Использование космической информации для мониторинга природно-территориальных комплексов побережья Цимлянского водохранилища

Потребность в изучении и контроле негативных процессов на побережьях и акваториях русловых водохранилищ юга России непрерывно возрастает вследствие изменений климата и антропогенных воздействий. Значительный объем информации, необходимой для подобного изучения, обеспечивается в оперативном режиме благодаря наличию для прибрежных зон водохранилищ крупномасштабных космических изображений высокого разрешения. На их основе можно эффективно осуществлять мониторинг прибрежных территорий, прослеживая изменения их гидрологических, геоморфологических и почвенных характеристик, динамику растительного покрова и т.п.
В работе описан опыт использования таких изображений при исследовании динамики природно-территориальных комплексов побережья Цимлянского водохранилища - крупнейшего искусственного водоема аридной зоны с многолетним регулированием стока, которое было создано 60 лет назад для решения задач гидроэнергетики, судоходства, водообеспечения региона, рыболовства. За годы его существования сформировался круг экологических проблем, к числу которых относятся: переформирование берегов, заиление дна, ухудшение качества воды вследствие цветения и загрязнения, уменьшение рыбозапасов. В последние несколько лет практически на всех как малых, так и крупных водоемах юга России из-за маловодья наблюдалось заметное падение уровня воды. На Цимлянском водохранилище в 2011 г. впервые за 27 лет произошло снижение нормального подпорного уровня (НПУ) почти на 4 м. Такое снижение уровня, а также заиление дна в результате многолетнего накопления большого объема материалов переработки берегов, взвешенных и влекомых наносов р.Дон и ее постоянных и временных боковых притоков привели к значительному увеличению площадей мелководий, обнажению дна, появлению островов, зарастанию устьев рек и нерестилищ.
Одна из поставленных задач заключалась в получении с помощью космической информации оценки вклада водосборов боковых притоков в общие процессы обмеления и загрязнения водоема. Предложенный методологический подход базируется на представлении о бассейновой организации переноса вещества – его географической пространственной миграции от ближайшего тальвега к гидрографической сети и далее к приемному водоему. При таком подходе за единицу исследования был принят частный речной бассейн бокового притока.
На примере водосбора реки Цимлы, впадающей в Цимлянское водохранилище, разработана методика эколого-геоморфологического районирования территории по степени аккумуляции загрязняющих веществ в поверхностных водах. На первом этапе была составлена гипсометрическая карта масштаба 1:200000 со шкалой высот через 10 м. На полученную карту были нанесены основные антропогенные объекты – населенные пункты, транспортная сеть, промышленные предприятия и животноводческие комплексы. На следующем этапе было проведено дешифрирование мультиспектральных крупномасштабных космических изображений, полученных с ИСЗ WorldView-2 в сентябре 2011 г., на которых детально отображены уже сформировавшаяся сеть эрозионного расчленения водосбора (контуры растущих оврагов и балок с луговой и степной растительностью, мелкие ручьи и пересыхающие водотоки), а также потенциально опасные для распаханных земель начальные формы поверхностной струйчатой эрозии, переходящей в ручейковую. Линейная эрозия создает условия для поступления в водотоки большого количества продуктов смыва, что ведет к изменению режима стока и отмиранию верхних звеньев речной сети.
Совмещение космического изображения и гипсометрической карты показало, что в ряде мест населенные пункты и животноводческие комплексы находятся в водоохранной зоне, а распашка земель произведена почти до уреза воды, что способствует активному заилению и загрязнению водотоков и, в конечном счете, к ухудшению экологического состояния Цимлянского водохранилища и его береговой зоны. Итогом проведенных исследований является разработанная карта эколого-геоморфологического районирования водосбора р.Цимлы, на которой выделены пять районов, различных по геоморфологическим характеристикам (от области плоских водоразделов со слаборазвитой русловой сетью до надпойменных террас с овражно-балочным расчленением и низкой пойменной долины главной реки) и по степени аккумуляции загрязняющих веществ в поверхностных водах.
В условиях дефицита наземных данных совместное использование современных крупномасштабных космических изображений и топографических карт позволяет получить важную, зачастую уникальную информацию о состоянии водосборов боковых притоков и их влиянии на водохранилище.