gtcrustГеодинамика и тектонофизикаGeodynamics & Tectonophysics2078-502XInstitute of the Earth's crust of the Russian Academy of Sciences, Siberian Branch10.5800/GT-2019-10-4-0456gtcrust-945Research ArticleСОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИКАRECENT GEODYNAMICSПРОСТРАНСТВЕННАЯ ТИПИЗАЦИЯ ГЕОСИСТЕМ РЕЧНЫХ БАССЕЙНОВ ВОДОСБОРА РЕКИ КАМЫ В СВЯЗИ С ОСОБЕННОСТЯМИ ТЕКТОНИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ ТЕРРИТОРИИSPATIAL TYPIFICATION OF RIVER BASIN GEOSYSTEMS IN THE KAMA RIVER CATCHMENT AREA IN RELATION TO THE REGIONAL TECTONIC STRUCTURESТрифоноваТ. А.TrifonovaT. A.

докт. биол. наук, профессор, 119991, Москва, Ленинские Горы, 1;

600000, Владимир, ул. Горького, 87

Doctor of Biology, Professor, 1 Leninskie Gory, Moscow 119991;

87 Gorky street, Vladimir 600000

tatrifon@mail.ruШутовП. С.ShutovP. S.

аспирант,

600000, Владимир, ул. Горького, 87

Postgraduate Student,

87 Gorky street, Vladimir 600000

pav.shutov59@mail.ruМосковский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. СтолетовыхРоссияM.V. Lomonosov Moscow State University; A.G. and N.G. Stoletovs Vladimir State UniversityRussian FederationВладимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. СтолетовыхРоссияA.G. and N.G. Stoletovs Vladimir State UniversityRussian Federation20191112201910410291044Copyright © Трифонова Т.А., Шутов П.С., 20192019Трифонова Т.А., Шутов П.С.Trifonova T.A., Shutov P.S.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/945

С целью выявления взаимосвязей между формированием структур речных систем и особенностями тектонического строения территории были проанализированы морфометрические параметры водосборов рек различных порядков, образующих Камский речной бассейн. На основе цифровой модели рельефа в программной среде геоинформационной системы ESRI ArcGis 10.4 проведено ранжирование территории бассейна. Определены и рассчитаны количественные морфометрические характеристики рельефа в пределах выделенных геосистем речных бассейнов, и проведен их сравнительный анализ. С использованием многомерных статистических методов анализа проведена группировка бассейнов по совокупности ряда геометрических и морфометрических характеристик. Разработана методика пространственной типизации бассейновых геосистем по морфометрическим показателям. Впервые по результатам кластерного анализа идентифицированы семь групп бассейнов, отражающих пространственную неоднородность древнейших тектонических элементов, а также геоморфологических условий в пределах всей территории бассейна реки Камы. Установлена принадлежность типов геосистем речных бассейнов с характерными морфометрическими признаками к различным древнейшим тектоническим структурам, что свидетельствует в пользу генетической взаимосвязи эндогенных процессов руслового трещинообразования и разнообразия геометрических параметров различных бассейнов.

This study was aimed to reveal relationships between the formation of the structures of river systems and to discover the tectonic structural features of the territory. We analyzed the morphometric parameters of river catchment areas of various orders, which comprise the Kama river basin. A digital terrain model in ESRI ArcGis 10.4 geoinformation system was used. Within the identified river basin geosystems, quantitative morphometric characteristics of the terrain were calculated for comparative analysis. Multidimensional statistical analysis methods were used to group the basins with respect to their sets of geometric and morphometric characteristics. A spatial typification technique was developed to distinguish the basin geosystems by their morphometric indicators. This study pioneered in using the results of cluster analysis for identification of seven groups of basins, which reflect the spatial heterogeneity of the ancient tectonic elements and the geomorphological conditions within the entire territory of the Kama river basin. It is established that the types of the river basin geosystems with characteristic morphometric features are related to various ancient tectonic structures, which suggests a genetic relationship of endogenous processes of river channel fracturing and the diversity of geometric parameters of different river basins.

