Географический и геоэкологический анализ обширных территорий суши, располагающихся в гумидном климате Земли и повсеместно расчлененных густой сетью рек, удобнее всего осуществлять на основе бассейнового подхода. Бассейны рек являются естественными геосистемными, образованиями в большинстве своем с четко выраженными границами и направлениями вещественно-энергетических потоков. Кроме того, мозаика бассейнов позволяет обоснованно переходить на разномасштабные уровни изучения территорий благодаря своей иерархичности.

Работы по формированию специализированной ГИС и Геопортала на бассейны малых рек России начались в 2015 г. на кафедре ландшафтной экологии Казанского федерального университета в рамках работ по грантам Российского Научного Фонда и Русского географического общества.

С 2022 г. все работы по актуализации информации и созданию новых тематических слоев проводятся по Программе стратегического академического лидерства "Приоритет-2030" Российской Федерации

Наш геопортал ‑ это открытый ресурс для доступа к геоинформации, накопленной в ГИС проекта. Пространственная детальность геоданных соответствует картографическому масштабу 1:1 000 000.

Авторы: проф. Ермолаев О.П. – автор идеи и научный руководитель

Состав команды: доц. Мухарамова С.С., доц. Мальцев К.А., доц. Иванов М.А., проф. Савельев А.А., доц. Гафуров А.М. (разработчик геопортала с 2020 г.)

2015-2017 гг.: инж. Гаязов А.И., инж. Гилязов А.Ф., доц. Мозжерин В.В., проф. Лисецкий Ф.Н., ст.преп. Маринина О.А., асс. Харченко С.В., доц. Ермолаева П.О.

Контакты: oyermol@gmail.com

При цитировании и использовании данных, размещенных на геопортале, рекомендуется в научных статьях ссылаться на публикации:

· Yermolaev O.P., Mukharamova S.S., Maltsev K.A. Geography and Geoecology of Russia in the Mosaic of River Basins//Geography and Natural Resources. - 2023. - Vol.44, Is.3. - P.208-214.

· Mukharamova S., Saveliev A., Ivanov M., Gafurov A., Yermolaev O. Estimating the Soil Erosion Cover-Management Factor at the European Part of Russia // ISPRS International Journal of Geo-Information ISPRS Int. J. Geo-Inf. 2021, 10, 645. https://doi.org/10.3390/ijgi10100645.

· K. Maltsev, O. Yermolaev Assessment of soil loss by water erosion in small river basins in Russia // Catena. 2020. V. 195, p.104726. https://doi.org/10.1016/j.catena.2020.104726.

· Yermolaev O., Mukharamova S. Statistical Analysis and Modeling of Suspended Sediment Yield Dependence on Environmental Conditions//Water 2023, 15, 2639. https://doi.org/10.3390/w15142639.

· Yermolaev O., Mukharamova S., Vedeneeva E. River runoff modeling in the European territory of Russia//Supplementary data to this article can be found online at https://doi.org/10.1016/j.catena.2021.105327.

«Бассейны» - базовый слой ГИС проекта, содержащий 53865 полигональных объектов - картографических моделей бассейнов малых рек и межприточных пространств. Границы бассейнов выделялись с использованием авторской методики на основе цифровой модели рельефа GMTED2010 (Global Multi-resolution Terrain Elevation Data 2010) (пространственная детальность 250 м) и цифровой карты гидрографической сети масштаба 1:1000000. Предварительная обработка модели рельефа включала создание единой мозаики из фрагментов GMTED2010, коррекцию с использованием карты гидросети, устранение локальных «западин», присутствующих в исходной модели. Границы бассейнов строились в автоматическом режиме по алгоритму, реализованному в программе Whitebox GAT. Векторная геометрия границ, представленная после автоматического выделения с точностью до линейного размера ячейки растра, корректировалась с помощью процедур сглаживания полилиний. Топологическая согласованность геометрии рек и границ бассейнов в устьях рек («схождение» границы бассейна к конечному узлу полилинии, представляющей реку) дорабатывалась в автоматическом и, частично, ручном режимах. Выделение бассейнов проведено планарно, то есть выделены бассейны рек и межприточные пространства – всего 53865 объектов.

