Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения тальвега на агроландшафтах склоновых земель в полевых условиях

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности, к способам изучения водной эрозии и может быть использовано в почвоведении, мелиорации и гидрологии.

Тальвег - это линия, соединяющая наиболее пониженные участки дна русла (фарватера), долины, балки, оврага и других вытянутых форм рельефа. На агроландшафте склоновых земель тальвег лучше определять после эрозионных процессов для их оценки. В тоже время направление тальвега не всегда совпадает с направлением склона, поскольку в процессе меандрирования водного потока, происходит извивание тальвега по склону, т.е. дно русла, образованного в результате эрозионных процессов, может иметь совершенно другое направление и уклон, нежели сам агроландшафт склоновых земель (Максимов И.Л., Максимов В.И., Васильев С.А., Алексеев В.В. Моделирование развития русла в подстилающей поверхности склоновых агроландшафтов // Почвоведение, 2016, №4, с. 514-519 https://www.elibrary.ru/download/elibrary_25771262_53365456.pdf).

Для определения тальвега используются чисто математические подходы по географическим картам или цифровым моделям рельефа, которые уже имеют ошибку при их создании.

Известен способ определения стока воды со склонов, в котором определяют водосбор ложбины стока, являющийся целым элементом гидрографической системы, определяют характерные участки ручьев типа I-III в соответствии с изменением продольного и поперечного уклонов, экспозиции склонов ложбины и выполняют измерения характеристик массы и скорости течения воды, глубины, ширины и поперечного сечения ручьев. (Пат SU 1565359 МПК А01В 13/16, 23.05.1990).

Недостатком известного способа является не высокая точность определения поперечного и продольного профилей тальвега ложбины стока, поскольку в качестве исходных материалов используют фотоснимки, топокарты, топопланы или схемы водосбора, полученные путем маркирования линии водораздела в период стока, а из фотоснимков для определения линии водораздела преимущественно используют аэрофотоснимки масштаба 1:25000, 1:10000, 1:5000 и крупнее, которые хотя и обладают некоторой детальностью и обзорностью, но уровень точности достигает только субдециметрового диапазона.

Известен способ, базирующийся на построении линий тока (тальвега), исходящих из узлов регулярной прямоугольной сетки в пределах исходной цифровой модели рельефа (ЦМР), и последующем анализе прохождения построенных линий через ячейки результирующей регулярной сетки (Кошель С.М., Энтин А.Л. Вычисление площади водосбора по цифровым моделям рельефа на основе построения линий тока // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2017. №3, С. 42-50).

Недостатком известного способа является определение аналитическим методом линий тока (тальвега) только по ЦМР, поскольку она строится с определенной погрешностью в зависимости от метода ее формирования, точность получаемого тальвега будет невысокой.

Наиболее близким является способ применения профилографа для определения направления и величины уклона, волнистости и шероховатости поверхности почвы элементарного участка, угла отклонения направления обработки почвы от направления склона в полевых условиях с целью обеспечения повышения точности агротехнической оценки поверхности поля после обработки почвы орудиями, осуществляющими различные мелиоративные мероприятия. (Васильев С.А. Реализация метода полевого профилирования для контроля противоэрозионных технологий на агроландшафтах склоновых земель 7 Биосфера. 2017, т. 9, №3, С. 230-239), включающий применение технического средства профилирования дневной поверхности (профилографа), в котором замеряют профиль дневной поверхности почвы по окружности для одной элементарной площадки. Недостатком известного способа является установление только агротехнических и противоэрозионных параметров почвы на одном элементарном участке инструментальным методом, а для всей исследуемой территории агроландшафта склоновых земель используется кригинг-метод, который относится к геостатистическим математическим моделям оптимальной интерполяции и имеет ошибку, превышающую погрешность по предлагаемому способу.

Задачей является создание инструментального подхода, обеспечивающего повышение точности определения тальвега на исследуемом агроландшафте склоновых земель в полевых условиях.

Технический результат повышение точности определения тальвега на агроландшафтах склоновых земель в полевых условиях.

