gtcrustГеодинамика и тектонофизикаGeodynamics & Tectonophysics2078-502XInstitute of the Earth's crust of the Russian Academy of Sciences, Siberian Branch10.5800/GT-2023-14-6-0734gtcrust-1764Research ArticleСОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИКАRECENT GEODYNAMICSБПЛА АЭРОФОТОСЪЕМКА ПРИ МОНИТОРИНГОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ БЕРЕГОВЫХ ГЕОСИСТЕМ ЮГА ИРКУТСКОГО АМФИТЕАТРАUAV AERIAL SURVEY IN MONITORING OF COASTAL GEOSYSTEMS IN THE SOUTHERN IRKUTSK AMPHITHEATREМазаеваО. А.MazaevaO. A.

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128

128 Lermontov St, Irkutsk 664033

ЮрьевА. А.YurievA. A.

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128

128 Lermontov St, Irkutsk 664033

БабичеваВ. А.BabichevaV. A.

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128

128 Lermontov St, Irkutsk 664033

Институт земной коры СО РАНРоссияInstitute of the Earth’s Crust, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202314122023146734734Copyright © Мазаева О.А., Юрьев А.А., Бабичева В.А., 20232023Мазаева О.А., Юрьев А.А., Бабичева В.А.Mazaeva O.A., Yuriev A.A., Babicheva V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gt-crust.ru/jour/article/view/1764

Оценка темпов и понимание контролирующих факторов современной динамики развития экзогенных геологических процессов являются актуальной задачей во многих регионах мира. Один из методов получения данных для ее решения – мониторинг. В работе представлены результаты мониторинговых исследований краткосрочной динамики комплекса экзогенных геологических процессов по данным БПЛА аэрофотосъемки, выполненной на пяти ключевых участках в береговой зоне юга Братского водохранилища. Исследуемая территория относится к платформенной структуре юга Иркутского амфитеатра, которая считается относительно стабильной в геодинамическом отношении. Отработана методическая схема получения рядов данных по динамике комплекса экзогенных геологических процессов в береговой геосистеме. Высота полета 50–60 м является оптимальной для получения ортофотопланов с разрешением 1.1–2.2 см/пк, достаточным для оценки площадной динамики процессов, и цифровых моделей рельефа с разрешением 2.6–5.4 см/пк – для оценки объемной динамики.

Установлено, что площадь абразионного размыва на участке Рассвет составила 6900 м2, что соответствует средней ширине размыва 3.45 м на погонный метр длины берега с максимальными значениями до 6.51 м. Высокие темпы абразии за период 2021–2022 гг. связаны с максимальным уровнем воды в Братском водохранилище, близким к нормальному подпорному горизонту. Оценка объемной динамики береговых оврагов показала отрицательные значения, так как устьевые части большинства оврагов были размыты абразией. На других участках вторичные донные (Мамонтов, Бараний) и береговые (Хадахан) овраги характеризуются положительной динамикой как в площадном, так и в объемном приросте (12–20 м2 и 1.3–35.0 м3 соответственно). На участке Хадахан объемный прирост новых и наблюдаемых ранее суффозионно-просадочных воронок составил 0.45 м3.

Полученные площадные и объемные скорости развития процессов могут служить основой для их современной оценки и прогноза развития с целью предотвращения и снижения социально-экономических рисков.

Estimating the dynamics of exogenous geological processes and understanding their controlling factors is an urgent task faced by many regions of the world. One of the methods of its solution is monitoring. The paper presents the UAV monitoring results for short-term dynamics of complex exogenous processes at five key sites in the coastal zone south of the Bratsk reservoir. The study area is a part of the platform structure in the south of the Irkutsk amphitheater, which is considered to be relatively stable in terms of geodynamics. There has been developed a methodical scheme for obtaining data series on the dynamics of complex exogenous geological processes in the coastal geosystem. A flight altitude of 50–60 m is optimal to obtain orthophotos with a resolution of 1.1–2.2 cm/px, sufficient to estimate the areal dynamics of the processes, and a DEM with a resolution of 2.6–5.4 cm/px to estimate the volumetric dynamics.

