КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 15-17-10008

НазваниеГеография и геоэкология рек и речных бассейнов Европейской части России: пространственный анализ, оценка и моделирование

РуководительЕрмолаев Олег Петрович, Доктор географических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет", Республика Татарстан (Татарстан)

Период выполнения при поддержке РНФ 2015 г. - 2017 г. 

Конкурс№7 - Конкурс 2015 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований с привлечением молодых исследователей».

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-711 - Геоэкология и природопользование

Ключевые словаречные бассейны, речной сток, геосистемы, геоэкология, рациональное природопользование, ГИС, базы геоданных, геопортал

Код ГРНТИ39.01.94

СтатусУспешно завершен

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Для крупного региона России – ее Европейской части (около 4 млн. кв.км), где сконцентрировано основное население, промышленный и сельскохозяйственный потенциал страны, проводятся фундаментальные научные исследования по географическому анализу пространственно-временных закономерностей формирования бассейнов малых рек, речного стока и оценке геоэкологического состояния речных бассейнов на базе разрабатываемых методов пространственного анализа и создания специализированной геоинформационной системы с открытым доступом «Речные бассейны Европейской части России». Актуальность таких исследований определяется, в первую очередь, усилением антропогенной нагрузки на бассейновые геосистемы России, что способствует развитию целого ряда негативных процессов (эрозионно-русловые процессы, изменения режима речного стока, нехватка ресурсов питьевой воды). Как следствие - возникает необходимость изучения отклика бассейновых геосистем на антропогенное воздействие, а также на климатические изменения, наблюдающиеся в различных ландшафтных зонах. Оценка состояния бассейнов рек, происходящих в них изменений проводится на основе комплексного пространственно-временного анализа данных многолетнего мониторинга, использования данных дистанционного зондирования Земли (ДДЗЗ), накопленного фонда картографических материалов государственных съемок. Вся доступная геоинформация интегрируется в рамках многофункциональной, проблемно-ориентированной геоинформационной системы (ГИС). Для установления закономерностей формирования водного стока, его зависимости от ландшафтно-географических условий на территории Европейской части России (ЕЧР), оценки антропогенной нагрузки на бассейны рек, их современного геоэкологического состояния применяются следующие основные методы исследования: картографический метод, методы пространственного анализа с использованием современных геоинформационных технологий, современные методы статистического анализа и моделирования, в том числе геостатистического, методы автоматизированной интерпретации ДДЗЗ. Регион исследования: Европейская часть России (за исключением горных районов). Масштаб исследования (уровень пространственной детальности): региональный (соответствующий масштабу 1:1 000 000). Объект исследования: геосистемы речных бассейнов. Предмет исследования: - создание геоинформационной системы, - анализ пространственных и временных закономерностей речного стока, - количественная оценка современного геоэкологического состояния речных бассейнов ЕЧР. Научная новизна исследования заключается в том, что впервые для большой и наиболее плотно заселенной территории России с использованием современных информационных технологий и методов пространственного анализа дается географическая характеристика десятков тысяч речных бассейнов, устанавливаются ландшафтно-географические закономерности их развития, проводится интегральная количественная оценка и картографирование геоэкологического состояния речных бассейнов. Впервые создаются специализированная ГИС и геопортал открытого пользования на речные бассейны ЕЧР, где тематическая, аналитическая и комплексная геоинформация представлена с высокой степенью пространственной детальности для территории таких размеров. Их открытость позволит в дальнейшем привлекать большой объем собранной для крупной территории России геоинформации при решении широкого круга научных и научно-прикладных задач.

