Космический мониторинг и оценка экологической ситуации в ликвидированном Кизеловском угольном бассейне

Угледобывающие районы во многих странах мира характеризуются сложной экологической ситуацией. К типичным экологическим проблемам угледобывающих районов можно отнести изъятие земель под породные отвалы, нарушение почвенного покрова, загрязнение водных объектов кислыми шахтными водами и стоками с отвалов, самовозгорание отвалов и др.
Все перечисленные проблемы были характерны и для расположенного в восточной части Пермского края Кизеловского угольного бассейна. Добыча угля здесь была прекращена в 2000 г., однако это не привело к улучшению экологической ситуации. В течение 3-10 лет после закрытия шахт произошло их полное затопление. В результате начался процесс разгрузки (излива) шахтных вод на поверхность. В настоящее время суммарный расход воды в изливах достигает 2,5 тыс. м3/ч [1]. Воды шахтных самоизливов характеризуются кислой реакцией среды и чрезвычайно высокой концентрацией загрязняющих веществ, прежде всего Fе (до 8200 ПДК) и Al (до 620 ПДК). Загрязнению подвергаются крупные левые притоки Камы (реки Чусовая, Косьва, Яйва) вплоть до Камского водохранилища
Цель проведенного исследования состоит в оценке возможности применения данных космической съемки для ретроспективного анализа и оценки текущей экологической ситуации в Кизеловском угольном бассейне. В качестве исходной информации использован многолетний ряд снимков Landsat и Sentinel-2 за 1987‒2017 гг., а также результаты гидрохимического мониторинга за поверхностными водными объектами, полученные в 2006‒2017 гг. Для оценки степени загрязнения кислыми водами предложен нормализованный разностный индекс, основанный на значениях яркости в синем и красном диапазонах спектра. Проведено сопоставление значений предложенного индекса с данными о концентрации железа в воде и выявлена статистически значимая корреляция для одной из двух рассмотренных рек (р. Яйвы). Проанализирована динамика предложенного индекса за 30-ти летний период. Показано, что значения индекса для р. Яйвы и Косьвы в ряде случаев находятся в противофазе, что связано с различием в режиме излива шахтных вод в эти реки. Также на исследуемой территории выявлен ряд участков деградации почвенно-растительного покрова (на общей площади около 20 га) вследствие загрязнения кислыми водами. Установлено, что наиболее крупные из этих участков появились в период 2006‒2010 гг., после чего процесс деградации приостановился.
Полученные результаты показывают, что многолетние ряды спутниковых данных могут рассматриваться как элемент системы экологического мониторинга в угледобывающих районах и успешно использоваться для оценки загрязнения рек кислыми шахтными водами и процесса деградации земель.
Исследование проведено при финансовой поддержке РФФИ и РГО (проект № 17-05-41114 РГО-а).