Integrated morphometric analysis of the territory of Gorky district using remote sensing data

For the first time, for the territory of the Gorky district of the Mogilev region, according to the hydrologically correct digital elevation model, a complex of cartometric and morphometric calculations was performed, as well as maps of the erosion network from elements of 1-4 orders and the density of horizontal dissection of the relief were constructed. Shuttle Radar Topographic Mission (SRTM) data with a spatial resolution of 1 arc second (30 m) were used as the source data. Comprehensive morphometric analysis of the digital elevation model was performed using the functionality of spatial analysis and hydrology toolkit the ArcGIS version 10.3. The streams of four orders with a total length of 508.21 km were identified during the analysis. At the same time, 54.2% of the total length falls on the first order streams, and 79 % – on the total length of the streams of 1-2 orders. The average length of the streams ranges from 0.59 to 1.91 km, and the distribution of the lengths of different-order streams obeys the inverse exponential law. The ratio of the lengths of the streams ranges from 0.17 to 0.73, reaching a maximum value for second order watercourses. The predominance the streams of 1–2 orders of magnitude indicates the development of water erosion processes within the study area. According to the results of cross-validation, the method of empirical Bayesian kriging turned out to be the most suitable for the purposes of predicting the spatial distribution of the degree of horizontal dissection of the relief. As a result of the application of this method, a surface was obtained with a minimum horizontal fragmentation of the relief of 1.89 km/km2 and a maximum of 3.45 km/km2. The automation model for the process of morphometric analysis of the relief using the functionality of the ModelBuilder ArcGIS application can be used to optimize the process of inter-farm land management and planning of land reclamation measures.

1. Кесель, Э. А. Морфометрический анализ цифровой модели рельефа Смолевичского района Минской области для целей землеустройства / Э. А. Кесель, Е. С. Губаревич, А. В. Мороз // Инновационные достижения науки и техники АПК : сб. науч. ст. по материалам Междунар. науч.-практ. конф. молодых ученых, аспирантов, студентов. – Кинель : РИО СГСХА, 2018. – С. 111–114.

2. Arulbalaji, P. Geospatial tool-based morphometric analysis using SRTM data in Sarabanga Watershed, Cauvery River, Salem district, Tamil Nadu, India / P. Arulbalaji, B. Gurugnanam // Applied Water Science. – 2017. – Vol. 7. – P. 3875–3883. DOI: 10.1007/s13201-017-0539-z.

3. Дамшевич, А. Возможности использования цифровой модели рельефа для изучения влияния морфометрических показателей на влажность почв / А. Дамшевич // Земля Беларуси. – 2017. – № 1. – С. 42–45.

4. Михайлов, В. А. Комплексный морфометрический анализ Тарханкутского полуострова с помощью ГИС [Электронный ресурс] / В. А. Михайлов // Совр. науч. исслед. и инновации. – 2015. – № 2. – Ч. 4. – Режим доступа:: http://web.snauka.ru/issues/2015/02/46640. – Дата доступа: 28.06.2020.

5. Kumar, A. Morphometric analysis of six sub-watersheds in the central zone of Narmada River / A. Kumar, S. K. Samuel, V. Vyas // Arabian Journ. of Geosciences. – 2015. – Vol. 8. – P. 5685–5712. DOI:10.1007/s12517-014-1655-9.

6. Погорелов, А. В. Морфометрия рельефа бассейна реки Кубани: некоторые результаты цифрового моделирования / А. В. Погорелов, Ж. А. Думит // Географ. исслед. Краснодар. края. – Вып. 2. – 2007. – С. 7–23.

7. Sreedevi, P. D. The significance of morphometric analysis for obtaining groundwater potential zones in a structurally controlled terrain / P. D. Sreedevi, K. Subrahmanyam, A. Shakeel // Environmental Geology. – 2005. – Vol. 47(3). – P. 412–420. DOI: 10.1007/s00254-004-1166-1.

