ecodagЮг России: экология, развитиеSouth of Russia: ecology, development1992-10982413-0958State Institute of Applied Ecology of the Republic of Dagestan10.18470/1992-1098-2022-1-151-161ecodag-2420Research ArticleМЕТОДЫ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙENVIRONMENTAL RESEARCH METHODSОпыт разработки геоинформационной системы пойменных земель Донского бассейнаDevelopmental experience of the geoinformation system for floodplain lands of the Don basinhttps://orcid.org/0000-0002-7635-912XСолодовниковД. А.SolodovnikovD. A.

Денис А. Солодовников, кандидат географических наук, заведующий кафедрой географии и картографии

400062, г. Волгоград, пр. Университетский, 100Тел. +78442461639

Denis A. Solodovnikov, Candidate of Geography Sciences, Head, Department of Geography and Cartography

100 Universitetsky Pr., Volgograd, 400062Tel. +78442461639

solodovnikov@volsu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9269-4489ШинкаренкоС. С.ShinkarenkoS. S.

Станислав С. Шинкаренко

Волгоград

Stanislav S. Shinkarenko

Volgograd

https://orcid.org/0000-0001-9217-6529ХаванскаяН. М.KhavanskayaN. M.

Наталья М. Хаванская

Волгоград

Natalya M. Khavanskaya

Volgograd

https://orcid.org/0000-0001-8588-8501КукушкинаН. А.KukushkinaN. A.

Наталья А. Кукушкина

Волгоград

Natalya A. Kukushkina

Volgograd

Волгоградский государственный университетРоссияVolgograd State UniversityRussian FederationВолгоградский государственный университет; Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения РАНРоссияVolgograd State University; Federal Scientific Centre of Agroecology, Complex Amelioration and Protective Afforestation, Russian Academy of SciencesRussian Federation202205042022171151161Copyright © Солодовников Д.А., Шинкаренко С.С., Хаванская Н.М., Кукушкина Н.А., 20222022Солодовников Д.А., Шинкаренко С.С., Хаванская Н.М., Кукушкина Н.А.Solodovnikov D.A., Shinkarenko S.S., Khavanskaya N.M., Kukushkina N.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ecodag.elpub.ru/ugro/article/view/2420

Цель. В работе описывается опыт разработки геоинформационной системы пойменных земель Донского бассейна. Играя большую роль в хозяйстве, поймы рек обеспечивают воспроизводство сенокосов и пастбищ, рыбы, водоплавающих и околоводных птиц, a в аридной зоне в них концентрируются лесные ресурсы и дикие животные. Но в настоящее время отсутствует единая база данных, которая бы позволила анализировать важнейшие характеристики пойменных ландшафтов.Материал и методы. Реализация элементов базы данных была осуществлена c использованием следующих методов. Площадь бассейна реки (притока), уклон и экспозиция бортов долины, уклон русла реки и длина водотока, площади пойм, сельскохозяйственных угодий на пойменных землях, лесных угодий, коэффициенты извилистости реки и развитости поймы и количество, площадь и объем малых водохранилищ получаются при обработке цифровых моделей рельефа функциями модуля Spatial Analyst и космоснимков в автоматическом режиме.Результаты. На первом этапе исследования авторами разработаны 14 важнейших характеристик, которые составляют основу современной базы данных по поймам бассейна реки Дон и определены алгоритмы и методики расчета каждого показателя.Заключение. Создание специализированной геоинформационной системы пойменных земель бассейна Дона позволяет решать частные задачи унификации данных и взаимодействия отдельных модулей электронного атласа между собой и c внешними ресурсами web‐картографических сервисов и баз данных. Полученный атлас найдет широкое применение в сферах управления водными и земельными ресурсами и охраны природы.

Aim. The work describes the experience of developing a geographic information system for the floodplain lands of the Don basin. Playing a large role in the economy, river floodplains provide reproduction of hayfields and pastures, fish, waterfowl and birds which live near water, and in the arid zone they concentrate forest resources and wild animal populations. However, until the present there has been no single database that would allow us to analyse the most important characteristics of floodplain landscapes.Material and Methods. The implementation of the database elements was carried out using the following methods. The area of the river basin (tributary), the slope and exposure of the sides of the valley, the slope of the river bed and the length of the watercourse, the area of floodplains, agricultural land on floodplain lands, forest land, the tortuosity of the river and the development of the floodplain and the number, area and volume of small reservoirs were obtained by processing digital terrain models employing functions of the Spatial Analyst module and satellite images in automatic mode.Results. During this first stage of the study, the authors developed 14 important characteristics that form the basis of a modern database for the floodplains of the Don River Basin and determined algorithms and methods for calculating each indicator.Conclusion. The creation of a specialized geographic information system for the floodplain lands of the Don basin permits the solution of particular problems of data unification and the interaction of individual electronic atlas modules with each other and with the external resources of web‐mapping services and databases. The resulting atlas should find wide application in the areas of water and land management and nature conservation.

