Проблематика создания цифровых карт качества водной среды (на примере водных объектов дельты реки Волги)

Библиографическое описание статьи для цитирования:
Исеналиева Ж. Н., Волкова И. В. Проблематика создания цифровых карт качества водной среды (на примере водных объектов дельты реки Волги) // Научно-методический электронный журнал «Концепт». – 2016. – Т. 11. – С. 71–75. – URL: http://e-koncept.ru/2016/86018.htm.
Аннотация. Проведено современное исследование экологического состояния некоторых водных объектов фоновой зоны дельты реки Волги. Выявлены приоритетные гидрополлютанты среди показателей качества водной среды. Изучено состояние макрофитов (18 видов) из числа представителей растений-биоиндикаторов. Предложено внедрение в систему экологического мониторинга на региональном и федеральном уровнях ГИС-технологии обработки данных для доступа широкого круга природопользователей, населения, представителей государственных органов и научных, учебных организаций.
Комментарии
Нет комментариев
Оставить комментарий
Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы комментировать.
Текст статьи
Исеналиева Жанна Нажимовна

аспирант, ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет», г. Астраханьzhanna.is@list.ru

Волкова Ирина Владимировнанаучный руководитель, др биол. наук, профессор кафедры «Гидробиология и общая экология», ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет», г. Астраханьgridasova@mail.ru

Проблематика создания цифровых карт качества водной среды

(на примере водных объектов дельты реки Волги)

Аннотация.Проведено современное исследование экологического состояния некоторых водных объектов фоновой зоны дельты реки Волги. Выявлены приоритетные гидрополлютанты среди показателей качества водной среды. Изучено состояние макрофитов (18 видов) из числа представителей растенийбиоиндикаторов. Предложено внедрение в систему экологического мониторинга на региональном и федеральном уровне ГИСтехнологии обработки данных для доступа широкого круга природопользователей, населения, представителей государственных органов и научных, учебных организаций. Ключевые слова:экологическое состояние дельты реки Волги, показатели качества среды, ГИС –технологии в экологии, информационная экологическая среда.