бассейн реки Камыгеосистемадревняя тектоникацифровая модель рельефаводосборный бассейнморфометрический анализ рельефаметод главных компоненткластерный анализпространственная типизацияKama river basingeosystemancient tectonicsdigital terrain modelriver catchmentmorphometric analysis of the terrainprincipal component methodcluster analysisspatial typificationРабота выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проекты № 19‐05‐00363, 17‐05‐41‐034 РГО).ReferencesАйвазян С.А., Бежаева З.И., Староверов О.В. Классификация многомерных наблюдений. М.: Статистика, 1974. 240 с.Aivazyan S.A., Bezhaeva Z.I., Staroverov O.V., 1974. Classification of Multidimensional Observations. Statistics Publishing House, Moscow, 240 p. (in Russian).Chen Y., Chen J., Xevi E., Ahmad M., Walker G., 2010. GIS-based spatial hydrological zoning for sustainable water management of irrigation areas. In: International Environmental Modeling and Software Society (iEMSs), International Congress on Environmental Modeling and Software Modeling for Environment’s Sake, Fifth Biennial Meeting. Ottawa, Canada, p. 1–9.Chen Y., Chen J., Xevi E., Ahmad M., Walker G., 2010. GIS-based spatial hydrological zoning for sustainable water management of irrigation areas. In: International Environmental Modeling and Software Society (iEMSs), International Congress on Environmental Modeling and Software Modeling for Environment’s Sake, Fifth Biennial Meeting. Ottawa, Canada, p. 1–9.Дунаева Е.А., Коваленко П.И. Типизация бассейнов рек Крыма по агроландшафтам и экологической нагрузке на них // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2013. № 4. С. 157–167.Dunaeva E.A., Kovalenko P.I., 2013. Typification of Crimean river basins by agrolandscapes and ecological load. Scientific Journal of Russian Research Institute of Land Improvement Problems (4), 157–167 (in Russian).Ermolaev O.P., Mal’tsev K.A., Ivanov M.A., 2014. Automated construction of the boundaries of basin geosystems for the Volga Federal District. Geography and Natural Resources 35 (3), 222–228. https://doi.org/10.1134/S187537281 4030044.Ermolaev O.P., Mal’tsev K.A., Ivanov M.A., 2014. Automated construction of the boundaries of basin geosystems for the Volga Federal District. Geography and Natural Resources 35 (3), 222–228. https://doi.org/10.1134/S187537281 4030044.Эсбенсен К. Анализ многомерных данных: Черноголовка: Изд-во Института проблем химической физики РАН, 2005. 204 с.Esbensen K., 2005. Multivariate Data Analysis. Publishing House of Institute of Problems of Chemical Physics RAS, Chernogolovka, 204 p. (in Russian).Gartsman B.I., Galanin A.A., 2011. Structural-hydrographic and morphometric analysis of river systems: Theoretical aspects. Geography and Natural Resources 32 (3), 226–234. https://doi.org/10.1134/S1875372811030048.Gartsman B.I., Galanin A.A., 2011. Structural-hydrographic and morphometric analysis of river systems: Theoretical aspects. Geography and Natural Resources 32 (3), 226–234. https://doi.org/10.1134/S1875372811030048.Глейзер И.В., Копанева И.М., Рублева Е.А. Некоторые аспекты использования ГИС-технологий при морфометрическом анализе рельефа // Вестник Удмуртского университета. Серия Биология. Науки о Земле. 2006. № 11. С. 143–146.Gleizer I.V., Kopaneva I.M., Rubleva E.A., 2006. Some aspects of the use of GIS for relief morphometric analysis. Bulletin of Udmurt University. Series Biology. Earth Sciences (11), 143–146 (in Russian).Gubareva T.S., 2012. Classification of river basins and hydrological regionalization (as exemplified by Japan). Geography and Natural Resources 33 (1), 74–82. https://doi.org/10.1134/S187537281201012X.Gubareva T.S., 2012. Classification of river basins and hydrological regionalization (as exemplified by Japan). Geography and Natural Resources 33 (1), 74–82. https://doi.org/10.1134/S187537281201012X.