Поймагеоинформационные системыбассейн рекиуправление водными ресурсамирека Донбаза данныхэлектронный атласFloodplaingeoinformation systemsriver basinwater resources managementDon Riverdatabaseelectronic atlasРабота выполнена в рамках темы НИР ФНЦ агроэкологии РАН No 0713‐2019‐0001.The work was carried out within a theme of the Federal Scientific Centre of Agroecology of the Russian Academy of Sciences No. 0713‐2019‐0001.ReferencesФащевский Б.В. Гидрологические аспекты охраны и рационального использования пойменных ландшафтов // Гидрологические исследования ландшафтов. Новосибирск: Наука, 1986. С. 57‐64.Faschevskiy B.V. [Hydrological aspects of protection and rational use of floodplain landscapes]. In: Gidrologicheskie issledovaniya landshaftov [Hydrological studies of landscapes]. Novosibirsk, Nauka Publ., 1986, pp. 57‐64. (In Russian)Robert A. River Processes: An Introduction to Fluvial Dynamics. 2003, Arnold, London. 240 p.Robert A. River Processes: An Introduction to Fluvial Dynamics. Arnold, London, 2003, 240 p.Onistratenko N.V., Ivantsova E.A., Denysov A.A., Solodovnikov D.A. Heavy metals in suburban ecosystems of industrial centres and ways of their reduction // Ekologia Bratislava. 2016. V. 35. N 3. P. 205‐212. DOI: 10.1515/eko‐2016‐0016Onistratenko N.V., Ivantsova E.A., Denysov A.A., Solodovnikov D.A. Heavy metals in suburban ecosystems of industrial centres and ways of their reduction. Ekologia Bratislava, 2016, vol. 35, no. 3, pp. 205‐212. DOI: 10.1515/eko‐2016‐0016Червань А.Н., Романенко С.С. Пространственное отображение устойчивости почв к техногенному засолению в Солигорском горнопромышленном районе на основе почвенных комбинаций // Почвоведение. 2019. N 8. С. 993‐1003. DOI: 10.1134/S0032180X19080057Chervan A.N., Romanenko S.S. Spatial mapping of soil resistance to technogenic salinization in the Soligorsk mining district based on soil combinations. Eurasian Soil Science, 2019, no. 8, pp. 993‐1003. (In Russian) DOI: 10.1134/S0032180X19080057Kuzmina Zh.V., Shinkarenko S.S., Solodovnikov D.A. Main Tendencies in the Dynamics of Floodplain Ecosystems and Landscapes of the Lower Reaches of the Syr Darya River under Modern Changing Conditions // Arid Ecosystems. 2019. V. 9. N 4. P. 226‐236. DOI: 10.24411/1993‐3916‐2019‐10070Kuzmina Zh.V., Shinkarenko S.S., Solodovnikov D.A. Main Tendencies in the Dynamics of Floodplain Ecosystems and Landscapes of the Lower Reaches of the Syr Darya River under Modern Changing Conditions. Arid Ecosystems, 2019, vol. 9, no. 4, pp. 226‐236. DOI: 10.24411/1993‐3916‐2019‐10070Zyl J. van. The shuttle radar topography mission (SRTM): A breakthrough in remotesensing of topography // Acta Astronautica. 2001. V. 48. Iss. 5‐12. P. 559‐565. DOI: 10.1016/S0094‐5765(01)00020‐0Zyl J. van. The shuttle radar topography mission (SRTM): A breakthrough in remotesensing of topography. Acta Astronautica, 2001, vol. 48, iss. 5‐12, pp. 559‐565. DOI: 10.1016/S0094‐5765(01)00020‐0Martz L.W., Garbrecht J. Automated Extracion of Drainage Network and Watershed Data from Digital Elevation Models // Water Resources Bulletin, American Water Resources Association. 1993. V. 29. Iss. 6. P. 901‐908. DOI: 10.1111/j.1752‐1688.1993.tb03250.xMartz L.W., Garbrecht J. Automated Extracion of Drainage Network and Watershed Data from Digital Elevation Models. Water Resources Bulletin, American Water Resources Association, 1993, vol. 29, iss. 6, pp. 901‐908. DOI: 10.1111/j.1752‐1688.1993.tb03250.xКащавцева А.Ю., Шипулин В.Д. Моделирование речных бассейнов средствами ArcGIS 9.3 // Ученые записки Таврического национального университета имени В.И. Вернадского. Серия «География». 