Застосування супутникових спостережень для досліджень водних ресурсів суходолу

Застосування супутникових спостережень для досліджень водних ресурсів суходолу (гідрологія, ландшафтознавство, безпека, ресурси) цифрове фото річкової долини радіолокаційне зображення AIRSAR радіолокація (SRTM) + багатоспектральне зображення ASTER

Основні задачі для застосування даних ДЗЗ Відповідно до цілей дослідження: Контроль гідрографічної мережі (моніторинг поточних змін русел, актуалізація карт); Гідрометричний контроль і уточнення гідрометричних розрахунків (аналіз руслоформуючих факторів: стоки води, наносів, обмежувальних факторів: базису ерозії, твердих порід тощо); Гідрофізичний і гідрохімічний моніторинг (тепловий режим і випаровування, забруднення, якість водних ресурсів); Гідрологічне прогнозування і прогнозування надзвичайних ситуацій (прогнози витрат води, повеней, льодоставу, режиму по періоду вегетації тощо). Відповідно до об'єктів дослідження: Контроль річкової мережі; Лімнологічний моніторинг; Вивчення водно-болотяних угідь; Вивчення підземних вод; Гляціологічний моніторинг

Основні задачі для застосування засобів ДЗЗ Задачі для засобів ДЗЗ в галузі гідрології Найбільш придатні діапазони спостереження Контроль геометрії водного дзеркала оптика (видимий, ближній інфрачервоний), радіохвильовий Контроль фізичних властивостей поверхні (випаровування, висота поверхні, шорсткість) тепловий, радіохвильовий Моніторинг фізичних властивостей водного середовища (колір, прозорість, температура) оптика, тепловий Моніторинг хімічних властивостей водного середовища (сольовий склад, еколого-санітарні критерії, специфічні токсиканти, забруднювачі) оптика Контроль процесів евтрофікації (моніторинг біологічної активності та процесів заростання) оптика, тепловий

Модель водного балансу територій Модель водозбірного басейну із змінною областю живлення A 1(t) –площа області повного насичення в межах басейну; А 2 – площа горизонтальної проекції області повного насичення в межах басейну; А 3 – непроникна для води площа; Pa(t) – інтенсивність опадів (в тому числі сніготанення); k – коефіцієнт фільтрації при повному насиченні; H – гідравлічний напір Поверхневий дощовий стік x – просторова координата, t – час, h – глибина поверхневого потоку, q – витрати води, P – інтенсивність опадів, F – інтенсивність фільтрації, α і β – емпіричні параметри, які залежать від режиму стікання. Для ламінарного потоку α=8 gi/kγ, β=3, а для турбулентного α=i 0, 5/n і β=5/3 Підповерхневий стік n - пористість ґрунту, hg - відстань між поверхнею депресії ґрунтових вод та поверхнею стоку (потужність підповерхневого стоку), qg - витрати підповерхневого стоку, ig - нахил стоку, kf - коефіцієнт горизонтальної фільтрації, Ds - довжина схилу, hr - рівень води в річці, h 0 g - початкова потужність підповерхневого стоку. Якщо градієнт hg є малим, це рівняння фактично перетворюється в лінійний варіант рівняння кінематичної хвилі з qg=kfighg/m

Моніторинг річкових систем Задачі моніторингу річкових систем (вивчення гідрографічної мережі): контроль гідрографічних показників (щільність, густина), умови стоку (гідрологічні розрахункові параметри), рельєф і осадкоутворення (розрахунок параметрів базису ерозії, визначення твердих порід тощо), реєстрація змін русел (актуалізація карт, оцінка процесів осадкоутворенняі формування рельєфу), виявлення джерел забруднень, оцінка стану і прогнозування змін басейнових екосистем, прогнозування і моніторинг надзвичайних ситуацій (повені і індуковані ними підтоплення об'єктів інфраструктури, порушення комунікацій тощо)

Моніторинг річкових русел Дельта р. Ганг, дані Terra/MODIS 09 червня 2006 р.

Контроль гідрографічної мережі Виникнення нових озер в долині р. Нил, дані Terra/MODIS 10 жовтня 2000 р. Русло р. Ріо Негро (Бразилія), дані Terra/MISR 23 липня 2000 р.

Контроль гідрографічної мережі: виникнення водних об'єктів Виникнення нових озер в долині р. Нил внаслідок штучного затоплення, дані Space Shuttle Cr 102, STS 102 -349 -35, 15 березня 2001 р.

Контроль гідрографічної мережі Долина р. Брахмапутра (Китайський Тибет), дані ISS 13 жовтня 2000 р.

Контроль процесів формування берегів Формування піскових наносів біля Флориди (США), дані Space Shuttle Cr 102, STS 102 -349 -35, -729 -63

Контроль берегової лінії Аральське море, о. Відродження (Казахстан / Туркменістан), дані Terra/MODIS 9/3 червня 2000 / 2001 р.

Гідрохімічний і гідрофізичний моніторинг Винос речовин в дельті р. Янцзи, дані Terra/MODIS 08 червня 2006 р.

