Введение
Обеспечение рационального использования природных ресурсов является в настоящее время одной из основных проблем инженерной экологии и требует для своего решения применения функциональных методов исследования и мониторинга. К таким относятся методы неразрушающего контроля, среди которых широко применяется дистанционное зондирование Земли. Интеграция различных массивов данных на платформе геоинформационных систем является эффективным инструментом для комплексного изучения геоэкологического состояния региона [1, с. 59]. Это позволяет исследовать структуру литосферы, особенности протекания геохимических и геофизических процессов, а также применять эти данные к геофизической разведке полезных ископаемых [2, с. 47]. Применение аэрофотосъемки предоставляет данные для оценки перспектив использования природных ресурсов, локализованых в определенной геоморфологической системе [3, с. 101]. Так, георадиолокационный мониторинг позволяет выявлять разрывные нарушения в вертикальных разрезах, такие как трещины, проседания и оползневые зоны [4, c. 181]. Результаты космического мониторинга позволяют оценивать геомеханическое состояние карьеров, например выявлять зоны сдвижения, деформации горных пород [5, с. 49]. Составление металлогенических карт по данным дешифрирования спутниковых космоснимков предоставляет информацию о пространственном распределении уровня персективности разработки металлических руд [6, с. 47]. Многоспектральные, инфракрасные и радиолокационные снимки позволяют оценивать перспективы нефтегазоносности районов, что дает возможность прогнозировать и сравнивать их уровни устойчивого социально-экономического развития [7, с. 10]. Спутниковое зондирование карьеров позволяет исследовать горнопромышленные ландшафты добычи металлов, а также оценивать нагрузку технологического оборудования и поступление отходов в окружающую среду [8, с. 24]. Большую роль при этом играет возможность изучения эрозионных процессов антропогенно нарушенных земель [9, с. 15], а также выявление роли объектов негативного воздействия на состояние экосистем [10, с. 43].
Спутниковое зондирование карьеров также позволяет мониторировать изменения в природных ресурсах, таких как древесина, водные ресурсы и растительность, в результате добычи и эксплуатации металлических руд. Это позволяет принимать более обоснованные решения в области природоохраны и устойчивого развития, чтобы минимизировать негативное воздействие на окружающую среду [11, с. 76].
Данные, полученные с помощью спутников, могут быть использованы для создания карт динамики изменений в земельном покрове, что помогает выявлять тенденции в развитии горнопромышленных зон и оценивать их влияние на окружающую среду. Также спутниковое зондирование позволяет проводить мониторинг качества воздуха и воды в районах добычи металлов, что важно для предотвращения загрязнения и сохранения экосистем [12, с. 294].
Благодаря современным технологиям спутникового зондирования, исследователи и ученые могут проводить более точные и детальные исследования в области горной промышленности и охраны окружающей среды. Это помогает не только в управлении производственными процессами, но и в разработке эффективных стратегий по улучшению условий работы горнодобывающих предприятий и снижению их экологического воздействия [13, с. 72]. Кроме того, результаты космического мониторинга позволяют проводить наблюдения за изменениями в окружающей среде, связанными с горнодобывающей деятельностью. Это важно для оценки экологических последствий разработки карьеров и обеспечения устойчивого развития регионов, где они расположены [14, с. 302].
Цель исследования – определить объем мелового карьера (на примере завода «Красный Октябрь» г. Вольска) с помощью данных SRTM. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
а) построена цифровая модель рельефа исследуемого карьера;
б) построена картограмма распределения толщин;
в) рассчитан объем карьера.
Материалы и методы исследования
В качестве исследуемого объекта выбран карьер завода «Красный Октябрь», расположенный на юге г. Вольска, благодаря следующим признакам: выраженная структура рельефа, незначительность пространства карьера, занятого фитоценотической вторичной сукцессией, выработанность к настоящему времени (рис. 1). Этот объект вскрывает меловые отложения восточной части Ульяновско-Саратовского прогиба [15, с. 48]. Обработка матрицы высот и картографирование полученного материала проводились с помощью кроссплатформенной программной системы QGIS (version 3.32.0). Для разбиения и картографирования толщин карьера применялась программа SAGA-GIS (version 9.2.0).