The eroded coastal area at the Rassvet site was measured to be 6900 m2, which corresponds to an average erosion width of 3.45 m per linear meter of coastal length with maximum values of up to 6.51 m. A high rate of coastal erosion in the period 2021–2022 is related to the maximum water level in the Bratsk reservoir, close to the normal headwater level. The assessment of the volumetric dynamics of the coastal gullies yielded negative values, as most of the gully mouths were eroded. The secondary valley-bottom gullies (Mamontov and Barany sites) and coastal gullies (Khadakhan site) are characterized by positive dynamics both in area and volume growth (12–20 m2 and 1.3–35.0 m3, respectively). At the Khadakhan site, the volumetric growth of new and previously observed suffusion sinkholes was 0.45 m3.

The obtained areal and volumetric rates of the exogenous processes can serve as a basis for their modern assessment and prediction of their development in order to prevent and reduce socio-economic risks.

экзогеодинамикаБратское водохранилищеабразияовражная эрозияплощадная и объемная динамика процессовexogeodynamicsBratsk reservoircoastal erosiongully erosionareal and volumetric dynamics of processesРабота выполнена в рамках базового бюджетного проекта Министерства науки и высшего образования РФ № FWEF-2021-0009 «Современная геодинамика, механизмы деструкции литосферы и опасные геологические процессы в Центральной Азии» с использованием оборудования ЦКП «Геодинамика и геохронология» Института земной коры СО РАН (грант №075-15-2021-682)The work was executed as part of the base budget proposal of the Ministry of Science and Higher Education of the RF № FWEF-2021-0009 "Modern geodynamics, destruction mechanisms of the lithosphere, and hazardous geological processes in Central Asia" with the use of the Centre for Geodynamics and Geochronology at the Institute of the Earth’s Crust SB RAS (grant № 075-15-2021-682)ReferencesAgisoft Metashape Professional Edition, 2022. Version 1.8.5. User’s manual. 118 p. Available from: https://www.agisoft.com (Last Accessed March 10, 2021).Agisoft Metashape Professional Edition, 2022. Version 1.8.5. User’s manual. 118 p. Available from: https://www.agisoft.com (Last Accessed March 10, 2021).Алексеев C.В., Гладков А.С., Пеллинен В.А., Алексеева Л.П., Светлаков А.А. Георадиолокация и ДПЛА аэрофотосъемка при геокриологических исследованиях на Окинском плоскогорье в Восточных Саянах // Геодинамика и тектонофизика. 2022. Т. 13. № 2. 0621. https://doi.org/10.5800/GT-2022-13-2s-0621.Alexeev S.V., Gladkov A.S., Pellinen V.A., Alexeeva L.P., Svetlakov A.A., 2022. GPR Surveys and RPA Aerial Photography Using in Conducting Geocryological Studies on the Oka Plateau in the Eastern Sayan Ridge. Geodynamics & Tectonophysics 13 (2), 0621 (in Russian) https://doi.org/10.5800/GT-2022-13-2s-0621.Фундаментальные основы, методы и технологии цифрового мониторинга и прогнозирования экологической обстановки Байкальской природной территории / Ред. И.В. Бычков, Д.П. Гладкочуб, Г.М. Ружников. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2022. 345 с. https://doi.org/10.53954/9785604788943.Bychkov I.V., Gladkochub D.P., Ruzhnikov G.M. (Eds), 2022. Fundamental Bases, Methods and Technologies of Digital Monitoring and Forecasting of Ecological Situation of Baikal Natural Territory. Publishing House of SB RAS, Novosibirsk, 345 p. (in Russian) https://doi.org/10.53954/9785604788943.Elsner P., Dornbusch U., Thomas I., Amos D., Bovington J., Horn D., 2018. Coincident Beach Surveys Using UAS, Vehicle Mounted and Airborne Laser Scanner: Point Cloud Inter-Comparison and Effects of Surface Type Heterogeneity on Elevation Accuracies. Remote Sensing of Environment 208, 15–26. https://doi.org/10.1016/j.rse.2018.02.008.Elsner P., Dornbusch U., Thomas