Снежный покров. На северо-востоке территории покров появляется в среднем 22-25 октября, на юго-западе - в конце первой декады ноября. Первый снежный покров чаще всего быстро стаивает во время оттепелей.
Устойчивый снежный покров образуется на северо-востоке территории 15-18 ноября, а в центральной части территории 20-25 ноября, на юго-западе - в первой декаде декабря. В зависимости от преобладающего типа атмосферной циркуляции в предзимний период даты установления устойчивого снежного покрова в отдельные годы существенно сдвигаются. Так, на северо-востоке района ранние сроки установления снежного покрова приходятся на первую половину октября, а на юго-западе - на конец октября, поздние сроки - соответственно на середину декабря и первую декаду января. С образованием снежного покрова высота его постепенно увеличивается и достигает максимума на западе района в конце февраля, в центральной части в первой декаде марта и на востоке в середине марта. Наибольшая высота снежного покрова наблюдается на северо-востоке территории - 55-65 см, в центральной части - 35-50 см, на юге - 25-30 см.
Продолжительность периода с устойчивым снежным покровом составляет 150-160 дней на северо-востоке, 130-145 дней в центральной части и 116-125 дней на юге района. Процесс снеготаяния весной проходит довольно быстро, длительность интенсивного снеготаяния на северо-востоке составляет 6-12 дней, а на юге уменьшается до 3-5 дней. Средняя дата устойчивого схода снежного покрова изменяется по территории от 1-6 апреля на юго-западе до 15-20 апреля на северо-востоке.
Наибольшая плотность снежного покрова (в поле) изменяется по территории в небольших пределах - от 0,22 до 0,29. Средние величины из наибольших запасов воды в снежном покрове убывают в направлении с северо-востока на юго-запад от 140-150 до 70-80 мм и на большей части территории составляют 90-110 мм. Величина запаса воды в снеге, как и высота снежного покрова, может сильно изменяться в зависимости от высоты и рельефа местности, степени защищенности растительностью.
Промерзание почвы. Глубина промерзания почвы
зависит от высоты и плотности снежного покрова, степени увлажнения,
механического состава почвы, а также ее сельскохозяйственной обработки,
микрорельефа, температуры воздуха и вследствие этого изменяется как по
территории, так и по годам. Средняя из наибольших глубин промерзания изменяется
по территории от 50 до 100 см. Устойчивое промерзание почвы начинается в первой
декаде ноября на севере и в середине ноября на юго-западе и юго-востоке. Полное
оттаивание почвы в южной части района наблюдается в среднем 15-23 апреля, а в
северной - 28 апреля - 6 мая. Средняя многолетняя продолжительность периода
устойчивого промерзания почвы составляет 160-180 дней.
.5 Почвы и растительность
Почвы. Почвенный покров Верхне-Волжского района разнообразен по составу. Наряду с широтной закономерностью почвенных зон - подзолистой в пределах лесной зоны и черноземной в южной части лесостепной - территория характеризуется мелкоконтурным и мозаичным характером почвенных сочетаний, а на отдельных участках отличается микрокомплексностью.
Наиболее распространенными являются дерново-подзолистые почвы, представленные всеми видами по степени оподзоленности; значительное развитие имеют подзолисто-болотные и болотные почвы.
Для южной части района характерны оподзоленные черноземы, серые лесные почвы, встречаются и типичные черноземы. В северо-западной части территории наибольшее распространение имеют дерново-средне- и слабоподзолистые почвы в сочетании с торфяно-подзолистыми и болотными, встречаются типичные подзолы и сильноподзолистые почвы. В северо-восточной части района наибольшее развитие имеют дерново-подзолистые почвы с различным механическим составом, такие же почвы характерны для Смоленско-Московской возвышенности. Для Верхневолжской низменности южнее Рыбинского водохранилища характерны дерново-среднеподзолистые почвы, относительно небольшие площади занимают дерново-слабоподзолистые почвы.
