегородской области. Геоинформационная база данных зон затопления передана для практического использования в Центр мониторинга и прогнозирования ЧС Главного управления МЧС России по Нижегородской области.

В учебном процессе результаты работы используются в курсовом и дипломном проектировании студентов ННГАСУ, а также в лекционных курсах по дисциплинам «Аэрокосмические методы мониторинга в кадастре объектов недвижимости», «Геоинформационные и земельные информационные системы».

Апробация результатов работы проводилась на следующих конференциях: научных конгрессах Международных научно-промышленных форумов «Великие реки» (Нижний Новгород, 2006, 2007, 2008, 2009), Третьей международной конференции «Земля из космоса – наиболее эффективные решения» (Москва, 2007), VI и VIII Международных молодежных научно-технических конференциях «Будущие технической науки» (Нижний Новгород, 2007, 2009), V научно-практической конферен­ции «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций» (Москва, 2005), VIII Российских Чтениях-конкурсе памяти С. А. Каплана (Нижний Новгород, 2005), Четвертой и Пятой открытых всероссийских конференциях «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» (Москва, 2006, 2007), VI Межрегиональной научно-практической конференции «Новые информацион­ные технологии – инструмент повышения эффективнос­ти управления» (Нижний Новгород, 2007), ХII Нижегородс­кой сессии молодых ученых (технические науки) (Нижегородс­кая область, 2007), отчетной научной конференции института архитектуры и градостроительства ННГАСУ (Нижний Новгород, 2009).

Подобно другим планетам (Меркурию, Венере, Марсу, Юпитеру, Сатурну, Урану, Нептуну и Плутону), земной шар обращается вокруг Солнца. Ближе его к Солнцу расположены только две планеты: Меркурий и Венера.

Движение Земли можно сравнить с движением волчка, быстро вращающегося вокруг оси и в то же время бегущего по полу. Подобно двум движениям волчка, у Земли также два главных движения: суточное — вокруг ее воображаемой оси, за 24 часа, и годовое — вокруг Солнца, за 365 суток 5 часов 48 минут 46 секунд.

Солнце огромно: оно по объему в 1300 тыс. раз больше Земли и имеет в 330 тыс. раз большую массу. Земля, обращаясь вокруг Солнца, находится от него на расстоянии около 150 млн. км.

Земля движется вокруг Солнца со средней скоростью 30 км в секунду, т. е. 108 тыс. км в час.

Возникает вопрос: что же удерживает Землю на определенном расстоянии от Солнца и заставляет ее возвращаться через год в свое прежнее положение по отношению к Солнцу? Великий английский ученый Ньютон установил, что Земля все время удерживается на определенном расстоянии от Солнца по двум причинам: 1) постоянным притяжением Земли к Солнцу и 2) центробежной силой от быстрого движения Земли вокруг Солнца. Если бы не было притяжения к Солнцу, то центробежная сила заставила бы Землю умчаться в мировое пространство по прямой линии, а не описывать свой почти круговой путь.

В самом деле, вообразим себе на мгновение, что Солнце вдруг перестало бы притягивать к себе Землю. В это же самое мгновение Земля «слетела» бы со своего кругового пути и умчалась бы по касательной линии к той точке кругового пути, в какой Земля перестала бы притягиваться Солнцем.

Итак, совместное действие двух сил—силы притяжения Земли к Солнцу и силы, с которой Земля стремится улететь прочь от Солнца по касательной, удерживают Землю, заставляя ее все время двигаться по своему круговому пути — орбите.

Если хотите убедиться, что для кругового движения нужно применить силу, то сделайте такой опыт: возьмите веревку и привяжите к одному из ее концов небольшой камень, а другой конец веревки держите в руке. Начните вращать камень с веревкой над головой. Чем быстрее вы будете вращать веревку с камнем, тем сильнее будете ощущать натяжение веревки. Значит, сила вашей руки заменяет собой силу притяжения. Стоит только прекратить действие этой силы, выпустить из руки веревку, как камень мгновенно улетит по касательной прочь.

Значит, сила притяжения Солнца все время сворачивает Землю с ее прямолинейного пути и заставляет двигаться по кругу.

Строго говоря, путь, или орбита, Земли не есть круг.