Ожидаемые результаты
Основной ожидаемый результат исследований – установленные зависимости формирования и функционирования малых речных систем и их водосборов от ландшафтно-географических условий территории Европейской части России, картографирование закономерностей жидкого и твердого стока, современная степень антропогенной нагрузки на бассейны и интегральная количественная оценка их геоэкологического состояния. Другой важный результат связан с использованием ГИС-технологий как инструмента нашего исследования, что открывает новые перспективы практического использования запланированных результатов проекта в экономике и социальной сфере, определяет его научную и общественную значимость. Речь идет о создании специализированной геоинформационной системы (ГИС) и геопортала «Речные бассейны Европейской части России» с открытым доступом к разработанному ресурсу. В составе ГИС будет сформирована база геоданных, на основе которой впервые создается комплект электронных тематических, аналитических и синтетических карт по речным бассейнам Европейской части России. В частности, это серия морфометрических карт (площади бассейнов, распределение высот, уклоны, длины линий тока, глубина и густота долинного расчленения, продольная и профильная кривизна, эрозионный потенциал и энергия рельефа, экспозиция склонов), гидроклиматические карты (температура воздуха, среднегодовые осадки, температурные и влажностные тренды, др.), карты порядков речной сети, стока взвешенных наносов, жидкого стока рек, типов землепользования, антропогенных нагрузок на бассейновые геосистемы, потенциальной эрозии почв, карты районирования речных бассейнов (геоморфологического, ландшафтного, гидроклиматического, геоэкологического) и др. Обзор современного состояния и направлений исследований в мировой науке показывает, что запланированные результаты проекта соответствуют мировому уровню разработок в области ГИС и пространственного анализа бассейновых геосистем с использованием геоинформационных технологий, а по отдельным направлениям исследования проводятся впервые. Отрытый доступ к накопленной геоинформации предоставит возможность ее практического использования для заинтересованных представителей научного сообщества, специалистов в сфере природопользования, экологической безопасности и охраны окружающей среды, при принятии управленческих решений на региональном уровне, а также послужит для удовлетворения информационных потребностей населения. Другая сфера использования результатов – образовательная - формирование научных и научно-педагогических кадров инновационной России в области гидрологии, географии, экологии и природопользования. На основе проводимых исследований может быть разработан целый ряд специализированных курсов для бакалавров и магистров направлений «Экология и природопользование», «География», «Гидрометеорология», «Картография и геоинформатика». Участие приглашенных молодых исследователей позволит установить горизонтальные связи и наладить творческое взаимодействие с разными научными школами России. Как вклад в решение заявленной конкретной задачи проекта (см.п.4.3) в рамках проблемы оценки и прогнозирования состояния окружающей среды, можно указать следующие ожидаемые результаты: ̵ Методика и результаты подготовки цифровой модели рельефа (ЦМР) для автоматизированного выделения границ речных бассейнов для больших территорий с разными геолого-геоморфологическими и ландшафтными условиями. ̵ Методика и результаты автоматизированного частного и комплексного физико-географического районирования территории с использованием современных математических методов (в частности, метода искусственных нейронных сетей). - Методики и результаты интегральной оценки геоэкологического состояния речных бассейнов с использованием методов статистического анализа и моделирования. ̵ Методика и результаты восполнения данных по режиму стока рек с использованием современных математических методов (пространственная интерполяция). ̵ Методика и результаты создания региональных дешифровочных эталонов и классифицирующих правил для распознавания различных типов функционального использования территории по данным дистанционного зондирования Земли (ДДЗЗ), как одного из показателей современного геоэкологического состояния бассейновых геосистем. - Разработка принципов обоснования границ и состава экорегионов как гидрологически обособленных целостных природно-хозяйственных образований для эффективного геопланирования территорий на бассейновых принципах.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2015 году
Проведен анализ открытых цифровых моделей рельефа и выбор базовой ЦМР для решения задач проекта. Авторская методика подготовки ЦМР для построения границ бассейнов рек адаптирована для основных типов условий рельефа территории Европейской части России (ЕЧР). Выполнено построение границ бассейнов на всю территорию исследования. Создана электронная векторная карта границ речных бассейнов территории ЕЧР (первая версия), пространственная детальность которой соответствует картографическому масштабу 1:1000000. Проведена количественная оценка точности построения границ бассейнов. За отчетный период проведена систематизация гидрологических постов, ведущих наблюдение за стоком воды и стоком наносов на реках ЕЧР. В базу геоданных введены сведения о местоположении постов, сведения о стоке воды и стоке наносов в виде среднегодовых расходов и обобщающих характеристик, о природных и антропогенных факторах формирования стока. Проведен анализ мировых и российских свободно-распространяемых баз геоданных по типам землепользования и типам земного покрова. Подобраны материалы космической съемки для создания модели земного покрова исследуемой территории. Разработана методика (первая версия) дешифрирования пахотных земель по многолетним рядам NDVI для последующего создания базы геоданных функционального использования территорий речных бассейнов. Разработанная методика опробована для территории Республики Татарстан. Проанализированы различные источники геоданных для изучаемой территории. Выполнен подбор открытых тематических картографических материалов, соответствующих уровню пространственной детальности исследований и опубликованных в разное время на территорию ЕЧР. Подобраны цифровые тематические геоданные, в том числе продукты, полученные по результатам обработки материалов дистанционного зондирования. Реализован прототип создаваемой геоинформационной системы «Речные бассейны Европейской части России». В ГИС интегрирована геоинформация, полученная по результатам первого года исследований: - слой речных бассейнов; - слой гидрологических постов; - цифровая модель рельефа; - почвенная карта; - слой основных типов растительного покрова; - слои общегеографического содержания; - граница территории исследования. Основные научные результаты отражены в 11-ти статьях, из которых 9 статей в рецензируемых российских и зарубежных изданиях (5 статей в изданиях, входящих в международную систему цитирования Scopus).

 

Публикации

1. O.P. Yermolaev, B.M. Usmanov, S.S. Muharamova The Basin Approach And Mapping To The Anthropogenic Impact Assessment On The East Of The Russian Plain. International Journal of Applied Engineering Research., Volume 10, Number 20 (2015) pp 41178-41184 (год публикации - 2015)

2. O.P. Yermolaev, F.N. Lisetskii, O.A. Marinina, Z.A. Buryak Basin and Eco-regional Approach to Optimize the use of Water and Land Resources. BIOSCIENCES BIOTECHNOLOGY RESEARCH ASIA., September 2015. Vol. 12(Spl. Edn. 2), p. 145-158 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.13005/bbra/2021

3. O.P. Yermolaev, K.A. Maltsev Preparation Of The Global Elevation Models For Creating Watersheds On The Lowland Territories. International Journal of Applied Engineering Research., Volume 10, Number 20 (2015) pp 40983-40987 (год публикации - 2015)

