Аюнова О.Д. Кальная О.И.
Гис в изучении геоэкологического состояния водохранилищ (на примере озеровидной части Саяно-Шушенского водохранилища на территории Тувы)
Reporter: Кальная О.И.
Саяно-Шушенское водохранилище создано для решения энергетических проблем юга Сибири. Большей частью оно располагается в горной системе Западного Саяна. На территорию Тувы приходится хвостовое озеровидное расширение, расположенное в пределах Улуг-Хемской котловины Его создание (затопление было начато в 1979 году) повлекло за собой изменение природной обстановки в затопленной долине и на прилегающих территориях.
Гидрологический режим Саяно-Шушенского водохранилища обладает особенностями, которые придают ему неустойчивое состояние.
Водохранилище представляет собой водоем годичного регулирования поступающего стока с ежегодной полной сработкой уровня к концу весны. В это время Верхний Енисей течет в своем природном русле. На дне бассейна остаются небольшие старичные озёра. Наполнение водохранилища начинается в первых числах июня и к концу октября – началу ноября его уровень достигает отметки, близкой к НПУ. С октября по май длится сработка уровня.
Таким образом, в качестве водоёма озеровидная часть существует не круглый год, а лишь несколько месяцев. Озеровидное расширение имеет протяженность 52 км, площадь акватории при максимальном подъеме уровня – 262 км2, максимальная и средняя глубины соответственно 25 и 11м. Ширина долины зарегулированной части р. Верхний Енисей колеблется в пределах 3-12 км. Площадь мелководий с глубиной до 1м составляет 7,5 км2.
Периодическое затопление ложа водохранилища к зиме и последующее полное его осушение привели к тому, что за время существования водохранилища его водно-прибрежная экосистема так и не сформировалась [1].
Функционирование Саяно-Шушенского водохранилища привело к образованию зон косвенного и прямого влияния водоема на ландшафтные комплексы.
К зоне косвенного влияния относятся микроклиматические изменения в пределах береговой линии, которые произошли после наполнения водохранилища.
К зоне прямого влияния относятся возникновение современных экзогенно-геологических процессов в пределах берегового окаймления водохранилища и дна водоема [2], существенные изменения растительных сообществ и почвенного покрова в пределах ложа водохранилища и на прилегающих территориях [3], химическое загрязнение поверхностных вод водоема, загрязнение грунтов ложа водохранилища тяжелыми металлами [4],, ухудшение санитарно-гигиенической обстановки, изменение в фауне рыб и других водных организмов, изменились особенности жизни в новых условиях птиц, зверей, насекомых [1].
Отметим, что система природопользования в Чаа-Хольской и Шагонарской котловинах в период наполнения и эксплуатации Саяно-Шушенского водохранилища практически не изменила своей многолетней структуры [5], за исключением создания бригад по вылову рыбы.
Обширный искусственный водоем с колеблющимся уровнем, неизбежно оказывающий влияние на окружающую природу, приводит к необходимости налаживания изучения этого воздействия, причем, исследования должны быть постоянными и многолетними. В связи с этим, при выборе подходов к созданию современного информационного обеспечения исследования водохранилища было решено ориентироваться на геоинформационные технологии. Накопление, хранение и обработка данных геоэкологических наблюдений, реализованные в среде геоинформационной системы стало нормой в отечественной природоохранной сфере.
Основными методами оценки воздействия являлись сбор, обработка и анализ опубликованных и фондовых материалов, обследование территории с описанием природной среды и ландшафтов в целом, наблюдения за состоянием наземных и водных экосистем, исследование признаков и источников загрязнения, определение характера загрязнения токсичными микроэлементами (тяжелыми металлами-ТМ) вод и грунтов ложа, исследование животного и растительного мира, проведение социально-экологических, историко-культурных исследований, проведение комплекса лабораторных анализов, камеральная обработка полевых материалов.
С помощью ГИС решаются задачи картографического обеспечения исследуемой территории, привязка точек опробования и наблюдений, пространственно-аналитическая обработка данных, создание геоинформационного и картографического сопровождения исследовательских работ.
Картографическая обеспеченность исследуемой территории включает банк пространственных данных в среде ГИС. Создан банк разномасштабных топографических цифровых данных на исследуемую территорию масштабов 1:1000000 – 1:25000. Создан комплекс цифровых тематических карт, содержащий информацию по сейсмической обстановке, экзогенно-геологическим процессам, техногенной нагрузке и источникам и степени загрязнения, геологии и др. района водохранилища.
Топоданные содержат информацию, характеризующую состояние территории до момента затопления, кроме этого, проведено частичное обновление данных. На данный момент географические данные содержат: отметки высот, точки уровня; оросительные системы (действующие и недействующие), река Енисей и его острова в пределах озеровидной части водохранилища, его левые и правые притоки; граница максимального наполнения водохранилища (540 м) – максимальная площадь затапливаемой территории; ушедшие под зону затопления: населенные пункты, дороги, могильники, археологические памятники; современные: дороги, населенные пункты (города, поселки), археологические памятники. Эти данные служат топоосновой геоэкологической составляющей ГИС-проекта. На основе топоданных масштаба 1:25 000, включающие горизонтали, отметки высот, отметки уровня, реки, построена цифровая модель рельефа территории.
Данные гидрохимического и бактериологического состояния акватории водоема и химического состояния почв зоны сработки за ряд лет явились основой банка данных экологического состояния. Сведения содержат данные о результатах исследований территории разными организациями за весь промежуток наблюдений с фиксацией точек отбора. В результате проведен ретроспективный пространственный анализ распределения токсичных элементов ложа водохранилища с выделением приоритетных элементов загрязнения. Выявлена тенденция бактериологического загрязнения водоема, территориальная и сезонная приуроченность. Создана серия карт загрязнения зоны сработки.
