Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 2. С. 144-158
Применение многолетних рядов данных космической съёмки для оценки экологической ситуации в угледобывающих районах (на примере ликвидированного Кизеловского угольного бассейна)
О.А. Березина
1 , А.Н. Шихов
1 , Р.К. Абдуллин
1 1 Пермский государственный национальный исследовательский университет, Пермь, Россия
Одобрена к печати: 20.02.2018
DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-2-144-158
В статье рассматриваются возможности применения многолетних данных космической съёмки Landsat и Sentinel-2 для мониторинга экологической ситуации в угледобывающих районах. Исследования проведены на примере территории ликвидированного Кизеловского угольного бассейна (Пермский край), где в течение последних 15‒20 лет наблюдается экстремальное загрязнение рек водами самоизливов шахт и стоками с отвалов с высокой концентрацией железа, алюминия и ряда тяжёлых металлов. В качестве исходной информации использован многолетний ряд снимков Landsat и Sentinel-2 за 1987‒2017 гг., а также результаты гидрохимического мониторинга за поверхностными водными объектами, полученные в 2006‒2013 гг. Для оценки степени загрязнения кислыми водами предложен нормализованный разностный индекс, основанный на значениях яркости в синем и красном диапазонах спектра. Проведено сопоставление значений предложенного индекса с данными о концентрации железа в воде и выявлена статистически значимая корреляция для одной из двух рассмотренных рек (р. Яйвы). Проанализирована динамика предложенного индекса за 30-летний период. Показано, что значения индекса для рек Яйвы и Косьвы в ряде случаев находятся в противофазе, что связано с различием в режиме излива шахтных вод в эти реки. Также на исследуемой территории выявлен ряд участков деградации почвенно-растительного покрова (на общей площади около 20 га) вследствие загрязнения кислыми водами. Установлено, что наиболее крупные из этих участков появились в период 2006‒2010 гг., после чего процесс деградации приостановился.
Ключевые слова: Кизеловский угольный бассейн, изливы кислых шахтных вод, загрязнение, мониторинг, многолетний ряд спутниковых снимков, Landsat, Sentinel-2
Полный текстСписок литературы:
- Геологические памятники Пермского края: энциклопедия / под общ. ред. Чайковского И. И. Пермь: Горный институт УрО РАН, 2009. 616 с.
- Гигиенические нормативы ГН 2.1.5.1315-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования». М., 2003.
- Имайкин А. К. Основные направления исследования гидросферы Кизеловского угольного бассейна // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 6. URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=16028 (дата обращения: 13.12.2017).
- Крылов А. М., Владимирова Н. А. Дистанционный мониторинг состояния лесов по данным космической съемки// Геоматика. 2011. № 3. С. 53–58.
- Неволин Н. В., Лыхин П. А., Горшков В. А., Грищенко Г. Т. Экологическая ситуация в Кизеловском бассейне после ликвидации угольных шахт // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2008. № 5. С. 32–37.
- Chavez Jr. P. S. Image-based atmospheric corrections — revisited and improved // Photogrammetric Engineering and Remote Sensing. 1996. V. 62. No. 9. P. 1025–1036.
- Congedo L. Semi-Automatic Classification Plugin Documentation. 2016. 274 p. URL: http://semiautomaticclassificationmanual.readthedocs.io/en/latest/ (December 14, 2017).
- Hardisky M. A., Klemas V., Smart R. M. The influence of soil salinity, growth form, and leaf moisture on the spectral radiance of Spartina alterniflora canopies // Photogrammetric Engineering and Remote Sensing. 1983. V. 49. P. 77–83.
- Maximovich N. G., Khayrulina E. A. Artificial geochemical barriers for environmental improvement in a coal basin region // Environmental Earth Sciences. 2014. V. 72. P. 1915–1924.
- Raval S. Investigation of mine environmental monitoring with satellite based sensors. PhD Thesis. School of Mining Engineering. The University of New South Wales, Sydney, 2011. 198 p.
- Riaza A., Buzzi J., García-Meléndez E., Carrère V., Müller A. Monitoring the extent of contamination from acid mine drainage in the iberian pyrite belt(SW Spain) using hyperspectral imagery // Remote Sensing. 2011. V. 3(10). P. 2166–2186.
- Riaza A., Buzzi J., García-Meléndez E., Carrère V., Sarmiento A., Müller A. Monitoring acidic water in a polluted river with hyperspectral remote sensing(HyMap) // Hydrological Sciences J. 2015. V. 60. Iss. 6. P. 1064–1077.
- Schroeter L., GläÄer C. Analyses and monitoring of lignite mining lakes in Eastern Germany with spectral signatures of Landsat TM satellite data // Intern. J. Coal Geology. 2011. V. 86. Iss. 1. P. 27–39.
- Suh J., Kim S.-M., Yi H., Choi Y. An overview of GIS-based modeling and assessment of mining-induced hazards: Soil, water, and forest // Intern. J. Environmental Research and Public Health. 2017. V. 14(12), Art. No. 1463.
- Swayze G. A., Smith K. S., Clark R. N., Sutley S. J., Pearson R. M., Vance J. S., Hageman P. L., Briggs P. H., Meier A. L., Singleton M. J., Roth S. Using imaging spectroscopy to map acidic mine waste // Environmental Science and Technology. 2000. V. 34(1). P. 47–54.
- Wobber F. J., Russell O. R., Deely D. J. Multiscale aerial and orbital techniques for management of coal-mined lands // Photogrammetria. 1975. V. 31. Iss. 4. P. 117–133.
- Yan C., Liu R., Liu S., Wu L., Liu S. Study of remote sensing index indicators about the mine environment evaluation // Intern. Geoscience and Remote Sensing Symp. 2004 (IGARSS’04): Proc. 2004. V. 1. P. 579–581.
- Zhao X., Liu S., Wang P., Li Q., Liu X., Qu Y. A Study on the Remote Sensing Information Model about the Water Pollution Caused by Mine Tailings // Intern. Geoscience and Remote Sensing Symp. 2003 (IGARSS’03): Proc. 2003. V. 4. P. 2483–2487.