Алиев Нозим Нумонович. Мониторинг орошаемых земель Гиссарской долины Республики Таджикистан с применением геоинформационных технологий

Краткое описание

Алиев Нозим Нумонович. Мониторинг орошаемых земель Гиссарской долины Республики Таджикистан с применением геоинформационных технологий;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Государственный университет по землеустройству»], 2021

МИНИСТЕРСВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПО ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВУ
На правах рукописи
Алиев Нозим Нумонович
МОНИТОРИНГ ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ ГИССАРСКОЙ ДОЛИНЫ РЕСПУБЛИКИ ТА ДЖИКИСТАН С ПРИМЕНЕНИЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Специальность 1.16.15. (25.00.26) - Землеустройство, кадастр и мониторинг земель
Диссертация на соискание учёной степени кандидата географических наук
Научный руководитель: кандидат географических наук, доцент, Хуторова А. О.
Москва 2022

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАЗВИТИЯ МОНИТО¬РИНГА ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 12
1.1 Теоретические основы мониторинга орошаемых земель 12
1.2 Анализ законодательства, регулирующего экологическое состояние сельскохозяйственных земель в Республике Та¬джикистан 18
1.3 Разработка теоретических положений и основных принци¬пов мониторинга орошаемых земель Гиссарской долины Республики Таджикистан с применением ГИС-технологий... 23
Выводы по главе 1 34
ГЛАВА 2 ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЕС¬ПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН. АНАЛИЗ ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ ФАКТОРОВ ВЛИЯНИЯ НА ОРОШАЕМЫЕ ЗЕМЛИ ГИССАРСКОЙ ДОЛИНЫ 36
2.1 Физико-географическая характеристика Республики Т аджи-
кистан и Гиссарской долины 36
2.2 Анализ экологического состояния сельскохозяйственных зе¬мель Г иссарской долины 57
2.3 Анализ природно-техногенных факторов, оказывающих негативное влияние на состояние орошаемых земель и окружающую природную среду Гиссарской долины... 65
Выводы по главе 2 77
ГЛАВА 3 СОДЕРЖАНИЕ И ОРГАНИЗАЦИЯ МОНИТОРИНГА
ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ ГИССАРСКОЙ ДОЛИНЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ 79
3.1 Оценка современного состояния орошаемых земель Гиссар¬ской долины на основе применения ГИС-технологий 79
3.1.1 Определение площади орошаемых земель на территории
Гиссарской долины с помощью анализа многоспектральных спутниковых снимков 79
3.1.2 Обоснование репрезентативности показателей монито¬ринга орошаемых земель Гиссарской долины 91
3.1.3 Определение скрытых факторов, влияющих на состояние
орошаемых земель и прогнозирование развития изменения их ^
состояния
3.1.4 Методические положения применения геоинформационных систем для ведения мониторинга орошаемых земель Гиссар-
2

ской долины 106
3.2 Организация мониторинга орошаемых земель Гиссарской долины на основе применения ГИС-технологий 122
3.3 Разработка модели создания карт состояния орошаемых земель Г иссарской долины на основе разработанной методики приме¬нения ГИС технологий и программных продуктов 126
Выводы по главе 3 139
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 141
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 147
3

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Получение актуальной и своевременной информации, получаемой в ре¬зультате выполнения мониторинга орошаемых земель, является одной из ос¬новных проблем при решении вопросов исследования состояния и использова¬ния орошаемых земель. Формирование актуальной и достоверной информации, своевременно полученной с помощью современных информационно¬телекоммуникационных технологий, и обработка полученных разномасштаб¬ных больших данных в геоинформационных системах и других программных продуктах, позволит своевременно провести оценку, проектирование и выра-ботку управленческого решения для проведения мероприятий по улучшению почвенного плодородия, охрану орошаемых земель и оросительных систем.
Проблема деградации земель и загрязнения окружающей среды при ис¬пользовании орошаемых земель требует совершенствования теоретических и методических подходов выполнения мониторинга орошаемых земель с приме¬нением современных технологий дистанционного зондирования Земли, полу¬чения больших данных и обработка на основе применения программных про¬дуктов для обработки больших данных, геоинформационных систем также для обработки и проведения оценки экологического состояния и использования, что позволит получать достоверную графическую информацию, позволяющую ис¬пользовать ее для проектирования, прогнозирования состояния земель и разра¬ботки мероприятий, позволяющих предотвратить негативное влияние воздей¬ствия на эти земли или ликвидировать последствия от этих воздействий.
Проведенные автором исследования, позволили получить актуальную и достоверную информацию о состоянии и использовании орошаемых земель для планирования рационального и эффективного использования этих земель. Для исследований был выбран регион Гиссарской долины Республики Таджики¬
135

