Введение к работе
Актуальность проблемы. Для решения ряда задач, связанных с іроблемой рационального использования и охраны водных ресурсов, геобходимы своевременные и достоверные опенки эколого-санитар-1ых состояний водных объектов и антропогенного воздействия на шх. При этом в ряде случаев существенный интерес представляет тформация о пространственном распределении взвешенных веществ іа акваториях. Такая информация может быть использована, напри-іер, для решения следующих природоохранных задач:
выявления диффузных источников загрязнения поверхностных зод;
ононтуригания зон влияния точеных И диффузных источников іагрязнения;
выявления направлений транспорта и зон аккумуляции загрязняющих, веществ, бактерий или радионуклидов, сорбированных на ззвешенных частицах;
-определения участков берега или береговых отмелей, подверженных однонаправленным деформациям (абразия или аккумуляция);
- прогноза процессов заиления водоемов и судоходных каналов.
Современная хозяйственная деятельность приводит к значительным объемам поступления в водные объекты антропогенного взвешенного материала. Это обуславливает необходимость поиска высоко- , іроизводительньїх методов картографирования пространственного рас-іределения взвешенных веществ на акваториях.
Одним из перспективных методов исследований в этом направлении ярляєтся анализ материалов космических съемок водных объектов. Очевидными достоинствами данного метода являются возможность юлучения единовременной информации для обширных, акваторий, возможность объективной пространственной интерполяции данных о кон-дентрации взвешенных веществ, полученных наземными методами изме-
рений. Вместе с тем, до настоящего времени материалы космических съемок применялись для исследования загрязнения поверхностных вод взвешенными веществами только опизодически для отдельных водных объектов. При этом использовались методы тематической обработки изображений, разработанные в других областях науки, которые не всегда оказываются эффективными при использовании указанных материалов для решения задач охраны вод.
Цель и задачи исследований. Основная цель работы - исследование и разработка методов тематической обработки и тематического анализа материалов космических съемок, полученных в видимом и ближнем инфракрасном (ПК) диапазоне, для оценки масштабов загряз-нения водных объектов взвешенными веществами. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
-
выявить н обосновать дешифровочныэ признаки замутненных вод на космических изображениях;
-
разработать методики тематической обработки космических изображений водных объектов для выделения областей замутненных вод,
-
исследовать возможности оценки концентрации.взвешенных вещесті по параметрам космических изображений,
-
исследовать особенности использования материалов космических съемок при анализе влияния на качество вод источников загрязнения различных типов (сбросы сточных вод, поверхностный сток и др.).
Мзтодика исследований. Методика исследований, выполненных для решения поставленных задач, включала: визуальный анализ космических снимков, синтез изображений в условных цветах на проекторе МСП-4с, цифровую обработку изображений на ЭВМ КС-І060 с ис-пользованием графопостроителя ЕС-7052, натурные исследования на Ладожском озере и Мингечаурском водохранилище, корреляционный и
регрессионный анализ результатов натурных исследований и микрофотометрических измерений, сопоставление материалов дешифрирования космических снимков с литературными и ведомственными данными. Научная новизна. В ходе исследований получены следующие научные результаты:
экспериментально виявлена и теоретически обоснована система дешифровочных признаков замутненных вод на космических снимках;
исследованы корреляционные связи между концентрацией взвешенных веществ и параметрами космических изображений водоемов с различным трофическим состоянием;
разработаны методики идентификации на космических изображениях замутненных вод, выделения различных градаций мутности и оконтуривания зон влияния различных источников загрязнения;
исследованы особенности использования материалов космических съемок для мониторинга источников загрязнения различных типов. '
Положения, выносимые на защиту:
методика тематической обработки и анализа материалов космических съемок в видимом и ближнем ИИ диапазонах излучения для картографирования загрязнения водных объектов взвешенными веществами, включающая:
систему дешифровочных признаков на космических снимках взвешенных веществ от различных типов источников загрязнения;
методику синтеза в условных цветах изображений акваторий;
алгоритмическое и программное обеспечение цифровой обработки космических изображений акваторий для восстановления пространственно-временных распределений взвешенных веществ органического и минерального происхождения.
