ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ Л.Н. ГУМИЛЕВ АТЫНДАҒЫ ЕУРАЗИЯ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
Студенттер мен жас ғалымдардың
«Ғылым және білім - 2014»
атты IX Халықаралық ғылыми конференциясының БАЯНДАМАЛАР ЖИНАҒЫ
СБОРНИК МАТЕРИАЛОВ
IX Международной научной конференции студентов и молодых ученых
«Наука и образование - 2014»
PROCEEDINGS
of the IX International Scientific Conference for students and young scholars
«Science and education - 2014»
2014 жыл 11 сәуір
Астана
УДК 001(063) ББК 72
Ғ 96
Ғ 96
«Ғылым және білім – 2014» атты студенттер мен жас ғалымдардың ІХ Халықаралық ғылыми конференциясы = ІХ Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Наука и образование - 2014» = The IX International Scientific Conference for students and young scholars «Science and education - 2014».
– Астана: http://www.enu.kz/ru/nauka/nauka-i-obrazovanie/, 2014. – 5830 стр.
(қазақша, орысша, ағылшынша).
ISBN 978-9965-31-610-4
Жинаққа студенттердің, магистранттардың, докторанттардың және жас ғалымдардың жаратылыстану-техникалық және гуманитарлық ғылымдардың өзекті мәселелері бойынша баяндамалары енгізілген.
The proceedings are the papers of students, undergraduates, doctoral students and young researchers on topical issues of natural and technical sciences and humanities.
В сборник вошли доклады студентов, магистрантов, докторантов и молодых ученых по актуальным вопросам естественно-технических и гуманитарных наук.
УДК 001(063) ББК 72
ISBN 978-9965-31-610-4 © Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық
университеті, 2014
4331 УДК 556.5
ВОЗМОЖНОСТЬ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА ФОРМИРОВАНИЕ СКЛОНОВОГО СТОКА РЕК СТЕПНОЙ ЗОНЫ УКРАИНЫ С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ QUANTUM GIS Довганенко Денис Александрович
Старший преподаватель кафедры гидрометеорологии и геоэкологии ДНУ им. Олеся Гончара, г. Днепропетровск, Украина
Научный руководитель – Л. Осадчая
Бассейн реки Самары расположен в пределах одного из наиболее промышленно и аграрно развитого региона Украины. Около 60% территории бассейна занята под сельскохозяйственными угодьями, 7 % – элементами инфраструктуры и населенными пунктами разного типа. На оставшихся 23% территории бассейна располагаются природные ландшафты (водные объекты, лесные массивы, целинные участки степи). Сток реки зарегулирован более 1500 прудами различного назначения. Объем всех прудов превышает среднемноголетний объем поверхностного стока р. Самары 95% обеспеченности.
Транспортирующая способность рек бассейна р. Самары значительно ухудшилась. Сейчас выполняется ряд проектов по восстановлению русел рек Большой Терновки, Бык и др.
Зарегулированность поверхностного стока считается основным фактором трансформации водного режима р Самары. Влияние других факторов антропогенного происхождения на формирование поверхностного, и в частности, склонового стока реки исследованы не в полном объеме. Одним из способов решения этой проблемы является моделирование процессов формирования поверхностного стока. Для выявления степени влияния сельскохозяйственных угодий на формирование склонового стока предлагается сравнивать полученные результаты относительно смоделированных природных (фоновых) условий исследуемой территории. Реализовать такой подход возможно при помощи современных геоинформационных систем.
Одной из таких систем является Quantum GIS. На базе этого программного комплекса реализовано множество модулей, предназначенных для обработки растровых, векторных и спутниковых данных. В частности, моделирование склонового стока производиться при помощи модуля r.sim.water, а анализ и интерпретация полученных данных – при помощи инструментов пространственной статистики и алгебры карт.
Основной целью исследования было определение степени и зон влияния антропогенных факторов на формирование и распределение склонового стока в пределах бассейна р. Самары.
Для достижения поставленной цели был подготовлен комплект входных данных, который состоял из двух блоков: первый блок описывает условия землепользования с помесячной динамикой параметров растительного покрова за теплый период года, второй характеризует смоделированные природные условия в пределах этого же бассейна за теплый период года.
