Архив
Том 21, 2024
Том 20, 2023
Том 19, 2022
Том 18, 2021
Том 17, 2020
Том 16, 2019 г.
Том 15, 2018 г.
Том 14, 2017 г.
Том 13, 2016 г.
Том 12, 2015 г.
Том 11, 2014 г.
Том 10, 2013 г.
Том 9, 2012 г.
Том 8, 2011 г.
Том 7, 2010 г.
Выпуск 6, 2009 г.
Выпуск 5, 2008 г.
Выпуск 4, 2007 г.
Выпуск 3, 2006 г.
Выпуск 2, 2005 г.
Выпуск 1, 2004 г.
Поиск
Найти:
Подписка/отписка
на рассылку новостей
Ваш e-mail:
ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2024. Т. 21. № 2. С. 271-285

Оценка состояния поверхностных вод в зоне интенсивного техногенного воздействия на основе данных дистанционного зондирования Земли

А.Д. Деменев 1 , О.А. Березина 1 , Н.Г. Максимович 1 , А.А. Мизев 1 
1 Пермский государственный национальный исследовательский университет, Пермь, Россия
Одобрена к печати: 26.03.2024
DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-2-271-285
Техногенное воздействие на водные объекты при недропользовании практически невозможно исключить, поэтому важно своевременно отслеживать изменения гидрохимических параметров вод и прогнозировать их состояние. Для районов с интенсивной техногенной нагрузкой наиболее объективную оценку состояния водных объектов целесообразно вести как на основе традиционных методов, так и с использованием данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), обеспечивающих возможность одномоментного наблюдения за обширными территориями, в том числе за труднодоступными участками. В рамках исследований выполнена оценка состояния водных объектов, подверженных влиянию кислых шахтных вод, на основе результатов натурных наблюдений и обработки данных ДЗЗ. Рассчитывался спектральный индекс AMWI (англ. Acid Mine Water Index), характеризующий спектральные свойства кислых шахтных вод, для обнаружения и оценки уровня загрязнённости природных водных объектов кислыми шахтными водами и показатель TSM (англ. Total Suspended Matter), характеризующий количество взвешенных веществ. Полученные данные анализировались совместно с результатами полевых исследований. Выявлено, что впадение кислых шахтных вод привносит в реки вещества, распространяющиеся на значительные расстояния вниз по течению водотоков. При этом часть этих веществ осаждается в донных отложениях, аккумулируется и формирует вторичный источник загрязнения, другая часть вместе с взвешенными веществами мигрирует с потоком вод до устья рек. Установлено, что для крупных водных объектов, таких как водохранилища, показатели AMWI и TSM могут использоваться в паре для наблюдений за общим распространением взвешенных веществ, являющихся агентами переноса загрязнителей. Реализация концепции использования данных из нескольких источников позволяет сформировать наиболее объективное представление об экологическом состоянии водных объектов с принципиально новым уровнем пространственного и временного разрешения, при этом для оперативного мониторинга может быть организована сеть измерительных устройств, фиксирующих гидрохимические показатели в автоматизированном режиме.
Ключевые слова: мониторинг водных объектов, данные дистанционного зондирования Земли, Кизеловский угольный бассейн, кислые шахтные воды, загрязнение рек, взвешенные вещества, спектральные индексы, TSM, AMWI
Полный текст

Список литературы:

  1. Березина О. А., Шихов А. Н., Абдуллин Р. К. Применение многолетних рядов данных космической съемки для оценки экологической ситуации в угледобывающих районах (на примере ликвидированного Кизеловского угольного бассейна) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 2. С. 144–158. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-2-144-158.
  2. Ермаков Д. М., Деменев А. Д., Мещерякова О. Ю., Березина О. А. Особенности разработки регионального водного индекса для мониторинга воздействия изливов кислых шахтных вод на речные системы // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 6. С. 222–237. DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-6-222-237.
  3. Илюшина П. Г., Шихов А. Н., Макарьева О. М. Картографирование негативного воздействия золотодобывающих предприятий на природную среду криолитозоны по спутниковым данным (на примере Магаданской области) // Исслед. Земли из космоса. 2023. № 1. С. 41–52. DOI: 10.31857/S0205961423010050.
  4. Максимович Н. Г., Пьянков С. В. Кизеловский угольный бассейн: экологические проблемы и пути решения: монография. Пермь: Пермский гос. национ. исслед. ун-т, 2018. 288 с.
  5. Максимович Н. Г., Хмурчик В. Т., Березина О. А., Деменев А. Д. Миграция микроэлементов в речной системе в зоне влияния изливов кислых шахтных вод Кизеловского угольного бассейна // Горный информационно-аналит. бюлл. 2024. № 2. С. 23–34. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_2_0_23.
  6. Acharya B. S., Kharel G. Acid mine drainage from coal mining in the United States An overview // J. Hydrology. 2020. V. 588. P. 1–14. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2020.125061.2.
  7. Alexander S. S., Dein J., Gold D. R. The use of ERTs-1 MSS data for mapping strip mines and acid mine drainage in Pennsylvania // Proc. Symp. Significant Results Obtained from the Earth Resources Technology Satellite 1. Washington: NASA, 1973. Р 569–575.
  8. Anderson J. E., Robbins E. I. Spectral reflectance and detection of iron-oxide precipitates associated with acidic mine drainage // Photogrammetric Engineering and Remote Sensing. 1998. V. 64. No. 12. Р. 1201–1208.
  9. Balintova M., Petrilakova A., Singovszka E. Study of metals distribution between water and sediment in the Smolnik Creek (Slovakia) contaminated by acid mine drainage // Chemical Engineering Trans. 2012. V. 28. P. 73–78. DOI: 10.3303/CET1228013.
  10. Bessho M., Markovic R., Trujic T. A. et al. Removal of Dissolved Metals from Acid Wastewater Using Organic Polymer Hydrogels // Proc. IMWA. 2017. P. 1080–1086.
  11. Chapin T. P. High-frequency, long-duration water sampling in acid mine drainage studies: A short review of current methods and recent advances in automated water samplers // Applied Geochemistry. 2015. V. 59. P. 118–124. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2015.04.004.
  12. Chen M., Li F., Tao M. et al. Distribution and ecological risks of heavy metals in river sediments and overlying water in typical mining areas of China // Marine Pollution Bull. 2019. V. 146. P. 893–899. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2019.07.029.
  13. Demchak J., Skosen J., McDonald L. Distribution and behavior of heavy metals in a river polluted by acid mine drainage in the Dabaoshan mine area, China // J. Environmental Quality. 2004. V. 33(2). P. 656–668.
  14. Furrer G., Phillips B. L., Ulrich K. U., Pöthig R., Casey W. H. The origin of aluminum flocs in polluted stream // Science. 2002. V. 297(5590). P. 2245–2247.
  15. Fytas K., Hadjigeorgiou J. An assessment of acid rock drainage continuous monitoring technology // Environmental Geology. 1995. V. 25(1). Р. 36–42. DOI: 10.1007/BF01061828.
  16. Gammons C. H., Nimick D. A., Parker S. R. Diel cycling of trace elements in streams draining mineralized areas — a review // Applied Geochemistry. 2015. No. 57. Р. 34–44. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2014.05.008.
  17. Gonzalez-Toril E., Llobert-Brossa E., Casamayor E. O. et al. Microbial ecology of an extreme acidic environment, the Tinto River // Applied Environmental Microbiology. 2003. V. 69(8). Р. 4853–4865. DOI: 10.1128/AEM.69.8.4853-4865.2003.
  18. Gray N. F. Acid mine drainage composition and the implications for its impact on lotic systems // Water Research. 1998. V. 32(7). Р. 2122−2134.
  19. Hanelli D., Barth A., Volkmer G., Köhler M. Modelling of Acid Mine Drainage in Open Pit Lakes Using Sentinel-2 Time-Series: A Case Study from Lusatia, Germany // Minerals. 2023. No. 13. Р. 1–20. DOI: 10.3390/min13020271.
  20. Isgrо M. A., Basallote M. D., Caballero I., Barbero L. Comparison of UAS and Sentinel-2 Multispectral Imagery for Water Quality Monitoring: A Case Study for Acid Mine Drainage Affected Areas (SW Spain) // Remote Sensing. 2022. V. 14. Р. 1–15. DOI: 10.3390/rs14164053.
  21. Kopačková V. Using multiple spectral feature analysis for quantitative pH mapping in a mining environment // Intern. J. Applied Earth Observation and Geoinformation. 2014. V 28. P. 28–42. DOI: 10.1016/j.jag.2013.10.008.
  22. Madrid Y., Zayas Z. P. Water sampling: traditional methods and new approaches in water sampling strategy // Trends in Analytical Chemistry (TrAC). 2007. V. 26. P. 293–299. DOI: 10.1016/j.trac.2007.01.002.
  23. Munk L., Faure G., Pride D. E., Bigham J. M. Sorption of trace metals to an aluminum precipitate in a stream receiving acid rock-drainage; Snake River, Summit County, Colorado // Applied Geochemistry. 2002. V. 17. No. 4. Р. 421–430. DOI: 10.1016/S0883-2927(01)00098-1.
  24. Nazirova K., Alferyeva Y., Lavrova O. et al. Comparison of in situ and remote-sensing methods to determine turbidity and concentration of suspended matter in the estuary zone of the Mzymta River, Black Sea // Remote Sensing. 2021. V. 13(1). P. 1–29. DOI: 10.3390/rs13010143.
  25. Nieto J. M., Sarmiento A. M., Canovas C. R. et al. Acid mine drainage in the Iberian Pyrite Belt: 1. Hydrochemical characteristics and pollutant load of the Tinto and Odiel rivers // Environmental Science and Pollution Research. 2013. V. 20(11). Р. 7509–7519. DOI: 10.1007/s11356-013-1634-9.
  26. Nordstrom D. K., Alpers C. N., Ptacek C. J., Blowes D. W. Negative pH and Extremely Acidic Mine Waters from Iron Mountain, California // Environmental Science and Technology. 2000. V. 34. P. 254–258. DOI: 10.1021/es990646v.
  27. Olías M., Cánovas C. R., Macías F. The evolution of pollutant concentrations in a river severely affected by acid mine drainage: Río Tinto (SW Spain) // Minerals. 2020. V. 10(7). No. 598. DOI: 10.3390/min10070598.
  28. Pyankov S. V., Maximovich N. G., Khayrulina E. A. et al. Monitoring Acid Mine Drainage’s Effects on Surface Water in the Kizel Coal Basin with Sentinel-2 Satellite Images // Mine Water and the Environment. 2021. P. 1616–1068. DOI: 10.1007/s10230-021-00761-7.
  29. Raval S. Investigation of mine environmental monitoring with satellite based sensors: Doctoral Thesis. Sydney, 2011. 213 p.
  30. Seif A., Hosseinjanizadeh M., Ranjbar H., Honarmand M. Identification of acid mine drainage potential using Sentinel 2A imagery and field data // Mine Water and the Environment. 2019. V. 38(1). P. 707–717. DOI: 10.1007/s10230-019-00632-2.
  31. Wobber F. J., Russell O. R., Deely D. J. Multiscale aerial and orbital techniques for management of coal-mined lands // Photogrammetria. 1975. V. 31(4). P. 117–133.