CC BY
6
A. Samah // Polish Journal of Environmen-tal Studies. 2017. Vol. 26. No 6. P. 2833-2840. DOI 10.15244/pjoes/68878.
9. Opletaev A. S., Zhigulin V. A., Kosov V. A. Using the NDVI vegetation index to assess the state of forest plantations on disturbed lands // Forests of Russia and the economy in them. 2019. No. 3 (70). pp. 15-23.
10. Adamovich T. A. Studying the seasonal dynamics of the vegetation index NDVI according to Landsat data // Collection of scientific tr. XIII International scientific-practical conference. Prospects for the development of scientific research in the 21st century. 2017. pp. 99-100.
11. Changes in different land cover areas and NDVI values in north-ern latitudes from 1982 to 2015 / S. Y. Xue [et al.] // Advances in Climate Change Research. 2021. Vol. 12. No 4. P. 456-465. DOI 10.1016/j.accre.2021.04.003.
12. High-quality vegetation index product generation: A review of NDVI time series reconstruction techniques / S. Li [et al.] // International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. 2021. Vol. 105. P. 102640. - DOI 10.1016/j.jag.2021.102640.
13. Tempo-spatial variation of vegetation coverage and influencing factors of large-scale mining areas in Eastern Inner Mongolia, China / A. Fang [et al.] // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2020. Vol. 17. No 1. P. 47. DOI 10.3390/ijerph17010047.
14. NDVI-based ecological dynamics of forest vegetation and its rela-tionship to climate change in Romania during 1987-2018 / R. Prâvâlie [et al.] // Ecological Indicators. 2022. Vol. 136. P. 108629. DOI 10.1016/J.ecolind.2022.108629.
15. Geoecological and economic aspects of hydrosphere protection in the areas of liquidated mines of the Urals / L. S. Rybnikova, A. L. Feldman, P. A. Rybnikov // Mining information and Analytical Bulletin. 2009. No. S5. pp. 316-329.
УДК 504.064
ДИСТАНЦИОННЫЙ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ
НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
Д.О. Прохоров, Г.В. Стась, В.И. Сарычев, Я.Г. Небылова
Рассмотрены цель и задачи дистанционного геоэкологического мониторинга влияния техногенных минеральных образований на окружающую среду. Показана роль дистанционного мониторинга в комплексном геоэкологическом мониторинге. Приведены основные этапы дистанционного геоэкологического мониторинга. На примерах техногенных минеральных образований Тульской области рассмотрены методика и технология проведения работ по поиску техногенных минеральных образований, определению количества и параметров буферных зон, определению принадлежности объектов буферным зонам. Дается информация для оценки влияния техногенных минеральных образований на окружающую среду и прогнозирования состояния техногенных минеральных образований и объектов в их зоне влияния.
Ключевые слова: техногенное минеральное образование, дистанционный мониторинг, геоэкология, геосистема, буферные зоны, земельные участки.
105
Сформированные в процессе добычи полезных ископаемых геосистемы требуют особого внимания, т.к. при таком воздействии практически все компоненты природы испытывают коренную перестройку. Помимо антропогенного влияния, на такие геосистемы интенсивное воздействие оказывают естественные зональные процессы. Степень этого воздействия на разные элементы геосистем различна во времени и пространстве. На этапе эксплуатации техногенные минеральные образования (ТМО) испытывают воздействие и антропогенных, и природных процессов, тогда как на ТМО, возникших в результате прошлой экономической деятельности, развиваются в основном природные процессы. Вместе с тем появление новых геосистем вызывает изменение естественных процессов в виде сложного взаимодействия антропогенных и природных процессов и явлений, которое значительно усложняет проведение мониторинга таких систем [1].
Одним из этапов комплексного геоэкологического мониторинга влияния техногенных минеральных образований на окружающую среду является дистанционный мониторинг, который позволяет получать максимум информации об объектах при минимальных затратах с высокой степенью безопасности проведения работ, что особенно важно при исследовании ТМО (рис. 1).