Изучение устьевых зонрек в качестве фонового объекта занимает важное место в комплексном исследованиикачества урбанизированных водных экосистем. Дельта реки Волги является уникальным природным объектом, местом локализации особо охраняемых природных территорийи сосредоточения огромного количества эндемичных, редких и исчезающих видов флоры и фауны. Мониторинговые исследования экологического состояния водных объектов р. Волги в дельтовой части являются основополагающей частью региональных природоохранных мероприятий и актуальной задачей, результат которой позволяет узнать состояние и свойства поверхностных вод, пригодность воды для жизнедеятельности гидробионтов, степень загрязнения водоёмов, а также спрогнозировать будущее состояние водных объектов при различной степени антропогенного воздействия и оценить степень самоочищения речных экосистем.Уровень изученности данной темы в регионе не позволяет в полной мере охватить все стороны указанной проблематики [25], а отдельные исследования лишь свидетельствуют о той или иной степени загрязненности некоторыхводоёмов [22; 23; 26]. Научная новизна. Применение комплексного метода в экологическом мониторинге водных экосистем дельты реки Волги в сравнительном аспекте исследования урбанизированных акваторий и фоновой зоны, расширение числа показателей качества от гидрофизических, гидрохимических до биотических, использование индикаторных макрофитов в определении трофности и загрязнённости водных объектов, предложение системы фонового мониторинга и плана наблюдений, внедрение ГИСтехнологии в управлении баз данных, создание информационной среды «Ecomonitor» на базе ArcGis10.2.2, создание оцифрованных карт качества и экологического состояния водных экосистем дельты реки Волги. Теоретическая и практическая значимость. Настоящие исследования в теоретическом плане полезны для студентов, аспирантов, работников промышленной сферы и научных организаций, изучающих вопросы гидромониторинга, биоиндикации. Результаты исследований были использованы в «Летописях природы» Астраханского биосферного заповедника. Практическая значимость работы состоит в том, что сформулированные автором выводы, предложения и разработанный проект «Ecomonitor» на базе ArcGis10.2.2 можно использовать в контроле экологического состояния водных объектов, управлении качественных свойств водных экосистем для нужд широкого круга природопользователей. Работая в различных научных областях, на стадии завершения проектов перед исследователямичасто возникает вопрос обобщения, систематизации, анализа и интегрирования всего массива полученных опытных данных. Одним из путей решения является внедрение в региональную систему мониторинга ГИСтехнологии исоздание информационной среды «Ecomonitor» на базе ArcGis10.2.2.Целью настоящей работы являлась оценка качества некоторых водных объектов дельты р. Волги и систематизация многолетних данных экологического состояния водных экосистем. В задачи работы входило: 1. Определение гидрологических, органолептических и гидрохимических показателей качества исследуемых водных объектов;2. Создание карты качества водной среды водоемов на базе ГИСтехнологии. Материалом для исследований послужилавода, отобраннаяв основные гидрологические сезоны в течение 20122015г.: весенне –летнее половодье (в середине мая), когда уровень воды достигает максимума; летняямежень (в начале июля) в период интенсивного увеличения количества гидробионтов и «цветения»водорослей; осенне–зимняя межень (в конце октября). В рамках настоящего исследования были проведены биоиндикационные изыскания[24;27;28]. Стационарами послужилиследующие водотоки: протоки Дамчикского участка Астраханского заповедника (пр. Быстрая, пр. Тургановский, пр. Дубная Бороздина); протоки Обжоровского участка (пр. Овчинникова, пр. Обжорова, пр. Лебяжья, пр. Каменная, пр. Судочья). Методы, которые были применены в настоящем исследованииизложены в унифицированных нормативных методиках[24; 1013]определения в воде обязательных показателей и приоритетных для данного региона загрязнителей: температура[20], мутность (прозрачность)[5;20], рН[7], растворенный кислород[19], БПК5, биогены[19], сумма металлов[15;16], нефтепродукты[17], фенолы [16], СПАВ [18].Среди высшей водной растительности указанных акваторий были выбраны виды, которые относятся к индикаторам состояния природной среды. Результаты биоиндикационных изысканий сравнивались с классификатором индикаторной значимости высших водных растений по Г. С. Гигевичу, 2001 [21], а данные гидрохимических исследований с нормативами для водных объектов рыбохозяйственного назначения [1;8;9] и с разряднойсистемой оценки качества поверхностных вод суши [29]. Управление данными в программе Excel, на текстовых файлах и бумажных картах имеет некоторые недостатки, а именно: трудность, теряется много времени при обработке, анализе и обобщении в длительный период исследования; легко допустить ошибки при огромном количестве данных; когда изменяются распределения постов мониторинга, необходимо много времени, средств и сил человека для составления карт.Следует использовать новый, легкий, научный и эффективный подход в управлении данными мониторинга. ГИСинтерфейс системы фонового мониторинга водных объектов дельты р. Волги разработан с использованием пакета ArcGis10.2.2. Пакет имеет 3 состава: ArcMap, ArcCatalog иArcToolbox. ArcMapприменяет для построения, появления, обработки и анализа карт. ArcCatalogиспользуется при хранении, создания новых тем данных и управления базой данных. ArcToolboxсодержит инструменты для обработки, ввода и вывода данных в других форматах: MapInfor, MicroStation, AutoCadи др. Нами предложено управление базой данных мониторинга водотоков дельты р. Волги на базе программы ArcGis10.2.2. Карта мониторинга составляет следующие данные: границы дельты реки Волги, месторасположениепунктов контроля, гидрографические параметрыустьевой области р. Волги, результатымониторинговых исследованийводных объектов и др. Местоположение постов мониторинга находится в шейпфайле, характеристики постов –в атрибутивном файле, содержащем наименование поста, его принадлежность, дата отбора проб, объект наблюдения и другие сведения (рис. 1). Результаты контрольных измерений хранятся в базе данных формата dbfи содержат: дату, код и наименование поста наблюдения, значения приоритетных показателей мониторинга для каждого периода исследования.Рис. 1Таблица базы данных мониторинга водотоковдельты р. Волги

Из диаграмм видно, что в 2014 г. минимальная концентрация нефти и нефтепродуктов отмечена в протоке Тургановский (на слиянии с протоком Быстрая), максимальная концентрация (0,08 мг/л) –в многих постах (проток Быстрая –на кондоре Дамчик и устье, проток Овчиникова, устье протокаСудочья, проток Лебяжья и Каменная); высокие содержания тяжелых металлов были зафиксированы на кондоре Дамчик, Обжорова и на устьях Обжорова и Лебяжья. При этом содержание токсичных загрязнителей на границе участка и на устье выше, чем в средней части.Созданная на базе ArcGis10.2.2 информационная среда системы мониторинга водотоков позволяет проводить временный и пространственный анализ, оценивать качество водотоков в разных контрольных створах. На рис. 2 приведены значения концентраций загрязнителей на постах мониторинга на разных водотоках дельты р. Волги.



Рис. 2 Интегрированная геоинформационная система мониторинга водных объектов дельты р. Волги

В результате работы на базе ArcGis10.2.2 создана информационная среда «Ecomonitor», представляющаясистематизированный свод сведений, качественно и количественно характеризующий экологическое состояние водотоков, а также предложена система мониторинга водотоков Астраханского заповедника. С помощью ГИС удобно картографировать, оценивать деградацию и загрязнение окружающей среды, моделировать и прогнозировать экологические ситуации различных компонентов экосистемы в будущем и др. ГИС также повышает способность и скорость исследований, является эффективным средством экологического мониторинга.Созданная на базе ArcGis10.2.2 информационная среда системы мониторинга водотоков позволяет проводить временный и пространственный анализ, оценивать качество водотоков в разных контрольных створах.

