Разработка автоматизированной системы мониторинга экстремально загрязненных поверхностных вод при недропользовании на основе данных дистанционного зондирования Земли и датчиков контроля гидрохимических параметров

Оценка качества окружающей среды является сложной научной задачей. Существует множество подходов к ее решению, при этом используются различные показатели, характеризующие как природные, так и техногенные факторы. Техногенное воздействие на поверхностные воды особенно при недропользовании исключить невозможно, в связи с чем возникает необходимость наблюдений за их гидрохимическими характеристиками. Своевременно отслеживать изменения качества поверхностных вод, прогнозировать их состояние, принимать оптимальные управленческие решения, выбирать наиболее эффективные природоохранные мероприятия возможно только при наличии актуальных данных с высоким пространственно-временным разрешением. Традиционный мониторинг, основанный на отборе проб воды вручную, является наиболее распространенным методом, но для наблюдения за быстро изменяющимися во времени геохимическими процессами или эпизодическими явлениями требуется его высокая частота, реализовать которую технически невозможно или экономически неэффективно. Быстро изменяющиеся технологии позволяют перейти на более эффективные принципы контроля за состоянием окружающей среды. В области экологического мониторинга, в частности, через внедрение технологии Интернета вещей (IoT), что позволяет интегрировать мониторинг и контроль качества воды практически в реальном времени. Также дополнительным источником информации при ведении мониторинга состояния поверхностных вод могут быть спутниковые данные. Дешифрирование данных дистанционного зондирования Земли обеспечивает возможность одномоментного наблюдения за всей исследуемой территорией, в том числе за труднодоступными участками. В рамках проекта планируется разработать концепцию оперативного и автоматизированного мониторинга гидрохимических характеристик, получить принципиально новые данные о закономерностях распространения и временной изменчивости загрязнения поверхностных вод, подверженных интенсивному техногенному воздействию при недропользовании, на примере территорий, где на протяжении более 200-х лет велась добыча угля, преимущественно, шахтным способом. При этом после ликвидации шахт необходимые природоохранные мероприятия не были выполнены и в настоящее время этот регион характеризуется экстремальными загрязнениями компонентов окружающей среды, в том числе поверхностных и подземных вод. В рамках проекта будет получена оценка гидрохимических характеристик водотоков с принципиально новым уровнем пространственного и временного разрешения. Это обеспечивается за счет совмещения в системе мониторинга трех разных типов данных (автоматизированной сети измерительных устройств, традиционной системы мониторинга и спутниковых наблюдений). На основе данных автоматизированной сети мониторинга будут выявлены закономерности краткосрочных колебаний и сезонной изменчивости загрязнения рек на пост-эксплуатационном этапе недропользования, в частности, связь загрязнения с режимом выпадения осадков. На основе совместного анализа данных спутниковых наблюдений и наземной сети датчиков будут уточнены ранее выявленные зависимости между спектральными и гидрохимическими характеристиками загрязненных водотоков и оценена эффективность использования спутниковых данных в системе мониторинга загрязнения рек при недропользовании. Будет разработан открытый картографический веб-сервис для оперативного доступа, отображения и анализа данных мониторинга состояния поверхностных вод исследуемой территории. Предлагаемая к разработке система оценки качества поверхностных вод позволит отображать реальную экологическую ситуацию исследуемых территорий, прогнозировать развитие ситуации, принимать оперативные меры по снижению негативного воздействия на окружающую среду. Результаты данного проекта будут представлять интерес не только для Пермского края, но также будет актуальны и для речных систем в других регионах. Это обусловлено тем, что в настоящее время во многих регионах сохраняется проблема загрязнения поверхностных вод при недропользовании: на этапах разработки, эксплуатации и пост-эксплуатации месторождений полезных ископаемых. Предлагаемая к разработке система обеспечит доступ практически в режиме реального времени к данным о состоянии поверхностных вод, что позволит оперативно принимать необходимые управленческие решения и повышать эффективность мероприятий, направленных на восстановление речных экосистем. Целевыми пользователями разработки и полученных данных выступают контрольно-надзорные органы и служба Росгидромета, обеспечивающие государственный экологический мониторинг водных объектов, также предлагаемая система может быть использована недропользователями и перерабатывающими предприятиями, которые оказывают значительное техногенное воздействие на компоненты окружающей среды.