I., Amos D., Bovington J., Horn D., 2018. Coincident Beach Surveys Using UAS, Vehicle Mounted and Airborne Laser Scanner: Point Cloud Inter-Comparison and Effects of Surface Type Heterogeneity on Elevation Accuracies. Remote Sensing of Environment 208, 15–26. https://doi.org/10.1016/j.rse.2018.02.008.Filice F., Pezzo A., Lollino P., Perrotti M., Ietto F., 2022. Multi-Approach for the Assessment of Rock Slope Stability Using In-Field and UAV Investigations. Bulletin of Engineering Geology and the Environment 81, 502. https://doi.org/10.1007/s10064-022-03007-0.Filice F., Pezzo A., Lollino P., Perrotti M., Ietto F., 2022. Multi-Approach for the Assessment of Rock Slope Stability Using In-Field and UAV Investigations. Bulletin of Engineering Geology and the Environment 81, 502. https://doi.org/10.1007/s10064-022-03007-0.Гафуров А.М. Возможности использования беспилотного летательного аппарата для оценки почвенной и овражной эрозии // Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки. 2017. Т. 159. № 4. С. 654–667.Gafurov A.M., 2017. Possibilities of Using an Unmanned Aerial Vehicle to Assess Soil and Gully Erosion. Scientific Notes of Kazan University. Series Natural Sciences 159 (14), 654–667 (in Russian)Гафуров А.М., Рысин И.И., Голосов В.Н., Григорьев И.И., Шарифуллин А.Г. Оценка современного роста вершин оврагов южного мегасклона Восточно-Европейской равнины с применением набора инструментальных методов // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2018. № 5. С. 61–71.Gafurov A.M., Rysin I.I., Golosov V.N., Grigoryev I.I., Sharifullin A.G., 2018. Estimation of the Recent Rate of Gully Head Retreat on the Southern Megaslope of the East European Plain Using a Set of Instrumental Methods. Bulletin of Moscow University. Series 5. Geography 5, 61–71 (in Russian)Гафуров А.М., Ермолаев О.П., Усманов Б.М., Хомяков П.В. Создание высокоточных моделей высот с использованием ГНСС-БПЛА // ИнтерКарто. ИнтерГИС. Геоинформационное обеспечение устойчивого развития территорий: Материалы международной конференции. M.: Географический факультет МГУ, 2021. Т. 27. № 2. С. 327–339. https://doi.org/10.35595/2414-9179-2021-2-27-327-339.Gafurov A.M., Yermolayev O.P., Usmanov B.M., Khomyakov P.V., 2021. Creation of High-Precision Digital Elevation Models Using the GNSS UAV. GI Support of Sustainable Development of Territories. Proceedings of the International Conference. Vol. 27. Iss. 2. MSU Faculty of Geography, Moscow, p. 327–339 (in Russian) https://doi.org/10.35595/2414-9179-2021-2-27-327-339.Giordan D., Adams M.S., Aicardi I., Alicandro M., Allasia P., Baldo M., De Berardinis P., Dominici D. et al., 2020. The Use of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) for Engineering Geology Applications. Bulletin of Engineering Geology and the Environment 79, 3437–3481. https://doi.org/10.1007/s10064-020-01766-2.Giordan D., Adams M.S., Aicardi I., Alicandro M., Allasia P., Baldo M., De Berardinis P., Dominici D. et al., 2020. The Use of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) for Engineering Geology Applications. Bulletin of Engineering Geology and the Environment 79, 3437–3481. https://doi.org/10.1007/s10064-020-01766-2.Григорьев И.И., Рысин И.И. Оценка линейного и площадного прироста оврагов с применением инструментальных методов (на территории Удмуртии) // Геоморфология. 2021. Т. 52. № 3. С. 64–78. https://doi.org/10.31857/S0435428121030044.Grigorev I.I., Rysin I.I., 2021. Estimation of Linear and Areal Growth of Gullies Using Instrumental Methods (on the Territory of Udmurtia). Geomorphology 52 (3), 64–78 (in Russian) https://doi.org/10.31857/S0435428121030044.Hu G., Wu Y., Liu B., Yu Zh., You Zh., Zhang Y., 2007. ShortTerm Gully Retreat Rates over Rolling Hill Areas in Black Soil of Northeast China. Catena 71 (2), 321–329. https://doi.org/10.1016/j.catena.2007.02.004.Hu G., Wu Y., Liu B., Yu Zh., You Zh., Zhang Y., 2007. ShortTerm Gully Retreat Rates over Rolling Hill Areas in Black Soil of Northeast China. Catena 71 (2), 321–329. https://doi.org/10.1016/j.catena.2007.02.004.