Фиксирование точек наблюдений и опробования в полевых условиях производилось с помощью GPS. Использование ГИС-средств явилось оптимальным решением переноса наземных данных на электронные карты. Для анализа результатов исследований содержания тяжелых металлов в почвенном покрове были использованы возможности проведения интерполяции с помощью модуля Spatial Analyst.
Геоинформационное сопровождение исследовательских работ заключалось в создании единой геоинформационной среды, обеспечивающей доступ к разномасштабным топографическим, тематическим данным и их обработку с учетом реализации задачи оценки объекта, создание баз данных в среде ГИС, характеризующих состояние геосистем водохралища.
Сотрудниками Института истории материальной культуры РАН (г. Санкт-Петербург) проведено обследование и картографирование археологических памятников, попадающих в зону затопления Саяно-Шушенского водохранилища [6].
Памятники фиксировались с помощью GPS. По результатам создана электронная база данных в программе ЕХСЕL с координатами памятников и кратким описанием. Далее данные средствами ГИС размещены на топооснову, визуализированы в виде карт и проанализированы по принадлежности к типам береговой линии [7].
В настоящее время эксплуатация водохранилища приводит к разрушению и переработке береговой линии. Характер и степень разрушения зависят от геологического строения берегов и интенсивности волновой деятельности, которая в свою очередь, зависит от степени наполнения водоема.
Археологические памятники, подвергающиеся разрушению, расположены на левом и на правом берегах озеровидной части и приурочены к абразионным обвально-осыпным и слабоабразионным берегам.
ГИС сформирована на базе ArcView3.2 с модулями пространственного анализа Spatial Analyst, в набор входят свободно распространяемые расширения Xtools, ImageWarp.
С применением ГИС технологий создается системно-организованное знание об акватории Саяно-Шушенского водохранилища и примыкающей территории, которые являются водоохранной зоной со специальным режимом хозяйственной и иных видов деятельности. Проект реализовывается с целью решения практических задач природопользования, планирования мероприятий по сохранению природной территории и биологического разнообразия в зоне с аномальной антропогенной нагрузкой. Обобщены данные многолетних исследований. Сделана попытка адаптации существующих методов оценки динамики крупных природных объектов к условиям низкой обеспеченности картографической, мониторинговой и тематической информаций. Предполагается создание Web-сайта.
Полнота и доступность информации о местоположении объектов, их взаимном расположении и взаимосвязи напрямую влияет на качество управленческих решений, принимаемых и реализуемых на различных уровнях: республиканском, территориальном и местном.
Список литературы
1. Забелин В.И., Кальная О.И., Аюнова О.Д., Арчимаева Т.П., Кызыл-оол В.А., Кирова Н.А., Ялышева Е.Н. Особенности формирования экосистемы Саяно-Шушенского водохранилища в Улуг-Хемской межгорной котловине // Материалы III Международной конференции «Горные системы и их компоненты». Нальчик, изд-во М., Товарищество научных изданий КМК, 2009. – С. 78-85.
2. Кальная О.И., Забелин В.И. Динамическая обстановка рельефообразования береговой зоны озеровидной части Саяно-Шушенского водохранилища // География и природные ресурсы. 2008. № 3.– С. 79-85.
3. Самбуу А.Д., Аюнова О.Д., Кальная О.И. Пространственно-временные изменения степных экосистем под влиянием Саяно-Шушенского водохранилища // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной памяти В.Е. и К.И. Поповых. Усть-Каменогорск, 2009. – С. 62-66.
4. Аюнова О.Д., Кальная О.И., Мамаш Е. А. Анализ содержания тяжелых металлов и характер их корреляционных связей в донных отложениях Саяно-Шушенского водохранилища (республика Тыва) // Материалы международной научно-практической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности». Пенза. 2008. – С. 19-22
5. О.И. Кальная., О.Д Аюнова Сложившаяся система природопользования на территории Чаа-Хольской и Шагонарской котловин в период эксплуатации Саяно-Шушенского водохранилища Горно-Алтайск. //Материалы Международной конференции «Биоразнообразие, проблемы экологии Горного Алтая и сопредельных регионов: настоящее, прошлое, будущее» (22-26 сентября 2008), Горно-Алтайск. РИО ГАГУ. 2008. – С. 242-245
6. Килуновская М.Е., Семёнов В.А., Кальная О.И., Аюнова О.Д. Влияние разрушения береговой линии Саяно-Шушенского водохранилища на состояние памятников истории и культуры в районе Чаа-Хольского залива// Состояние и освоение природных ресурсов Тувы и сопредельных регионов Центральной Азии. Геоэкология природной среды и общества (научные труды ТувИКОПР СО РАН), Кызыл, 2009. – С. 120-125.
7. Аюнова О.Д., Кальная О.Д. Опыт использования ГИС при составлении карт памятников истории культуры на территории Тувы. // Международная научно-практическая конференция «Наследие народов Центральной Азии и сопредельных территорий». Кызыл, изд-во КЦО «Аныяк», 2009. – С 89-93.
Работа выполнена при финансовой поддержке проекта РФФИ 08-05-98083-р_ сибирь _а «Изучение динамики геоэкологического cостояния береговой зоны и акватории Саяно-Шушенского водохранилища на территории Тувы с применением геоинформационных систем»
To reports list