ecodagЮг России: экология, развитиеSouth of Russia: ecology, development1992-10982413-0958State Institute of Applied Ecology of the Republic of Dagestan10.18470/1992-1098-2024-2-13ecodag-3157Research ArticleГЕОЭКОЛОГИЯGEOECOLOGYМорфометрическая характеристика рельефа и оценка эрозионной опасности бассейна р. Калаус на основе цифрового моделированияMorphometric characteristics of the relief and assessment of erosional hazards of the Kalaus River basin, Russia, based on digital modellinghttps://orcid.org/0000-0003-2004-9429МишвеловЕ. Г.MishvelovE. G.

Евгений Г. Мишвелов, доктор биологических наук, профессор, кафедра экологии и биогеографии

355000, г. Ставрополь, ул. Пушкина, 1

Тел. +79614973994

Evgeny G. Mishvelov, Doctor of Biological Sciences, Professor, Department of Ecology and Biogeography

1 Pushkin St, Stavropol, 3550000

Tel. +79614973994

mishvelov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9670-7219КорниенкоА. И.KornienkoA. I

Артем И. Корниенко

Ставрополь

Artem I. Kornienko

Stavropol

https://orcid.org/0000-0003-3979-4293ГусейноваН. О.GuseynovaN. O.

Надира О. Гусейнова

Махачкала

Nadira O. Guseynova

Makhachkala

https://orcid.org/0000-0003-0028-582XТихоновЭ. Е.TikhonovE. E.

Эдуард Е. Тихонов

Невинномысск

Edward E. Tikhonov

Nevinnomyssk

https://orcid.org/0000-0003-4049-7341ПавленкоЕ. Н.PavlenkoE. N.

Елена Н. Павленко

Невинномысск

Elena N. Pavlenko

Nevinnomyssk

Северо‐Кавказский федеральный университетРоссияNorth Caucasus Federal UniversityRussian FederationДагестанский государственный университетРоссияDagestan State UniversityRussian FederationНТИ (филиал) Северо‐Кавказский федеральный университетРоссияNTI (branch) of the North Caucasus Federal UniversityRussian Federation202422072024192147159Copyright © Мишвелов Е.Г., Корниенко А.И., Гусейнова Н.О., Тихонов Э.Е., Павленко Е.Н., 20242024Мишвелов Е.Г., Корниенко А.И., Гусейнова Н.О., Тихонов Э.Е., Павленко Е.Н.Mishvelov E.G., Kornienko A.I., Guseynova N.O., Tikhonov E.E., Pavlenko E.N.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ecodag.elpub.ru/ugro/article/view/3157

Цель – проведение анализа эрозионной опасности в границах водосборного бассейна р. Калаус.Использованы отраслевые и кадастровые карты, цифровая модель рельефа, космоснимки, официальные данные министерств и ведомств. Основой для проведения моделирования выступали геоинформационные системы – QGIS и SAGA GIS.Приведены результаты ГИС‐моделирования эрозионной опасности на территории бассейна р. Калаус. На основе цифровой модели рельефа (ЦМР) SRTM рассчитаны базовые морфометрические показатели рельефа: крутизну склонов, вертикальное и горизонтальное расчленение рельефа. На основе морфометрических показателей проведен интегральный расчет энергии рельефа и эрозионной опасности, создана серия соответствующих тематических карт. Полученные значения крутизны склонов в границах бассейна варьируют от 0° до 51° при средних значениях в 2,5°. Горизонтальное расчленение варьирует в интервале от 0 до 0,84 км/км2, а базисы эрозии характеризуются разбросом значений от ‐15,0 до 248,6 м, при среднем значении в 33,0 м. Формированию эрозионного потенциала рельефа бассейна способствует расположение значительной части территории на отрогах Ставропольской возвышенности с широко развитыми уклонами. На основе рассчитанного растра интегрального показателя энергии рельефа выделены 3 категории эрозионной опасности. Большая часть бассейна р. Калаус (58,4 %) характеризуется слабой эрозионной опасностью, еще 39,0 % территории приходятся на среднюю эрозионную опасность, оставшиеся 2,9 % – к территориям с сильной эрозионной опасностью. Проведенная на основе ЦМР классификация форм поверхности рельефа по методу Ивахаши и Пайка показывает гораздо большую распространенность крутых склонов с высокой выпуклостью в юго‐западной части бассейна р. Калаус.Выявленные особенности уровня эрозионной опасности земель бассейна р. Калаус рекомендуется учитывать в прединвестиционной, предпроектной и проектной градостроительных сферах для территорий административных единиц, расположенных в границах бассейна, их ценность при планировании рационального землепользования также очевидна. Результаты работы могут быть использованы для проведения аналогичной оценки в других регионах, в первую очередь при организации сельскохозяйственного производства.