Колесатова О.С., Красавин А.В. Использование БПЛА для съемки объектов открытых горных работ // Глобус. 2020. Т. 63. № 4. Available from: https://www.vnedra.ru/globus/ (Last Accessed March 10, 2021).Kolesatova O.S., Krasavin A.V., 2020. Use of UAVs for Surveying Open-Pit Mining Sites. Globus 4 (63) (in Russian)Krasilova N.S., 1997. Geological Natural Processes, Their Impact on Lithosphere and Ecological Consequences. In: V.T. Trofimov (Ed.), Theory and Methodology of Ecological Geology. MSU Publishing House, Moscow, p. 141–200 (in Russian) [Красилова Н.С. Геологические природные процессы, их воздействие на литосферу и экологические последствия // Теория и методология экологической геологии / Ред. В.Т. Трофимов. М.: Изд-во МГУ, 1997. С. 141–200].Krasilova N.S., 1997. Geological Natural Processes, Their Impact on Lithosphere and Ecological Consequences. In: V.T. Trofimov (Ed.), Theory and Methodology of Ecological Geology. MSU Publishing House, Moscow, p. 141–200 (in Russian)Литвин В.М. Опыт региональной оценки интенсивности проявления экзогенных геологических процессов на юге Восточной Сибири // Инженерная геология. 1991. № 6. С. 72–81Litvin V.M., 1991. Experience in Regional Assessment of Intensity of Exogenous Geological Processes in South of East Siberia. Engineering Geology 6, 72–81 (in Russian)Lunina O.V., Denisenko I.A., Gladkov A.A., Braga C., 2023. Enigmatic Surface Ruptures at Cape Rytyi and Surroundings, Baikal Rift, Siberia: Seismic Hazard Implication. Quaternary 6 (1), 22. https://doi.org/10.3390/quat6010022.Lunina O.V., Denisenko I.A., Gladkov A.A., Braga C., 2023. Enigmatic Surface Ruptures at Cape Rytyi and Surroundings, Baikal Rift, Siberia: Seismic Hazard Implication. Quaternary 6 (1), 22. https://doi.org/10.3390/quat6010022.Lunina O.V., Gladkov A.A., 2022. The Rupturing Phenomena in the Deltaic Deposits of Cape Rytyi on the Northwestern Shore of Lake Baikal. Russian Geology and Geophysics 63 (2), 125–136. https://doi.org/10.2113/RGG20204270.Lunina O.V., Gladkov A.A., 2022. The Rupturing Phenomena in the Deltaic Deposits of Cape Rytyi on the Northwestern Shore of Lake Baikal. Russian Geology and Geophysics 63 (2), 125–136. https://doi.org/10.2113/RGG20204270.Применение беспилотных летательных аппаратов в географических исследованиях: Материалы всероссийской научно-практической конференции (Иркутск, 22–23 мая 2018 г.) / Ред. С.А. Макаров. Иркутск: Изд-во Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2018. 135 с.Makarov S.A. (Ed.), 2018. Application of Drones in Geographical Research. Proceedings of the All-Russian Scientific and Practical Conference (Irkutsk, May 22–23, 2018). Publishing House of the Sochava Institute of Geography SB RAS, Irkutsk, 135 p. (in Russian)Marzolff I., Ries J.B., Poesen J., 2011. Short-Term versus Medium-Term Monitoring for Detecting Gully-Erosion Variability in a Mediterranean Environment. Earth Surface Processes and Landforms 36 (12), 1604–1623. https://doi.org/10.1002/esp.2172.Marzolff I., Ries J.B., Poesen J., 2011. Short-Term versus Medium-Term Monitoring for Detecting Gully-Erosion Variability in a Mediterranean Environment. Earth Surface Processes and Landforms 36 (12), 1604–1623. https://doi.org/10.1002/esp.2172.Mazaeva O., Babicheva V., Kozyreva E., 2019. Geomorphological Process Development under the Impact of Man-Made Reservoir Operation, a Case Study: Bratsk Reservoir, Baikal-Angara Hydroengineering System, Russia. Bulletin of Engineering Geology and the Environment 78, 4659–4672. https://doi.org/10.1007/s10064-018-1428-x.Mazaeva O., Babicheva