33. Использование геоинформационных технологий в области охраны окружающей среды (С.В.Пьянков, Ю.Н.Шавнина, ГИС-центр ПГУ)

33.1. Сайт «Опасные природные явления Пермского края»

Для предупреждения чрезвычайных ситуаций, связанных с опасными природными процессами и явлениями, а также для снижения ущерба от их воздействия, необходимо проводить не только регулярные наблюдения за развитием этих процессов и явлений в окружающей природной среде, но и оперативно информировать об этом органы государственной власти (ОГВ) и население.

В 2006 г. введен в работу пилотный проект «Опасные природные явления Пермского края» (http://accident.perm.ru/), разработанный ГИС центром Пермского государственного университета. Потенциальными пользователями сайта являются ОГВ регионального и муниципального уровней, руководители предприятий и учреждений, население края [3]. В 2008 г. на сайте началось активное и динамическое обновление информации о процессах снеготаяния и предпаводковом состоянии территории, в т.ч. о результатах вертолетных обследований.

В настоящее время на сайте можно ознакомиться с федеральной и региональной нормативно-правовой базой, документами и решениями комиссии по чрезвычайным ситуациям (противопаводковой комиссии) Пермского края, а также проследить динамику прохождения половодья, мест ледяных заторов, получить данные о водосборах крупных рек и процессах снеготаянии на них, узнать прогноз погоды. Информация представлена в удобной для восприятия форме и включает в себя табличный и картографический материал, дополненный данными дистанционного зондиро­вания, фото- и видеосъемкой.

При характеристике прохождения половодья и паводков представлена информация о речной сети края, местах возможных ледовых заторов, населен­ных пунктах, подвергающихся затоплению. Кроме характеристики паводковой ситуации, приводится состав сил и средств, привлекаемых для проведения противо­паводковых мероприятий.

На сайте можно получить сводные данные по гидротехническим сооружениям (ГТС) в целом по краю, отдельному району или водосбору. Существует возможность просмотреть паспорт ГТС с характеристикой его местоположения (карта), фотографией, видео, информацию по пропуску половодий, паводков через ГТС и возможным зонам затопления. Картографический материал, информация по безопасности ГТС (рис. 1) и паспорта ГТС, приведенные на сайте, получены в результате обработки и анализа сведений по инвентаризации ГТС (2003-2006 гг.) с помощью ГИС «Гидротех­ничес­кие сооружения Пермского края». В данной ГИС приводятся сведения по 1415 ГТС, а также водосборам крупных рек, метеорологическим и гидрологическим ­постам. Планируется расширение круга предоставляемой на сайте информации. Это в первую очередь продукты обработки данных дистанционного зондирования:

  1. территории с высокой степенью риска возникновения лесных пожаров;
  2. территории, подверженные лесным пожарам;
  3. гари разных периодов;
  4. места ледовых заторов;
  5. участки, подверженные затоплениям и подтоплениям.

Рис. 33.1. Информация с сайта «Опасные природные явления Пермского края» о техническом состоянии и уровне безопасности гидротехнических сооружений

33.2. Оценка состояния снежного и ледового покрова и гидрологические прогнозы

Наблюдения за снежными и ледовыми покровами приводятся в оперативном режиме и основываются на данных дистанционного зондирования Земли (ДДЗ). С помощью космической информации можно фиксировать границы распространения снежного покрова на обширных территориях. Повторные снимки создают условия для изучения динамики изменения снежных площадей (рис. 33.2, 33.3). Наличие снега на открытых безлесных участках определяется с большой достоверностью и точностью. При дешифрировании снежного покрова лесных территорий приходится ориентироваться на заснеженность открытых площадок: болот, вырубок, озер После выделения маски снежного покрова на территорию всего края вычисляются площадь и процент заснеженности в пределах отдельных водосборных бассейнов.

На данный момент для анализа в оперативном режиме доступны снимки Modis Terra и Modis Aqua (количество каналов – 36; виды каналов – видимые, инфракрасные и тепловые; пространственное разрешение – 250 м, 500 м, 1000 м; масштаб – 1000 000; периодичность съемки 1–2 раза в день).

Оперативное картографирование снежного покрова и скорость отступания его границ в весенний период могут использоваться для решения практических задач, прежде всего для гидрологических прогнозов. Средствами гидрологического моделирования определяется водозапас, осуществляется прогноз стока, снегового половодья в бассейнах рек. Ряд параметров для этого можно получить дистанционными методами. Это площадь бассейна реки, покрытая снегом, лесистость, распаханность и др. Некоторые параметры можно оценить косвенно, например зоны, охваченные снеготаянием, выявляются в ближнем инфракрасном диапазоне спектра, а мощность снегового покрова рассчитывается по ряду последовательных снимков, скорости продвижения границ снеготаяния и температуре воздуха. Оперативные данные о снегозапасе бассейнов рек служат основой для принятия решений, например, о частичном спуске водохранилищ в период весеннего снеготаяния для предотвращения паводков.


Рис. 33.2. Динамика процесса снеготаяния по водосборам крупных рек в бассейне Воткинского водохранилища (2008 г.)

Рис. 33.3. Динамика процесса снеготаяния в бассейне р. Вишера (2008 г.)

В перспективе возможен переход к определению из космоса мощности снежного покрова средствами микроволновой радиометрической съемки. Тем самым будет возможно для бассейнов крупных рек напрямую получать карты снегозапаса, а имея данные о плотности снега, – водозапаса снежного покрова.

Перспективным направлением также является определение загрязнения снежного покрова по космоснимкам. Снег является хорошим индикатором распространения загрязнений вокруг крупных городов. Загрязняющие вещества выпадают из атмосферы в сухом виде и с осадками и накапливаются в снежном покрове на больших расстояниях от источников – промышленных предприятий, транспортных коммуникаций и т.п. Загрязнение снега влияет на яркость изображения на космических снимках, что дает возможность совместно с результатами обработки проб снега картографировать площади и интенсивность загрязняющих воздействий.

Лучше всего выявляется загрязнение снега на космических снимках среднего разрешения, фиксирующих расплывчатые пятна городов на белом фоне заснеженной земной поверхности. Плотность тона соответствует степени загрязненности снега, при этом размер пятен загрязнения может многократно превышать площадь его источников.

33.3. Оценка потенциальной опасности возгорания лесов и распространения лесных пожаров

Кроме идентификации непосредственно самих лесных пожаров, можно выявить территории, на которых высока вероятность возникновения возгорания. Алгоритм выявления таких территорий основан на учете суммы радиационных температур на данной местности за некоторый промежуток времени. Чем выше значение суммы радиационных температур, тем вероятность возгорания подстилающей поверхности выше.

Использование ДДЗ со спутников Modis Terra, а также их производных продуктов позволяет эффективно проводить качественную и количественную оценку опасных природных процессов в масштабе всего региона в оперативном режиме. Кроме этого, планируется дополнить сайт инструментами интерактивного веб-картографирования. Это позволит повысить эффективность и удобство поиска необходимой информации.