In this work, the main goal was to analyse the erosional hazards within the boundaries of the Kalaus River catchment area.The paper analyses the erosive state of the region's lands, for which industry and cadastral maps, a digital elevation model and satellite images were used. Official data of ministries and departments were used. Geographic information systems – QGIS and SAGA GIS – served as the basis for modelling. The article presents the results of GIS modeling of erosional hazards in the territory of the Kalaus River basin. Based on the (DEM) SRTM digital elevation model, the basic morphometric indicators of the relief were calculated: steepness of the slopes and vertical and horizontal dissection of the relief. Based on morphometric indicators, an integral calculation of the energy of relief and erosion hazard was carried out and a series of relevant thematic maps was created. The values of slope steepness obtained within the boundaries of the basin range from 0° to 51° with average values of 2.5°. The horizontal dissection varies in the range from 0 to 0.84 km/km2, and the erosion bases are characterized by a range of values from – 15.0 to 248.6 m, with an average value of 33.0 m. The formation of the erosional potential of the basin’s relief is facilitated by the location of a significant part of the region on the spurs of the Stavropol Upland, which have widely developed slopes. Based on the calculated raster of the integral energy index of the relief, 3 categories of erosional hazard are identified. Most of the basin of the Kalaus River (58.4 %) is characterised by a low erosion hazard, another 39.0 % of the territory presents an average erosion hazard, and the remaining 2.9 % belongs to territories with a strong erosion hazard. The classification of relief surface shapes based on the Iwahashi and Pike method, which was carried out on the basis of a DEM, shows a much greater prevalence of steep slopes with high convexity in the southern part of the Kalaus River basin.The identified features of the level of erosional hazard of the lands of the Kalaus River basin are recommended to be taken into account in preinvestment, pre‐design and urban project planning of the territories of administrative units located within the boundaries of the basin. Despite the fact that the results of GIS analysis cannot completely replace field erosion surveys, their value as a tool for planning rational land use is obvious. The results of the work can be used to carry out a similar assessment in other regions, primarily in the organisation of agricultural production.

