Введение к работе
Актуальность темы. Долинно-речные ландшафты являются важнейшей категорией природно-территориальных комплексов Воронежской области. Они образуют здесь остов основного ландшафтно-экологического каркаса, роль которого в поддержании оптимальной экологической обстановки региона исключительно велика и требует к себе самого пристального внимания. Вместе с тем, долинно-речные ландшафты вносят значительное разнообразие в структурно-функциональную организацию природы региона, предопределяют ее устойчивость и высокий почвенно-растительный потенциал, снижают негативное влияние засух и суховеев, создают комфортные условия для жизни и деятельности населения.
Ландшафтные комплексы речных долин тесно взаимосвязаны направленными потоками вещества (жидкий и твердый сток, миграции химических элементов и др.) и образуют своеобразные парагенетические ландшафтные системы - наиболее динамичные структурно-функциональные элементы речных бассейнов. Учет ландшафтообразующей роли и состояния долинно-речных комплексов необходим при решении многих задач, связанных с совершенствованием системы природопользования и оптимизацией ландшафтно-экологической обстановки в пределах Воронежской области. Для реализации этих положений необходима разносторонняя и детальная информация о современном состоянии и функциональных особенностях долинно-речных ландшафтов. Получению таких данных способствовало бы внедрение в практику исследований долинно-речных ландшафтов методов геоинформационного моделирования.
Использование геоинформационного моделирования расширяет возможности создания структурно-динамических моделей долинно-речных ландшафтов, их структурных элементов, межкомпонентных и парадинамических связей, ландшафтообразующих процессов. Подобные модели необходимы для выявления скрытых связей, прогнозирования эволюции, оптимизации и рациональной организации долинно-речных ландшафтов. Реализация моделей долинно-речных комплексов на уровне базы пространственных данных позволяет использовать результаты исследования для целей создания информационно-аналитических систем в области рационального природопользования, что будет способствовать сохранению и устойчивому развитию природной среды исследуемого региона.
Цель и задачи исследования. Цель работы - анализ структурно-динамической организации долинно-речных ландшафтов Воронежской области с использованием методов геоинформационного моделирования.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Разработать концептуальную геоинформационную модель долинно-речного ландшафта;
-
Определить основные этапы и тенденции развития долинно-речных ландшафтов Воронежской области;
3. Установить региональные различия долинно-речных ландшафтов иссле
дуемой территории;
-
Выявить на основе методов геоинформационного моделирования и дистанционного зондирования особенности современной структурно-динамической организации и функционирования долинно-речных ландшафтов Воронежской области;
-
Осуществить прогнозирование эволюции долинно-речных ландшафтов исследуемой территории на основе геоинформационных моделей ландшафтных процессов.
-
Разработать систему теоретических и практических положений для реализации ГИС-моделирования эволюции долинно-речных ландшафтов.
Объект и методы исследования. Объектом исследования являются до-линно-речные ландшафты Воронежской области. Предметом - их эволюция.
Основными методами изучения эволюции долинно-речных комплексов выступают геоинформационное моделирование (ГИС-моделирование) и дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ). Кроме того использовались палеоланд-шафтный, геофизический, картографический, системный и балансовый методы.
Теоретической и методологической основой диссертационного исследования выступает концепция парадинамических и парагенетических ландшафтных комплексов Ф.Н. Милькова, а также труды А.Д. Арманда, В.Б. Сочавы, A.M. Берлянта, И.К. Лурье, B.C. Тикунова, В.Г. Линника, В.В. Сысуева, А.В. Кошкарева, А.К. Черкащина и др.
Материалы исследования. В основе работы лежат полевые ландшафтные исследования автора, проведенные в период с 2006 по 2012 года на территории Воронежской области в пределах долин рек Дон, Хопер, Битюг и Черная Калитва. В рамках полевых исследований осуществлялось крупномасштабное ландшафтное картографирование, дешифрирование космических снимков, установление структурно-динамической организации долинно-речных ПТК. Для моделирования использовались топографические карты, цифровые модели компонентов ландшафта, а также разновременные мультиспектральные космические снимки среднего и высокого пространственного разрешения.
Научная новизна работы. Разработана и предложена система теоретических и практических положений геоинформационного моделирования ландшафта.