Великий немецкий ученый Кеплер (см. т. 2 ДЭ) открыл, что все планеты, а в их числе и Земля, обращаются вокруг Солнца по несколько вытянутым орбитам, а именно по замкнутым кривым, называемым эллипсам и. Эллипс очень легко вычертить: возьмите лист бумаги и приколите его кнопками к столу. На близком расстоянии (допустим, в 5 см) воткните прочно две обыкновенные булавки. Теперь возьмите нитку длиной примерно в 20 см, свяжите оба конца нитки и наденьте на эти две булавки. А затем хорошо заточенным карандашом натяните нитку так, как показано на рисунке, и начните водить карандашом влево или вправо, все время держа нитку в натяжении. Кривая, которая получится от движения карандаша, и будет правильным эллипсом. Точки, где были воткнуты булавки, называются фокусами эллипса. Легко обнаружить, что чем ближе друг к другу будут воткнуты булавки, тем «круглее» будет эллипс. Расстояние между фокусами эллиптической земной орбиты составляет около 5 млн. км. В одном из фокусов, как это установил Кеплер, находится Солнце. Однако огромное расстояние между фокусами мало по сравнению с расстоянием от Земли до Солнца, которое в среднем равно 150 млн. км. Поэтому практически эллиптическая орбита Земли очень мало отличается от окружности.

Когда Земля находится в перигелии1, т. е. ближе всего подходит к Солнцу, расстояние ее от Солнца равно 147 млн. км. Это бывает около 1 января. В это время скорость движения Земли наибольшая. Через полгода, около 1 июля, Земля находится в афелии, т. е. отстоит от Солнца на наибольшем расстоянии (152 млн. км). В этот момент скорость движения земного шара вокруг Солнца наименьшая. Таким образом, зима в Северном полушарии бывает как раз тогда, когда Земля находится на ближайшем расстоянии от Солнца, а лето — когда Земля находится дальше всего от Солнца. Почему же все-таки зимой у нас холодно, а летом тепло? Это происходит потому, что, во-первых, зимой лучи Солнца падают на поверхность Земли под меньшим углом к горизонту, чем летом2.

А мы знаем, как мало греют косые (падающие не под прямым углом) солнечные лучи и как горячи они, когда падают почти отвесно (под углом, близким к 90°). Во-вторых, зимой день гораздо короче.

Второе название витамина РР — никотиновая кислота .

Эта кислота участвует в углеводном, белковом и минеральном обмене, повышает сопротивляемость слизистой оболочки кишечника к ядам, появляющимся в нем.

Кроме того, она расширяет сосуды, улучшает деятель-; ность сердца и нервной системы, нормализует работу печени, улучшает рост молодых птиц. Никотиновая кислота действует положительно при легких формах сахарного диабета.

Никотиновая кислота входит в состав злаковых растений, однако находится она в них в связанной форме и может использоваться организмом очень ограниченно. И хотя некоторое количество никотиновой кислоты синтезируется тканями птиц из аминокислоты триптофана, у них, в особенности у тех, которые питаются зернами, возникает дефицит этой кислоты.

Авитаминоз РР бывает у птиц всех видов.

Признаки болезни. У птенцов замедляется рост, снижается аппетит, возникает понос.

Птенцы становятся слабыми, малоподвижными.

Перья у них растут плохо. На ногах, на спине и голове развивается чешуйчатый дерматит.

При тяжелом течении болезни птицы перестают есть. Слизистая оболочка их полости рта, языка, за исключением его кончика, верхняя часть пищевода, а иногда и зоба становятся темно-красными, часто с синюшным оттенком.

Лечение. Витамин РР содержится в молоке, гречихе, зернах кукурузы, картофеле, свекле, мякоти арбуза. Много никотиновой кислоты в моркови. Есть она в абрикосах, винограде, малине, в плодах черноплодной рябины, черешни, а также в соцветиях и листьях одуванчика.

Значительная часть побережья Северной Америки и Аляска были открыты и изучены русскими людьми очень давно.

Первые исследователи побывали у берегов Аляски в начале XVIII в. С того времени на западном побережье Америки все в большем количестве и все далее на юг, вплоть до современного города Сан-Франциско, распространялись русские поселения.

Аляска на долгое время стала владением России.