Каждый из комплектов включает следующие наборы карт: цифровая модель рельефа (ЦМР) местности; формирование эффективных осадков (при ливневых, обложных и смешанных типах дождей); параметры шероховатости различных типов поверхностей; высота растительного покрова; среднемесячные показатели гидрометеорологических величин
При изучении условий землепользования в пределах бассейна реки были использованы серии спутниковых снимков радиометра Landsat. Основной ряд снимков Landsat включает 28 снимков, которые характеризуют состояние поверхности заданного региона исследования за период апрель-октябрь 2010 года. Определение типов землепользования и исследования динамики растительного покрова выполнялось с использованием таких подходов как:
4332
определение спектральных показателей типов поверхностей, визуальная идентификация по прямым и косвенным признакам, расчет нормализованного вегетационного индекса (NDVI).
Таким образом, были получены карты землепользования и динамики растительного покрова в пределах бассейна р. Самары за период апрель-октябрь. Пример одной из карт приведен на рис. 1.
Рис.1 Карта состояния поверхности бассейна р. Самары в июле 2010 г.
Моделирование природных условий выполнялось путем экстраполяции показателей естественной степной растительности с участков, на которых не осуществляется хозяйственная деятельность. Допущение, которые были сделаны при построении карт моделей природных условий заключались в следующем: рельеф территории остается без изменений; процедуре нивелирования подвергались только искусственно созданные формы рельефа (населенные пункты, железнодорожные и автомобильные дороги, карьеры и терриконы); искусственные водоемы замещались участками русловой сети; все лесные массивы (за исключением противоэрозионных насаждений) остаются без изменений;
4333
элементы инфраструктуры замещаются естественной степной растительностью; почвенный покров территории остается без изменений .
После построения карт типов землепользования и смоделированных природных условий, соответственно, по месяцам расчетного периода, были сформированы карты свойств полученных типов поверхностей: шероховатости, высоты и плотности растительного покрова, инфильтрационных свойств поверхностей.
Инфильтрационные свойства почвенного покрова и их изменение под действием растительного покрова, интенсивности дождя и орографических условий были установлены по справочным данным [1-3, 5, 6]. Коэффициент Маннинга (коэффициент шероховатости) также установлен по справочным данным и в соответствии с определяющими условиями [7].
Карты формирования эффективных осадков составлялись с помощи инструментов алгебры карт исходя из водно-балансового соотношения типа
(1) где R – интенсивность осадков, мм/мин.; І – инфильтрация, мм/мин.;
ЕТ – эвапотранспирация, мм/мин.
Расчеты эватранспирации проводились с использованием интегрированного в QuantumGIS модуля r.evapoPM (разработчик М. Каната, МПИ). Все показатели необходимые для расчета значения эватранспирации задавались согласно рекомендаций М. Канаты [4]. По результатам проведенных расчетов было получено 448 карт, отражающих формирование склонового стока в пределах бассейна р Самары за теплый период года, начиная с апреля и заканчивая октябрем.
Среди указанного количества карт 212 отражают формирование поверхностного стока в
«антропогенных условиях», другие 212 карт – в смоделированных природных условиях.
Остальные, 24 карты отражают процесс эватранспирации в пределах заданной территории соответственно в условиях антропогенного давления и смоделированных природных условиях. Карты, характеризующие формирование поверхностного стока делятся на две категории: к первой – относятся карты глубины потока на склоне, к второй – карты расхода воды на склонах. Расчет глубины и расходов потока на склонах выполнялся через определенный промежуток времени, а именно через 1 час для дождей с длительностью до 20 часов и через 20 минут для дождей с высокой интенсивностью (до 2 мм/мин.) и продолжительностью до 1 часа.
Сравнительный анализ результатов моделирования склонового стока производился по схеме:
1. Определение расходов потока на склоне, формирующиеся под влиянием отдельных типов землепользования (соответственно для смоделированных природных и антропогенных условий);
2. Определение потерь склонового стока, которые формируются под воздействием антропогенных факторов;
3. Сравнение показателей расходов воды в потоке на склоне, которые формируются при антропогенных и смоделированных природных условиях;
4. Составление карт степени влияния антропогенных факторов на формирование склонового стока в пределах бассейна р. Самары за теплый период года.