Выделены два вида региональных вариантов долинно-речных ландшафтов: зональные и геолого-геоморфологические. В пределах региональных комплексов на основе методов геоинформационного моделирования и анализа данных ДЗЗ впервые изучена структурно-динамическая и функциональная организация долинных комплексов исследуемой территории. Осуществлена количественная оценка процессов трансформации долинно-речных ландшафтов в разрезе типов местности.
Апробирован геоинформационный подход к прогнозированию эволюции долинно-речных ландшафтов на региональном и локальном уровнях с использованием геоинформационных моделей ландшафтных процессов USPED и LAPSUS, а также метода экстраполяции современных тенденций развития частных физико-географических процессов.
Научно-практическая значимость результатов. Научно-методические разработки, предложенные в данном исследовании, могут быть применены при создании информационно-аналитических систем управления и мониторинга в области природопользования, сельского и лесного хозяйства, мониторинга чрезвычайных и экологических ситуаций, ландшафтного планирования.
Данные о структурно-динамической организации и прогнозировании эволюции долинно-речных комплексов Воронежской области могут быть использованы при территориальном планировании, разработке мелиоративных мероприятий, совершенствовании системы природопользования, проектировании дорожной инфраструктуры и населенных пунктов, создании экологических каркасов, организации мониторинга ландшафтов и др.
Научно-практическая значимость исследования подтверждается актами о внедрении результатов работы в ФГБУ «Российский центр государственного мониторинга земель сельскохозяйственного назначения» Министерства сельского хозяйства РФ и ФГБУ «Хоперский государственный природный заповедник» Министерства природных ресурсов и экологии РФ.
Положения, выносимые на защиту.
-
Система положений геоинформационного моделирования ландшафта может выступать в качестве методологической основы использования ГИС и ДЗЗ при изучении долинно-речных ландшафтных комплексов.
-
В формировании долинно-речных ландшафтов Воронежской области выделены следующие основные этапы: древний, средний, новый и современный. Каждому этапу свойственна преемственность эволюционного развития и специфика структурно-динамической организации долинно-речных ПТК.
-
Структурно-динамическая организация региональных долинно-речных ландшафтов неоднородна, что позволяет выделить два основных вида их дифференциации: зональный и азональный (геолого-геоморфологический), которые отражаются в формировании зональных и геолого-геоморфологических вариантов, а также ландшафтных отрезков и участков долинно-речных ландшафтов.
-
Геоинформационное моделирование позволяет более точно (на основе количественных данных) установить структурно-динамическую организацию, интенсивность проявления природных и антропогенных факторов трансформации, и осуществить прогнозирование эволюции долинно-речных ландшафтов.
-
Результаты ГИС-моделирования эволюции долинно-речных ландшафтов могут быть использованы для целей оптимизации природной среды Воронежской области, а также для ландшафтного планирования, совершенствования системы сельского и лесного хозяйства, организации мониторинга и моделирования чрезвычайных ситуаций, проектирования транспортной инфраструктуры и создания информационно-аналитических систем в области природопользования.
Апробация работы. Результаты исследования докладывались и обсуждались на ежегодной научной сессии Воронежского государственного университета в 2010-2012 годах, на Всероссийской научно-практической конференции «Геоинформационное картографирование в регионах России» (Воронеж, 2011 год), международной научно-практической конференции «Актуальные пробле-
мы инновационных систем информатизации и безопасности» (Воронеж, 2011 год), конференции «Открытые ГИС» (Москва, 2012 год), Пятой международной конференции, посвященной 95-летию со дня рождения Ф.Н. Милькова «Структурно-динамические особенности, современное состояние и проблемы оптимизации ландшафтов» (Воронеж, 2013 год).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 2 в реферируемом журнале из списка ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы. Список литературы содержит 195 наименований, в том числе 20 на иностранных языках. Общий объем работы составляет 208 страниц машинописного текста, содержит 53 рисунка и 3 таблицы.
Благодарности. Автор выражает благодарность за научное руководство д.г.н., проф. В.Б. Михно, а также всему коллективу кафедры физической географии и оптимизации ландшафта факультета географии, геоэкологии и туризма Воронежского государственного университета за консультации и помощь в написании работы.