Гідрохімічний і гідрофізичний моніторинг Річковий винос, біологічна активність і гідрохімічні показники в Мексиканській затоці (США), дані Terra/MODIS 15 січня 2002 р.

Контроль параметрів якості води

Контроль параметрів якості води Сценарій ІІ Звичайний стан басейну

Моніторинг озерних екосистем Задачі моніторингу озер (лімнологічного моніторингу): контроль площі водного дзеркала, моніторинг процесів заростання і евтрофікації, контроль природних і антропогенних забруднень, оцінки якості води, умови стоку (контроль водного балансу і режиму), ресурсний моніторинг (біологічні ресурси), прогнозування і моніторинг надзвичайних ситуацій (підтоплень об'єктів інфраструктури, заболочувань, порушення комунікацій тощо)

Контроль гідрохімічних показників Розподіл прісної (західна частина) і солоної (східна) води в оз. Балхаш (Казахстан), дані Terra/MODIS 09 червня 2008 р.

Контроль гідрохімічних і гідрофізичних показників Розподіл показників по стоку води р. Геба (Гвінея-Бісау), дані Landsat ETM від 12 грудня 2000 р.

Контроль льодової ситуації Льодова ситуація в Каспійському морі і в дельті р. Волга (Росія/Казахстан), дані Terra/MODIS 03 грудня 2001 р.

Контроль надзвичайних ситуацій Льодова ситуація і початок повені в дельті рр. Єнісей та Об (Росія), дані Terra/MODIS 12 квітня 2008 р.

Контроль надзвичайних ситуацій Повінь на р. Дунай, дані Terra/MODIS 02 квітня 2002 р. Повінь на р. Міссісіпі (США), дані Terra/MODIS (накладені на рельєф за даними STRM) 02 квітня 2002 р.

Моніторинг надзвичайних ситуацій Повінь на р. Уругвай (Уругвай / Аргентина), дані Terra/MODIS 02/27 квітня 2002 р.

Моніторинг водно-болотяних екосистем Водно-болотяні угіддя, дані Terra/MISR 08 червня 2006 р. Розповсюдження торф'яних боліт у світі

Моніторинг водно-болотяних екосистем Задачі моніторингу водно-болотяних угідь: контроль водного режиму (враховуючи кліматичні фактори), контроль розповсюдження боліт (зміна площі і структури), моніторинг екологічних змін (в тому числі - довгострокових), ресурсний моніторинг (торф, болотяний газ, біологічні ресурси), оцінка відновлювальної здатності екосистем (екологічна ємність, вплив на якість водних ресурсів), прогнозування і моніторинг надзвичайних ситуацій (підтоплень об'єктів інфраструктури, заболочувань, порушення комунікацій тощо)

Модель балансу ґрунтових вод Динаміка ґрунтових вод: процеси підтоплення та заболочування L – загальний розмір досліджуваної території, Ep – евапотранспірація, w – середній обсяг атмосферної вологи, u – середня швидкість вітру якщо t = t’ d. Wt – інкремент процесу Вінера для опису флуктуацій евапотранспірації і опадів в довгостроковій перспективі та d. Wt = 0 у всіх інших випадках) Середньодобова евапотранспірація - похідна тиску пари; Cр – питома теплота повітря; Lv – “скрита” теплота перетворення води у пару; - відношення площі конвекції к площі евапотранспірації; ra – опір з боку атмосфери руху пари з поверхні рослинного покриву; Rn – кількість сонячного тепла; G – кількість енергії, що виходить з рослинного покриву в ґрунт; rx – опір з боку поверхні евапотранспірації виходу водяної пари; - щільність повітря; 2* - щільність пари в умовах повного насичення; 2 – фактична щільність пари в атмосфері над рослинним покривом; f(A) – ефективна площа рослинного покриву

Вивчення водно-болотяних екосистем Оглядова схема угідь регіону Проблемно-орієнтована класифікація земних покровів Розподіл гідрологічних ризиків 1 – лісова рослинність (середній розподіл по періоду 2003 – 2009 рр. ); 2 – низькоросла рослинність, чагарники (середній розподіл по періоду 2003 – 2009 рр. ); 3 – природні луки, пасовиська (середній розподіл по періоду березень – липень 1999 – 2009 рр. ); 4 – сільськогосподарські угіддя (середній розподіл по періоду травень – липень 2007 – 2009 рр. ); 5 – водноболотяна рослинність, перезволожені ділянки поверхні (середній розподіл по періоду березень – липень 1999 – 2009 рр. ); 6 – торфовища (середній розподіл по періоду березень – липень 1999 – 2009 рр. ); 7 – природні водні об’єкти (річкові русла, притоки, стариці, тощо) (станом на травень 2009 р. ); 8 – штучні водогосподарські канали (станом на травень 2009 р. ); 9 – забудовані території (станом на квітень 2009 р. ); 10 – дороги, мости (за даними зйомок 2003, 2007 та 2009 рр. ).

Глобальний баланс вологи Модельний розподіл солоності, вологості поверхневого шару ґрунту та вологонасичення повітря на грудень 2001 р. за даними NSIPP (NASA's Seasonal-to-Interannual Prediction Program ) на основі супутникових спостережень Terra (MODIS, MISR, ASTER)