Атрибутика объектов слоя включает характеристики рельефа в бассейнах, различные климатические показатели, преобладающий класс дочетвертичных отложений, преобладающие тип почвообразующих пород и тип почв, показатели лесистости, распаханности, залуженности, заболоченности бассейнов (%), подтип ландшафта, плотность населения в бассейнах, оценку антропогенной нагрузки, модельные значения модуля стока и годового слоя стока воды в бассейнах, модельные оценки факторов эрозии почв в бассейнах и интенсивности смыва почвы на склонах бассейнов.

Морфометрические характеристики рельефа в бассейнах (средняя высота, размах высот, средняя крутизна склонов, средняя экспозиция склонов, длины линий тока, эрозионный потенциал рельефа) оценены на основе модели рельефа GMTED2010.

Климатические показатели в бассейнах оценены по данным метеостанций Росгидромета. Сведения о местоположении метеостанций и данные ежедневных наблюдений за температурой воздуха и количеством осадков получены из архивов открытых данных ФГБУ «ВНИИГМИ-МЦД». На их основе для метеостанций, обеспеченных данными, рассчитаны 16 климатических показателей:

-    средняя годовая температура воздуха;

-    средняя температура воздуха в январе;

-    средняя температура воздуха в июле;

-    среднее многолетнее максимумов температуры за год;

-    среднее многолетнее минимумов температуры за год;

-    среднее многолетнее амплитуды температуры воздуха за год;

-    среднее квадратическое отклонение температуры воздуха за год;

-    среднее многолетнее число дней с температурой воздуха ниже +8 град. (продолжительность отопительного сезона);

-    «суровость» климата - повторяемость сильных морозов (процент дней с температурой воздуха -30 град. и ниже в холодный период года);

-    сумма активных температур (сумма среднесуточных температур воздуха за дни, когда температура превышает +10 град.);

-    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 Г.Т. Селянинова.

Обработка проводилась за период с 1960 по 2020 гг. После чего выполнена пространственная интерполяция показателей на всю территории исследования (с использованием метода Multilevel B-spline Approximation) и обобщение их значений на бассейны рек.

Состав дочетвертичных отложений в бассейнах дается как класс горных пород, выделяемый по условиям поглощения и отдачи атмосферных осадков. Возможные значения: конгломераты, пески/галечники, суглинки, лессы, глины, хемоорганогенные породы, осадочные нерасчлененные, магматические, метаморфические, кристаллические нерасчлененные, смешанные породы. Информация обобщена с Государственной геологической карты дочетвертичных отложений масштаба 1:1000000. Источники данных: Цифровой каталог государственных геологических карт Российской Федерации М 1:1000000; отсканированные листы «новой серии» векторизовались в ходе работ по проекту.

Тип почв и тип почвообразующих пород, преобладающие в бассейнах, оценены по данным электронной почвенной карты России, разработанной в Почвенном институте им. В.В.Докучаева и доступной как Единый государственный реестр почвенных ресурсов России.

Лесистость, распаханность, залуженность и заболоченность бассейнов оценена на основе карт наземных экосистем России TerraNorte RLC, разработанных в Институте космических исследований РАН по данным спутниковых наблюдений спекрорадиометром MODIS со спутника Terra.

Подтип ландшафта в бассейнах определен по электронной ландшафтной карте СССР, доступной на сайте International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA).

Плотность населения в бассейнах оценивалась с использованием информации о численности населения в населенных пунктах Европейской территории России. Первичная оценка численности населения взята с цифровой карты населенных пунктов, а затем для городов и других крупных населенных пунктов (в том числе посёлков городского типа и сельских населённых пунктов с населением более 10 тысяч жителей) уточнена и актуализирована по данным Всероссийской переписи населения 2010 г.

Антропогенная нагрузка на бассейны оценена с учетом четырех признаков: плотности населения в бассейне, густоты дорожной сети (с учетом типа дорог) и сельскохозяйственной освоенности территории бассейна с учетом интенсивности эрозии почв на пахотных землях бассейна. Эти переменные приведены к единой шкале с использованием преобразований, нормировки и весовых коэффициентов. Итоговый показатель антропогенной нагрузки приведен к пяти категориям: очень слабая, слабая, умеренная, сильная, очень сильная. В результате к первой категории отнесены бассейны, где нет населенных пунктов, дорожной сети и пахотных земель. Бассейны со слабой антропогенной нагрузкой характеризуются невысокой плотностью населения (в среднем 1 чел. на кв.км), дороги в основном лесные, полевые и проселочные грунтовые, густота которых в среднем 0.08 км на кв.км, а густота автодорог с покрытием в среднем 0.01 км на кв.км, процент распаханности в среднем около 1.5%. Умеренная антропогенная нагрузка получена для бассейнов, где в среднем густота проселочных дорог, автодорог с покрытием и распаханность выше (0.2 км на кв.км, 0.1 км на кв.км, 15%, соответственно), а средняя плотность населения - 15 чел. на кв.км. Для бассейнов, отнесенных к категории с сильной нагрузкой, характерны высокий процент распаханности земель, большая густота автодорог и автомагистралей, плотность населения в среднем около 100 чел. на кв.км. Бассейны с очень сильной нагрузкой расположены в основном на урбанизированных территориях (плотность населения более 1000 чел. на кв.км), с высокой густотой автомагистралей и ширококолейных железных дорог.