4. O.P. Yermolaev, K.A. Maltsev, V.V. Mozzherin, A.F. Giljazov, A.Z. Satdarov, R.M. Gareev, O.E. Mishanina Estimation of probability, height and area of flood in the bottoms of rivers’ valleys due to the snowmelt flood runoff in order to ensure safety of oil production. Neftyanoe khozyaystvo - Oil Industry., Issue 11, 2015, P. 145-149. (год публикации - 2015)

5. S.V. Kharchenko, O.P. Yermolaev, K.A. Maltsev, S.S. Muharamova, M.A. Ivanov Publicly Available Sources of Geographical Data About River networks of European Russia. BIOSCIENCES BIOTECHNOLOGY RESEARCH ASIA., September 2015. Vol. 12(Spl. Edn. 2), p. 651-656 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.13005/bbra/2081

6. Ермолаев О.П., Иванов М.А. Геоэкологическая оценка бассейновых геосистем на основе ландшафтного подхода. Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах: Материалы VI Междунар. науч. конф. 12-16 октября 2015 г. - Белгород: Изд-во "ПОЛИТЕРРА"., 2015. с. 35-40. (год публикации - 2015)

7. Ермолаев О.П., Шарифуллин А.Г., Голосов В.Н., Сафаров Х.Н. Современные экзогенные процессы в горных ландшафтах умеренного пояса Северной Евразии и оценка их долевого вклада в сток наносов рек по материалам космических съемок. Ученые записки Казанского университета., Сер. Естеств. науки. – 2015. – Т. 157, кн. 2. – С. 81–94. (год публикации - 2015)

8. Маринина О.А. Агроэкологическая оценка земель и адаптивно-ландшафтное земледелие с применением бассейнового подхода. Международный научно-исследовательский журнал., 2015. – № 8 (39). – Часть 3. – С. 41-45. (год публикации - 2015)

9. О.П. Ермолаев Ландшафтный картографо-геоинформационный анализ восточного крыла бореального экотона Русской равнины. География и регион: материалы междунар. на-уч.-практ. конф. (23–25 сентября 2015 г.): в 6 т. / Перм. гос. нац. исслед. ун-т. – Пермь., 2015. – Т. I. Физическая география и ландшафтная экология. – с.46-52. (год публикации - 2015)

10. С. В. Харченко Соотношение сети городов на территории Европейской России с речной системой. Геоэкологические проблемы современности: докл. VII Междунар. науч. конф. Владимир, 9 – 10 окт. 2015 г. / Рус. географ. о-во; Владим. гос. ун-т им. А.Г. и Н.Г.Столетовых; Департамент образования Владим. обл. [и др.]. — Владимир: Изд-во ВлГУ., 2015. — с. 97—100. (год публикации - 2015)

11. С.В. Харченко Опыт статистического анализа морфометрических характеристик речной сети (по данным ECRINS). География и регион: материалы междунар. на-уч.-практ. конф. (23–25 сентября 2015 г.): в 6 т. / Перм. гос. нац. исслед. ун-т. – Пермь., 2015. – Т. I. Физическая география и ландшафтная экология. – с.163-168. (год публикации - 2015)

Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Впервые для территории Европейской части России (ЕЧР) на региональном уровне генерализации создана электронная векторная карта бассейнов малых рек и их межприточных пространств (доработанная версия). Также впервые создан векторный слой границ поверхностных водосборов (бассейнов), отнесенных к гидропостам рек ЕЧР, в которых ведутся режимные наблюдения за стоком рек. В рамках создания геоинформационной базы данных по географии бассейновых геосистем, их геоэкологической оценки, пространственного анализа и моделирования зависимостей речного стока от условий его формирования, создан набор тематических слоев. В частности, на основе Государственной геологической карты дочетвертичных отложений масштаба 1:1000000 для территории ЕЧР создана электронная векторная карта классов дочетвертичных отложений, выделяемых по условиям поглощения и отдачи атмосферных осадков. Общее количество контуров, для которых определена принадлежность горных пород этим классам, составляет более 30 тысяч. На основе Геоморфологической карты СССР масштаба 1:2500000 создана электронная векторная геоморфологическая карта. Территориальные выделы, представленные на слое, типизированы по морфоструктурным и морфоскульптурным характеристикам рельефа. Всего на тематическом слое представлено 2401 полигональных объектов с 623 различными сочетаниями морфоструктурных и морфоскульптурных характеристик. По многолетним данным ежедневных наблюдений температуры воздуха и количества осадков на метеостанциях Росгидромета рассчитаны значения 16-ти климатических показателей, представляющих средние значения, вариацию, сезонные колебания, экстремальные значения температуры и осадков. Подсчет проводился по данным за период с 1960 по 2014 гг. Выполнена пространственная интерполяция этих климатических показателей на всю территорию ЕЧР с построением соответствующих растровых слоев. Сформирована специализированная геоинформационная система «Речные бассейны Европейской части России». В состав ГИС вошли векторные и растровые картографические слои для территории ЕЧР, полученные по результатам двухлетних исследований по проекту: • Бассейны рек и их межприточные пространства • Гидрологические посты • Бассейны, отнесенные к гидропостам рек • Цифровая модель рельефа (высота) • Крутизна склонов • Экспозиция склонов • Плановая кривизна склонов • Профильная кривизна склонов • Эрозионный потенциал рельефа • Длины линий тока • Метеостанции Росгидромета • Средняя годовая температура воздуха • Средняя температура воздуха в январе • Средняя температура воздуха в июле • Сред.многол. абс. максимумов температуры воздуха за год • Сред.многол. абс. минимумов температуры воздуха за год • Среднегодовая амплитуда температуры воздуха • Среднее квадрат.отклонение температуры воздуха за год • Сред.многол.число дней с темпер.воздуха ниже +8 град. • Повторяемость сильных морозов (-30 град. и ниже) • Сумма активных температур • Среднее годовое количество осадков • Среднее количество осадков в мае-августе • Среднее количество осадков за холодный период года • Среднее количество осадков за теплый период года • Коэффициент вариации годового количества осадков • Гидротермический коэффициент • Климатические слои базы данных WorldClim • Геологическая карта (классы дочетвертичных отложений) • Геоморфологическая карта • Почвенная карта • Типы земного (растительного) покрова • Ландшафтная карта • Климатическое районирование территории исследования • Районирование по типу земного покрова в бассейнах (по антропогенной нарушенности) • Геоморфологическое районирование (первый вариант) • Комплексное районирование (первый вариант) • Слои общегеографического содержания, представленного на карте М 1:1000000 • Граница территории исследования Атрибутика объектов основных слоев ГИС - слоя бассейнов рек (53865 бассейнов) и слоя поверхностных водосборов гидропостов рек (1892 бассейнов) - включает: идентификатор бассейна; площадь бассейна (кв.км); преобладающий тип почвы в бассейне; преобладающий тип почвообразующей породы; преобладающий класс дочетвертичных отложений; преобладающие тип и подтип ландшафта; лесистость бассейна (в %); распаханность (в %); залуженность (в %); кустарники (в %); заболоченность (в %); озерность (в %); средняя высота в бассейне (м); минимальная высота в бассейне (м); максимальная высота в бассейне (м); разброс высот в бассейне (м); средняя крутизна склонов в бассейне (град.); средняя экспозиция склонов в бассейне (от «холодных» -1 к «теплым» 1); эрозионный потенциал рельефа в бассейне; длины линий тока в бассейне (м); средняя годовая температура воздуха в бассейне (град. С); средняя температура воздуха в январе; средняя температура воздуха в июле; среднее многолетнее абсолютных максимумов температуры за год; среднее многолетнее абсолютных минимумов температуры за год; среднегодовая амплитуда температуры; среднее квадратическое отклонение температуры воздуха за год; среднее многолетнее число дней с температурой ниже +8 град.; повторяемость (в %) сильных морозов; сумма активных температур; среднее годовое количество осадков в бассейне (мм); среднее количество осадков в мае-августе; среднее количество осадков за холодный период года; среднее количество осадков за теплый период года; коэффициент вариации годового количества осадков (%); среднее значение гидротермического коэффициента в бассейне. В сети Интернет размещена первая версия геопортала «Речные бассейны Европейской части России» - http://kpfu.ru/ecology/nauchno-issledovatelskaya-rabota/rechnye-bassejny-evropejskoj-rossii, прямая ссылка http://bassepr.kpfu.ru/. На геопортале представлена накопленная в ГИС геоинформация, основное содержание - карта бассейнов Европейской части России с информацией о природно-антропогенных характеристиках бассейнов. К ресурсу предоставлен публичный (открытый) доступ. Разработана методика автоматизированного районирования территории исследования, основанная на использовании метода искусственных нейронных сетей Кохонена (SOM) и авторском программном обеспечении. Получены следующие виды районирования территории ЕЧР: климатическое (по комплексу 16-ти климатических показателей), по степени антропогенной нарушенности бассейнов (на основе категорий землепользования), а также первые варианты геоморфологического (по комплексу морфометрических показателей) и физико-географического районирования - по комплексу природных показателей (характеристики рельефа, климатические показатели, почвенно-геологические факторы, типы растительного покрова). В качестве операционно-территориальных единиц анализа использованы выделенные нами бассейны. Изучены статистические зависимости характеристик водного стока рек ЕЧР от ландшафтно-географических условий и антропогенной нагрузки. Построены математико-статистические модели, описывающие эти зависимости. В качестве наиболее значимых предикторов в модель модуля стока воды вошли сумма активных температур, годовое количество осадков, средняя крутизна склонов, высота (для горных территорий), процент залесенности водосбора, процент распаханности, категория почвенного покрова. Полученные модели объясняют около 80% изменчивости данных, обеспечивают приемлемую точность прогноза и отражают основные зависимости речного стока от условий его формирования в масштабе исследований. Разработана методика восполнения данных по режиму стока рек на основе построенных моделей. Выполнена пространственная экстраполяция величин речного стока на неизученные в гидрологическом отношении территории ЕЧР. Результаты представлены в виде векторных слоев модуля стока воды и годового слоя стока. На примере Белгородского экорегиона разработана методика и проведена типизация речных бассейнов по антропогенной нагрузке, на основе чего рассчитаны потребности каждого бассейна в противоэрозионных и водоохранных мероприятиях, предложен комплекс мер для минимизации последствий эрозионной нагрузки и повышения экологической устойчивости. Разработана методика оценки доставки наносов со склонов водосборов в постоянные водотоки, выполнена оценка величины наносов в замыкающем створе водосборов рек Белгородской области, что позволяет выявить территории наиболее уязвимые к процессам заиления русел рек. В отчетном году основные научные результаты отражены в 15-ти публикациях в рецензируемых российских и зарубежных научных изданиях (в том числе 1 статья в издании, индексируемом в базах данных Web of Science и Scopus, 9 статей в изданиях, индексируемых в Scopus, 1 монография). Результаты проекта представлены научному сообществу на 10-ти научных российских и международных конференциях. В общей сложности было сделано 11 устных и 2 стендовых доклада. В Федеральной службе по интеллектуальной собственности (Роспатенте) получены авторские свидетельства об официальной регистрации двух баз данных на территорию исследования.