Целью дистанционного геоэкологического мониторинга является получение данных об источнике загрязнения и окружающих объектах для оценки влияния техногенных минеральных образований на окружающую среду и прогнозирования состояния ТМО и объектов в его зоне влияния.
Натурные наблюдения и лабораторные эксперименты Оценка и прогнозирование 1 " "
* /
Расчетные модели и вычислительные эксперименты Оценка и прогноз состояния ТМО
* А \
Дистанционный мониторинг , Оценка и прогноз состояния окружающей среды
Рис. 1. Дистанционный мониторинг в структуре комплексного геоэкологического мониторинга влияния ТМО на окружающую среду
Для достижения этой цели необходимо выполнить следующие задачи:
- обрисовку полигонов ТМО, определение площадей, периметров и координат поворотных точек полигонов ТМО, являющихся началом отсчета для построения буферных зон влияния ТМО на окружающую среду;
- определение количества, параметров и построение буферных зон влияния ТМО на окружающую среду, получение координат их поворотных точек;
- поиск в пределах буферных зон земельных участков, определение площадей частей земельных участков, находящихся в той или иной буферной зоне, получение координат их поворотных точек, получение информации о категории земель.
Основные этапы дистанционного геоэкологического мониторинга представлены в табл. 1.
Для отыскания месторасположения техногенных минеральных образований, созданных в результате прошлой экономической деятельности, проводятся опрос экспертов, архивный поиск, дешифрирование спутниковых снимков горнопромышленных территорий [2].
Таблица 1
Основные этапы дистанционного геоэкологического мониторинга
№ Этап Информация Расчет
1 Поиск ТМО - координаты поворотных точек ТМО; - площадь ТМО; - периметр ТМО - координаты центров масс ТМО
2 Определение - количество буферных - координаты поворот-
количества и зон; ных точек буферных зон
параметров буферных зон - радиус каждой буферной зоны (радиусы по сторонам света)
3 Определение - координаты поворот- - буферная зона;
принадлежности ных точек земельного - площадь части земель-
земельных участка; ного участка в данной
участков бу- - категория земель буферной зоне;
ферным зонам - доля площади части
ТМО земельного участка в данной буферной зоне; - дирекционный угол земельного участка относительно ТМО
Полигоны ТМО обрисовываются стандартными средствами Публичной кадастровой карты по цифровым ортофотопланам (рис. 2).
Рис. 2. Полигон ТМО шахты №24 «Маевская»
При этом автоматически определеляюися площади, периметры и координаты поворотных точек полигонов ТМО (рис. 3). Эта информация по каждому ТМО сохраняется в файле формата §ео]БОп. Отдельно высчи-тываются координаты центров масс ТМО.
Рис. 3. Параметры полигона ТМО шахты №24 «Маевская»
Определение количества и параметров буферных зон проводится на основе результатов натурных наблюдений и вычислительных экспериментов. Для определения размеров зон влияния ТМО на окружающие среду были использованы расчетные и математические модели: прогнозирования деформаций [3]; газопоглащения и газовыделения породами ТМО, переноса пыли и газовых загрязнителей в приземном слое атмосферы [4], миграции токсичных компонентов в почву, инфильтрации стоков с ТМО на прилегающие территории. Так, для условий Подмосковного угольного бассейна были определены 7 обобщенных буферных зон (рис. 4).
Буферные зоны могут задаваться с постоянным или переменным радиусом по сторонам света. Использование переменного по сторонам света радиуса позволяет учесть «розу ветров» при моделировании буферной зоны, отражающей воздействие ветровой эрозии, а также параметры деформаций и стоков. Учет направлений ветра осуществляется по данным общедоступных сайтов, содержащих сведения о наблюдаемых и моделируемых погодных условиях [5, 6]. Определение переменных по сторонам света радиусов буферных зон влияния деформаций и стоков с ТМО проводится при анализе ситуаций с использованием цифровой модели ТМО. Радиусы буферных зон обобщены и усреднены для использования в качестве условий ранжирования техногенных минеральных образований, представленных породными отвалами угольных шахт [7].