2011. Т. 24 (63). С. 85‐92.Kashchavtseva A.Yu., Shipulin V.D. Modeling of River Basins by Means of ArcGIS 9.3. Uchenye zapiski Tavricheskogo natsionalnogo universiteta imeni V.I. Vernadskogo. Seriya “Geografiya” [Scientific notes of the Taurida National University named after V.I. Vernadsky. Series “Geography”]. 2011, vol. 24 (63), pp. 85‐92. (In Russian)Harvey A. Introducing Geomorphology: A Guide to Landforms and Processes. 2012, Dunedin Academic Press, Edinburgh. 136 p.Harvey A. Introducing Geomorphology: A Guide to Landforms and Processes. Dunedin Academic Press, Edinburgh, 2012, 136 p.Шинкаренко С.С., Солодовников Д.А. Формирование новой дельты Сырдарьи // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. N 2. С. 267‐271. DOI: 10.21046/2070‐7401‐2018‐15‐2‐267‐271Shinkarenko S.S., Solodovnikov D.A. Formation of a new delta of Syr Darya. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa, 2018, vol. 15, no. 2, pp. 267‐271. (In Russian) DOI: 10.21046/2070‐7401‐2018‐15‐2‐267‐271Solodovnikov D.A., Shinkarenko S.S. Present‐Day Hydrological and Hydrogeological Regularities in the Formation of River Floodplains in the Middle Don Basin // Water Resources. 2020. V. 47. N 6. P. 977‐986. DOI: 10.1134/S0097807820060135Solodovnikov D.A., Shinkarenko S.S. Present‐Day Hydrological and Hydrogeological Regularities in the Formation of River Floodplains in the Middle Don Basin. Water Resources, 2020, vol. 47, no. 6, pp. 977‐986. DOI: 10.1134/S0097807820060135Шинкаренко С.С., Барталев С.А., Берденгалиева А.Н., Выприцкий А.А. Динамика площадей водоемов Западного ильменно‐бугрового района дельты Волги // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. N 4. С. 285‐290. DOI: 10.21046/2070‐7401‐2021‐18‐4‐285‐290Shinkarenko S.S., Bartalev S.A., Berdengalieva A.N., Vypritskii A.A. Dynamics of water bodies areas in the Western Ilmen Lake Region of the Volga Delta. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa, 2021, vol. 18, no. 4, pp. 285‐290. (In Russian) DOI: 10.21046/2070‐7401‐2021‐18‐4‐285‐290Gao B. NDWI – A normalized difference water index for remote sensing of vegetation liquid water from space // Remote sensing of environment. 1996. V. 58. N 3. P. 257‐266. DOI: 10.1016/S0034‐4257(96)00067‐3Gao B. NDWI – A normalized difference water index for remote sensing of vegetation liquid water from space. Remote sensing of environment, 1996, vol. 58, no. 3, pp. 257‐266. DOI: 10.1016/S0034‐4257(96)00067‐3Шинкаренко С.С., Кошелева О.Ю., Солодовников Д.А., Рулев А.С. Динамика береговой линии острова Сарпинский на Нижней Волге // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. N 5. С. 120‐129. DOI: 10.21046/2070‐7401‐2019‐16‐5‐120‐129Shinkarenko S.S., Kosheleva O.Yu., Solodovnikov D.A., Rulev A.S. Coastline dynamics of the Sarpinsky Island on the Lower Volga. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa, vol. 16, no 5. pp. 120‐129. (In Russian) DOI: 10.21046/2070‐7401‐2019‐16‐5‐120‐129Векторные слои и готовые проекты на базе Open Street Map в формате ESRI shapefile URL: https://data.nextgis.com/ (дата обращения: 23.05.2020)Vektornye sloi i gotovye proekty na baze Open Street Map v formate ESRI shapefile [Vector layers and ready‐to‐go GIS projects based on Open Street Map in ESRI shapefile format]. Available at: https://data.nextgis.com/en/ (accessed 23.05.2020)Romanova T.A., Chervan’ A.N., Andreeva V.L. The theoretical basis and practical significance of the study of soil cover structure // Eurasian Soil Science. 