Модуль стока и годовой слой стока воды в бассейнах оценены на основе моделей, построенных по результатам статистического изучения зависимости речного стока от условий его формирования. На основе собранной в ГИС проекта геоинформации о характеристиках водного стока рек (гидрологическая информация на гидропостах) и о природно-антропогенных условиях в бассейнах гидропостов изучены статистические зависимости характеристик водного стока рек Европейской России от ландшафтно-географических условий и антропогенной нагрузки. Построены 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 порядка 80% изменчивости данных, обеспечивая приемлемую точность прогноза, и отражают основные зависимости речного стока от условий его формирования в масштабе исследований, позволяя получить экстраполяцию величин речного стока на неизученные в гидрологическом отношении участки территории. К достоинствам построенных статистических моделей можно отнести их хорошую интерпретируемость в терминах уравнения водного баланса.

Расчет эрозии:

Оценка интенсивности эрозии почвы за период ливневого поверхностного стока выполнялась на базе модели, даваемой универсальным уравнением потерь почвы (USLE/RUSLE) - смыв почвы Ar (т/га в год) определяется композицией факторов эрозии: 

A_r = R·K·LS·C·P,

где R – фактор осадков (эрозионный потенциал дождевых осадков); K – фактор эродируемости почвы; LS – фактор рельефа (эрозионный потенциал рельефа); C – фактор растительности (хозяйственно-агрономический); P – фактор эффективности противоэрозионных мер (не учитывался).

Для оценки потерь почвы от стока талых вод применялась методика научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов МГУ (значительно модифицированная методика Государственного гидрологического института). Эрозионные потери почвы As (т/га в год) моделируются зависимостями от факторов талого смыва: 

A_s = f₁(L,K,H)∙C_sf₂(S),

где L – длина склона; K – фактор эродируемости почвы; С_s – фактор растительности в период снеготаяния; S – уклон склона; H – слой поверхностного склонового стока во время снеготаяния, определяемый величинами максимальных предвесенних запасов воды в снеге (H_s) и коэффициентом стока в период снеготаяния (k_s). Коэффициент стока в этой модели зависит от уклона склона S: k_s=DS^E, где параметры D и E задаются в зависимости от ГМС почвы (глины, тяжелые суглинки, суглинки, супеси) и от природной зоны (лесная, лесостепь, степь ). 

Годовую интенсивность почвенной эрозии A (т/га в год) получаем суммированием интенсивностей смыва почв при дождевом и при талом стоке:

A = A_r+A_s

В качестве операционно-территориальных единиц анализа и модельных расчетов использовались ячейки растровой сетки с шагом 250 м (в равновеликой проекции Альберса), покрывающей исследуемую территорию. Результирующие оценки факторов эрозии и интенсивности эрозии почвы обобщаются на бассейны малых рек.

«Гидропосты». База гидрологических данных, созданная в ходе работ по проекту, включает информацию по речному стоку, полученную на гидрологических постах, ведущих наблюдения за стоком воды и/или стоком наносов на реках Европейской части России. В базу введены значения среднегодовых расходов воды и расходов взвешенных наносов, зафиксированных на постах за весь период наблюдений. Основным источником данных о стоке воды и стоке наносов послужили опубликованные материалы долгосрочных режимных наблюдений на гидрологических постах «Ресурсы поверхностных вод СССР» и «Государственный водный кадастр». Часть данных получена из открытого цифрового архива Глобального центра данных по стоку (Global Runoff Data Centre). Часть информации для постов Волжско-Камского бассейна актуализирована по данным до 1985г., полученным из открытых источников, а для постов бассейнов Верхней Волги, Камы, Нижней Волги по данным до 2013г., полученным в рамках выполнения работ по договору с ФГБУ «ВНИИГМИ-МЦД».