Большую роль в освоении Аляски русскими и в исследовании ее во второй половине XVIII в. сыграл «именитый гражданин города Рыльска» Григорий Иванович Шелихов.

Шелихов родился в 1747 г. в купеческой семье. Детство он провел в г. Рыльске, Курской губернии. Еще юношей он прослышал о пушных богатствах Сибири и решил попытать счастья в этой далекой земле.

Приехав в г. Иркутск — крупный культурный и торговый центр Сибири,— Шелихов поступил на службу к купцу Голикову. По торговым делам ему пришлось много путешествовать по Сибири.

В 1775 г. Шелихов выехал на Дальний Восток в Охотск. В компании с другими купцами он снаряжал корабли для промысла морских бобров и котиков. Постепенно у Шелихова созревал план всестороннего изучения и освоения северо-запада Америки.

Летом 1783 г., построив два корабля, Шелихов отправился к берегам Америки, держа курс на о-в Кадьяк.

Хорошая погода в начале плавания вскоре сменилась ветреной, и, наконец, разразился сильный шторм.

Волны перекатывались через палубы, корабли ложились на бок, задевая мачтами гребни волн.

«Буря сия столь была велика, что лишались и надежды в своей жизни»,— писал Шелихов.

Перезимовав на о-ве Беринга, летом следующего года корабли подошли к изрезанному глубокими заливами о-ву Кадьяк.

Здесь на берегу Шелихов основал поселок и завязал лирные сношения с жившими на острове эскимосами. Он показал эскимосам преимущество русских домов, пищи, одежды и орудий, организовал школу, где эскимосских детей учили русской грамоте и счету.

Кроме того, Шелихов посылал молодых эскимосов в Россию для обучения в школах Охотска и Иркутска.

С первых шагов своей деятельности на материке Америки Шелихов выступил не только как глава купеческой компании, но и как государственный деятель, понимающий значение для России хозяйственного освоения новых земель.

Он заботился об исследовании северо-запада Америки и для этой цели отправлял специальные экспедиции, которые изучали побережье и наносили его на географическую карту.

Промышленникам, отправлявшимся на охоту за морским зверем, Григорий Иванович наказывал расспрашивать у местных жителей о богатствах земных недр полезными ископаемыми, а морей — зверем и рыбой. В тех местах, где побывали отряды Шелихова, они ставили кресты и другие знаки в доказательство принадлежности этих земель России.

На многих островах и на побережье материка Америки были основаны постоянные русские поселения и крепости. Шелихов составлял планы новых крепостей и селений, давал подробные указания, как их строить, как размещать жилые и хозяйственные постройки для большей безопасности и для удобства жителей. Вокруг поселков появились пашни, дававшие хорошие урожаи; поселенцы разводили коз и свиней, привезенных из России.

Через два года после того, как Шелихов высадился на о-ве Кадьяк, он отправился обратно в Россию, оставив назначенному им временному правителю Русской Америки К. А. Самойлову письменные наставления, в которых говорил о дальнейшем расширении русских владений и укреплении их хозяйства.

«Заведенное мною российской грамоте здешних обитателей детское училище умножить,— писал он,— для чего потребные книги я из Охотска сюда пришлю… ибо… без совершенных переводчиков никакого прочного установления сделать не можно».

В Иркутске Шелихов написал губернатору донесение о своей деятельности по освоению Русской Америки, приложив к нему карту плавания и планы уже построенных поселений и крепостей.

В этом описании содержится много интересных сведений о географии северо-западной Америки, о жизни и быте эскимосов. Составленные Шелиховым географические карты островов и побережья были отправлены в Петербург, где их использовали при составлении карты Тихого океана.

Все интересное, что Шелихов видел и слышал во время своего пребывания в Америке, он изложил в двух книгах, которые были изданы в Петербурге в 1791 г

Кроме описания плавания, Григорий Иванович сообщил в них подробные сведения о климате, растительности и животном мире северо-запада Америки. Очень интересны страницы книги, посвященные описанию жизни и быта эскимоеов. Шелихов очень хорошо отзывался о способности и культуре этого народа. Книги Григория Ивановича перевели на немецкий и английский языки.

Шелихову хотелось заинтересовать русских новыми землями и вызвать желание переселиться в этот далекий край.

