Способ определения коэффициента извилистости русла реки

Изобретение относится к области гидрологии и может быть использовано при мониторинге, моделировании, количественной оценке водных ресурсов. Сущность: реку и ее притоки на цифровой топографической карте разбивают на квадраты размером δ. Вычисляют количество квадратов N, покрывающих реку и каждый ее приток, для вычисления фрактальной размерности. Затем на основании вычисленной фрактальной размерности рассчитывают коэффициент извилистости русла реки и длину реки. Технический результат: определение коэффициента извилистости русла реки. 2 табл.

 

Изобретение относится к области гидрологии и может быть использовано при мониторинге, моделировании, количественной оценке водных ресурсов.

Известен способ измерения длины реки или другой извилистой линии по способу Шокальского, суть которого сводится к экстраполяции графика зависимости длины водотока определенного класса извилистости от раствора циркуля-измерителя, которым по карте определяется длина. Измеряемая линия разбивается на участки с учетом степени извилистости, затем каждый участок измеряется специально изготовленным циркулем или микроизмерителем с раствором его ножек в 1 мм (Кудрицкий Д.М. Картометрические работы. Учебное пособие. Л.: Ленинградский политехнический институт (ЛПИ), 1978 г. 80 с., стр.15).

Недостатком такого способа является сложность экстраполяции графика и его математическая необоснованность, а также ограниченные функциональные возможности, обусловленные невозможностью использования бесконечно малого раствора циркуля-измерителя.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ измерения речной сети по численности водотоков (патент РФ №2004138176, кл. G01C 13/00, опубл. 27.09.2006), основанный на определении количества водотоков, их группировки по порядкам примыкания к водотоку более высокого порядка, согласно Р. Хортону, вычислении шага группировки отдельно по интервалам площади водосбора и оценки речной сети по математическим закономерностям распределений численности притоков по интервалам длины и площади водосбора:

Недостатком такого способа являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные измерением речной сети только изученных средних и крупных водотоков.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей за счет определения морфометрических характеристик малоизученных средних и малых рек.

Технический результат - определение коэффициента извилистости русла малоизученных средних и малых рек путем измерения их фрактальной размерности.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в способе определения коэффициента извилистости русла реки согласно изобретению реку и ее притоки на цифровой топографической карте покрывают сеткой с квадратами размером δ×δ, вычисляют количество квадратов N, покрывающих реку и каждый ее приток, и определяют фрактальную размерность D по формуле:

вычисляют коэффициент извилистости русла реки Кизв и длину реки L по формулам:

По полученному значению коэффициента извилистости русла реки путем сравнения с табличными данными определяют тип извилистости русла реки (таблица 1, столбец 1).

Фрактальную размерность D определяют по формуле, предложенной Мандельбротом (Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы. - М.: Институт компьютерных исследований, 2002. - 656 с., с.52)

Тип извилистости русла определяют из таблицы 1 (Ресурсы поверхностных вод СССР. Т11. Средний Урал и Приуралье. Под. ред. Н.М. Алюшинской. Л.: Гидрометеоиздат. 1973. - 850 с.).

Таблица 1
Типы извилистости русел рек
Типы извилистости русел Значения коэффициента извилистости
1 2
Относительно прямолинейные <1.1
Очень слабо извилистые 1.10-1.20
Слабо извилистые 1.21-1.40
Умеренно извилистые 1.41-1.60
Извилистые 1.61-1.80
Сильно извилистые 1.81-2.00
Чрезвычайно извилистые >2.00

В настоящее время многие реки подвержены антропогенному воздействию, в результате которого изменяется форма и строение русел, водность рек, происходит развитие эрозионных процессов. Изменения, вызванные антропогенным воздействием на речные сети, приводят к негативным последствиям для жизнедеятельности человека и водных экосистем. В большинстве случаев рассматриваемые реки являются малоизученными или неизученными вовсе. В связи с этим для комплексной оценки современного состояния речных систем необходимо проводить исследование изменений их развития с использованием математических методов. Одним из таких инструментов, позволяющих анализировать современное состояние речных систем, обусловленное физико-географическими особенностями территории и антропогенным воздействием, является фрактальный анализ.