Ссылки на источники1.Приказ Федерального агентства по рыболовству от 18 января 2010 г. № 20 «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения» / Собрание законодательства Российской Федерации, 2008, № 27, ст. 3286. 2.ИСО 56672:1991. Качество воды. Отбор проб. Часть 2. Руководство по составлению методик выборочного контроля.3.ИСО 56673:1994. Качество воды. Отбор проб. Часть 3. Руководство по хранению и обращению с пробами.4.ИСО 56676:1990. Качество воды. Отбор проб. Часть 6. Руководство по отбору проб из рек и водных потоков.5.ИСО 7027:1990. Качество воды. Определение мутности.6.ИСО 7887:1994. Качество воды. Определение цвета.7.ИСО 10523:1994. Качество воды. ОпределениерН.8.О введении в действие ГН 2.1.5.131503 гигиенические нормативы "Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственнопитьевого и культурнобытового водопользования». Постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 30.04.03 № 78.9.Об утверждении Перечня рыбохозяйственных нормативов: предельно допустимые концентрации (ПДК) и ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение. Приказ Госкомрыболовства России от 28.04.99 № 96.10.ГОСТ 17.1.5.0585 «Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков».11.ГОСТ 17.1.3.0782 «Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков».12.ГОСТ 17.1.5.0481 «Охрана природы. Гидросфера. Приборы и устройства для отбора, первичной обработки и хранения проб природных вод. Общие технические условия».13.ГОСТ 103081 «Вода хозяйственнопитьевого назначения. Полевыеметоды анализа».14.ПНД Ф 14.1:2:4.139 –98 «Методика выполнения измерений массовых концентраций кобальта, никеля, меди, цинка, хрома, марганца, железа, серебра в питьевых, природных и сточных водах методом атомноадсорбционной спектрометрии».15.ПНД Ф 14.1:2:4.140 –98 «Методика выполнения измерений массовых концентраций бериллия, ванадия, висмута, кадмия, кобальта, меди, молибдена, мышьяка, никеля, олова, свинца, селена, серебра, сурьмы, хрома в питьевых, природных и сточных водах методом атомноадсорбционной спектрометрии».16.ПНД Ф 14.1:2.105 –97 «Методика выполнения измерений массовой концентрации летучих фенолов в природных и очищенных сточных водах фотометрическим методом после отгонки с водяным паром». 17.ПНД Ф 14.1:2.5 –95 «Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в природных и сточных водах методом ИК –спектрометрии». 18.ПНД Ф 14.1:2.15 –95 «Методика выполнения измерений массовой концентрации анионных поверхностноактивных веществ в природных и очищенных сточных водах экстракционнофотометрическим методом». 19.Методическое руководство HACHк спектрофотометру DR/2010, 1999. Методики выполнения измерений. Инструкция по эксплуатации и техническое описание портативного микропроцессорного спектрофотометра DR/2010, 19981999. 20.РД 52.24.4962005 Температура, прозрачность и запах поверхностных вод суши. Методика выполнения измерений 21.Гигевич Г.С., Власов Б.П., Вынаев Г.В. Высшие водные растения Беларуси. Экологобиологическая характеристика, использование и охрана. Минск: БГУ, 2001. –231 с. 22.Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и охране окружающей среды Астраханской области за 2010 год. –Астрахань, 2011. –81 с.23.Дебольский В.К., Григорьева И.Л., Комиссаров А.Б., Корчагина Я.П., Хрусталева Л.И.Современная гидрохимическая характеристика реки Волги и ее водохранилищ // Вода: химия и экология. —2010. —№ 11. —c. 212. 24.Живогляд А.Ф. Сосудистые растения Астраханского заповедника (аннотированный список видов). –М.: Агропромиздат, 1998. –18 с.25.Жилкин А.А., Свиридов А.В. Рациональное использование и охрана водных ресурсов Поволжья // Рациональное природопользование и сельскохозяйственное производство в южных регионах Российской Федерации. М.: Современные тетради, 2003. С. 414 –418.26.Островская Е.В. Тяжелые металлы в системе «дельта Волги Северный Каспий»/ Островская Е.В., Бреховских В.Ф., Волкова З.В., Монахов С.К., Курапов А.А., Кочарян А.Г. // Юг России: экология, развитие. 2008. № 4. С. 133140.27.Папченков В.Г. Растительный покров водоёмов и водотоков Среднего Поволжья. –Ярославль, ЦМП МУБиНТ, 2001. –214 с.28.Садчиков А.П., Кудряшов М.А. Экология прибрежноводной растительности (учебное пособие для студентов вузов). М.: Издво НИАПрирода,РЭФИА, 2004. 220 с.: 15 ил.29.Шитиков В.К., Розенберг Г.С., Зинченко Т.Д.Количественная гидроэкология: методы системной идентификации. –Тольятти: ИЭВБ РАН, 2003. –463 с.30.Pantle F., Buck H. Die biologische Uberwachung der Gewasser und die Darstellung der Ergebnisse // Gasund Wasserfach. 1955. Bd 96, N 18. 604 S.