Кащавцева 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. № 3. С. 85–92.Kashchavtseva A.Y., Shipulin V.D., 2011. Modeling of river basins by ArcGIS 9.3. Scientific Notes of V.I. Vernadsky Taurida National University. Series: Geography 24 (3), 85–92 (in Russian).Корытный Л.М. Морфометрические характеристики речного бассейна // География и природные ресурсы. 1984. № 3. С. 105–112.Korytny L.M., 1984. Morphometric characteristics of the river basin. Geografiya i Prirodnye Resursy (Geography and Natural Resources) (3), 105–112 (in Russian).Крупкин П.И. Типизация земель – основа адаптивно-ландшафтных систем земледелия // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2007. № 5. С. 22–26.Krupkin P.I., 2007. Land typification as a basis of adaptive landscape systems of agriculture. Bulletin of the Altai State Agrarian University (5), 22–26 (in Russian).Ласточкин А.Н. Рельеф земной поверхности (Принципы и методы статической геоморфологии). Л.: Недра, 1991. 340 с.Lastochkin A.N., 1991. Earth Surface Relief (Principles and Methods of Static Geomorphology). Nedra, Leningrad, 340 p. (in Russian).Mahmood S.A., Gloaguen R., 2012. Appraisal of active tectonics in Hindu Kush: Insights from DEM derived geomorphic indices and drainage analysis. Geoscience Frontiers 3 (4), 407–428. https://doi.org/10.1016/j.gsf.2011.12.002.Mahmood S.A., Gloaguen R., 2012. Appraisal of active tectonics in Hindu Kush: Insights from DEM derived geomorphic indices and drainage analysis. Geoscience Frontiers 3 (4), 407–428. https://doi.org/10.1016/j.gsf.2011.12.002.Мальцев К.А., Шарифуллин А.Г. Морфологическая классификация малых водосборов в речных бассейнах освоенных равнин // Геоморфология. 2017. № 3. С. 76–87. https://doi.org/10.15356/0435-4281-2017-3-76-87.Maltsev K.A., Sharifullin A.G., 2017. Morphological typology of small catchments in river basins on cultivated plains. Geomorfologiya (Geomorphology) (3), 76–87 (in Russian). https://doi.org/10.15356/0435-4281-2017-3-76-87.Минеев А.Л., Кутинов Ю.Г., Чистова З.Б., Полякова Е.В. Геоэкологическое районирование территории Архангельской области с использованием цифровых моделей рельефа и ГИС-технологий // Пространство и Время. 2017. № 2-3-4. С. 267–288. Available from: https://space-time.ru/space-time/article/view/2226-7271provr_st2_3_4-28_29_30.2017.92.Mineev A.L., Kutinov Y.G., Chistova Z.B., Polyakova E.V., 2017. Geoecological zoning of the territory of the Arkhangelsk region using digital elevation models and GIS technologies. Prostranstvo i Vremya (Space and Time) (2-3-4), 267–288 (in Russian). Available from: https://space-time.ru/space-time/article/view/2226-7271provr_st2_3_4-28_29_30.2017.92.Тектоническое районирование России. Масштаб: 1:5000000 / Ред. А.Ф. Морозов. М.: Геокарт, 2000.Morozov A.F. (Ed.), 2000. Map of Tectonic Zoning of Russia. Scale: 1:5000000. Geokart, Moscow (in Russian).Pennock D.J., Zebarth B.J., De Jong E., 1987. Landform classification and soil distribution in hummocky terrain, Saskatchewan, Canada. Geoderma 40 (3–4), 297–315. https://doi.org/10.1016/0016-7061(87)90040-1.Pennock D.J., Zebarth B.J., De Jong E., 1987. Landform classification and soil distribution in hummocky terrain, Saskatchewan, Canada. Geoderma 40 (3–4), 297–315. https://doi.org/10.1016/0016-7061(87)90040-1.Погорелов А.В., Думит Ж.А. Рельеф бассейна р. Кубани: морфологический анализ. М.: ГЕОС, 2009. 218 с.Pogorelov A.V., Dumit J.A., 2009. Topography of the Kuban River Basin: Morphological Analysis. GEOS, Moscow, 218 p. (in Russian).Полякова Е.В., Гофаров М.Ю. Морфометрический анализ рельефа острова Вайгач по данным дистанционного зондирования Земли // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11. № 1. С. 226–234.Polyakova E.V., Gafarov M.Y., 2014. Morphometric relief analysis of Vaygach Island by Earth remote sensing data. Current Problems in Remote Sensing of the Earth from Space 11 (1), 226–234 (in Russian).