На юго-западе района в пределах Среднерусской возвышенности распространены суглинистые дерново-подзолистые, светло-серые и серые оподзоленные лесные почвы, на крайнем юге - оподзоленные и выщелоченные черноземы. Юго-восточная часть района, включая Окско-Тамбовскую равнину и Приволжскую возвышенность, характеризуются распространением серых лесных почв, а также оподзоленных и выщелоченных черноземов.
Растительность. Большая часть рассматриваемой территории расположена в лесной зоне. В направлении с северо-запада на юго-восток типы лесной растительности и их сочетания меняются от хвойных до широколиственных. Лесистость уменьшается от 80% на севере до 2-10% на юге района. К подзоне южной тайги относится северная часть территории, граница которой протягивается примерно от 57° с. ш. на западе до 56° с. ш. на востоке. Залесенность бассейнов рек в пределах подзоны изменяется от 50 до 80-90%. Наибольшее распространение имеют еловые, а в верховьях рек Унжи, Межи и Ветлуги - елово-пихтовые леса. Нередко встречаются елово-сосновые и елово-березовые леса, а на супесчаных и заболоченных почвах - сосновые. Наиболее плоские переувлажненные участки рельефа заняты осиновыми лесами. Подзона тайги сменяется подзоной смешанных лесов, граница которой с подзоной широколиственных лесов проходит примерно вдоль широтного участка р. Оки. Смешанные широколиственио-еловые леса подзоны характеризуются очень разнообразным составом и степенью залесенности. Преимущественное распространение имеют сочетания елово-березовых, хвойно-мелколиственных, осиново-березовых, осиново-сосновых лесов наряду с чисто еловыми, березовыми лесами и сосновыми борами. Разнообразие состава тесно связано с рельефом, экспозицией склонов, характером и увлажненностью почво-грунтов. Лесистость бассейнов рек в пределах подзоны изменяется очень сильно. Участки с наиболее плодородными почвами и рельефом, удобным для распашки, практически безлесны.
Для равнинной части бассейна р. Волги до
Рыбинского водохранилища характерно преобладание мелколиственных и сосновых
лесов. Залесенность в подзоне широколиственных лесов (бассейны рек Упы, Осетра,
низовьев р. Прони) определяется в основном наличием участков, неудобных для
сельскохозяйственного использования, и составляет 15-25%. Южная часть района
относится к лесостепной зоне. Залесенность бассейна верховьев р. Оки, включая
бассейн р. Зуши, не превышает 5-10%.
.6 Общая характеристика гидрографической сети
Гидрографическая сеть района принадлежит к бассейну Каспийского моря. Главной водной артерией территории является р. Волга, которая до г. Чебоксар протекает по территории Верхне-Волжского района.
Бассейн Оки вытянут с запада на восток. Густота речной сети 0,2-0,5 км/км2. Водосборы притоков асимметричные, преимущественно груше-виднбй формы. Долины рек преимущественно трапецеидальные и ящикообразные, в пределах Среднерусской возвышенности V-образные, в Мещерской низменности неясно выраженные. Глубина вреза рек Среднерусской возвышенности 20-40 м, рек Мещерской, Окско-Донской низменностей и бассейна р. Клязьмы 10-20 м; в бассейне р. Мокши 20-30 м. Долины притоков р. Оки, за исключением рек Среднерусской возвышенности, террасированы. Ширина долин малых рек в пределах Среднерусской и Приволжской возвышенностей менее 0,5 км, средних - 0,5-1,5 км, больших (Угра, Проня, Мокша)-до 2-3 км, р. Оки в среднем течении - до 10-20 км. В пределах низменностей ширина долин рек всех размеров сильно меняется: от 0,2-0,4 до 3-6 км в озеровидных расширениях. Ширина поймы на малых реках не превышает 1 км, на средних увеличивается от истока к устью от 0,5-0,8 до 3-6 км, на больших достигает 5-10 км.