Речная сеть является примером фракталоподобного объекта. Существует несколько методов определения фрактальной размерности речной сети. Наиболее распространен классический клеточный метод, предложенный Мандельбротом (Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы. - М.: Институт компьютерных исследований, 2002. - 656 с.). Фрактал является и мерой извилистости объекта.

Показатель фрактальной размерности позволяет определить морфометрические характеристики рек, в том числе малоизученных.

Пример конкретной реализации способа.

На топографической карте речной сети Республики Башкортостан была выбрана малая река. Исследуемая река на карте поочередно покрывалась сеткой размером: 685×685 пкс, 342×342 пкс, 171×171 пкс, 86×86 пкс, 43×43 пкс, 21×21 пкс, 11×11 пкс, 5×5 пкс, 3×3 пкс. Вычислялось количество квадратов N, покрывающих реку и каждый ее приток в зависимости от размера сетки δ. Результаты расчета приведены в таблице 2.

Таблица 2
Размер сетки δ×δ Количество квадратов N (δ)
685×685 1
342×342 1
171×171 2
86×86 6
43×43 11
21×21 26
11×11 72
5×5 195
3×3 442

Подставляя полученные значения δ и N (δ) из таблицы 2 в формулу 1, рассчитывают значение фрактальной размерности водотока, D=1.19.

По формуле 2 получено значение коэффициента извилистости: Кизв=1.37.

Путем подстановки полученного значения D в формулу 3 вычислена длина водотока L=64 км.

Полученное значение Кизв сравнивается с данными таблицы 1 (столбец 2). В соответствии со столбцом 2 русло реки относится к типу «слабо извилистое».

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет оперативно определить коэффициент извилистости русла реки и длину реки по значению фрактальной размерности.

Способ определения коэффициента извилистости русла реки, отличающийся тем, что реку и ее притоки на цифровой топографической карте разбивают на квадраты размером δ, вычисляют количество квадратов N, покрывающих реку и каждый ее приток, и определяют фрактальную размерность D по формуле: далее вычисляют коэффициент извилистости русла реки Кизв и длину реки L по формулам: , .



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области океанографических измерений и предназначено преимущественно для определения характеристик коротких морских ветровых волн. Технический результат изобретения - повышение точности измерений за счет устранения фактора воздействия водного потока на струнные волнографические датчики, что обеспечивает их неподвижность даже в условиях штормового моря, а также за счет уменьшения длины погруженной в воду части штанги, несущей волнографические датчики, и одновременно с этим - обеспечения требуемого заглубления датчиков. Сущность: устройство содержит установленный над водной поверхностью выстрел с вертикальной штангой, пересекающей границу раздела воздух-вода.

Изобретение относится к области океанографических измерений и преимущественно может быть использовано для контроля изменения состояния поверхности открытых водоемов, вызванного их загрязнением поверхностно-активными веществами, при проведении экологических и природоохранных мероприятий. Техническим результатом изобретения является возможность при осуществлении анализа характеристик бликов зеркального отражения учитывать фактор влияния, ветра, что обеспечивает повышение точности определения наличия загрязнения, а также степени его интенсивности. Согласно изобретению поверхность облучают лазером, регистрируют блики зеркального отражения и определяют их характеристики.

Изобретение относится к области океанографических измерений и преимущественно может быть использовано для контроля загрязнения поверхности открытых водоемов при проведении экологических и природоохранных мероприятий. Технический результат - обеспечение возможности учитывать влияние длинных, по сравнению с брегговскими компонентами, поверхностных волн на характеристики рассеяния радиоволн, по которым оценивают изменения в пространстве спектра поверхностных волн, что повышает достоверность определения загрязнения акватории. Сущность: контролируемую область морской поверхности облучают одновременно радиоволнами разной длины с помощью скаттерометра и альтиметра, которые размещены на двух летательных аппаратах.