Репкин Р.В., Любишева А.В., Краснощеков А.Н., Пронина Е.Л. Геоморфологические основы формирования структуры бассейна реки Клязьма // Естественные и технические науки. 2017. № 12. С. 157–161.Repkin V.R., Lubyshev A.V., Krasnoshchekov A.N., Pronina E.L., 2017. Geomorphic basis for the formation of the structure of Klyazma river basin. Natural and Technical Sciences (12), 157–161 (in Russian).Рулев А.С., Юферов В.Г. Ландшафтно-геоморфологический анализ мезоэкотона «Малый Сырт – Прикаспийская низменность» с применением ГИС-технологий // Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 11. Естественные науки. 2016. № 4. С. 58–67.Rulev A.S., Yuferov V.G., 2016. Landscape-geomorphological analysis of metacholine “small Sirt – Caspian depression” using GIS technologies. Bulletin of Volgograd State University. Series 11. Natural Sciences (4), 58–67 (in Russian).Самофалова И.А., Шутов П.С. Геосистемнобассейновый подход как основа изучения структуры почвенного покрова // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2017. № 1. С. 49–57.Samofalova I.A., Shutov P.S., 2017. Geosystems-basin approach as the basis for the study of soil cover structure. Bulletin of Altai State Agricultural University (1), 49–57 (in Russian).Симонов Ю.Г. Морфометрический анализ рельефа. Москва–Смоленск: Изд-во Смоленского государственного университета, 1998. 272 c.Simonov Y.G., 1998. Morphometric Analysis of the Relief. Publishing House of Smolensk State University, Moscow– Smolensk, 272 p. (in Russian).Сладкопевцев С.А. Развитие речных долин и неотектоника. М.: Недра, 1973. 132 с.Sladkopevtsev S.A., 1973. The Development of the River Valleys and Neotectonics. Nedra, Moscow, 132 p. (in Russian).Смирнова Л.Г., Нарожняя А.Г., Кожушков А.А. Типизация бассейнов Белгородской области по морфометрическим характеристикам рельефа для оценки эрозионной опасности на региональном уровне // Достижения науки и техники АПК. 2015. Т. 29. № 12. С. 66–69.Smirnova L.G., Narozhnaya A.G., Kozhushky A.A., 2015. Typing river basin in Belgorod region by morphometric characteristics of the relief for the assessment of erosion risk at the regional level. Achievements of Science and Technology of AIC 29 (12), 66–69 (in Russian).Sreedevi P.D., Subrahmanyam K., Ahmed S., 2005. The significance of morphometric analysis for obtaining groundwater potential zones in a structurally controlled terrain. Environmental Geology 47 (3), 412–420. https://doi.org/10.1007/s00254-004-1166-1.Sreedevi P.D., Subrahmanyam K., Ahmed S., 2005. The significance of morphometric analysis for obtaining groundwater potential zones in a structurally controlled terrain. Environmental Geology 47 (3), 412–420. https://doi.org/10.1007/s00254-004-1166-1.Трифонова Т.А. Модель развития горного водосборного бассейна // Природа. 1994. № 2. C. 106–119.Trifonova T.A., 1994. Model of mountain catchment basin development. Priroda (Nature) (2), 106–119 (in Russian).Trifonova T.A., 1999. Formation of the soil mantle in mountains: the geosystem aspect. Eurasian Soil Science 32 (2), 150–156.Trifonova T.A., 1999. Formation of the soil mantle in mountains: the geosystem aspect. Eurasian Soil Science 32 (2), 150–156.Trifonova T.A., 2005. Development of a basin approach in pedological and ecological studies. Eurasian Soil Science 38 (9), 931–937.Trifonova T.A., 2005. Development of a basin approach in pedological and ecological studies. Eurasian Soil Science 38 (9), 931–937.Трифонова Т.А. Речной водосборный бассейн как самоорганизующаяся природная геосистема // Известия РАН. Серия географическая. 2008. № 1. С. 28–36.Trifonova T.A., 2008. River drainage basin as a self-organizing natural geosystem. Izvestiya RAN. Seriya Geograficheskaya (1), 28–36 (in Russian).