Рис. 4. Буферные зоны ТМО с земельными участками, находящимися
в зоне влияния ТМО
Размеры буферных зон определяются как сумма Минковского исходного полигона ТМО и круга радиусом Я, равным полученному при анализе результатов натурных наблюдений и вычислительных экспериментов для той или иной степени воздействия определенных факторов, буферу (рис. 5). Для каждой буферной зоны всех ТМО создаются файлы geojson с координатами поворотных точек буферной зоны и другими атрибутами.
Рис. 5. Определение размеров буферных зон (сумма Минковского): А - ТМО; В - круг радиусом буфера Я
Для поиска земельных участков, находящихся в зоне влияния ТМО, используется буферная зона с максимальным для условий рассматриваемого региона радиусом. Вокруг полигона ТМО на публичной кадастровой карте строится буфер с таким радиусом, и с помощью инструмента «Поиск в границах» проводится поиск в границах буферной зоны с максимальным радиусом [8]. С использованием инструмента говгеев1:г2соогё [9] по найденным земельным участкам определяются координаты поворотных точек и другие атрибуты. Данные по каждому земельному участку записываются в §ео]Боп файл.
После этого каждый земельный участок проверяется на принадлежность той или иной буферной зоне, т.е. для всех земельных участков проверяется наличие пересечения с каждой буферной зоной, начиная с буферной зоны самого большого размера (рис. 6).
Рис. 6. Пересечение земельного участка с буферной зоной ТМО
Если есть такое пересечение земельного участка и буферной зоны, то находятся точки их пересечения, строится полигон пересечения и определяется площадь пересечения. Данные о пересечении земельного участка с буферными зонами сохраняются в §ео]Боп файл для каждого земельного участка и в последующем используются для формирования реестра ТМО региона.
В результате проведения дистанционного геоэкологического мониторинга реестр ТМО (рис. 7) наполняется общей информацией - наименование региона и района расположения ТМО, информацией о ТМО и информацией о частях земельных участков, находящихся в зоне влияния ТМО.
Информация о ТМО:
- наименования;
- координаты X и У центров;
- площади полигонов;
- периметры полигонов.
Л dastralNumbE т Basin рт Region ■ WabteHeap HeapVCentcfr" НеарХ Center] HAreafT HPerimfj rBufferRange т AreaPait ■ AreaPropoiti ' Direction т CategoiyType
76бо| 71 22:030802:137 |мосбасс Щекинский №7 Щекиноугс 54,00084348 37,54673945 5111 268 500 2855 1 31,0376811 Земли НГ
7661 71 22:030802:301 Мосбасс Шекинский №7 Щекиноугс 54,00084348 37,54673945 5111 268 500 90 1 35,9137999 Земли НГ
7662 71 22:030802:328 Мосбасс Щекинский №7 Щекиноугс 54,00084343 37,54673945 5111 268 500 1625 1 72,9651056 Земли НГ
7663 71 22:030802:323 Мосбасс Щекинский №7 Щекиноугс 54,00084343 37,54673945 5111 268 500 33 1 77,2135479 Земли НГ
7664 71 22:030802:344 Мосбасс Щекинский №7 Щекиноугс 54,00034343 37,54673945 5111 263 500 1575 1 92,6455451 Земли НГ
7665 71 22:030802:398 Мосбасс Щекинский №7 Щекиноугс 54,00034343 37,54673945 5111 263 500 4000 1 91,936067 Земли НГ
7666 71 32:030203:948 Мосбасс Щекинский №7 Щекиноугс 54,00084348 37,54673945 5111 268 500 31 1 87,2819087 Земли НГ
7667 71 22:030802:382 Мосбасс Щекинский №7 Щекиноугс 54,00084343 37,54673945 5111 268 500 1500 1 19,7253619 Земли НГ