Речной бассейнрека Калаусэрозионная опасностьСтавропольский крайГИС‐технологииморфометрический анализсельскохозяйственные землиSRTMформы рельефаRiver basinKalaus Rivererosion hazardStavropol TerritoryGIS technologiesmorphometric analysisagricultural landsSRTMlandformsReferencesАнтонов С.А. Тенденции изменения климата и их влияние на земледелие Ставропольского края // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2017. Т. 66. N 4. С. 43–46.Antonov S.A. Trends in climate change and their impact on agriculture in the Stavropol Territory. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Proceedings of the Orenburg State Agrarian University]. 2017, vol. 66, no. 4, pp. 43–46. (In Russian)Бадахова Г.Х., Каплан Г.Л., Кравченко Н.А. Изменение климата и экологические риски в Центральном Предкавказье // Материалы IV Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы современной науки», Москва: ISI-journal. 2016. С. 123–128.Badakhova G.Kh., Kaplan G.L., Kravchenko N.A. Izmenenie klimata i ekologicheskie riski v Tsentral'nom Predkavkaz'e [Climate change and environmental risks in the Central Caucasus]. Materialy IV Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii «Problemy i perspektivy sovremennoi nauki», Moskva, ISI-journal, 2016 [Proceedings of the IV International Scientific and Practical Conference "Problems and prospects of modern Science", Moscow: ISI-journal, 2016]. Moscow, pp. 123–128. (In Russian)Буряк Ж.А. Совершенствование подходов к оценке эрозионной опасности агроландшафтов с использованием ГИС-технологий // Региональные геосистемы. 2014. Т. 29. N 23(194). С. 140–146.Buryak Zh.A. Improving approaches to assessing the erosion hazard of agricultural landscapes using GIS technologies. Regional'nye geosistemy [Regional geosystems]. 2014, vol. 29, no. 23(194), pp. 140–146. (In Russian)Гофаров М.Ю., Кутинов Ю.Г., Болотов И.Н. Оценка развития эрозионных процессов в северотаежных ландшафтах Русской равнины с применением ГИС-технологий // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2005. N 4. С. 362–369.Gofarov M.Yu., Kutinov Yu.G., Bolotov I.N. Assessment of the development of erosion processes in the North taiga landscapes of the Russian plain using GIS technologies. Geoekologiya. Inzhenernaya geologiya, gidrogeologiya, geokriologiya [Geoecology. Engineering geology, hydrogeology, geocryology]. 2005, no. 4, pp. 362–369. (In Russian)Деревенец Д.К. Применение ГИС-технологий как составной части цифровой экономики с целью повышения эффективности противоэрозионных мероприятий // Инвестиции, строительство, недвижимость как драйверы социально-экономического развития территории и повышения качества жизни населения. 2020. С. 119–126.Derevenets D.K. The use of GIS technologies as an integral part of the digital economy in order to increase the effectiveness of anti-erosion measures. Investitsii, stroitel'stvo, nedvizhimost' kak draivery sotsial'noekonomicheskogo razvitiya territorii i povysheniya kachestva zhizni naseleniya [Investments, construction, real estate as drivers of socio-economic development of the territory and improvement of the quality of life of the population]. 2020, pp. 119–126. (In Russian)Павлова А.И. Применение нейронной экспертной системы и ГИС для классификации эрозионных земель // Современные информационные технологии и ИТ-образование. 2014. N 10. С. 312–319.Pavlova A.I. Application of the neural expert system and GIS for the classification of erosive lands. Sovremennye informatsionnye tekhnologii i IT-obrazovanie [Modern information technologies and IT-education]. 2014, no. 10, pp. 312–319. (In Russian)Bilașco Ș., et al. A GIS-based spatial analysis model approach for identification of optimal hydrotechnical solutions for gully erosion stabilization. Case Study // Applied Sciences. 2021. V. 11. N 11. Article ID: 4847. https://doi.org/10.3390/app11114847Bilașco Ș., et al. A GIS-based spatial analysis model approach for identification of optimal hydrotechnical solutions for gully erosion stabilization. Case Study. Applied Sciences, 2021, vol. 11, no. 11, article id: 4847. https://doi.org/10.3390/app11114847Mendicino G. Sensitivity analysis on GIS procedures for the estimate of soil erosion risk // Natural Hazards. 1999. V. 20. N 2. P. 231–253. https://doi.org/10.1023/A:1008120231103Mendicino G. Sensitivity analysis on GIS procedures for the estimate of soil erosion risk. Natural Hazards, 1999, vol. 20, no. 2, pp. 231–253. https://doi.org/10.1023/A:1008120231103Атаев З.В., Братков В.В. Оценка эрозионного расчленения рельефа Северо-Восточного Кавказа методами ГИС-технологий // Мониторинг. Наука и технологии. 2012. N 1. С. 63–67.Ataev Z.V., Bratkov V.V. Estimation of erosion relief partition of the North-Eastern Caucasus by GIS methods. Monitoring. Nauka i tekhnologii [Monitoring. Science and technology]. 