 

Публикации

1. Веденеева Е.А., Ермолаев О.П., Мальцев К.А., Мухарамова С.С., Харченко С.В. Карта бассейновых геосистем Европейской части России. Теория и методы современной геоморфологии. Материалы XXXV Пленума Геоморфологической комиссии РАН., Том 1, стр. 336-338. (год публикации - 2016)

2. Гилязов А.Ф., Мозжерин В.В. Оценка влияния некоторых факторов на крупность взвешенных наносов и донных отложений рек Европейской территории бывшего СССР. Теория и методы современной геоморфологии. Материалы XXXV Пленума Геоморфологической комиссии РАН., Том 2, стр. 160-167. (год публикации - 2016)

3. Ермолаев О.П. Geoinformation Mapping of Soil Erosion in the Middle Volga Region. Eurasian Soil Science, - (год публикации - 2017)

4. Ермолаев О.П. Landscape Mapping Of the Eastern Part of the Russian Plain. Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences, Volume 6, Issue 6, 2015 (November - December), p. 1412-1417 (год публикации - 2015)

5. Ермолаев О.П. Basin Approach to the Study of Erosion Processes Occurring in the Territory of the Russian Plain. Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences, Volume 6, Issue 6, 2015 (November - December), p. 1649-1654 (год публикации - 2015)

6. Ермолаев О.П., Мальцев К.А., Мухарамова С.С., Харченко С.В., Веденеева Е.А. Cartographic model river basins of the European territory of Russia. Geography and Natural Resources, - (год публикации - 2017)

7. Иванов М.А., Ермолаев О.П., Мальцев К.А., Шымбергенов Е.А. Geomorphometric analysis of river basins in east European Russia using SRTM and Aster GDEM data. International Journal of Pharmacy and Technology, Volume 8, Issue 3, September 2016, Р. 14841-14852 (год публикации - 2016)

8. Лисецкий Ф.Н., Буряк Ж.А., Маринина О.А. Geomorphological analysis of the basin territory organization. Geomorfologiya, - (год публикации - 2017)

9. Терехин Е.А., Маринина О.А. Investigation of winter cereal crops development based on their spectral reflectance properties. Sovremennye Problemy Distantsionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa, Volume 13, Issue 3, 2016, Pages 202-213. (год публикации - 2016) https://doi.org/10.21046/2070-7401-2016-13-5-202-213

10. Харченко С.В. Гармонический анализ топографических профилей. Географические исследования Евразии: история и современность. Материалы международной научно-практической конференции в рамках XII Большого Географического Фестиваля., М.: Издательство «Перо», 2016. – С.62-67. (год публикации - 2016)

11. Харченко С.В. Использование преобразования Фурье для количественной характеристики и аппроксимации плановой формы речного бассейна. Теория и методы современной геоморфологии. Материалы XXXV Пленума Геоморфологической комиссии РАН., Том 1. – С. 406– 410. (год публикации - 2016)

12. Харченко С.В. City Location On the River Network Pattern and The Effect of Relief On the Distribution of Urban Buildings. Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences, Volume 7, Issue 5, 2016 (September - October), Р.1543-1549 (год публикации - 2016)

13. Харченко С.В. On the issue of harmonic analysis application for quantify of topography. Geomorfologiya, - (год публикации - 2017)

14. Харченко С.В. Гармоническое разложение цифровой модели рельефа. «Меридиан»: методы и средства и средства исследования природы и общества. Сборник материалов 9-ой международной молодежной школы-конференции., М.: ИГ РАН, 2016. - С. 161 – 164 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.15356/Meridian2016

15. Ермолаев О.П., Семенов Ф.В. Геолого-географические предпосылки формирования и размещения песчано-гравийных отложений аллювиального генезиса Камского бассейна. Казань: Изд-во АН РТ., 208 с. (год публикации - 2016)

16. Ермолаев О.П., Мальцев К.А., Иванов М.А. Геоинформационная база данных морфометрических характеристик рельефа водосборных бассейнов Республики Мордовия, Республики Башкортостан, Пензенской области и Оренбургской области -, Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2015621802 от 18.12.2015 (год публикации - )

17. Ермолаев О.П., Мальцев К.А., Иванов М.А. Геоинформационная база данных морфометрических характеристик рельефа водосборных бассейнов Удмуртской Республики, Кировской области и Пермского края -, Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2015621798 от 16.12.2015 (год публикации - )