Технический результат достигается тем, что способ определения тальвега на агроландшафтах склоновых земель в полевых условиях, согласно изобретению, включает применение технического средства профилирования дневной поверхности, в котором замеряют профиль дневной поверхности почвы по окружности с точностью до 1 мм по вертикали, причем по профилю сканируемой окружности ограничивающей верхнюю ячейку по исследуемому склону в полярной системе координат определяют направление склона и пониженные участки, устанавливают расположение тальвега, а нижняя точка профиля будет располагаться на тальвеге и являться точкой соприкосновения верхней ячейки со следующей ячейкой в виде окружности, расположенной ниже по исследуемому склону, для которой также с помощью профилографа устанавливают расположение тальвега и ее нижнюю точку.

Схема определения тальвега на агроландшафтах склоновых земель в полевых условиях изображена на фиг. 1.

Способ осуществляется следующим образом.

Для реализации способа профилирования дневной поверхности почвы на элементарной площадке в полевых условиях в качестве технического средства профилирования дневной поверхности используют профилограф с возможностью сканирования поверхности по окружности с точностью до 1 мм по вертикали. С помощью профилографа замеряют профиль дневной поверхности почвы по окружности, ограничивающей верхнюю ячейку па исследуемом склоне, по которому в полярной системе координат определяются направление склона и пониженные участки в точках А и В, устанавливается расположение тальвега АВ (см. фиг. 1). Причем нижняя точка В замеренного профиля верхней ячейки будет располагаться на тальвеге АВ и являться точкой соприкосновения верхней ячейки со следующей ячейкой в виде окружности, расположенной ниже по исследуемому склону. Устанавливают стойку профилографа на это место и замеряют профиль дневной поверхности почвы по окружности, ограничивающей нижнюю ячейку на исследуемом склоне, по которой в полярной системе координат устанавливается расположение тальвега ВС и его нижняя точка С. Таким образом, в целом кривая ABC будет являться частью тальвега на исследуемом участке склона. Определяя точки касания окружностей, принадлежащих тальвегу склона можно реализовать предлагаемый точный инструментальный метод на целом агроландшафте.

Пример 1

Для реализации способа профилирования дневной поверхности почвы на элементарной площадке в полевых условиях. Исследования проводились на сельскохозяйственном водосборе Орининского сельского поселения, который находится в Моргаушском районе Чувашской Республики. Эта территория включает Падаккасинскую ГТС с водоисточником и является частью водосборной сети реки Моргаушка. В качестве технического средства профилирования дневной поверхности используют профилограф с возможностью сканирования поверхности по окружности с точностью до 1 мм по вертикали. Компьютерная программа профилографа позволяет представить информацию в полярных координатах по нескольким параметрам: расстояние между датчиком положения и поверхностью почвы, а также соответствующий этому положению угол поворота от нулевой отметки и др. С помощью профилографа замеряют профиль дневной поверхности почвы по окружности, ограничивающей верхнюю ячейку на исследуемом склоне, по которому в полярной системе координат определяются направление склона и пониженные участки в точках А и В, устанавливается расположение тальвега АВ (см. фиг. 1). Причем нижняя точка В замеренного профиля верхней ячейки будет располагаться на тальвеге АВ, и являться точкой соприкосновения верхней ячейки со следующей ячейкой в виде окружности, расположенной ниже по исследуемому склону.

Для расчета азимута тальвега на рассматриваемом склоне, т.е. угла между направлением на север и направлением тальвега, установим азимуты для верхней ячейки A₁ и нижней ячейки А₂ (см. фиг. 1). По полярным координатам A₁ составляет 231 градус, а А₂ - 211 градусов. Тогда азимут тальвега рассматриваемого склона, как среднее арифметическое, составит 221 градус.

Таким образом, за счет применения инструментального подхода, обеспечивающего точность получаемых данных до 1 мм достигнут технический результат в виде повышения точности определения тальвега на агроландшафтах склоновых земель в полевых условиях.