Трифонова Т.А., Мищенко Н.В., Краснощёков А.Н. Геоинформационные системы и дистанционное зондирование в экологических исследованиях. М.: Академический проект, 2005. 352 c.Trifonova T.A., Mishchenko N.V., Krasnoshchekov A.N., 2005. Geographic Information Systems and Remote Sensing in Environmental Studies. Academic Project Publishing House, Moscow, 352 p. (in Russian).Трифонова Т.А., Мищенко Н.В., Селиванова Н.В., Чеснокова С.М., Репкин Р.В. Бассейновый подход в экологических исследованиях. Владимир, 2009. 80 с.Trifonova T.A., Mishchenko N.V., Selivanova N.V., Chesnokova S.M., Repkin R.V., 2009. Basin Approach in Environmental Studies. Vladimir, 80 p (in Russian).Varalakshmi V., 2015. Morphometric analysis of the Catchments of Himayatsagar and Osmansagar Reservoirs – Hyderabad. Engineering and Scientific International Journal 2 (1), 4–8.Varalakshmi V., 2015. Morphometric analysis of the Catchments of Himayatsagar and Osmansagar Reservoirs – Hyderabad. Engineering and Scientific International Journal 2 (1), 4–8.Васильев Д.Н., Трифонова Т.А. Особенности моделирования речного бассейна // Экология речных бассейнов: Материалы Международной научно-практической конференции / Ред. Т.А. Трифонова. Владимир: Владимиринформэкоцентр, 1999. С. 115–117.Vasiliev D.N., Trifonova T.A., 1999. Features of river basin modeling. In: T.A. Trifonova (Ed.), Ecology of river basins. Abstracts of International scientific conference. Vladimirinformekotsentr, Vladimir, p. 115–117 (in Russian).Власова А.Н. Применение ГИС-технологий при выделении позиционно-динамической структуры бассейновых территорий (на примере Крыма) // Геополитика и экогеодинамика регионов. 2012. Т. 8. № 1–2. С. 56–61.Vlasova A.N., 2012. Application of GIS technologies in the allocation of positional-dynamic structure of basin areas (on the example of Crimea). Geopolitics and Ecogeodynamics of Regions 8 (1–2), 56–61 (in Russian).Водолазская В.П., Тетерин И.П., Кириллов В.А., Лукьянова Л.И. и др. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1:1000000 (третье поколение). Серия Уральская. Лист О-40 – Пермь. Объяснительная записка. СПб.: ВСЕГЕИ, 2015. 497 с.Vodolazskaya V.P., Teterin I.P., Kirillov V.A., Lukyanova L.I. Petrov G.A., Stefanov V.V., Morozov G.G., Zhdanov A.V., Zhiganov A.V., Stryapunina V.E., Eskin A.G., Petrova T.A., Verbitsky I.B., Verbitskaya N.V., 2015. State Geological Map of the Russian Federation. Scale 1:1000000 (third generation). Ural Series. Sheet O-40-Perm. Explanatory note. VSEGEI, Saint Petersburg, 497 p. (in Russian).Waikar M.L., Nilawar A.P., 2014. Morphometric analysis of a drainage basin using geographical information system: a case study. International Journal of Multidisciplinary and Current Research 2, 179–184.Waikar M.L., Nilawar A.P., 2014. Morphometric analysis of a drainage basin using geographical information system: a case study. International Journal of Multidisciplinary and Current Research 2, 179–184.Ward Jr. J.H., 1963. Hierarchical grouping to optimize an objective function. Journal of the American Statistical Association 58 (301), 236–244. Zevenbergen L.W., Thorne C.R., 1987. Quantitative analysis of land surface topography. Earth Surface Processes and Landforms 12 (1), 47–56. https://doi.org/10.1002/esp.3290120107.Ward Jr. J.H., 1963. Hierarchical grouping to optimize an objective function. Journal of the American Statistical Association 58 (301), 236–244.Zevenbergen L.W., Thorne C.R., 1987. Quantitative analysis of land surface topography. Earth Surface Processes and Landforms 12 (1), 47–56. https://doi.org/10.1002/esp.3290120107.Zevenbergen L.W., Thorne C.R., 1987. Quantitative analysis of land surface topography. Earth Surface Processes and Landforms 12 (1), 47–56. https://doi.org/10.1002/esp.3290120107.

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