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Доработана методика автоматизированного районирования территории исследования на основе многомерной классификации методом искусственных нейронных сетей Кохонена (SOM). Методика использует в качестве операционно-территориальных единиц анализа бассейны рек. Выполнено геоморфологическое районирование территории ЕЧР (по набору морфометрических характеристик рельефа в бассейнах) и комплексное (физико-географическое) районирование (по комплексу показателей, задающих климатические условия, свойства рельефа, земного (растительного) покрова в бассейнах). Показано, что предлагаемый для классификации набор показателей и используемый метод позволяют получить результат, который вполне адекватен опубликованной на ЕЧР ландшафтной карте. В отличие от традиционных «бумажных» карт районирования с дискретным характером границ между выделяемыми типами ландшафтов, полученный результат отображает еще и такое фундаментальное свойство географического пространства как континуальность, обусловленную характером изменения природных условий формирования ландшафтов. Доработана методика анализа многолетних данных дистанционного зондирования Земли (ДДЗЗ), получаемых прибором MODIS со спутников Terra и Aqua (продукты MOD13Q1, MYD13Q1) для автоматизированного детектирования пахотных земель на территории Европейской части России (ЕЧР). Предложен новый дешифровочный признак, отделяющий пахотные земли от естественного травостоя, который может применяться в ряду других признаков, используемых для дешифрирования типов земного покрова по ДДЗЗ. Методика определяет: процедуру построения временных рядов вегетационных индексов NDVI и EVI за период с марта по ноябрь для заданных лет; обобщение временных рядов на эталонных участках по категориям земель (пахотные угодья под яровыми культурами, под озимыми культурами, естественные сенокосно-пастбищные угодья) и природно-климатическим зонам; определение дат для расчета дешифровочных признаков в каждой зоне; расчет дешифровочных признаков; адаптацию решающих правил к региональным природным условиям (определение пороговых величин для зон); процедуру проведения классификации на «пахотные земли» и «естественный травостой»; вывод результата в виде растрового и/или векторного слоев. Методика реализуется средствами авторского программного обеспечения на языке R (пакеты rgdal, raster, mgcv). На основе предлагаемого подхода выполнен анализ ДДЗЗ за период наблюдений с 2000 г. по 2016 г. для всей территории ЕЧР. Получен слой, представляющий локализацию пахотных земель и естественного травостоя на изучаемой территории. Выполнено сравнение полученных результатов с картой наземных экосистем России TerraNorte RLC (версия 2015 г., ИКИ РАН) и с результатами визуального дешифрирования пахотных угодий по снимкам Landsat8 2014-2015 гг. Разработана методика оценки геоэкологического состояния бассейновых геосистем на основе оценки антропогенной нагрузки на бассейны. В качестве показателей, которые прямо или косвенно отражают антропогенное воздействие, использовались: плотность населения в бассейнах, густота дорожной сети (с учетом типа дорог), сельскохозяйственная освоенность (распаханность) территории бассейнов. Была проделана работа для включения в базу геоданных проекта недостающей информации (численность населения в населенных пунктах ЕЧР, актуализированная по данным Всероссийской переписи населения 2010 г., карта дорог) и ее обобщения на бассейны рек. Анализировалось пространственное и статистическое распределение показателей, их мультколлинеарность, выполнялось приведение показателей к единой шкале (преобразование, нормировка, обезразмеривание). Итоговый показатель антропогенной нагрузки получен как линейная комбинация частных переменных с весовыми коэффициентами, значения которых подобраны экспертно с учетом проведенного анализа. Итоговый показатель приведен к пяти категориям: очень слабая, слабая, умеренная, сильная, очень сильная антропогенная нагрузка. С использование разработанной методики и подготовленных геоданных проведено районирование территории ЕЧР по степени антропогенной нагрузки на речные бассейны (геоэкологическое районирование). На основе данных, накопленных в ГИС проекта, изучены статистические зависимости стока взвешенных наносов рек ЕЧР от ландшафтно-географических условий и антропогенной нагрузки. Построены статистические модели, описывающие эти зависимости для горных и равнинных территорий ЕЧР. В качестве значимых предикторов в модели модуля стока наносов вошли средняя крутизна склонов, эрозионный потенциал рельефа (для горных территорий), процент распаханности водосбора, процент залесенности (для горных территорий), категория почвенного покрова, модуль стока воды, площадь водосбора. Полученные модели объясняют около 70% изменчивости данных и отражают основные зависимости твердого речного стока от условий его формирования на территории ЕЧР в масштабе исследований. Разработана методика восполнения данных по режиму твердого стока рек на основе построенных моделей. Выполнена пространственная экстраполяция на неизученные в гидрологическом отношении бассейны малых рек ЕЧР. Результаты представлены в виде векторного слоя модуля стока взвешенных наносов. Создан комплект тематических, аналитических и комплексных электронных карт территории ЕЧР: 9 карт, представляющих морфометрию рельефа в бассейнах; 16 карт с обобщенными на бассейны климатическими показателями; 9 карт, отражающих информацию о типах почвенного покрова, растительного покрова, ландшафтов в бассейнах, а также плотность населения; 4 карты с оценками характеристик речного стока в бассейнах и потенциальной эрозии почв на пахотных землях в бассейнах; 5 карт частного и комплексного районирования исследуемой территории. В сети Интернет размещен геопортал «Речные бассейны Европейской части России» - ссылка http://bassepr.kpfu.ru/. Разработанный веб-ресурс не имеет аналогов в нашей стране и ближнем зарубежье с точки зрения полноты и многообразия геоинформации, отнесенной к естественным геосистемным образованиям – бассейнам рек. На геопортале опубликована геоинформация, полученная по результатам исследований и интегрированная в ГИС проекта. Базовый слой «Бассейны» включает более 53000 объектов - картографических моделей бассейнов малых рек и межприточных пространств с информацией о характеристиках рельефа в бассейнах, климатических условиях, о почвенно-геологических факторах, подтипе ландшафта, лесистости, распаханности, залуженности, заболоченности бассейнов, о плотности населения в бассейнах, антропогенной нагрузке, показателях стока воды в бассейнах. На геопортале представлены тематические карты, отображающие пространственное распределение природно-антропогенных характеристик бассейнов на исследуемой территории. Слой «Гидропосты» представляет местоположения около 2000 гидрологических постов, обеспеченных данными о стоке воды и/или стоке наносов на реках Европейской России. К ресурсу предоставлен публичный (открытый) доступ. Основные геоданные (результаты, полученные в ходе исследований по гранту) доступны для скачивания и использования под обозначенной лицензией, непротиворечащей CC-BY (Creative Commons) и ODC-BY (Open KnowledgeFoundation). В отчетном году основные научные результаты отражены в 27-ми публикациях в рецензируемых российских и зарубежных научных изданиях (в том числе 17 статей в изданиях, индексируемых в базах данных Web of Science или Scopus). В Федеральной службе по интеллектуальной собственности (Роспатенте) получены авторские свидетельства об официальной регистрации трех баз данных. Результаты проекта представлены научному сообществу на 7-ми научных российских и международных конференциях. В общей сложности было сделано 25 докладов.