Пофакторный анализ в пределах бассейнов 3-5 порядков позволил выявить, что влияние на формирование стока в значительной мере зависит от стокоформуючих условий конкретного месяца. При этом закономерных изменений в процессе формирования склонового стока (по сравнению с природными условиями) от одного сезона к другому обнаружено не было.
При смоделированных природных условиях имеет место закономерность скорости формирования склонового стока. Так за весенне-летний период фиксируется увеличение времени формирования стока в среднем на 120 секунд и, наоборот – за летне-осенний период
4334
отмечается уменьшение времени на 90 - 100 секунд. При антропогенных условиях тенденция имеет противоположный характер. За весенне-летний период отмечается уменьшение времени формирования, за летне-осенний период – увеличение на 20 - 50 секунд. Основным фактором при этом выступает травяная растительность на сельскохозяйственных угодьях.
Элементы инфраструктуры и непокрытые сельскохозяйственные угодья без растительного покрова в большинстве случаев способствуют увеличению расходов потока на склоне. Особенно четко влияние указанных факторов прослеживается на склонах с уклоном до 1о. Противоэрозионные насаждения и естественные лесные массивы способствуют накоплению и задержке стока на склоне. В разные сезоны за счет противоэрозионных насаждений отмечается накопление до 90 % склонового стока (в зависимости от расположения по отношению к направления стекания).
Разница между показателями глубины и расходами воды на склоне, которые сформировались в условиях антропогенных факторов и смоделированных природных условий в 80% случаев не превышает 3%. Под влиянием отдельных факторов (например, элементов инфраструктуры) разница между показателями изменяется от 0,1 до 20%.
По сезонам теплого периода года в формировании склонового стока были выявлены следующие особенности:
1. За весенний сезон на 97% территории бассейна под воздействием антропогенной нагрузки формируется в 1,3 раза больше объема склонового стока по сравнению со смоделированными природными условиями. Разница в показателях расхода воды и глубины потока в большинстве случаев не превышает 5%. Вызвано это в подавляющем большинстве случаев за счет неравномерности развития травяной растительности в пределах бассейна р.
Самары. Так, в мае на сельскохозяйственных угодьях растительность развита несколько слабее, чем на участках с естественной растительностью;
2. В начале летнего сезона отмечается противоположная ситуация. На 63% территории бассейна реки сток формируется несколько медленнее. Только на относительно пологих участках (пойменные участки и городские территории) показатели стока являются большими от смоделированных природных аналогов. Такие территории составляют 35 % от общей площади бассейна. В июле количество подобных зон увеличивается до 45% от всей территории, что связано с уменьшением площадей пахотных земель покрытых растительностью. В августе количество областей в пределах бассейна, где отмечается увеличение показателей стока за счет антропогенных факторов составляет 96 %. Такая ситуация обусловлена уменьшением площадей земель покрытых растительным покровом;
3. В сентябре условия формирования склонового стока имеют некоторое сходство с весенним периодом. Зоны, в пределах которых показатели стока увеличиваются за счет антропогенных факторов составляют 31% от площади бассейна реки. Эта ситуация частично объясняется повторным зарастанием сельскохозяйственных угодий. В октябре процент таких зон возрастает до 69%, что вызвано завершением урожайной кампании и подготовкой сельскохозяйственных угодий к следующему сезону.
На рис. 2 приведена карта, на которой обозначены зоны с разной степенью антропогенного влияния на формирование склонового стока в пределах бассейна р. Самары.
4335
Рис.2 Степень влияния антропогенных факторов на формирование склонового стока за теплый период года
Согласно полученной карты наибольшая степень антропогенного влияния на формирование склонового стока отмечается в частях бассейна реки с высоким уровнем урбанизации – Днепропетровский, Новомосковский, Павлоградский районы Днепропетровской области и Александровский, Добропольский, Красноармейский, Великоновоселковский районы Донецкой области.