стан, анализ результатов которых позволил автору сделать следующие выводы и предложения:
1. Исследования теоретических положений мониторинга орошаемых зе¬мель показал необходимость в сборе большого количества данных, которые объединяют в себе характеристики различных показателей, составляющих объ¬екты окружающей среды территории исследования. Установлено, что опера¬тивное и наиболее полное получение таких показателей для орошаемых земель возможно на основе применения современных технологий и геоинформацион- ных систем обработки, полученных данных. В результате проведенных иссле¬дований автором предложены основные принципы построения системы мони¬торинга орошаемых земель, одним из которых является принцип обязательного формирования комплексной информации (кадастровой, экологического состоя¬ния орошаемых земель и окружающей среды, технического состояния мелиора¬тивных, ирригационных и других систем водного хозяйства). На основе разра¬ботанных принципов мониторинга орошаемых земель автором разработана мо¬дель мониторинга орошаемых земель Гиссарской долины Республики Таджи¬кистан, основной целью алгоритма является создание методики мониторинга орошаемых земель для условий усиления природно-антропогенной нагрузки. Предложенный алгоритм модели мониторинга орошаемых земель Гиссарской до¬лины, включает в себя такие этапы, как: исследование методической базы мони¬торинга земель по классификационным признакам; выявление природно-географических особенностей Гиссарской долины; определение факторов при¬родно-техногенных процессов, оказывающих негативное влияние на экологиче¬ское состояние орошаемых земель на основе применения различных статистиче¬ских программ; формирование системы показателей для ведения мониторинга орошаемых земель Гиссарской долины; разработка методики ведения монито¬ринга орошаемых земель на основе разработанной системы показателей наблю¬дения и актуализации для участков исследования на территории орошаемых зе¬мель, инженерных мелиоративных и ирригационных сооружений, объектов вод-
136

ного хозяйства, а также природной среды.
2. Уникальное расположение Республики Таджикистан (вытянутость до 700 км с запада на восток, с большими перепадами высот от 300 до 7495 м) определяет особенности климатические и природные, размещение населения на территории республики, ее численность, развитие хозяйственной деятельности. Установлено, что годовой прирост населения в среднем составляет 2,24%, плотность населения Таджикистана равна 65,7 чел. на 1кв. км, а в Гиссарском районе плотность составляет 277 чел. на 1кв. км, что свидетельствует об осо¬бых условиях территории, ее привлекательности для проживания с точки зре¬ния природно-климатических условий, а также возможности развития сельско¬го хозяйства, а также это свидетельствует о все увеличивающейся антропоген¬ной нагрузке на окружающую среду и, прежде всего, земельные ресурсы, в ос¬нове которых лежат орошаемые земли. Кроме этого, горные территории Рес¬публики являются местообитанием уникальных, животных, птиц, млекопита¬ющих и произрастания редких растений, занесенных в Красную книгу.
3. Автором выполнен анализ природно-техногенных факторов, которые оказывают негативное влияние на состояние орошаемых земель. Площадь де¬градированных земель в Таджикистане составляет около 97,9% территории. Ежегодно около 50 тыс. га возделанных земель подвергаются различной степе¬ни опустынивания. Установлены факторы, которые оказывают негативное вли¬яние на орошаемые земли на исследуемых участках Гиссарской долины, основ¬ными из которых являются: воздействие геоморфологических, геологических, климатических, почвенно-растительных и хозяйственных условий, вызываю¬щие деградацию почвенного покрова (водную и ветровую (дефляцию) эрозию, оврагообразование, переувлажнение и заболачивание, засоление о осланцева¬ние, уплотнение и стилизацию). Кроме природных факторов (как было указано выше), к деградации приводят антропогенные факторы, воздействующие на орошаемые земли, к которым относится, например, состояние коллекторно¬дренажной системы (КДС), протяженность которой составляет 13096.2 км, об-
137