2011. V. 44. P. 272‐280. DOI: 10.1134/S106422931101011XRomanova T.A., Chervan A.N., Andreeva V.L. The theoretical basis and practical significance of the study of soil cover structure. Eurasian Soil Science, 2011, vol. 4, pp. 272‐280. DOI: 10.1134/S106422931101011XLamarche C., Santoro M., Bontemps S., d’Andrimont R., Radoux J., Giustarini L., Brockmann C., Wevers J., Defourny P., Arino O. Compilation and validation of SAR and optical data products for a complete and global map of inland/ocean water tailored to the climate modeling community // Remote Sensing. 2017. V. 9. N 1. 36 p. DOI: 10.3390/rs9010036Lamarche C., Santoro M., Bontemps S., D’Andrimont R., Radoux J., Giustarini L., Brockmann C., Wevers J., Defourny P., Arino O. Compilation and validation of SAR and optical data products for a complete and global map of inland/ocean water tailored to the climate modeling community. Remote Sensing, 2017, vol. 9, no. 1, 36 p. DOI: 10.3390/rs9010036Jun Ch., Ban Y., Li S. China: Open access to Earth land‐cover map // Nature. 2014. Iss. 514 (7523). P. 434. DOI: 10.1038/514434cJun Ch., Ban Y., Li S. China: Open access to Earth land‐cover map. Nature, 2014, iss. 514 (7523), 434 p. DOI: 10.1038/514434cСидорчук А.Ю., Панин А.В., Борисова О.К. Снижение стока рек равнин Северной Евразии в оптимум голоцена // Водные ресурсы. 2012. Т. 39. N 1. С. 40‐53.Sidorchuk A.Yu., Panin A.V., Borisova O.K. River runoff decrease in North‐Eurasian plains during the holocene optimum. Vodnye resursy [Water resources]. 2012, vol. 39, no. 1, pp. 40‐53. (In Russian)Философов В.П. Краткое руководство по морфометрическому методу поисков тектонических структур. Саратов: Изд‐во Саратовского ун‐та, 1960. 96 с.Filosofov V.P. Kratkoe rukovodstvo po morfometricheskomu metodu poiskov tektonicheskikh struktur [Brief management to a morphometrical method of search for tectonic structures]. Saratov, SSU Publ., 1960, 96 p. (In Russian)Солодовников Д.А., Филиппов О.В. Геологическое строение и современные тектонические движения в районе Александровского грабена // Проблемы комплексного исследования Волгоградского водохранилища. Сборник научных статей. Ответственный редактор: А.В. Плякин; Федеральное агентство по образованию, Волгоградский государственный университет. Волгоград, 2009. С. 71‐83.Solodovnikov D.A., Filippov O.V. [Geological Structure and Neotectonic Displacements in Aleksandrovsky Graben’s Area]. In: Problemy kompleksnogo issledovaniya Volgogradskogo vodokhranilishcha [Problems of Complex Research of the Volgograd Water Reservoir]. Volgograd, VSU Publ., 2009, pp. 71‐83. (In Russian)Солодовников Д.А., Хаванская Н.М., Вишняков Н.В., Иванцова Е.А. Методические основы геофизического мониторинга грунтовых вод речных пойм // Юг России: экология, развитие. 2017. Т. 12. N 3. С. 106‐114.Solodovnikov D.A., Khavanskaya N.M., Vishnyakov N.V., Ivantsova E.A. Methodical basis of geophysical monitoring of ground water river floodland. Yug Rossii: ekologiya, razvitie [South of Russia: ecology, development]. 2017, vol. 12, no. 3, pp. 106‐114. (In Russian)Solodovnikov D.A. Modeling of groundwater dynamics and landscapes of river floodplains of the Lower Volga region // 19th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM. 2019. V. 12. Hydrology and Water Resources. P. 387‐392. DOI 10.5593/sgem2019/3.1/S12.050Solodovnikov D.A. Modeling of groundwater dynamics and landscapes of river floodplains of the Lower Volga region. 19th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM, 2019, vol. 12, Hydrology and Water Resources, pp. 387‐392. DOI 10.5593/sgem2019/3.1/S12.050Солодовников Д.А., Шинкаренко С.С., Вишняков Н.В., Хаванская Н.М. Грунтовые воды речных пойм – годовая динамика и математические модели // Природные системы и ресурсы. 