Геоинформационное картографирование антропогенной нарушенности природной среды промышленными и техногенными процессами на примере Зейского водохранилища Амурской области

Статья посвящена анализу антропогенной нарушенности природной среды с помощью методов дистанционного зондирования на примере Зейского водохранилища в Амурской области. В результате был создан предварительный вариант карты антропогенной нарушенности.

Ключевые слова:геоинформационное картографирование, антропогенное воздействие, автоматизированное дешифрирование, добыча золота

Освоение природных богатств неизбежно сопровождается антропогенным преобразованием природной среды, что чаще всего неблагоприятно сказывается на природе и условиях жизни человека. Предотвращение или сокращение негативных последствий антропогенной деятельности невозможно без изучения природы и природных процессов. В дальневосточном регионе антропогенные преобразования природы, связанные с добычей полезных ископаемых и имеют первостепенное значение [1, с. 89].

Золотодобыча с использованием тяжелой техники и применением технологий, разрушающих русла рек, началась в бассейне Амура примерно с 60-х годов прошлого века. Однако комплексной оценки воздействия золотодобывающих предприятий на экосистемы речных бассейнов Амура до настоящего времени не производилось [2].

В регионе идет планомерное уничтожении наиболее продуктивных и пригодных для жизни и рекреации ландшафтов, причем на многих притоках в Амурском бассейне доля «зачищенных» до самого геологического основания долин доходит до 10–20 % площадей водоемов-водотоков. Речные долины нарушены на протяжении 6537 км, что на 2000 км длиннее, чем длина самого Амура от истоков до устья. Авторы исследования подчеркивают, что в реальности количество полностью нарушенных разработками земель как минимум вдвое больше, чем выявлено при анализе космических снимков [3, с. 56].

Территорией исследования является часть Зейского района Амурской области прилегающая к Зейскому водохранилищу. На исследуемой территории ведется активная добыча золота и вырубка лесов. На современном этапе наиболее распространенным способом освоения рассыпных месторождений на дальнем востоке является открытая разработка россыпей. Соответственно, добытчики полностью уничтожают плодородный слой, формирующийся по берегам в течение десятилетий и столетий.

В силу значительной протяжённости р. Зея, чрезвычайной сложности ее развития осуществлять мониторинг деятельности реки традиционными средствами представляется чрезвычайно затратным, трудно выполнимым и малоэффективным мероприятием. Существующую проблему можно решить с помощью ГИС-технологий и данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).

Целью исследования является анализ нарушенности природной среды по данным дистанционного зондирования Земли на примере территории Зейского водохранилища

Для решения поставленной цели решены следующие задачи:

1. сбор литературных, картографических материалов и данных ДЗЗ на территорию исследования;
2. подбор космических снимков и картографического материала;
3. визуальное дешифрирование данных ДЗЗ;
4. выявление территорий, подвергнутых антропогенному воздействию (выявление источников антропогенного воздействия);
5. автоматизированное дешифрирование данных ДЗЗ и создание тематической карты классификации, интерпретация результатов дешифрирования;
6. создание карты антропогенной нарушенности природной среды территории Зейского водохранилища.

Оценка антропогенного воздействия и картографирования территории проводилось на основе дешифрирования разновременных космических снимков со спутников Landsat (1987, 1989, 2014 года). Базовым снимком являлся снимок со спутника Landsat 8 от 20 июня 2014 года (рис.1). Картографирование и дешифрование проводилось с помощью программных средств: Quantum GIS 2.4.0 и ArcView 3.2a (модули Image Analysis, Edit Tool), Mapinfo Professional.

В качестве дополнительных источников информации привлечены топографические карты на территорию исследования в масштабе 1:200 000.

Исследование проводилось в 6 этапов:

1. Сбор, анализ и подготовка картографических материалов и данных ДЗЗ;
2. Визуальное дешифрирование и анализ антропогенного воздействия на природную среду исследуемой территории;
3. Автоматизированное дешифрирование данных ДЗЗ и создание тематической карты классификации;
4. Векторизация карты классификации в автоматическом режиме;
5. Генерализация векторного слоя;
6. Подготовка фрагмента карты, разработка легенды.

Рис. 1. Фрагмент космического снимка со спутника Landsat 8 от 20 июня 2014 г. в комбинации каналов 6-5-4

На основе визуального дешифрирования снимка выявлены участки рек, подверженных добыче золота, территории, пройденные промышленными рубками, и занятые вторичными лесами на старых рубках и гарях, антропогенные объекты (населенные пункты, дороги, железные дороги, железнодорожные станции, аэродром и др.).

На следующем этапе проведено автоматизированное дешифрирование выбранного космического снимка с помощью классификации без обучения на основе алгоритма Isodata. Классификация космического снимка на основе алгоритма Isodata предполагает классификацию пикселей снимка на выбранное количество классов объектов на основе спектральных характеристик. В нашей работе мы классифицировали исходный снимок на 13 классов. В процессе интерпретации результатов дешифрирования некоторые классы объектов были объединены.

Далее растровая карта классификации, полученная в результате автоматизированного дешифрирования, была переведена в векторный формат и подвергнута генерализации.

В результате интерпретации результатов дешифрирования были выделены следующие классы объектов: условно ненарушенные территории, территории подверженные интенсивному антропогенному воздействию, антропогенные объекты (населенные пункты, железнодорожные станции, станции обработки золота). Векторные слои (добычи золота, реки, дороги, нас пункты, железнодорожные станции) созданы на основе ручной векторизации снимка.

На основе полученной векторной карты классификации и созданных тематических векторных слоев создан предварительный вариант карты антропогенной нарушенности (рис.2), позволяющий оценить масштабы нарушенности природной среды, основные источники и характер антропогенного воздействия.

Рис. 2. Фрагмент предварительного варианта карты нарушений природных ландшафтов промышленными процессами части Зейского водохранилища

Литература:

1. Борисова И. Г. Оценка экологического состояния природной среды в угледобывающих районах Амурской области: диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук: 25.00.36 / И. Г. Борисова; Амур. комплекс. науч.- исслед. ин-т; каф. Ботаники. — Владивосток, 2004. — 209 с.
2. Добыча золота в России: размеры экологического бедствия. Общероссийская общественная организация — Зеленый патруль [Электронный ресурс]. — Режим доступа http: // www.greenpatrol.ru (дата обращения: 25.05.2016).
3. Золотые реки. Вып. 1. Амурский бассейн / Е. Г. Егидарев [и др.]; ред. Е. А. Симонов; Междунар. коалиция «Реки без границ», Всемир. фонд дикой природы (WWF), Амур. фил., Пекин. ун-т лес. хоз-ва. — Владивосток; Пекин; Улан-Батор: [б. и.], 2012. — 118 с.