 

Публикации

1. Гилязов А.Ф., Куржанова А.А., Мозжерин В.В. Spatial variability of the particle size of river sediments into western part of the former USSR International Journal of Pharmacy and Technology, Volume 8, Issue 4, Pages 24538-24545 (год публикации - 2016)

2. Ермолаев О. П., Мухарамова С.С., Веденеева Е.А. Моделирование стока рек Европейской части России Эволюция эрозионно-русловых систем, ее хозяйственно-экономические и экологические последствия, прогнозные оценки и учет. Доклады и сообщения Всеросс. научно-практ. конференции и XXXII межвузовского координационного совещания. Изд-во Аэтерна, г.Уфа, С.133-135 (год публикации - 2017)

3. Ермолаев О.П. Геоинформационное картографирование речных бассейнов России Проблемы региональной экологии и географии. Материалы всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Изд-во Института компьютерных исследований, г. Ижевск, С. 13-17 (год публикации - 2017)

4. Ермолаев О.П., Веденеева Е.А., Мальцев К.А., Мозжерин В.В., Мухарамова С.С., Харченко С.В., Шынбергенов Е.А. Картографирование бассейновых геосистем России Современная географическая картина мира и технологии географического образования. Трешниковские чтения 2017. Материалы всерос. науч.-практ. конференции. Изд-во УлГПУ им. И.Н. Ульянова, г.Ульяновск, С. 266–268 (год публикации - 2017)

5. Ермолаев О.П., Иванов М.А. Геоморфометрический анализ бассейновых геосистем Приволжского федерального округа по данным SRTM и ASTER GDEM Проблемы региональной экологии и географии. Материалы всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Изд-во Института компьютерных исследований, г. Ижевск, С. 282-286 (год публикации - 2017)

6. Ермолаев О.П., Мальцев К.А., Мухарамова С.С., Хомяков П.В., Шынбергенов Е.А. Basin geosystems of small rivers of Lena river catchment Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, - (год публикации - 2018)

7. Ермолаев О.П., Мухарамова С.С., Мальцев К.А., Иванов М.А., Ермолаева П.О., Гаязов А.И., Мозжерин В.В., Харченко С.В., Маринина О.А., Лисецкий Ф.Н. Geographic Information System and Geoportal «River basins of the European Russia» IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, - (год публикации - 2018)

8. Ермолаев О.П., Мухарамова С.С., Харченко С.В. Опыт разработки спектральных морфометрических характеристик рельефа Проблемы региональной экологии и географии. Материалы всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Изд-во Института компьютерных исследований, г.Ижевск, С. 286-288 (год публикации - 2017)

9. Ермолаева П.О. Engaging expert communities in development of content of Russia`s regional geoportals (case study: "River basins in European Russia" geoportal) IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, - (год публикации - 2018)

10. Ермолаева П.О., Ермолаев О.П.. Селиванов Р. Development of the social and environmental maps of the big city based on sociological, geospatial and artificial neuron networks methods: the case of the city of Kazan, Russia QUID: Investigación, ciencia y tecnología, N25, pp. 128-134 (год публикации - 2017)

11. Иванов М.А., Ермолаев О.П. Geomorphometric analysis of river basins of the Volga Federal District using SRTM and Aster GDEM data Sovremennye Problemy Distantsionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa, Volume 14, Issue 2, Pages 98-109 (год публикации - 2017)

12. Иванов М.А., Ермолаев О.П. Capability of applying morphometric parameters of relief in river basins for geomorphological zoning of a territory IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, - (год публикации - 2018)

13. Иванов М.А., Ермолаев О.П., Усманов Б.М. Integrated approach to environmental impact assessment on geosystems International Journal of Pharmacy and Technology, Volume 8, Issue 4, Pages 24153-24160 (год публикации - 2016)