Поймы малых рек ровные, луговые, у средних и больших рек пересечены ложбинами, гривами и староречьями, в пределах Мещерской низменности увлажнены и заняты низинными болотами. Русла рек извилистые, с' песчаным или глинисто-песчаным дном. Для малых рек характерна ширина русла 10-15 м с расширениями до 30-40 м, для средних - 30-50 м с расширениями до "80 м, для больших- преимущественно 100-150 м, а на приустьевых участках рек Клязьмы и Мокши достигает 200-300 м. Реки мелководны, преобладающие глубины малых рек 0,8-1,5 м, средних - 1,5-2,5 м, больших - 2,5-3,5 м. На перекатах на реках всех размеров глубина менее 1 м и только на отдельных плесах достигает 4-10 м. Скорости, течения изменяются от 0,2-0,4 м/сек на плесах до 1,2-1,5 м/сек на перекатах.
Продольные профили рек, как правило, вогнутые,
лишь в пределах Мещерской низменности прямолинейные. Преобладающие
средневзвешенные уклоны малых рек 0,7-1,1°/оо, средних - 0,4-0,6о/оо.
больших -0,1-0,2 о/оо.
2. Описание используемых методов
.1 Определение ЦМР
Для определения морфометрических характеристик водосбора расчетным путем за основу была взята цифровая модель рельефа. Цифровая модель рельефа - цифровое или 3D представление поверхности ландшафта (для планет, их естественных спутников и других небесных тел), созданный на основе данных о возвышениях рельефа. ЦМР - это растровое представление непрерывной поверхности. Точность этих данных определяется в первую очередь разрешением (длина и ширина одного пикселя растра). Также существуют и другие факторы, влияющие на точность ЦМР, о них чуть ниже. Тем не менее, максимальная точность модели получается при построении по данным воздушного лазерного сканирования, а также при построении по данным наземного лазерного сканирования.
Необходимым условием получения модели рельефа по данным воздушного лазерного сканирования является проведение полного комплекса аэросъемочных работ, включающих лазерную локацию и аэрофотосъемку (при необходимости создания текстурированной модели), а также камеральных работ по классификации и регуляризации (при необходимости создания регулярной модели) точек лазерных отражений, трансформированию и нарезке снимков, созданию триангуляционных моделей рельефа и их текстурированию (при необходимости создания текстурированной модели). (#"796092.files/image001.gif">
Рис. 1 Пример цифровой модели рельефа
Обычно первичные данные существуют или с использованием тех или иных операций приводятся к одному из двух наиболее широко распространенных представлений поверхностей (полей) в ГИС: растровому представлению (модели) и модели TIN.
Растровая модель пространственных данных - разбиение пространства (изображения) на далее неделимые элементы (пиксели) - относительно ЦМР это обозначает матрицу высот: регулярную (обычно квадратную) сеть высотных отметок в ее узлах, расстояние между которыми (шаг) определяет ее пространственное разрешение. Именно таковы ЦМР, создаваемые национальными картографическими службами многих стран (например, Национальная ЦМР США в формате DEM, подготовленная USGS). Преимущество такой модели - в удобстве ее компьютерной обработки. Иногда, а в последнее время довольно часто, регулярная сеть (решетка) применительно к представлению рельефа именуется "гридом". К растровой, или как ее чаще называют матричной или регулярной модели, путем интерполяции, аппроксимации, сглаживания и иных трансформаций могут быть приведены ЦМР всех иных типов, что чаще всего и делается на практике. Для восстановления поля высот в любой его точке (например, в узле регулярной сети) по заданному множеству высотных отметок (например, по цифровым записям). (#"796092.files/image002.gif">
Рис.2, Распространение SRTM
В последнее время с помощью метода называемого радарной интерферометрией (radar interferometry) было собранно огромное количество информации о рельефе Земли, ее обработка продолжается до сих пор. Но определенное количество информации уже доступно пользователям. Матрица SRTM с размером ячейки 3х3 угловых секунды (~90 м) является общедоступной.