В последующие годы он продолжал руководить переселением русских в новые земли, организовал регулярное сообщение с Русской Америкой и несколько новых экспедиций для дальнейшего изучения и освоения берегов Америки.

Во многих пунктах американского побережья были поставлены железные доски с гербом России и с надписью: «Земля Российского владения». Местные жители были приняты в русское подданство.

Григорий Иванович намечал планы новых экспедиций.

«Сужу я, — писал Шелихов,— что необходимо нужно распространить мореплавание наше по Тихому океану далее нынешних пределов… ездить в Кантон, Макао, в Батавию, в Филиппинские и Марианские острова»

Неожиданная смерть прервала жизнь Григория Ивановича. Он умер 48 лет в 1795 гг

Поэты и писатели посвятили подвигам «Колумба росского», как называли Шелихова, свои произведения. Известный поэт Державин писал:

Колумб здесь росский погребен, Проплыл моря, открыл страны безвестны…

А поэт И. Дмитриев тогда же обратился к будущим поселенцам в Америке:

Не забывай, потомок, Что росс, твой предок, был и на востоке громок.

После смерти Шелихова организованная им торгово-про-мысловая компания стала называться Российско-американской компанией. Ее возглавил А. А. Баранов, успешно продолжавший дело Шелихова.

На о-ве Ситха (о-ве Баранова) был построен г. Ново-Архан-гельск — столица Русской Америки. Недалеко от залива Сан-Франциско, на границе с испанскими владениями, стояла русская крепость Росс. Местные жители, индейцы, видели в русских надежных защитников от жестоких испанцев, превращавших их в рабов.

Расширялась и торговая деятельность Российско-американской компании. Ново-Ар-хангельск вскоре стал крупным благоустроенным портом, принимавшим не только русские, но также и иностранные корабли. В городе появились общеобразовательные и ремесленные школы, библиотека, театр и другие культурные учреждения. Возникли и промышленные предприятия.

Русские научные экспедиции изучали теперь не только побережье, но и глубинные районы страны. Постепенно на Аляске были исследованы горные хребты, реки, озера.

Несмотря на значительные успехи по освоению американских земель, царское правительство относилось равнодушно к нуждам русских поселенцев в Америке. Поэтому, когда в 1867 г. США обратились с предложением продать им все русские владения в Америке, правительство сочло возможным уступить эти земли США. Советский народ всегда будет помнить о Григории Ивановиче Шелихове и его помощниках—русских мореходах и поселенцах, внесших большой вклад в географическое изучение Америки.

Многие заливы, проливы и реки в северной части бассейна Тихого океана носят имя Шелихова: в Охотском море залив Шелихова, остров Кадьяк от Аляски отделяет пролив Шелихова и т. д.

Одним из наиболее важных средств для изучения рельефа является карта. С помощью карты можно одновременно обозреть рельеф больших по площади территорий и выявить его наиболее характерные и существенные особенности.

В числе современных карт, используемых для изучения рельефа, большое значение имеют крупномасштабные и точные топографические карты, где рельеф изображен с помощью горизонталей, т. е. линий, расположенных на определенной высоте над уровнем моря.

По современным топографическим картам можно выявлять особенности внешнего вида рельефа местности, а в отдельных случаях можно сделать заключение и о геологическом строении ее. Например, значки карстовых форм рельефа на карте свидетельствуют, что вблизи земной поверхности залегают слои известняков, гипса или каменной соли, а знаки бугристой поверхности на изображении болота — что в данном месте имеется слой вечной мерзлоты. Таких примеров можно привести очень много. Однако все эти способы изображения рельефа на картах в большинстве случаев не объясняют причин своеобразия рельефа и истории его возникновения и развития. Чтобы отобразить эти причины и историю развития рельефа, составляют особые, специальные геоморфологические карты.

При этом широко используют материалы аэрофотосъемки.

Большую помощь в изучении рельефа высоких гор оказывают альпинисты. При восхождении на горы они ведут научные наблюдения, разыскивают полезные ископаемые.

Ежегодно летом сотни альпинистов поднимаются на вершины Кавказа, тысячи туристов направляются в другие горы.

Альпинизм — прекрасный отдых для физически крепких людей со здоровым сердцем и легкими. Он дисциплинирует, вырабатывает чувство ответственности за себя и других и развивает такие ценные качества характера, как смелость и находчивость.