Практическая значимость работы. Полученные в работе резуль-
таты могут быть использованы для решения прикладних задач, связан ных с планированием и оценкой эффективности водоохранных мероприятий местными и региональными органами управления хозяйством, органами охраны природы и крупными водопользователями, а также при реализации природоохранными органами производственных функций:
государственного контроля за использованием и охраной поверхностных вод;
выдачи разрешений на захоронение промышленных отходов, на специальное водопользование;
- осуществление государственной экологической экспертизы.
Внедрение результатов работы. Разработанная в диссертации
методика, а также составленные по ней тематические картосхемы ряда водохранилищ и отдельных участков акваторий Азовского и Черного морей, применялись в ряде производственных и проектных организаций (Харьковкоммунпромвод, Укрюжгипроводхоз, Черноморниипроект и др.),для изучения закономерностей загрязнения водохранилищ Волжского и .Днепровского каскадов, загрязнения и заиления Краснодарского водохранилища и некоторых других водохранилищ Краснодарского края, для разработки картографических моделей загрязнения Цимлянского, Печенежского и Краснооскольского водохранилищ; она также была использована при изучении закономерностей засоления водных масс оэ. Сасык на .Шунай-.Цнестровской оросительной системе, при разработке проектов дноуглубительных работ на морских каналах и акваториях портов Южный, Поти, а также при организации подводных отвалов грунта.
Исследования, связанные с темой диссертации, проводились во Всесоюзном научно-исследовательском институте по охране вод по планам государственных заказов. В І9С0-І965 г.г. согласно Постановлению ГійГГ СССР, Госплана СССР, ШК Президиума СМ СССР, Президиума АН СССР * 32/30/54/16-02 от 17.02.61 г. была выполнена НИР
- б -
"Разработать методические рекомендации по использораниго аэрокос-иической информации о Земле для оценки, прогнозирования, охраны 1 управления водными ресурсами". В І9Б5-І990 г.г. по государственному заказу Госкомприроды СССР пыполнялась НИР "Разработать и знедрить методику использования материалов аэрокосмических съемок для выявления влияния точечных и диффузных источников загряз-іения на качество вод".
Достоверность результатов. Обоснованность научных положений, эыводоз и рекомендаций подтверждается сопоставлением результатов 'ематической обработки и тематического анализа материалов косми-шскйх съемок с теоретическими моделями формирования сигнала, ре-'Истрируемого при космической съемке^ литературными и ведомст-юнными данными о качестге вод и других характеристиках подстила->щей поверхности, а также с результатами натурних эксперименталь-(ых исследований на акваториях родных объектов.
Апробация работы. Результаты исследований по теме диссерта-[ии докладывались и обсуждались на следующих совещаниях, семнна-іах и конференциях:
5-е Всесоюзное совещание "Круговорот вещества и энергии в одоемах" (Листвиничное, 1911 г.),
Всесоюзний семинар "Технические средства для государстген-ой системи! контроля природной среды" (Обнинск, 1961 г.),
Вторая всесоюзная конференция ".Ьмнамика и термика рек, во-охранилищ и эстуариев". (Москва, 19Ь4 г.),-
Всесоюзная конференция "Гидрология 200G г." (Москва, 19Ь5г.),
Конференция молодых ученых МГУ "Современные методы геогра-
>
ической картографии" (Москва, 1915 г.),
XI Всесоюзная научно-техническая коиференгия молодых уче-ых й специалистов Госцентра "Природа" (Москва, 19Ь7 г.),
Всесоюзная конференция "Математические метода в экологи-
ческих и космических исследованиях" (Баку, І9Ш г.),
Всесоюзная конференция "Методы и средства дистанционного зондирования Земли и обработки космической информации в интересах народного хозяйства" (Рязань, 1969 г.),
Всесоюзный семинар "Технические и программные средства тематической обработки спутниковой информации" (Москва, 1969 г.).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, Ь глав, заключения, списка литературы из 90 наименований, в том числе 22 работ зарубежных авторов, и содержит 116 страниц текста, 12 таблиц и 39 иллюстраций. К диссертации имеется приложение, которое содержит 5 таблиц на 14 страницах.