8. Strahler, A. N. Quantitative geomorphology of drainage basins and channel networks / A. N. Strahler / Handbook of Applied Hydrology. – New York : McGraw Hill Book Company, 1964. – Section 4–11. – P. 439–476.

9. Schumm, S. A. Evolution of drainage systems and slopes in Badlands at Perth Amboy, New Jersey / S. A. Schumm // Bulletin Geological Society of America. – 1956. – Vol. 67 (5). – P. 597–646. DOI:10.1130/0016-7606(1956)67[597:EODSAS]2.0.CO;2.

10. Manjare, B. Prioritization of sub-watersheds of Chandrabhaga river from Purna river basin, Maharashtra using geospatial techniques / B. Manjare, S. Paunikar, J Shrivatra // Journ. of Geosciences Research. – 2019. – № 2. – Р. 111–120.

11. Horton, R. E. Erosional development of streams and their drainage basins: Hydrological approach to quantitative morphology / R. E. Horton // Bulletin Geological Society of American. – 1945. – Vol. 56. – P. 275–370. DOI:10.1177/030913339501900406.

12. Drainage morphometry and its influence on hydrology in a semi-arid region: using SRTM data and GIS / Sreedevi P. D [at al. ] // Environmental Earth Sciences. – 2013. – Vol. 70 (2). – P. 839–848. – DOI: 10.1007/S12665-012-2172-3

13. Horton, R. E. Drainage basin characteristics / R. E. Horton //. Transactions of the American Geophysical Union. – 1932. – Vol. 13. – P. 350–361. DOI: 10.1029/TR013i001p00350.

14. Strahler, A. N. Quantitative slope analysis / A. N. Strahler // Bulletin Geological Society of American. – 1956. – Vol. 67. – P. 571–596. DOI:10.1130/0016-7606(1956)67[571:qsa]2.0.co;2.

15. Симонов, Ю. Г., Симонова Т. Ю / Речной бассейн и бассейновая организация географической оболочки / Ю. Г. Симонов // Эрозия почв и русловые процессы. – М. : Изд-во Моск. ун-та, 2003. – Вып. 14. – С. 7–32.

16. Шарапов, С. В. Морфологический анализ рельефа при экологических изысканиях на объектах подземного хранения газа / С. В. Шарапов // Вестн. Моск. ун-та. – 2010. – № 1. – Сер. 5. География. – С. 28–34.

17. Waikar, M. L. Morphometric analysis of a drainage basin using geographical information system: a case study / M. L. Waikar, A. P. Nilawar // International Journ. of Multidisciplinary and Current Research. – 2014. – Vol. 2. – Р. 179–184.

18. Analysis of drainage morphometry and watershed prioritization in Bandu Watershed, Purulia, West Bengal through remote sensing and GIS technology: a case study / Das A. [at al.] // International Journ. of Geomatics and Geosciences. – 2012. – Vol. 2 (4). – P. 995–1013.

19. Полякова, Е. В. Морфометрический анализ рельефа острова Вайгач по данным дистанционного зондирования Земли / Е. В. Полякова, М. Ю. Гофаров // Совр. пробл. дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2014. – Т. 11. – № 1. – С. 226–234.

20. Курлович, Д. М. Морфометрический ГИС-анализ рельефа Беларуси / Д. М. Курлович // Земля Беларуси. – 2013. – № 4. – С. 42–48.

21. Позаченюк, Е. А. ГИС-анализ морфометрических показателей рельефа Центрального Предгорья главной гряды Крымских гор для целей ландшафтного планирования / Е. А. Позаченюк, Е. А. Петлюкова // Уч. зап. Крым. федерал. ун-та им. В. И. Вернадского. – География. Геология. – Том 2 (68). – 2016. – С. 96–113.

22. Мыслыва, Т .Н. Сравнение эффективности методов интерполяции на основе ГИС для оценки пространственного распределения гумуса в почве / Т. Н. Мыслыва, О. А. Куцаева, А. А. Подлесный // Вестн. БГСХА. – 2017. – № 4. – С. 146–152.