V., Kozyreva E., 2019. Geomorphological Process Development under the Impact of Man-Made Reservoir Operation, a Case Study: Bratsk Reservoir, Baikal-Angara Hydroengineering System, Russia. Bulletin of Engineering Geology and the Environment 78, 4659–4672. https://doi.org/10.1007/s10064-018-1428-x.Mazaeva O., Babicheva V., Kozyreva E., 2020. Gully Development on Large Dam Reservoir Shores: Dynamics, Interaction, and Mechanisms. Physical Geography 41 (30), 195–216. https://doi.org/10.1080/02723646.2019.1613329.Mazaeva O., Babicheva V., Kozyreva E., 2020. Gully Development on Large Dam Reservoir Shores: Dynamics, Interaction, and Mechanisms. Physical Geography 41 (30), 195–216. https://doi.org/10.1080/02723646.2019.1613329.Овчинников Г.И., Павлов С.Х., Тржцинский Ю.Б. Изменение геологической среды в зонах влияния Ангаро-Енисейских водохранилищ. Новосибирск: Наука, 1999. 254 с.Ovchinnikov G.I., Pavlov S.Kh., Trztsinskiy Y.B., 1999. Changes of Geological Environment in Zones of Influence of Angara-Yenisei Water Reservoirs. Nauka, Novosibirsk, 254 p. (in Russian)Рыбченко А.А., Кадетова А.В., Козырева Е.А., Юрьев А.А. Решение тематических задач при изучении экзогенных геологических процессов с применением неспециализированных беспилотных комплексов для аэрофотосъемки // Геодинамика и тектонофизика. 2019. Т. 10. № 4. С. 1045–1058 https://doi.org/10.5800/GT-2019-10-4-0457.Rybchenko A.A., Kadetova A.V., Kozyreva E.A., Yuriev A.A., 2019. Experience of Using Non‐Specialized Unmanned Aerial Vehicles for Aerial Surveys in the Studies of Exogenous Geological Processes. Geodynamics & Tectonophysics 10 (4), 1045–1058 (in Russian) https://doi.org/10.5800/GT-2019-10-4-0457.Рыжов Ю.В. Формирование оврагов на юге Восточной Сибири. Новосибирск: Гео, 2015. 180 с.Ryzhov Yu.V., 2015. Formation of Gullies in the South of Eastern Siberia. GEO, Novosibirsk, 180 p. (in Russian) [Рыжов Ю.В. Формирование оврагов на юге Восточной Сибири. Новосибирск: Гео, 2015. 180 с.].Vanmaercke M., Panagos P., Vanwalleghem T., Hayas A., Foerster S., Borrelli P., Rossi M., Torri D. et al., 2021. Measuring, Modelling and Managing Gully Erosion at Large Scales: A State of the Art. Earth-Science Reviews 218, 103637. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2021.103637.Vanmaercke M., Panagos P., Vanwalleghem T., Hayas A., Foerster S., Borrelli P., Rossi M., Torri D. et al., 2021. Measuring, Modelling and Managing Gully Erosion at Large Scales: A State of the Art. Earth-Science Reviews 218, 103637. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2021.103637.Vanmaercke M., Poesen J., Van Mele B., Demuzere M., Bruynseels A., Golosov V., Rodrigues Bezerra J.F., Bolysov S. et al., 2016. How Fast Do Gully Headcuts Retreat? Earth-Science Reviews 154, 336–355. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2016.01.009.Vanmaercke M., Poesen J., Van Mele B., Demuzere M., Bruynseels A., Golosov V., Rodrigues Bezerra J.F., Bolysov S. et al., 2016. How Fast Do Gully Headcuts Retreat? Earth-Science Reviews 154, 336–355. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2016.01.009.Wu Y., Cheng H., 2005. Monitoring of Gully Erosion on the Loess Plateau of China Using a Global Positioning System. Catena 63 (2–3), 154–166. https://doi.org/10.1016/j.catena.2005.06.002.Wu Y., Cheng H., 2005. Monitoring of Gully Erosion on the Loess Plateau of China Using a Global Positioning System. Catena 63 (2–3), 154–166. https://doi.org/10.1016/j.catena.2005.06.002.Zorina E.F. (Ed.), 2006. Geography of Gully Erosion. MSU Publishing House, Moscow, 324 p. (in Russian) [География овражной эрозии / Ред. Е.Ф. Зорина. М.: Изд-во МГУ, 2006. 324 c.].Zorina E.F. (Ed.), 2006. Geography of Gully Erosion. MSU Publishing House, Moscow, 324 p. (in Russian)

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