Изобретение относится к области океанографических измерений и преимущественно может быть использовано для контроля загрязнения поверхности открытых водоемов при проведении экологических и природоохранных мероприятий. Технический результат изобретения - повышение вероятности обнаружения загрязнения и снижение вероятности ложных тревог за счет разделения на радиолокационных изображениях участков, созданных поверхностным загрязнением, и участков, созданных вариациями поверхностного течения. Сущность: контролируемую область поверхности облучают под азимутальным углом α1, регистрируют рассеянный назад сигнал и по изменению уровня сигнала выявляют аномальный участок поверхности, от которого рассеянный назад сигнал имеет более низкий уровень по сравнению с фоновым значением сигнала.

Изобретение относится к области гидрографии и может быть использовано для гидрографической оценки речной сети. Сущность: определяют количество притоков реки.

Изобретение относится к области ландшафтоведения и лесоводства. Способ включает в пределах водоохранной зоны визуально по карте или натурно выделение участка луга с испытуемым травяным покровом, затем на этом участке по течению водотока разметку группы пробных площадок, учет расстояния между центрами пробных площадок вдоль и поперек реки, а после срезки испытания проб травы.

Изобретение относится к области сельского и лесного хозяйств, а также к экологическому мониторингу. Способ включает выделение участка пойменного луга с испытуемым травяным покровом.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения и регистрации морского волнения методом импульсной эхолокации узконаправленным лучом в направлении от дна к поверхности воды.

Изобретение относится к области океанографических измерений и позволяет синхронно измерять высоту h и углы наклона х и у волнения водной поверхности в одной точке.

Изобретение относится к области океанографических измерений, в частности к способам измерения высоты волнения и угла наклона водной поверхности, и может быть использовано в океанологии для изучения волновых процессов на поверхности океана.

Изобретение может быть использовано для определения океанографических характеристик и выявления их пространственного распределения. Сущность: система включает подспутниковые (судовые) и спутниковые средства измерений океанографических характеристик. Подспутниковые средства измерений представлены четырьмя наборами измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, первый (1) из которых размещен на носовой части судна, находящейся под водой, второй (2) - на носовой части судна, находящейся над водой, третий (3) - на борту судна, четвертый (17) - на носителе (18), выполненном в виде зонда, сочлененного с якорно-буйрепным устройством (19). Первый (1) набор состоит из датчиков температуры, электропроводности и давления морской воды, концентрации кислорода, показателя рассеяния света в воде, устройства (12) забора забортной морской воды, многолучевого эхолота, гидролокатора бокового обзора. Второй (2) набор состоит из датчиков температуры, влажности и давления атмосферного воздуха, направления и скорости приводного ветра, измерителя флюоресценции фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя радиационной температуры морской поверхности, измерителя спектральных яркостей неба, моря и облученности морской поверхности солнечным излучением. Третий (3) набор состоит из измерителя спектрального показателя ослабления света морской воды, измерителя флюоресценции хлорофилла фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя концентрации хлорофилла и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя концентрации каротиноидов, феофитина, углерода. Четвертый набор (17) состоит из измерителей вертикальных профилей растворенного метана, содержания нитратов альфа-, бета- и гамма-радиоактивности, зональной и меридиональной компонент скорости течения, скорости звука в морской воде. Спутниковые средства измерений включают лидар, содержащий лазер красного и зеленого диапазонов, устройство (6) определения координат судна, устройство (8) определения координат луча сканирования водной поверхности искусственным спутником Земли. Показания подспутниковых средств измерений используют при корректировке спутниковых данных в устройстве (11) коррекции спутниковой информации и хранения океанографических данных. Технический результат: повышение достоверности при определении океанографических характеристик и выявлении их пространственного распределения. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к неконтактным океанографическим измерениям и может быть использовано для определения статистических характеристик морского волнения с борта движущегося судна. Способ измерения сверхмалой высоты полета самолета, преимущественно гидросамолета, над водной поверхностью и параметров морского волнения, основанный на регистрации физических величин, зависящих от электромагнитного поля, создаваемого установленной на самолете антенной, по которым судят о высоте полета самолета, о высоте морской волны, о длине морской волны в направлении полета и в месте, над которым пролетает самолет, в котором антенна для создания электромагнитного поля выполнена в виде пяти независимых антенн, установленных на корпусе самолета соответственно в центре тяжести самолета, в носовой и кормовой частях самолета, и в оконечных частях крыльев самолета. Техническим результатом является повышение достоверности и информативности измерения высоты морских волн с борта летательного аппарата для обеспечения посадки на морскую поверхность. 3 ил.