щая протяженность оросительной системы составляет 29793.9 км.
4. Установлено, что одним из основных загрязнителей окружающей сре¬ды в Гиссарской долине является Алюминиевый завод, расположенный в Тур- сунзадевском районе, оказывающий техногенное загрязнение выбросами в ат¬мосферу тяжелых металлов и металлоидов. Показано, что в Гиссарской долине опустыниванию в сильной степени, подвергается более 14 тыс. га земель, и еще почти 22 тыс. га в средне - слабой степени, в том числе и земли на староорошае¬мой территории долины, пахотные земли почти на две трети подвержены водной эрозии (63,4%) и более половина из них эродированы в средней и сильной степе¬ни. Более 93% пастбищных земель подвержены эродированности.
5. Выполнен сбор и анализ многоспектральных спутниковых снимков со спутника Landsat 7 и Landst 8 с помощью программного обеспечения ArcGis. В процессе их анализа получены карты по индексу NDVI с 2010 по 2019 годы и проследили изменения в площади покрытия растительностью на протяжении 2010-2019 годов. А затем получили карты MNDWI с 2010 по 2019 годы, покры¬тия водой и определили участки, относящиеся к орошаемым землям с помощью полученных данных по растительности и покрытия водой.
6. Проведена группировка негативных процессов, возникающих в Гис- сарской долине в следующие группы: природный, техногенный, социальный, выполнен корреляционный и факторный анализ с применением программных продуктов «Statistica» v.10.0, JMP Statistic 15 и Minitab 19. Результаты корреля¬ционного и факторного анализа дают возможность выявить наиболее значимые нагрузки на агроландшафты. Разработанная методика обоснования установле¬ния актуальных, достоверных показателей, обработка с помощью современных программных продуктов больших данных, результаты обработки мониторинго¬вых измерений были использованы для оценки состояния орошаемых земель Гиссарской долины и составления картосхем на районы Гиссарской долины, в которую входят: Гиссарский; Шахринавский; Турсунзадевский. Проведенный
анализ показывает, что система контролируемых показателей мониторинга
138

орошаемых земель в полной мере укладывается в модель, определяемую таки¬ми показателями как: состояние, воздействие, продуктивность.
7. Определены скрытые факторы, влияющие на состояние орошаемых зе¬мель и прогнозирование развития изменения их состояния. Рассмотрены показа¬тели для водных ресурсов и растительности орошаемых земель, на которые ока¬зывают влияние климатические факторы: среднемесячная температура; среднего¬довые осадки; средняя влажность; среднегодовая скорость ветра; среднее количе¬ство солнечных дней в году. Полученные показатели обрабатываются с исполь¬зованием статистических программных продуктов JMP Statistical Discovery, Minitab 19, Statistica. В первую очередь проводится проверка показателей на нормальность распределения данных для выбора критерия с целью дальнейше¬го анализа. На основании данных, полученных методом Хольта-Винтерса, с помо¬щью метода ANOVA мы рассчитываем влияние групп показателей на орошаемые земли и площадь покрытия водой в следующие три года. Установлено, что на орошаемые земли наиболее сильно будут влиять следующие группы факторов: температура и осадки; температура и влажность; температура и скорость ветра; температура и солнце; влажность и скорость ветра; влажность и солнце. А на воду будут влиять: температура и осадки; температура и влажность; температу¬ра и скорость ветра; температура и солнце; осадки и влажность; осадки и ско¬рость ветра; осадки и солнце; влажность и скорость ветра; влажность и солнце.
8. Анализ качественного состояния орошаемых земель Гиссарской долины автором, позволил установить, что почти на всей территории долины наблюдает¬ся развитие процессов деградации почвенного и растительного покровов, крити¬ческое экологическое состояние. Проведение землеустроительных работ на этих землях на агроландшафтной основе в комплексе с другими работами, позволит обеспечить рациональное их использование и добиться устойчивого их состоя¬ния. Для этих целей требуется актуальная информация об их состоянии и ис¬пользовании, получаемой в результате проведения мониторинга орошаемых зе¬мель по материалам дистанционного зондирования, проведенных полевых ис-
139

следований и обработки комплекса полученных данных с применением различ¬ных статистических программных продуктов и геоинформационных систем.
9. Автором на основе разработанной методики выбора наиболее инфор¬мативных показателей и использования космических снимков Landsat, полу¬ченных на период времени с 2010 г. по 2020 г. с применением геоинформаци- онных систем для обработки полученных данных мониторинга орошаемых зе¬мель разработаны картосхемы, отражающие современное состояние орошае¬мых земель Гиссарской долины на основе и разработаны предложения по реа¬билитации оросительной системы Гиссарской долины, которая обеспечит устойчивое развитие использования этих земель.