Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 5. С. 169-178
Верификация двумерной гидродинамической модели р. Лены у г. Якутска по разновременным данным космической съёмки
Е.Д. Корнилова
1 , И.Н. Крыленко
1, 2 , П.П. Головлев
1 , А.А. Сазонов
1, 2 , А.Н. Никитский
3 1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия
2 Институт водных проблем РАН, Москва, Россия
3 ГК «СКАНЭКС», Москва, Россия
Одобрена к печати: 30.07.2018
DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-5-169-178
Работа посвящена исследованию площадей и границ затопления пойм с применением данных дистанционного зондирования и методов гидродинамического моделирования совместно с ГИС-технологиями. В качестве объекта исследования выбран участок р. Лены у г. Якутска протяжённостью 75 км. Математическое моделирование проводилось с использованием программного комплекса Stream_2D (Беликов, Кочетков, 2014), в основу которого положено решение двумерных уравнений Сен-Венана. Дешифрирование космических снимков проводилось в программном комплексе ERDAS Imagine с использованием автоматического способа классификации k-means (k-среднего), основанного на методах кластерного анализа. По итогам работы построены зависимости площадей затопления пойм, определённых на основе двух независимых методов, от расхода воды и показано хорошее соответствие результатов моделирования и дешифрирования космических снимков во всем диапазоне наблюдавшихся расходов воды. Таким образом, данные дистанционного зондирования позволяют провести качественную верификацию гидродинамической модели, при этом точность оценок площадей затопления главном образом зависит не от типа применяемых спутниковых данных, а от гидрологической обстановки, которая количественно выражается расходом воды, а также наличием или отсутствием ледовых явлений.
Ключевые слова: моделирование, гидродинамическая модель, данные дистанционного зондирования, затопление, пойма, космические снимки, гидрология, Лена, Якутск, ледовые заторы
Полный текстСписок литературы:
- Айбулатов Д. Н., Зотов Л. В., Фролова Н. Л., Чалов С. Р. Современные возможности использования методов дистанционного зондирования для получения информации о водных объектах // Земля из космоса — наиболее эффективные решения. 2015. Спецвып. С. 34–37.
- Барышников Н. Б. Гидравлические сопротивления речных русел. СПб.: Изд-во РГГМУ, 2003. 147 с.
- Беликов В. В., Семенов А. Ю. Численный метод распада разрыва для решения уравнений теории мелкой воды // Журн. вычислительной математики и математической физики. 1997. Т. 37. № 8. С. 1006–1019.
- Беликов В. В., Кочетков В. В. Программный комплекс STREAM_2D для расчета течений, деформаций дна и переноса загрязнений в открытых потоках. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014612181. Рег. 20.02.2014.
- Зайцев А. А., Чалов Р. С. Русловые процессы и регулирование русла р. Лена в районе г. Якутска // Водные ресурсы. 1989. № 5. С. 75–81.
- Книжников Ю. Ф., Кравцова В. И., Тутубалина О. В. Аэрокосмические методы географических исследований: учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «География» и специальностям «География» и «Картография». М.: Академия, 2011. 416 с.
- Крыленко И. Н. Опыт применения космических снимков для компьютерного моделирования затопления территории при наводнениях на реках // 2-я Международная конф. «Земля из космоса ― наиболее эффективные решения»: сб. тез. конф. М.: Изд-во Бином, 2005. С. 104–106.
- Кюнж Ж. А., Холли Ф. М., Вервей А. Численные методы в задачах речной гидравлики. М.: Энергоатомиздат, 1985. 255 с.
- Чалов Р. С., Кирик О. М., Ильясов А. К., Ботавин Д. В. Якутский водный узел на р. Лене: проблемы русловых процессов, история, современность, перспективы, возможности управления // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2012. № 3. С. 44–56.
- Чалов Р. С., Завадский А. С., Рулева С. Н., Кирик О. М., Прокопьев В. П., Андросов И. М., Сахаров А. И. Морфология, деформации, временные изменения русла р. Лены и их влияние на хозяйственную инфраструктуру в районе г. Якутска // Геоморфология. 2016. № 3. С. 22–35.
- Belikov V. V., Krylenko I. N., Alabyan A. M., Sazonov A. A., Glotko A. V. Two-dimensional hydrodynamic flood modelling for populated valley areas of Russian rivers // Changes in Flood Risk and Perception in Catchments and Cities: Proc. IAHS. 2015. V. 370. P. 69–74.
- Domeneghetti A., Tarpanelli A., Brocca L., Barbetta S., Moramarco T., Castellarin A., Brath A. The use of remote sensing-derived water surface data for hydraulic model calibration // Remote Sensing of Environment. 2014. No. 149. P. 130–141.
- Kanungo T., Mount D. M., Netanyahu N., Piatko C., Silverman R., Wu A. Y. An efficient k-means clustering algorithm: Analysis and implementation // IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence. 2002. No. 24. P. 881–892.
- Zaitsev A. A., Belikov V. V., Militeev A. N. Using computer modeling for regulation of sediment transport under hydraulic structures on a large river // Sediment Transfer through the Fluvial System: Proc. Intern. Symp. 2004. P. 386–394.