О проекте

Одной из актуальных задач в гидрологических исследованиях является сопоставление архивных данных наблюдений на гидрологических постах с материалами дистанционного зондирования Земли. Практическое решение этой задачи сопряжено с рядом трудностей: высокая доля сцен с облачным покровом, несовпадение дат съёмки с периодами интереса, отсутствие удобных инструментов для совместного анализа гидрологических рядов и спутниковых архивов.

«Уровень-Спутник» разработан для решения именно этой задачи. Инструмент позволяет подбирать спутниковые снимки Sentinel-2 и Landsat не просто по географическому охвату или временному диапазону, а под конкретные гидрологические условия — заданный диапазон уровней воды на гидрологическом посту.

Функциональные возможности

• Навигация по сети гидрологических постов России (~2 000 постов) с иерархической структурой: бассейновый округ → бассейн → подбассейн → водохозяйственный участок → пост
• Подбор спутниковых сцен (Sentinel-2 L2A, Landsat Collection 2) под заданный диапазон уровней воды, временной период и месяцы наблюдений с фильтрацией по облачности
• Анализ водосборных бассейнов: автоматическое выделение границы водосбора по ЦМР MERIT-Hydro (90 м), характеристики площади, населения, покрытия территории, осадков, испарения, рельефа и подземных вод (GRACE). Поиск других гидрологических постов внутри водосбора
• Свободная загрузка спутниковых снимков для произвольной области на карте — без привязки к гидрологическому посту
• Анализ многолетних временных рядов уровней и расходов воды: статистика, сезонный ход, экстремальные значения, степень покрытия данными
• Расчёт характеристик безледоставного периода
• Поиск по названию поста, реки или населённого пункта

Данные

Гидрологические наблюдения получены из Автоматизированной информационной системы государственного мониторинга водных объектов (АИС ГМВО) и охватывают многолетние ряды измерений уровней и расходов воды по постам государственной наблюдательной сети. Доступ к спутниковым данным реализован через платформу Microsoft Planetary Computer с использованием стандарта SpatioTemporal Asset Catalog (STAC). Водосборные бассейны выделяются на основе глобальной гидрологически откондиционированной ЦМР MERIT-Hydro через сервис mghydro.com.

Сотрудничество

Мы открыты к сотрудничеству. Если вы располагаете данными наблюдений по гидрологическим постам, которые не представлены в АИС ГМВО, — ведомственными, экспедиционными или архивными материалами — мы готовы рассмотреть возможность их включения в базу данных проекта. Напишите нам.

Авторы

Проект является личной научно-практической инициативой и не представляет интересы каких-либо организаций.

Павел Головлев

Концепция, предметная область

golovlevpp@my.msu.ru

Александр Иннокентьев

Разработка и реализация

innokentevai@my.msu.ru

Как выделяется водосбор

Граница водосборного бассейна определяется автоматически по глобальной гидрологически откондиционированной цифровой модели рельефа MERIT-Hydro с разрешением 90 м. Алгоритм вычисляет направления стока по каждой ячейке DEM, затем выделяет все ячейки, водный сток с которых проходит через точку расположения поста. Результат — полигон водосбора (pour-point delineation).

Расчёт выполняется через сервис mghydro.com, разработанный Matt Gordon. Он использует предвычисленную маршрутизацию стока по единичным водосборным ячейкам MERIT, что позволяет получать результаты за секунды.

Источники характеристик

• Покрытие территории — ESA WorldCover 2020 (10 м, спутники Sentinel-1/2). Классы: леса, пашня, луга, болота, застройка, водная поверхность и др.
• Население — WorldPop 2020, оценка численности с разрешением ~100 м
• Осадки — CHIRPS (Climate Hazards Group InfraRed Precipitation with Station data), среднегодовые за последние годы
• Испарение — MODIS ET (MOD16), среднегодовое суммарное испарение
• Подземные воды (GRACE) — тренд изменения запасов подземных вод по данным спутников GRACE / GRACE-FO (см/десятилетие). Положительный тренд — рост запасов, отрицательный — сокращение
• Рельеф — MERIT DEM: минимальная, максимальная и средняя высота водосбора
• Реки — MERIT-Hydro: суммарная длина речной сети в водосборе
• Орошение и дамбы — глобальные базы данных ICOLD (крупные плотины) и GMIA (орошение)

Ограничения

Автоматически выделенный водосбор может отличаться от официальных границ бассейна, используемых в государственном мониторинге, особенно в равнинных районах с плохо выраженным рельефом. Для крупных рек (площадь > 50 000 км²) точность снижается из-за перехода на более грубую сетку. Официальная площадь водосбора из паспорта поста приведена в карточке «Сводка» и является более надёжной.