Полученный картографический материал имеет значительный потенциал для использования в сферах водного хозяйства, охраны окружающей среды, гидрологических и гидроэкологических исследований. Также, полученные результаты могут служить основой для разработок методологической и нормативной базы в указанных сферах хозяйственной и научной деятельности
Таким образом, по результатам проведенного исследования были сделаны следующие основные выводы:
1. Согласно результатов моделирования склонового стока было выяснено, что в пределах территории бассейна р. Самары имеет место трансформация стока различной направленности. Увеличение показателей склонового стока в большинстве случаев наблюдается в пределах пологих участков поверхности бассейна. Такие зоны относятся к:
устьевому участку, среднему и частично верхнему течению р. Самары, восточной и юго- восточной части бассейна реки ;
2. Выяснено, что основным фактором, от которого зависит увеличение или уменьшение рассчитанных показателей стока является растительный покров сельскохозяйственных угодий. Это связано с неравномерной динамикой развития растительного покрова в течение вегетационного периода. Так, за весенний сезон под воздействием антропогенных факторов в гидрографическую сеть поступает больше стока со
4336
склонов, чем при смоделированных природных условиях. В начале летнего сезона ситуация несколько выравнивается, что связано с сопоставимостью показателей развития растительности при реальных и смоделированных природных условиях. Под конец летнего сезона в условиях антропогенного воздействия формируется больший объем стока, чем при смоделированных природных условий.
Список использованных источников
1. Клеменс Э. Растения — результативней плуга! К вопросу о биогенной ликвидации уплотнения почв: [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://elf8.chat.ru. — Название с экрана.
2. Молчанов А. А. Гидрологическая роль леса : [Текст] / А. А. Молчанов. — М.: АН СССР, 1960. — 487 с.
3. Назаров Г. В. Гидрологическая роль почвы : [Текст] / Г. В. Назаров. — Л. : Наука, 1981. — 213 с.
4. Cannata M. A GIS embedded approach for Free & Open Source Hydrological Modelling : [Электронный ресурс] / M. Cannata . — Мilano: PUM, 2003 . — 215 p.. — Режим доступу : http://www.scribd.com. — Название с экрана.
5. Chaplot V. A. M., Yves Le Bissonnais Runoff Features for Interrill Erosion at Different Rainfall Intensities, Slope Lengths, and Gradients in an Agricultural Loessial Hillslope : [Электронный ресурс] / V. A. M. Chaplot, Yves Le Bissonnais // Soil Sci. Soc. Am. J. . — 2003. — Vol. 67 .
— Режим доступу : https://www.soils.org. — Название с экрана.
6. Effects of vegetation on hydraulic roughness and sedimentation in wetlands : [Электронный ресурс] / Gray E. Freeman, Brad R. // WRP technical note SD-CP-2.2. — 1994. — P. 2 – 10.
— Режим доступу : http://el.erdc.usace.army.mil. — Название с экрана.
7. Mitasova H. Modeling spatial processes in multiscale framework: exploring duality between particles and fields: [Электронный ресурс] / H. Mitasova, L. Mitas // Plenary talk at GIScience2000 conference, Savannah, GA. . — Режим доступу : http://skagit.meas.ncsu.edu.
— Название с экрана.
УДК 57.045
«ЖАСЫЛ ЭКОНОМИКАҒА» КӚШУДІҢ ГЕОГРАФИЯЛЫҚ АСПЕКТІЛЕРІ.
ТОЛҚЫНДАР ЭНЕРГЕТИКАСЫ
Жекіжанов Бауыржан Оралбайҧлы, Оразымбетова Арайлым Базарбеккызы, Сабен Дамира Аманқосқызы
Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ, «5В061000 – Гидрология» мамандығының 2 курс студенттері
Ғылыми жетекші - С. Садвакасова
«Жасыл» экономика - бұл табиғи қорларды тиімді пайдалану есебінен қоғамның әл- ауқатын сақтауға бағытталған, сондай-ақ соңғы пайдалану ӛнімдерін ӛндірістік циклге қайтаруды қамтамасыз ететін экономика.
Жасылэкономиканыңнегізінде – таза немесе «жасыл» технологиялар жатыр.
Мамандардың айтуы бойынша «жасыл» экономиканыдамыту, кӛптеген постиндустриалды елдердеэкологиялықдағдарыстыболдырмауғамүмкіндікбереді [1].
Жасыл экономиканың дамуының негізгі жеті бағыты бар:
Жаңартылатын энергия кӛздерін енгізу. Мұнай, газ – бүкіл дүние жүзінде ең ірі энергетикалық қорлардың бірі ретінде саналады, бірақ тіпті олардың ӛзі уақыты келгенде