766В 71 22:030802:383 Мосбасс Щекинский №7 Щекиноугс 54,00084348 37,54673945 5111 268 500 1500 1 24,3995076 Земли НГ
7669 71 22:030802:391 Мосбасс Щекинский №7 Щекиноугс 54,00084348 37,54673945 5111 263 500 1500 1 29,1318624 Земли НГ
7670 71 22:030802:393 Мосбасс Щекинский №7 Щекиноугс 54,00084348 37,54673945 5111 268 500 1500 1 10,2309906 Земли НГ
7671 71 22:030802:396 Мосбасс Щекинский №7 Щекиноугс 54,00084343 37,54673945 5111 268 500 1500 1 31,604286 Земли НГ
7672 71 22:030802:67 Мосбасс Щекинский №7 Щекиноугс 54,00034343 37,54673945 5111 263 500 1500 1 50,5777035 Земли НГ
7673 71 22:030802:94 Мосбасс Щекинский №7 Щекиноугс 54,00034343 37,54673945 5111 263 500 1621 1 53,7443654 Земли НГ
7674 71 22:030802:100 Мосбасс Щекинский №7 Щекиноугс 54,00034343 37,54673945 5111 268 500 2561 1 47,5132671 Земли НГ
7675 71 22:030802:115 Мосбасс Щекинский №7 Щекиноугс 54,00084343 37,54673945 5111 268 500 2988 1 49,5287762 Земли НГ
7676 71 22:030802:135 Мосбасс Щекинский №7 Щекиноугс 54,00084348 37,54673945 5111 268 500 1500 1 52,6549408 Земли НГ
7677 71 22:030802:340 Мосбасс Щекинский №7 Щекиноугс 54,00084348 37,54673945 5111 263 500 2000 1 55,4870037 Земли НГ
767В 71 22:030802:343 Мосбасс Щекинский №7 Щекиноугс 54,00084348 37,54673945 5111 268 500 1870 1 55,0377533 Земли НГ
7679 71 22:030802:372 Мосбасс Щекинский №7 Щекиноугс 54,00084343 37,54673945 5111 268 500 1380 1 52,546003 Земли НГ
7680 71 22:030802:590 Мосбасс Щекинский №7 Щекиноугс 54,00084343 37,54673945 5111 268 500 1831 1 45,0852202 Земли НГ
7631 71 22:030802:390 Мосбасс Щекинский №7 Щекиноугс 54,00034343 37,54673945 5111 263 500 54 1 35,1810601 Земли НГ
7632 71 22:030802:401 Мосбасс Щекинский №7 Щекиноугс 54,00034343 37,54673945 5111 268 500 1500 1 35,5226062 Земли НГ
7683 71 22:030802:406 Мосбасс Щекинский №7 Щекиноугс 54,00084343 37,54673945 5111 268 500 1500 1 38,0150278 Земли НГ
7684 71 32:030203:249 Мосбасс Щекинский №7 Щекиноугс 54,00084343 37,54673945 5111 268 500 17549,7038 0,581116019 183,924368 Земли НГ
7685 71 25:010301:27 Мосбасс Богородицк №71 53,76350769 38,10388465 4150 248 500 1000 409,46 0,579959869 30,3002327 Земли НГ
7686 71 25:010301:201 Мосбасс Богородицк №71 53,76350769 38,10388465 4160 248 500 1000 450,00 1 30,6539497 Земли НГ
7687 71 25:010301:215 Мосбасс Богородицк №71 53,76350769 38,10388465 4160 248 500 1000 457,00 1 31,4227073 Земли НГ
7633 71 25:010301:220 Мосбасс Богородицк №71 53,76350763 38,10388465 4160 248 500 1000 183,37 0,32275635 31,4729007 Земли НГ
7689 71 25:010301:346 Мосбасс Богородицк! №71 53,76350763 38,10338465 4150 248 500 1000 4264,00 1 30,2376834 Земли НГ
7690 71 25:010301:500 Мосбасс Богородицк! №71 53,76350769 33,10333465 4160 248 350 500 5778,34 0,089027693 16,5499361 Земли НГ
7691 71 25:010301:500 Мосбасс Богородицк! №71 53,76350769 33,10333465 4160 243 500 1000 53126,66 0,910972302 16,5499361 Земли НГ
7692 71 25:010301:508 Мосбасс Богородицк! №71 53,76350769 38,10338465 4150 248 500 1000 15417,13 0,770358857 26,563141 Земли НГ
7693 71 25:010301:696 Мосбасс Богородицк! №71 53,76350769 38,10338465 4150 248 500 1000 32898,61 0,99122045 19,7288673 Земли НГ
7694 71 25:010302:134 Мосбасс Богородицк! №71 53,76350769 38,10388465 4150 248 500 1000 5191,00 1 37,0459908 Земли НГ