Данные SRTM существуют в нескольких версиях: предварительные (версия 1, 2003г) и окончательная (версия 2, февраль 2005 г). Окончательная версия прошла дополнительную обработку, выделение береговых линий и водных объектов, фильтрацию ошибочных значений. Данные распространяются в нескольких вариантах - сетка с размером ячейки 1 угловая секунда (~30 м) и 3 угловые секунды (~90 м). Более точные односекундные данные (SRTM1) доступны на территорию США, на остальную поверхность земли доступны только трехсекундные данные (SRTM3). Файлы данных представляют собой матрицу из 1201´1201 (или 3601´3601 для односекундной версии) значений, которая может быть импортирована в различные программы построения карт и геоинформационные системы (например ArcView).
Кроме того, существует версия 3, распространяемая в виде файлов ARC GRID, а также ARC ASCII и в формате Geotiff, квадратами 5x5 секунд в датуме WGS84. Эти данные получены организацией CIAT из оригинальных высотных данных USGS/NASA путем обработки, которая обеспечила получение гладких топографических поверхностей, а так же интерполяцию областей, в которых отсутствовали исходные данные.
Данные находятся в свободном доступе для скачивания на сайте USGS.
Данные SRTM могут применяться для оценки сложности предстоящих топографо-геодезических работ, планирования их проведения, а также могут оказать помощь при проектировании расположения профилей и других объектов еще до проведения топосъемки.
Полученные по результатам радарной съемки SRTM значения превышений точек местности могут быть использованы для обновления топоосновы территорий, где отсутствуют данные детальных топографо-геодезических работ (#"796092.files/image003.gif">
Рисунок. Схематичная гистограмма высот до и
после операции "Fill
Sinks"
Например, рассмотрим область локального понижения, где точка устья находится в 210 футах по высоте, а самая глубокая точка локального понижения - 204 фута (то есть разница составляет 6 футов). Если ограничение по z равно 8, это конкретное локальное понижение будет заполнено. Однако, если ограничение по z равно 4, это локальное понижение не будет заполнено, поскольку глубина понижения превышает разницу и оно будет считаться допустимым понижением.
· Все локальные понижения, которые по глубине меньше, чем ограничение по z, и ниже, чем самая низкая из прилегающих соседних ячеек, будут заполнены до высоты своих точек устьев.
· Запуск инструмента Заполнение (Fill) может быть требователен к процессору, оперативной памяти и занимаемому месту на диске. Он может требовать до четырех раз большего объема дискового пространства, чем входной растр.
· Число локальных понижений, определяемых с использованием ограничения по z, будет задавать время, требуемое на обработку. Чем больше локальных понижений имеется, тем больше потребуется времени на обработку.
· Инструмент Локальное понижение (Sink) может быть использован перед тем, как запустить инструмент Заполнение (Fill), чтобы найти число локальных понижений и помочь определить их глубину. Знание глубины локальных понижений может помочь в определении подходящего значения ограничения по z.
· Инструмент Заполнение локальных понижений может быть также использован для удаления пиков. Пик - это ячейка, вокруг которой нет ячеек выше нее. Для удаления пиков входной растр поверхности должен быть инвертирован. Эту операцию можно выполнить с помощью инструмента Минус (Minus).
Следующий шаг - инструмент Flow Direction (Направление потока) из модуля Arc Hydro Tools - Terrain Preprocessing. Данный инструмент используется для получения гидрологических характеристик поверхности и определения направления стока из каждой ячейки растра. Инструмент использует растр с заполненными локальными (filled sinks) понижениями в качестве входных данных и выдает растр, показывающий направление стока каждой ячейки. Если выбрана опция "Выходной растр понижения" (Output drop raster), создается выходной растр, показывающий отношение максимального изменения по высоте из каждой ячейки вдоль направления стока к расстоянию между центрами ячеек, выраженное в процентах. Если выбрана опция "Сток из крайних ячеек направлен наружу" (Force all edge cells to flow outward), сток из всех ячеек на ребре растра поверхности будет осуществляться наружу, за края растра.
Есть 8 корректных выходных направлений
относительно 8 смежных ячеек, в которые может перейти сток. Этот подход обычно
называется моделью восьминаправленного стока (D8).