Як використовувати ЦМР на практиці? Як перетворити ЦМР на карту ухилів та експозиції схилів, для чого в подальшому можна використовувати ці карти – про це детально в нашому пості.
Ми вже розпочали розмову про рельєф. Тепер поговоримо про більш конкретні речі, а саме про використання ЦРМ для аграріїв і не тільки.
Повернемось до землі. Саме вона є чи не найголовнішим неперехідним багатством нашої країни.
Чи не головною бідою для земельних, а точніше – ґрунтових ресурсів, є водна ерозія – справжня кара землеробства.
Простим та ефективним заходом боротьби з цим явищем є правильне використання території залежно від рельєфу, який виступає потужним регулятором водних потоків, що руйнують ґрунт. Зокрема, залежно від крутизни схилів, рекомендується диференційоване просторове розміщення сільськогосподарських культур. Для цього всі землі розділяють на так звані еколого-технологічні групи (ЕТГ), кожна з яких має особливий режим використання залежно від ухилу поверхні. Наприклад, на землях з крутизною більше 7 градусів найкраще висівати багаторічні трави, які забезпечують надійний захист ґрунту від ерозії, або ж взагалі виводити такі землі з обробітку.
Виділення таких груп традиційно виконується на основі топографічних карт із застосуванням кругових палеток. Не будемо детально описувати методику, яка має вже більш ніж п’ятдесятирічну історію, відмітимо лише велику трудомісткість та низьку точність цієї процедури. Безумовною альтернативою для неї, звісно, є використання цифрових моделей рельєфу.
Для прискорення виділення потрібних нам еколого-технологічних груп необхідно застосувати готовий або написати новий невеличкий скрипт (тобто мініпрограму, яка дозволяє автоматизувати певну задачу, у нашому випадку – виділити всі пікселі одержаної картограми відповідно до заданої нами інтервальної шкали).
Наведемо фрагмент скрипту, який написаний мовою SML (Spatial Manipulating Language), що використовується в ГІС TNTmips, для виділення двох зон: із ухилом менше 3 градусів і від 3 до 5 градусів:
if (slope<=3)
return (1)
if ((slope<=5) and (slope>3))
return (2)
На нашу думку, цей фрагмент не потребує спеціальних коментарів, все й так інтуїтивно зрозуміло. Результат виконання подібної програми представлений на рисунку 1. На ньому виділено чотири еколого-технологічні групи земель із градусною градацією: 0-3, 3-5, 5-7 та більше 7.
Рисунок 1. Схема сільськогосподарського зонування території
Виділені піксельні зони можна автоматично трансформувати у векторні об’єкти, що дозволить узручнити подальшу роботу із землевпорядного протиерозійного впорядкування території.
За наявності певного досвіду та необхідного програмного забезпечення, запропонований підхід значно швидший та більш точний ніж використання типових картометричних процедур з паперовими, або ж, як зараз прийнято говорити, аналоговими картами.
Вирішивши перейти від паперу до цифри, ви вирішуєте не лише одну вказану задачу. ЦМР стане надійною просторовою матрицею вашої території, основою для її використання та розвитку.
Інший спосіб прикладного використання ЦМР – побудова карт експозицій, тобто моделей, які відбиватимуть орієнтацію схилів за сторонами світу. Головною географічною функцією експозиції схилів є перерозподіл сонячної енергії, що надходить до ландшафту, та вплив на умови зволоження. Отже, математична формалізація параметрів ухилу та експозиції схилу дозволяють кількісно оцінювати гідротермічні умови території, що є дуже важливим для багатьох сфер людської діяльності та, зрозуміло, і для сільського господарства.
Як правило, експозицію (aspect) відлічують від півночі за годинниковою стрілкою згідно із загальною формулою:
aspect = arctg (-[dz/dy] /[dz/dx])
Позначення ті самі, що й для формули обрахунку ухилу: dz/dy – показує зміну висот у напрямку з півночі на південь, dz/dx – із заходу на схід.
Відмітимо певну хитрість: зазвичай програма запропонує вам розрахувати значення пікселів в азимутальній градусній шкалі, яка містить 360 градусів (рис. 2). Це є логічним з точки зору геодезиста, але ж мало що дасть агроному. Адже “холодні” північно-орієнтовані схили можуть отримати кількісну характеристику і 1, і 359 градусів.
Рисунок 2. Картограма експозицій схилів
Виправити ситуацію можна, перебудувавши одержану модель за наступною формулою:
ВПЕ = 180о – │180о – Е│,
де ВПЕ – показник експозиції відносно півночі, градуси, Е – експозиція схилу, градуси.
Результатом буде картограма, що оцінює орієнтацію схилу відносно півночі та надає змогу приблизно оцінити інсоляційні відмінності для даної території (рис.7). Переваги цієї карти перед попередньою (побудованою за абсолютними значеннями експозиції) добре помітні у південно-східній частині наведеної ділянки території. Територія, яка на рис. 6 представлена двома контрастними за значеннями азимута частинами, насправді має єдину північну експозицію, що добре видно на рисунку 3.
Рисунок 3. Картограма значень параметру експозицій
Однак, дійсно точні розрахунки для оцінки просторової неодноріності гідротермічних умов території за ЦМР можливі лише з використанням складних фізичних моделей інсоляції. Тобто моделей, які дозволяють оцінювати інсоляційний режим території з урахування як прямої, так і розсіяної сонячної радіації. Наприклад, у славнозвісній ArcGIS за це відповідає група інструментів «Сонячне випромінювання», яка дозволяє обчислювати інсоляцію як для певного місця, так і для всього ландшафту. Серед вільних ГІС аналогічні можливості мають SAGA і GRASS.
Отже, ми з’ясували, що існує можливість кількісно оцінити надходження сонячної енергії до земної поверхні згідно з рельєфом. А це надає ключ до управління гідротермічним режимом та раціонального використання похилих земель. Так, карти, які ми одержуємо, дозволяють обчислювати потенціал фотосинтетичної активної радіації (ФАР) – частини сонячної енергії, яка використовується рослинами для фотосинтезу, що у свою чергу надає підстави для планування врожаїв. Врахування інсоляції в умовах складного гірського рельєфу дозволяє оптимізувати розміщення сільськогосподарських культур. Інформація про гідротермічні умови території може використовуватись для оцінки агроґрунтового потенціалу ділянки та, відповідно, впливати на її грошову оцінку.
І це далеко не всі практичні аспекти використання ЦМР. Далі буде…
__________________
У цьому пості використана графіка Кріса Коула з Noun Project.