2012, no. 1, pp. 63–67. (In Russian)Бакуменко И.А. Морфометрический анализ территории бассейна реки Калаус Ставропольского края по данным SRTM // Материалы V-й ежегодной научно-практической конференции Северо-Кавказского федерального университета «Университетская наука – региону», Ставрополь: ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет», 2017. С. 224–228.Bakumenko I.A. Morfometricheskii analiz territorii basseina reki Kalaus Stavropol'skogo kraya po dannym SRTM [Morphometric analysis of the territory of the Kalaus river basin of the Stavropol Territory according to SRTM data]. Materialy V ezhegodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii Severo-Kavkazskogo federal'nogo universiteta «Universitetskaya nauka – regionu», Stavropol', FGAOU VPO «Severo-Kavkazskii federal'nyi universitet», 2017 [Materials of the V Annual scientific and practical conference of the North Caucasus Federal University "University Science for the Region", Stavropol: Federal State Educational Institution of Higher Education "North Caucasus Federal University", 2017]. Stavropol, 2017, pp. 224–228. (In Russian)Братков В.В. и др. Эрозионное расчленение рельефа Северо-Восточного Кавказа как фактор рекреационного освоения территории // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2011. N 4. С. 99–103.Bratkov V.V., et al. Erosive dismemberment of the relief of the North-Eastern Caucasus as a factor of recreational development of the territory. Izvestiya Dagestanskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta. Estestvennye i tochnye nauki [Dagestan State Pedagogical University Journal. Natural and exact sciences]. 2011, no. 4, pp. 99–103. (In Russian)Кирвякова А.В., Андреянов Д.Ю. Мониторинг эрозионных процессов юго-западной части Ставропольской возвышенности и прилегающих территорий Прикубанской равнины // Вестник Оренбургского государственного университета. 2011. N 16. С. 151–153.Kirvyakova A.V., Andreyanov D.Y. Monitoring of erosion processes in Southwestern Stavropol upland and Prikubanskaya plain. Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta [Bulletin of the Orenburg State University]. 2011, no. 16, pp. 151–153. (In Russian)Мусаев М.Р., Шаповалов Д.А., Широкова В.А., Клюшин П.В., Хуторова А.О., Савинова С.В. Экологические проблемы сельскохозяйственного землепользования в Северо-Кавказском федеральном округе // Юг России: экология, развитие. 2016. Т. 11. N 3. C. 181–192. https://doi.org/10.18470/1992-1098-2016-3-181-192Musayev M.R., Shapovalov D.A., Shirokova V.A., Klyushin P.V., Khutorova A.O., Savinova S.V. Environmental problems of agricultural land management in the North Caucasian Federal District. South of Russia: ecology, development, 2016, vol. 11, no. 3, pp. 181–192. (In Russian) https://doi.org/10.18470/1992-1098-2016-3-181-192Шаповалов Д.А., Клюшин П.В., Савинова С.В. Экологические проблемы сельскохозяйственного землепользования в Ставропольском крае // Аридные экосистемы. 2020. Т. 26. N 2. С. 57–62. https://doi.org/10.24411/1993-3916-2020-10096Shapovalov D.A., Klyushin P.V., Savinova S.V. Ecological problems of agricultural land use in the Stavropol Territory. Arid ecosystems, 2020, vol. 26, no. 2, pp. 57–62. (In Russian) https://doi.org/10.24411/1993-3916-2020-10096Михайлов В.А. Комплексный морфометрический анализ Тарханкутского полуострова с помощью ГИС // Современные научные исследования и инновации. 2015. N 2. Ч. 4. URL: https://web.snauka.ru/issues/2015/02/46640 (дата обращения: 17.03.2024)Mikhailov V.A. [Complex morphometric analysis of the Tarkhankut peninsula using GIS]. Sovremennye nauchnye issledovaniya i innovatsii, 2015, no. 2. (In Russian) Available at: https://web.snauka.ru/issues/2015/02/46640 (accessed 17.03.2024)Кондратьева М.А., Чащин А.Н. Оценка эрозионной опасности рельефа на основе цифрового моделирования // ИнтерГИС. Геоинформационное обеспечение устойчивого развития территорий: Материалы Международной конференции. Москва: Географический факультет МГУ, 2021. Т. 27. С. 241–252. https://doi.org/10.35595/2414-9179-2021-2-27-241-252Kondrat'eva M.A., Chashchin A.N. Otsenka erozionnoi opasnosti rel'efa na osnove tsifrovogo modelirovaniya [Assessment of the erosion hazard of the relief based on digital modeling]. InterGIS. Geoinformatsionnoe obespechenie ustoichivogo razvitiya territorii: Materialy Mezhdunarodnoi konferentsii. Moskva: Geograficheskii fakul'tet MGU, 2021 [InterGIS. Geoinformation support for sustainable development of territories: Materials of the International Conference. Moscow: Faculty of Geography, Moscow State University, 2021]. Moscow, 2021, vol. 27, pp. 241–252. (In Russian). https://doi.org/10.35595/2414-9179-2021-2-27-241-252Курлович Д.