Изобретение может быть использовано для определения океанографических характеристик и выявления их пространственного распределения. Сущность: система включает подспутниковые (судовые) и спутниковые средства измерений океанографических характеристик. Подспутниковые средства измерений представлены пятью наборами измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, первый (1) из которых размещен на носовой части судна, находящейся под водой, второй (2) - на носовой части судна, находящейся над водой, третий (3) - на борту судна, четвертый (18) - на дрейфующих буях, а пятый (19) - на спускаемых за борт зондах. Первый (1) набор состоит из датчиков температуры, электропроводности и давления морской воды, концентрации кислорода, показателя рассеяния света в воде, устройства (12) забора забортной морской воды. Второй (2) набор состоит из датчиков температуры, влажности и давления атмосферного воздуха, направления и скорости приводного ветра, измерителя флюоресценции фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя (радиометра) радиационной температуры морской поверхности и измерителя спектральных яркости неба, яркости моря и облученности морской поверхности солнечным излучением. Третий (3) набор состоит из измерителя спектрального показателя ослабления света морской воды, измерителя флюоресценции хлорофилла фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя концентрации хлорофилла и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя концентрации каротиноидов, феофитина, углерода. Четвертый (18) набор состоит из датчиков измерения температуры воздуха, скорости и направления ветра, атмосферного давления, электропроводности воды, температуры воды в поверхностном слое, гидростатического давления, высоты, скорости, периода и направления морских волн. Пятый (19) набор состоит из устройств измерения составляющих вектора подводных течений, скорости распространения звука, температуры, относительной электропроводности, гидростатического давления, концентрации растворенного кислорода, показателя ионов водорода, пороговой чувствительности концентрации сульфидов на двенадцати горизонтах до глубины 250 м. Спутниковые средства измерений включают устройство (6) определения координат судна и устройство (8) определения координат луча сканирования водной поверхности искусственным спутником Земли. Показания подспутниковых средств измерений используют при корректировке спутниковых данных в устройстве (11) корректировки спутниковой информации и хранения океанографических данных. Технический результат: повышение информативности и достоверности при определении океанографических характеристик и выявлении их пространственного распределения. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к неконтактным океанографическим измерениям и может быть использовано для определения статистических характеристик морского волнения с борта движущегося судна. Техническим результатом является повышение достоверности и информативности измерения высоты морских волн. В способе измерения высоты морских волн определяют расстояние до водной поверхности по времени задержки отраженного от водной поверхности сигнала с помощью сосредоточенной приемоизлучающей системы, определяя ее углы наклона и медленно меняющихся составляющих углов наклона. По величине углов наклона и расстоянию до водной поверхности приемоизлучающей системы вычисляют расстояние по вертикали от уровня приемоизлучающей системы до уровня точки отражения на водной поверхности. Вычисляют вертикальное перемещение приемоизлучающей системы. Определяют профиль морских волн. Высоту волны заданной обеспеченности определяют в зависимости от относительной среднеквадратичной ширины спектра волнового процесса, путем определения основных статистических характеристик среднего периода первичных колебаний, среднего периода максимальных значений амплитуд, средней высоты волн, на основе исходной информации, получаемой измерением первичными измерительными средствами ординат, скоростей и ускорений вертикальных колебаний волнового процесса.
Наверх