Восстановления кривой площадей в створе гидропоста река Ия – город Тулун с применением цифровой модели рельефа по данным радиолокационной топографической съёмки

Цель работы состоит в изучении возможности восстановления кривой площадей в створе гидропоста река Ия – город Тулун по данным радиолокационной съемки SRTM (Shuttle radar topographic mission) для восстановления кривой площадей, то есть кривой связи площадей поперечного сечения реки в створе и соответствующих им уровней воды в реке. Объект исследования – река Ия протекает на территории Иркутской области и впадает в одноименный залив Братского водохранилища. На реке Ие многократно имели место наводнения, в том числе в 1984, 2006 и 2019 гг. В 2019 г. наблюдалось беспрецедентное за инструментальный период наблюдений повышение уровня воды на посту река Ия – город Тулун до 1389 см при значении критической отметки в 700 см, в результате ограждающие дамбы не смогли предохранить жилую застройку от затопления.

Актуальность исследования продиктована тем, что при экстремально высоких уровнях воды не всегда удается выполнить инструментальные измерения расхода воды и возникает потребность экстраполяции кривой расходов, при этом важно располагать кривой площадей, построенной до заданного экстремального значения уровня. 

В работе для определения морфометрических характеристик использована цифровая модель рельефа по данным SRTM (Shuttle radar topographic mission). Для получения высотных отметок в рамках данной миссии полезная нагрузка SRTM была оборудована двумя радиолокационными антеннами. Одна антенна располагалась в отсеке для полезной нагрузки «Шаттла», другая – на конце 60-метровой мачты, которая выдвигалась, когда «Шаттл» находился в космосе. SRTM использовала метод радиолокационной интерферометрии [3].

Дополнительно в ходе исследования использовались:

• крупномасштабные космофотоснимки из сервиса Google Планета Земля [4];
• морфометрические данные, полученные в ходе промеров в 1957-1963 гг., приведённые в гидрологических ежегодниках [1],
• ежедневная информация об уровнях с ресурса AllRivers.info [2].

Для восстановления кривой площадей в створе гидропоста река Ия – город Тулун в первую очередь по данным цифровой модели рельефа на основе SRTM были получены отметки в системе WGS84 (World Geodetic System 1984) в гидростворе и расстояния от заданного в работе постоянного начала, на основании этих данных вычислены значения ширины реки.

По крупномасштабным космофотоснимкам из сервиса Google Планета Земля за определённые даты оценена ширина реки в створе заданного гидропоста и соотнесена со значениями уровней воды и отметок с ресурса AllRivers.info

По соотношению ширины в створе с отметками была получена систематическая поправка для данной территории для пересчета отметок из системы WGS84 в Балтийскую систему (БC) и соотнесена со значениями уровней. 

Данные о ширине реки по информации на основе SRTM после внесения систематической поправки хорошо соотносятся с шириной по крупномасштабным снимкам и с натурными измерениями ширины по натурным данным промеров, что представлено на рис. 1.

Рис. 1. Зависимость ширины реки Ии от уровня свободной поверхности

По данным о ширине реки, полученным по материалам SRTM, при конкретных значениях высотных отметок/уровней рассчитана площадь поперечного сечения в гидрометрическом створе поста река Ия – город Тулун. С учетом того, что при отметках до 452,00 м WGS84 точное определение ширины данной реки из-за специфики масштаба SRTM невозможно, при указанной отметке площадь сечения была получена по участку кривой площадей по данным промеров, а последующее приращение площади поперечного сечения реки определено на основании данных SRTM и представлено на рис. 2.

Рис. 2. Кривая площадей в створе поста река Ия – город Тулун

Из графика (см. рис. 2) видно, что кривые площадей по данным промеров и по данным радиолокационной топографической съеики SRTM хорошо соотносятся, при этом предложенный авторами метод демонстрирует относительную простоту применения и возможность с использованием цифровых моделей рельефа на основе SRTM получить кривую площадей до необходимых экстремальных отметок без проведения дополнительных промерных полевых работ, что показывает перспективность проиллюстрированного подхода.