7695 71 25:010302:142 Мосбасс Богородицк! №71 53,76350769 38,10388465 4160 248 500 1000 394,70 0,102439757 35,7293213 Земли НГ
7696 71 25:010302:148 Мосбасс Богородицк! №71 53,76350763 38,10388465 4160 248 500 1000 7551,32 0,594592298 42,9323747 Земли НГ
7697 71 25:010302:230 Мосбасс Богородицк! №71 53,76350763 38,10338465 4150 248 500 1000 15,00 1 35,7535125 Земли НГ
Рис. 7. Реестр техногенных минеральных образований
Информация о частях земельных участков, находящихся в зоне влияния ТМО:
- кадастровые номера земельных участков рассматриваемых частей;
- буферные зоны ТМО, в которых расположены части земельных участков;
- площади частей земельных участков в той или иной буферной зоне ТМО;
- доля частей земельных участков в той или иной буферной зоне
ТМО;
- дирекционные углы, ориентирующие земельные участки относительно центров ТМО;
- категории земель земельных участков рассматриваемых частей.
Реестр ТМО служит информационной основой оценки влияния техногенных минеральных образований на окружающую среду и прогнозирования состояния ТМО и объектов в их зоне влияния. Данные, имеющиеся в реестре ТМО, используются для выбора технологии снижения или исключения негативного воздействия насыпного ТМО на окружающую среду [10].
Таким образом, дистанционный геоэкологический мониторинг влияния ТМО на окружающую среду позволяет при минимальных затратах с высокой степенью безопасности проведения работ:
- произвести поиск ТМО;
- определить параметры и количество буферных зон влияния ТМО на окружающую среду;
- определить принадлежность окружающих объектов буферным зонам влияния ТМО;
- наполнить реестр ТМО информацией для оценки влияния техногенных минеральных образований на окружающую среду и прогнозирования состояния ТМО и объектов в их зоне влияния, а также для выбора технологии снижения или исключения негативного воздействия насыпного ТМО на окружающую среду.
Список литературы
1. Принципы и методы геосистемного мониторинга / А. М. Грин [и др.]. М.: Наука, 1989. 168 с.
2. Прохоров Д. О., Сушков С. Л. Оценка экологической опасности породных отвалов угольных шахт на основе данных дистанционного зондирования // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018. № 1. С. 51-63.
3. Прогнозирование загрязнения окружающей среды в результате деформаций техногенных минеральных образований / Д. О. Прохоров, Р. А. Ковалев, К. А. Головин, В. П. Сафронов // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2021. № 4. С. 76-85.
4. Методические положения комплексной экологической оценки воздействия породных отвалов шахт на окружающую среду / В. И. Ефимов, Г. В. Стась, Т. В. Корчагина, Д. О. Прохоров // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2020. Вып. 3. С. 18-28.
5. Сайт наблюдаемого и моделируемого климата «Meteoblue» [Электронный ресурс]. URL: https://www.meteoblue.com/ru/.
6. Сайт оперативного мониторинга погоды и климата «Погода и климат» [Электронный ресурс]. URL: http://www.pogodaiklimat.ru/.
7. Ранжирование техногенных минеральных образований по степени влияния на окружающие земли / Д. О. Прохоров, Г. В. Стась, А. И. Бол-гова, С. М. Овсянников // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2022. Вып. 1. С. 113-124.
8. Публичная кадастровая карта [Элетронный ресурс]. URL: https://pkk.rosreestr.ru/.