М. Морфометрический ГИС-анализ рельефа Беларуси // Земля Беларуси. 2013. N 4. С. 42–48. URL: http://elib.bsu.by/handle/123456789/92323 (дата обращения: 18.03.2024)Kurlovich D.M. Morphometric GIS analysis of the relief of Belarus. Zemlya Belarusi, 2013, no. 4, pp. 42–48. (In Russian) Available at: http://elib.bsu.by/handle/123456789/92323 (accessed 18.03.2024)Позаченюк Е.А., Петлюкова Е.А. ГИС-анализ морфометрических показателей рельефа Центрального предгорья главной гряды Крымских гор для целей ландшафтного планирования // Учёные записки Крымского федерального университета имени Вернадского В.И. География. Геология. 2016. Т. 2. N 2. С. 95–111.Pozachenyuk E.A., Petlyukova E.A. GIS-analysis of morphometric relief indicators of the Central foothills of the main ridge of the Crimean Mountains for the purposes of landscape planning. Uchenye zapiski Krymskogo federal'nogo universiteta imeni Vernadskogo V.I. Geografiya. Geologiya [Scientific notes of the Vernadsky V.I. Crimean Federal University. Geography. Geology]. 2016, vol. 2, no. 2, pp. 95–111. (In Russian)Wang L., Liu H. An efficient method for identifying and filling surface depressions in digital elevation models for hydrologic analysis and modelling // International Journal of Geographical Information Science. 2006. V. 20. N 2. P. 193–213. http://doi.org/10.1080/13658810500433453Wang L., Liu H. An efficient method for identifying and filling surface depressions in digital elevation models for hydrologic analysis and modelling. International Journal of Geographical Information Science, 2006, vol. 20, no. 2, pp. 193–213. http://doi.org/10.1080/13658810500433453Батова В.М. Агроклиматические ресурсы Северного Кавказа. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1966. 252 с.Batova V.M. Agroklimaticheskie resursy Severnogo Kavkaza [Agro-climatic resources of the North Caucasus]. Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1966, 252 p. (In Russian)Антыков А.Я., Стоморев А.Я. Почвы Ставрополья и их плодородие. Ставрополь: Ставропольское книжное издательство, 1970. 413 с.Antykov A.Ya., Stomorev A.Ya. Pochvy Stavropol'ya i ikh plodorodie [Stavropol soils and their fertility]. Stavropol, Stavropol Book Publ., 1970, 413 p. (In Russian)Геращенко И.Н. Особенности гидрографии и гидрологии Северного Кавказа // Таврический научный обозреватель. 2017. N 3. С. 106–113.Gerashchenko I.N. Features of hydrography and hydrology of the North Caucasus. Tavricheskii nauchnyi obozrevatel' [The Tauride scientific observer]. 2017, no. 3, pp. 106–113. (In Russian)Лошаков А.В. Охрана агроландшафтов на основе адаптивных проектов землеустройства с учетом зональных особенностей в крайне засушливой зоне Ставропольского края // Московский экономический журнал. 2023. N 2. URL: https://qje.su/nauki-ozemle/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-2-2023-31/ (дата обращения: 19.03.2024)Loshakov A.V. [Protection of agricultural landscapes based on adaptive land management projects taking into account zonal features in the extremely arid zone of the Stavropol Territory]. Moskovskii ekonomicheskii zhurnal, 2023, no. 2. (In Russian) Available at: https://qje.su/naukio-zemle/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-2-2023-31/ (accessed 19.03.2024)Письменная Е.В., Стукало В., Лошаков А.В., Савинова С.В. Мониторинг состояния земель сельскохозяйственного назначения Центрального Предкавказья // Вестник АПК Ставрополья. 2016. T. 21. N 1. С. 123–126.Pis'mennaya E.V., Stukalo V., Loshakov A.V., Savinova S.V. Monitoring of the state of agricultural lands in the Central Caucasus. Vestnik APK Stavropol'ya [Bulletin of the agroindustrial complex of Stavropol]. 2016, vol. 21, no. 1, pp. 123–126. (In Russian)Лабанов Г.А. Эрозия и дефляция почв. Москва: Изд-во МГУ, 1993. 200 с.Labanov G.A. Eroziya i deflyatsiya pochv [Erosion and deflation of soils]. Moscow, MSU Publ., 1993, 200 p. (In Russian)Путилин А.Ф. Оврагообразование на юго-востоке Западной Сибири. Новосибирск, 1988. 81 с.Putilin A.F. Ovragoobrazovanie na yugo-vostoke Zapadnoi Sibiri [Ravine formation in the south-east of Western Siberia]. Novosibirsk, 1988, 81 p. (In Russian)Iwahashi J., Pike R.J. Automated classifications of topography from DEMs by an unsupervised nested-means algorithm and a three-part geometric signature // Geomorphology. 2007. V. 86. N 3–4. P. 409–440. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2006.09.012Iwahashi J., Pike R.J. Automated classifications of topography from DEMs by an unsupervised nested-means algorithm and a three-part geometric signature. Geomorphology, 2007, vol. 86, no. 3–4, pp. 409–440. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2006.09.012

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