Цель исследования

На территории городского округа «г. Якутск» на реке Лена от Табагинского мыса до Кангаласского камня образование заторов наблюдается почти каждую весну. Для обеспечения безопасности населения, объектов экономики и сельскохозяйственных угодий от воздействия вод возведена семнадцати километровая дамба, которая состоит из 5 участков [1]. Образование заторов у Табагинского и Кангаласского мысов, и ниже – в Намском улусе вызывает наибольший подъем уровня воды у Якутска, приводит к деформации берегов и дна, влияет на накопление наносов, что нарушает естественный русловой режим реки Лена. Учитывая быстроту прохождения максимальных заторных уровней, возникают объективные сложности с адекватной оценкой ущерба при затоплении (подтоплении) территорий [2]. Таким образом, изучение заторных наводнений на территории городского округа с применением спутниковых снимков весьма актуально.

Методы исследования

Мониторинг изменений на реке Лена на основе наземных наблюдений у гидропостов Табага, Якутск и Кангалассы недостаточен для охвата всей площади распространения потенциальной зоны затопления долины реки.

Большая обзорность долины реки и его комплексов на спутниковых снимках дают возможность выявить границы зоны затопления, определить уязвимые места населенных пунктов при повышении уровня воды и ее выхода на пойму и террасы, проводить визуальное наблюдение за ледовой обстановкой, прослеживать изменение формы русла.

Для определения и оценки уязвимых территорий городского округа необходимо оценить и провести анализ гидрологических процессов на реке Лена от Табагинского мыса до Кангаласского мыса по данным сформированных временных рядов метеорологических данных наземных наблюдений ФГБУ ЯУГМС [3] и открытых спутниковых данных Landsat и Sentinel 2.

Были рассмотрены спутниковые снимки исследуемого участка за 1992, 1998, 2001, 2004, 2005,2006,2007, 2008, 2010, 2011, 2013, 2015 и 2018 гг. и выбраны максимальные заторные подъемы уровня воды во время весеннего половодья на реке Лена: в 2001 – 917 см, 2007 году – 882 см, в 2010 – 878 см, в 2011 – 848 см, в 2013 – 758 см.

В данной работе использованы многоканальные снимки спутников Landsat 5, 8 и Sentinel 2 (в условиях облачности менее 30%). Разрешение для разных каналов спутника Landsat 5 составляет от 30 до 120 м, Landsat 8 – от 15 до 100 м, для спутника Sentinel 2 – от 10 до 60 м [4,5].

Идентификация водной поверхности и выделение границ зон затопления сделано методом модифицированного стандартизованного индекса различий воды MNDWI.

Индекс воды нормированной разности (NDWI) от McFeeters (1996) был модифицирован путем замещения среднего инфракрасного диапазона, такие как Landsat TM 5 полосы для ближней инфракрасной полосы, используемой в NDWI (нормализованный водный индекс) [6].

Модифицированный стандартизованный индекс различий воды (MNDWI) использует зеленый канал и канал SWIR для улучшения тонких различий и отображения объектов открытых водных пространств.

  • Green – значения пикселов из зеленого канала,
  • SWIR – значения пикселов из коротковолнового инфракрасного канала.

При уровне воды выше 880 см 14 мая 2007 году на реке Лена в ГО Якутск с применением индекса MNDWI выделенная граница зон затопления представлена на рис. 1.

Следующим этапом является определение уязвимых территорий, которые подвержены затоплению. Для подробной оценки уязвимости территорий расчеты были сделаны с учетом численности проживающего населения и инженерной инфраструктуры. Для решения этой задачи использован слой Яндекс карты со снимками сверхвысокого разрешения GeoEye.

Создание базы данных по уровням воды, обработка снимков, визуальное дешифрирование водной поверхности реки Лена во время весеннего половодья с высоким уровнем воды (выше 780 см) производились в программном обеспечении ENVI и QGIS.

 

Рис.2. Схема уязвимых территорий при уровнях воды выше 780 см. в Промышленном округе г. Якутска, Республика Саха (Якутия) (В. Ефремова, 2018)

 

Рис. 3. Выделение границы зоны затопления у г. Якутск, Landsat 5 TM 14.05.07 (USGS/NASA),

(В. Ефремова, 2018)

Результаты

В результате анализа дешифрирования снимков выявлены основные зоны, где наблюдаются полностью или частично затопление территории. Большие риски уязвимости населения и инженерной инфраструктуры можно отметить в Промышленном округе г. Якутска, где расположены речной порт, микрорайон Даркылах и другие промышленные участки, которые имеют доступ к открытому руслу реки.

Основной причиной подъема уровня воды до отметок выше критических на рассматриваемой территории является формирование заторов льда возле Табагинского и Кангаласского мысов и в Намском районе у с. Ёдей.

Полученные результаты могут полезны при планировании и развитии хозяйственной деятельности и в проектировании защитных сооружений города. Прогнозирование и предварительная оценка ущерба при максимальном или ближе к максимальном подъеме уровня воды на реке Лена. Контроль превентивных работ таких как зачернение и распиловка льда.

Эти сведения дают возможность районировать территорию по степени уязвимости к подтоплению.

 

Источники и литература

  1. Официальный сайт Окружной администрации г. Якутска. URL: http://www.якутск.рф (дата обращения: 19.11.2018).
  2. Кусатов К.И. Наводнения на реках Якутии // Матер. общеросс. науч.-прак. конф. «Защита населения и объектов экономики от водной стихии северных рек». 28–29 июня 2014 г. Якутск. — Якутск, 2013. — С. 90–94
  3. Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши Ч.1,2. Т.1. ФГУ «Якутское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды», — Якутск, 1958, 1964, 1986-1988, 1990-2016 гг.
  4. Официальный сайт Группа компаний «СКАНЭКС»,URL: http://www.scanex.ru/data/satellites (дата обращения: 10.11.2018).
  5. Official website European Space Agency, URL: http://www.esa.int (дата обращения: 10.11.2018).
  6. Xu, H. «Modification of Normalised Difference Water Index (NDWI) to Enhance Open Water Features in Remotely Sensed Imagery.» International Journal of Remote Sensing 27, No. 14 (2006): 3025-3033.