2019. Т. 9. N 3. С. 54‐63. DOI: 10.15688/nsr.jvolsu.2019.2.7Solodovnikov D.A., Shinkarenko S.S., Vishnyakov N.V., Khavanskaya N.M. Groundwater of river floodplains – intra‐annual dynamics and mathematical models. Natural Systems and Resources, 2019, vol. 9, no. 2, pp. 54‐63. (In Russian) DOI: 10.15688/nsr.jvolsu.2019.2.7Анучина Н.А., Шилова Н.В. Ожидаемые демографические тенденции развития Волгоградской области // Естественные и технические науки. 2018. N 12 (126). С. 151‐153.Anuchina N.A., Shilova N.V. Expected demographic trends in the Volgograd region. Estestvennye i tekhnicheskie nauki [Natural and technical Sciences]. 2018, no. 12 (126), pp. 151‐153 (In Russian)Джамалов Р.Г., Фролова Н.Л., Киреева М.Б. Современные изменения водного режима рек в бассейне Дона // Водные ресурсы. 2013. Т. 40. N 6. С. 544‐556.Jamalov R.G., Frolova N.L., Kireeva M.B. Modern changes in the water regime of rivers in the Don basin. Vodnye resursy [Water resources]. 2013, vol. 40, no. 6, pp. 544‐556. (In Russian)Российский регистр гидротехнических сооружений 2020. Справочное пособие М.: Ростехнадзор, ФГБУ «Центр Российского регистра гидротехнических сооружений», 2020. 1304 с.Rossiiskii registr gidrotekhnicheskikh sooruzhenii [Russian Register of Hydraulic Constructions]. Moscow, Rostekhnadzor, FGBU “Tsentr Rossiiskogo registra gidrotekhnicheskikh sooruzhenii” Publ., 2020, 1304 p. (In Russian)Кузьмина Ж.В., Трешкин С.Е. Методика оценки нарушений в наземных экосистемах и ландшафтах в результате климатических и гидрологических изменений // Экосистемы: экология и динамика. 2017 Т. 1. N 3. С. 146‐188.Kuzmina Zh.V., Treshkin S.E. Evaluation of disturbances in terrestrial ecosystems and landscapes caused by changes of climate and hydrological conditions. Ekosistemy: ekologiya i dinamika [Ecosystems: Ecology and Dynamics]. 2017, vol. 1, no. 3, pp. 146‐188. (In Russian)Golub V.B., Chuvashov A.V., Bondareva V.V., Gerasimova K.A., Nikolaichuk L.F. Changes in the flora composition of the Volga‐Akhtuba floodplain after regulation of the flow of Volga river // Arid ecosystems. 2020. V. 10. N 1. P. 44‐51. DOI: 10.1134/S2079096120010047Golub V.B., Chuvashov A.V., Bondareva V.V., Gerasimova K.A., Nikolaichuk L.F. Changes in the flora composition of the Volga‐Akhtuba floodplain after regulation of the flow of Volga river. Arid ecosystems, 2020, vol. 10, no. 1, pp. 44‐51. DOI: 10.1134/S2079096120010047Kuzmina Zh.V., Treshkin S.E., Shinkarenko S.S. Effects of River Control and Climate Changes on the Dynamics of the Terrestrial Ecosystems of the Lower Volga Region // Arid Ecosystems. 2018. V. 8. N 4. P. 231‐244. DOI: 10.1134/S2079096118040066Kuzmina Zh.V., Treshkin S.E., Shinkarenko S.S. Effects of River Control and Climate Changes on the Dynamics of the Terrestrial Ecosystems of the Lower Volga Region. Arid Ecosystems, 2018, vol. 8, no. 4, pp. 231‐244. DOI: 10.1134/S2079096118040066Булыгина О.Н., Разуваев В.Н., Александрова Т.М. Описание массива данных суточной температуры воздуха и количества осадков на метеорологических станциях России и бывшего СССР (TTTR) Свидетельство о государственной регистрации базы данных N 2014620942. 2004. URL: http://meteo.ru/data/162‐temperature‐precipitation#описание‐массива‐данных (дата обращения: 23.05.2020)Bulygina O.N., Razuvaev V.N., Aleksandrova T.M. Opisanie massiva dannykh sutochnoi temperatury vozdukha i kolichestva osadkov na meteorologicheskikh stantsiyakh Rossii i byvshego SSSR (TTTR) [Description of the data array of daily air temperature and precipitation at meteorological stations in Russia and the former USSR (TTTR)] Certificate of database registration RF no. 2014620942, 2004. (In Russian) Available at: http://meteo.ru/data/162‐temperature‐precipitation#opisanie‐massiva‐dannykh (accessed 23.05.2020)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.