14. Мальцев К.А., Ермолаев О.П. Erosion Losses of Soils on Arable Land in the European part of Russia IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, - (год публикации - 2018)

15. Маринина О.А. Identification of fallow land for the intended use to basin organization of natural resource management International Multidisciplinary Scientific GeoConference, SGEM, volume 17, issue 52, pp. 477-484 (год публикации - 2017)

16. Маринина О.А. Soil evaluation for land use optimizing IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, - (год публикации - 2018)

17. Маринина О.А. Организация земельного фонда бассейнов малых рек Проблемы региональной экологии и географии. Материалы всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Изд-во Института компьютерных исследований, г. Ижевск, С. 260-264 (год публикации - 2017)

18. Маринина О.А., Ермолаев О.П., Мальцев К.А., Лисецкий Ф.Н., Павлюк Я.В. Evaluation of Siltation of Rivers with Intensive Economic Development of Watersheds Journal of Engineering and Applied Sciences, Volume 11, Issue 14, Pages 3004-3013 (год публикации - 2016)

19. Мухарамова С.С., Ермолаев О.П., Веденеева Е.А. Modern Approaches to Mathematical Modeling of River Runoff in the Territory of the European Part of Russia IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, - (год публикации - 2018)

20. Харченко С.В. Аппроксимация цифровых моделей рельефа поверхностью тренда и расчет ее производных морфометрических характеристик Эколого-географические проблемы регионов России. Материалы VIII всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Самара: СГСПУ., С. 56–62 (год публикации - 2017)

21. Харченко С.В. Comparison of approximation quality of earth's surface for different landform types (on example of algebraic and trigonometric trends) International Multidisciplinary Scientific GeoConference, SGEM, Vol. 17, issue 23, P. 431–437 (год публикации - 2017)

22. Харченко С.В. Расчет преобладающего направления гармонических колебаний поля высот земной поверхности по цифровым моделям рельефа Геоинформационное картографирование в регионах России. Материалы VII Всерос. науч.-практ. конф. Изд-во «Научная книга», г.Воронеж., С. 135–138 (год публикации - 2016)

23. Харченко С.В. Тренды рельефа Европейской части России Современная географическая картина мира и технологии географического образования. Трешниковские чтения 2017. Материалы всерос. науч.-практ. конференции. Изд-во УлГПУ им. И.Н. Ульянова, г.Ульяновск, С. 287–289 (год публикации - 2017)

24. Харченко С.В., Ермолаев О.П., Мухарамова С.С. The elevation and its distribution in geomorphological regions of the European Russia IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, - (год публикации - 2018)

25. Харченко С.В., Мухарамова С.С., Ермолаев О.П. Опыт морфометрической классификации рельефа территории бассейна р. Сейм на основе нейронных сетей Кохонена Стратегия развития приграничных территорий: традиции и инновации. Изд-во Курского государственного университета, г. Курск, С. 398–404 (год публикации - 2017)

26. Чижикова Н.А., Усманов Б.М., Ермолаев О.П. Assessment of impactson geosystems in oil production region International Journal of Pharmacy and Technology, Volume 8, Issue 4, Pages 24272-24282 (год публикации - 2016)

27. Шымбергенов Е., Мальцев К.А., Сиханова Н. GIS-technologies application for calculation of potential soil loss of Marha River basin (Republic of Saha) IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, - (год публикации - 2018)

28. Ермолаев О.П., Мухарамова С.С. Геоинформационная база данных климатических характеристик речных бассейнов Европейской части России -, № 2017620648 от 14.06.2017 (год публикации - )

29. Ермолаев О.П., Мухарамова С.С., Мальцев К.А., Иванов М.А. Геоинформационная база данных морфометрических характеристик рельефа речных бассейнов Европейской части России -, № 2017620665 от 21.06.2017 (год публикации - )

30. Ермолаев О.П., Мухарамова С.С., Мозжерин В.В., Гилязов А.Ф., Веденеева Е.А. Геоинформационная база данных модельных значений модуля стока воды в речных бассейнах Европейской части России -, № 2017620643 от 13.06.2017 (год публикации - )

Возможность практического использования результатов
Созданная ГИС, интегрирующая большие объемы пространственной информации о природных системах, комплексные сведения о состоянии бассейнов малых рек, представляет собой научную базу знаний для принятия управленческих решений в сфере природопользования и охраны окружающей среды. ГИС может найти практическое применение в национальной системе управления природопользованием на основе бассейнового подхода. Отрытый доступ к накопленной геоинформации дает возможность ее практического использования для заинтересованных представителей научного сообщества, специалистов в сфере экологической безопасности, при принятии управленческих решений на региональном уровне, а также послужит для удовлетворения информационных потребностей различных категорий населения. Другая сфера использования результатов – образовательная - формирование научных и научно-педагогических кадров России в области гидрологии, географии, экологии и природопользования. На основе результатов проведенных исследований может быть разработан целый ряд специализированных курсов для бакалавров и магистров направлений «Экология и природопользование», «География», «Гидрометеорология», «Картография и геоинформатика» и др. Разработанные информационные ресурсы могут быть интегрированы в проекты при выполнении принятой в 2017 г. Правительственной программы научно-технологического развития России «Цифровая экономика».