Результаты исследования и их обсуждение
DEM-растр, содержащий информацию о матрице высот над исследуемой территорией загружали с помощью модуля SRTM-downloader и перепроецировали из географической системы координат WGS 84 EPSG 4326 в систему координат проекции WGS 84/Pseudo-Mercator EPSG 3857. В этой же системе были заданы все остальные слои. Карта рельефа в изучаемом карьере приведена на рис. 2. Оцифровка периметра карьера проводилась с помощью полигонального shp-файла. С помощью инструмента работы с долинами «Valey Depth» в программе SAGA-GIS построена карта толщин (рис. 3).
Этот инструмент определяет края долины и заполняет ее ячейками, каждая из которых показывает расстояние между дном долины и поверхностью крайних бровок (краев долины).
Рис. 1. Карта карьера завода «Красный Октябрь» (г. Вольск)
Рис. 2. Картограмма рельефа карьера завода «Красный Октябрь» (г. Вольск)
Рис. 3. Картограмма распределения толщин в изучаемом карьере
Рис. 4. Расчет объема карьера на калькуляторе растров и результаты этого расчета в атрибутивной таблице векторного слоя «Изолинии толщины»
Далее эта grid-карта толщин переводилась в полигональный векторный объект, с помощью которого можно рассчитать объем. Это делалось с помощью инструмента «создать полигоны изолиний» с разностью между соседними изолиниями толщины, составляющей 10 м. Рассчитанная карта изолиний раскрашивалась с помощью градуированного знака по полю ELEV_MAX, отражающего максимальную высоту слоя, при этом применялась градиентная заливка Reds. При классификации использовалась опция «форматированные отступы», при этом диапазон толщин разбивался на 7 классов. С усилением красной окраски территории карьера увеличивается глубина составляющих его сегментов. Для выделения исследуемой территории карьера из всей площади космоснимка, карта изолиний обрезалась по оцифрованному полигональному периметру. Атрибутивная таблица векторного слоя «Изолинии толщин» содержит в себе следующие данные: ELEV_MIN и ELEV_MAX – минимальная и максимальная толщина отдельного сегмента соответственно; h – толщина сегмента (равная в расчетах ELEV_MAX); f – площадь каждого сегмента ($area); h_f – объем отдельного сегмента толщины h; F – объем карьера, определяющийся как средневзвешенное суммы объемов, соответствующих отдельным сегментам толщиной h, в соответствии с формулой
Проведенные расчеты показали, что объем исследуемого карьера составляет 158,1 км3 (рис. 4).
Заключение
В работе проанализирована геоморфологическая структура мелового карьера завода «Красный Октябрь». Полученные данные позволили определить глубину и объем карьера, которые составили 147 м и 158,1 км3 соответственно. Средняя крутизна склона и экспозиция составляли 7,34º и 168,16º соответственно. Это свидетельствует о высокой степени выработанности изучаемого карьера.
Дальнейшие исследования с использованием геоинформационных технологий позволяют выявить важные закономерности в изменениях рельефа и структуры карьера со временем. Анализ этих данных может прогнозировать развитие месторождения, оптимизировать процессы рекультивации и заботиться о сохранении окружающей среды. Таким образом, геоинформационные технологии становятся неотъемлемой частью устойчивого развития промышленности и экологии.
Исследования, проведенные с применением дистанционного зондирования Земли, обладают большим потенциалом для применения в других отраслях, где необходима детальная информация о территориальных объектах и процессах. Этот метод позволяет получать данные без необходимости непосредственного контакта с исследуемой областью, что обеспечивает удобство и экономическую эффективность исследований.
Результаты работы актуальны для круга задач инженерной экологии, связанных с рациональным использованием природных ресурсов и обеспечением устойчивого эколого-экономического развития.
Библиографическая ссылка
Косарев А.В., Чумакова С.В., Алексеев В.C., Левченко Г.В., Левченко А.В. ГЕОПРОСТРАНСТВЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МОРФОЛОГИИ МЕЛОВОГО КАРЬЕРА // Успехи современного естествознания. – 2024. – № 7. – С. 64-69;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=38291 (дата обращения: 28.10.2024).