Для пространственной привязки гидрологических постов использовались сведения о их местоположении c сайта «ВНИИГМИ-МЦД». Координатная привязка гидропостов уточнялась с использованием векторных слоев водных объектов масштаба 1:1000000, слоев общегеографического содержания различных масштабов, крупномасштабных топографических карт, детальных космических снимков на Google Maps и Яндекс.Карты на основе информации о названиях реки и пункта наблюдений, о расстояниях от истока или устья до поста. Создание точечных объектов слоя гидропостов проводилась с соблюдением топологических отношений с объектами слоев гидросети масштаба 1:1000000 (геометрическое совмещение точки гидропоста с вершиной полилинии для линейного объекта гидросети или с вершиной «скелетона» полигона, представляющего площадной объект гидросети).

Всего слой содержит 1965 точечных объектов – гидрологических постов, обеспеченных данными о стоке воды и/или стоке наносов на реках Европейской части России. В настоящий момент из характеристик гидропостов на геопортале представлены: название пункта наблюдений, код поста по общегосударственной системе кодирования гидрологических постов Росгидромета, название главной реки, длительность периода наблюдений. Планируется разместить в открытый доступ данные о средних многолетних среднегодовых расходах воды и наносов. Пока эта информация не представлена на геопортале.

«Изучаемая область» - Европейская часть России (без Республики Крым, Калининградской области и Новых регионов России).

«Гидрография» - объекты гидрографической сети, представленные на карте М 1:1 000 000.

Набор файлов слоя «Бассейны» в формате ESRI Shape и метаданные:

СКАЧАТЬ

ЛИЦЕНЗИЯ ДАННЫХ

Вы можете использовать набор открытых данных в соответствии с правилами, утверждаемыми настоящей лицензией:

Потребителю набора открытых данных предоставляется бессрочное, бесплатное, неэксклюзивное, не требующее заключения договора право использовать открытые данные в соответствии со следующим соглашением.

1) Начало использования открытых данных является действием, подтверждающим согласие Пользователя с условиями соглашения.

2) Пользователь вправе использовать (в том числе повторно) открытые данные свободно, бессрочно, безвозмездно и без ограничения территории использования, в том числе имеет право воспроизводить, копировать, публиковать, передавать, перегруппировывать открытые данные и объединять их с другой информацией, использовать открытые данные в коммерческих целях.

3) При использовании открытых данных Пользователь обязан соблюдать следующие условия:

А) использовать открытые данные только в законных целях;

Б) убедиться, что он не искажает открытые данные при их использовании;

В) гарантировать бесплатность открытых данных в соответствии с Лицензией;

Г) указывать ссылку на источник информации при использовании открытых данных (обязан размещать упоминание об источнике посредством предоставления URL http://bassepr.kpfu.ru/, содержащего исходный вариант открытых данных, и ссылки на публикации:

§  Ermolaev O.P., Mal’tsev K.A., Mukharamova S.S., Kharchenko S.V., Vedeneeva E.A. Cartographic Model of River Basins of European Russia // Geography and Natural Resources. – 2017. - Vol. 38. - No. 2. - P.131-138.

§  Ermolaev O. P., Mal'tsev K. A., Ivanov M.A. Automated Construction of the Boundaries of Basin Geosystems for the Volga Federal District // Geography and Natural Resources. – 2014. - Vol. 35. - No. 3. - P. 222-228.)

§ Mukharamova S., Saveliev A., Ivanov M., Gafurov A., Yermolaev O. Estimating the Soil Erosion Cover-Management Factor at the European Part of Russia // ISPRS International Journal of Geo-Information ISPRS Int. J. Geo-Inf. 2021, 10, 645. https://doi.org/10.3390/ijgi10100645. 

§ K. Maltsev, O. Yermolaev Assessment of soil loss by water erosion in small river basins in Russia // Catena. 2020. V. 195, p.104726. https://doi.org/10.1016/j.catena.2020.104726. 

4) При несоблюдении Пользователем условий соглашения права, предоставленные Пользователю в соответствии с соглашением, автоматически прекращаются.

Совместимость Лицензии

Настоящая лицензия не противоречит лицензиям CC-BY (Creative Commons) и ODC-BY (Open Knowledge Foundation), а также Типовым условиям использования общедоступной информации, размещаемой в информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" в форме открытых данных.