9. Использование инструмента rosreestr2coord [Электронный ресурс]. URL: https://github.com/rendrom/rosreestr2coord/ blob/master/ READ-ME.md.
10. Снижение или исключение негативного воздействия насыпных техногенных минеральных образований на окружающую среду / Д. О. Прохоров, Г. В. Стась, А. И. Болгова, М. Ю. Шамрин // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2022. Вып. 1. С. 125138.
Прохоров Дмитрий Олегович, канд. техн. наук, доц. [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Стась Галина Викторовна, д-р техн. наук, доц., galina_stas@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Сарычев Владимир Иванович, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Небылова Ядвига Геннадьевна, канд. техн. наук, зав. кафедрой, [email protected], Россия, Новороссийск, Новороссийский филиал Кубанского государственного университета
REMOTE GEOECOLOGICAL MONITORING OF THE IMPACT
OF TECHNOGENICMINERAL FORMATIONS ON THE ENVIRONMENT
D.O. Prokhorov, G.V. Stas, V.I. Sarychev, Ya.G. Nebylova
The purpose and tasks of remote geoecological monitoring of the impact of techno-genic mineral formations on the environment. The role of remote monitoring in complex geoecological monitoring is shown. The main stages of remote geoecological monitoring are given. On examples of technogenic mineral formations of the Tula area the technique and technology of carrying out works on search of technogenic mineral formations, definition of quantity and parameters of buffer zones, definition of belonging of objects to buffer zones are considered. The information composition for estimation of influence of technogenic mineral formations on the environment and prognosis of the condition of technogenic mineral formations and objects in their zone of influence is given.
Key words: technogenic mineral formations, remote monitoring, geoecology, geosys-tem, buffer zones, land areas.
Prokhorov Dmitrii Olegovich, candidate of technical science, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Stas Galina Viktorovna, doctor of technical sciences, docent, [email protected], Tula, Tula State University, Russia,
Sarychev Vladimir Ivanovich, doctor of technical sciences, prof., [email protected], Tula, Tula State University, Russia,
Nebylova Yadviga Gennadievna, candidate of technical sciences, head of chair, [email protected], Russia, Novorossiysk, Novorossiysk Branch of Kuban State University
Reference
1. Principles and methods of geosystem monitoring / A.M. Green [et al.]. Moscow: Nauka, 1989. 168 p.
2. Prokhorov D. O., Sushkov S. L. Environmental hazard assessment of coal mine rock dumps based on remote sensing data // Proceedings of Tula State University. Earth sciences. 2018. No. 1. pp. 51-63.
3. Forecasting environmental pollution as a result of deformations of technogenic mineral formations / D. O. Prokhorov, R. A. Kovalev, K. A. Golovin, V. P. Safronov // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2021. No. 4. pp. 76-85.
4. Methodological provisions of a comprehensive environmental assessment of the impact of rock dumps of mines on the environment / V. I. Efimov, G. V. Stas, T. V. Korchagina, D. O. Prokhorov // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2020. Issue 3. pp. 18-28.
5. The site of the observed and simulated climate "Meteoblue" [Electronic resource]. URL: https://www.meteoblue.com/ru /.
6. The site of operational monitoring of weather and climate "Weather and climate" [Electronic resource]. URL: http://www.pogodaiklimat.ru/.
7. Ranking of technogenic mineral formations by degree of influence on the surrounding lands / D. O. Prokhorov, G. V. Stas, A. I. Bolgova, S. M. Ovsyannikov // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2022. Issue 1. pp. 113-124.
8. Public cadastral map [Electronic resource]. URL: https://pkk.rosreestr.ru /.
9. Using the rosreestr2coord tool [Electronic resource]. URL: https://github.com/rendrom/rosreestr2coord/ blob/master/ READ-ME.md.
10. Reduction or exclusion of the negative impact of bulk technogenic mineral formations on the environment / D. O. Prokhorov, G. V. Stas, A. I. Bolgova, M. Y. Shamrin // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2022. Issue 1. pp. 125-138.
